Введение

В настоящее время металлургические предприятия оснащены большим количеством разнотипного оборудования. Это обусловлено многообразием технологических и вспомогательных процессов начиная с подготовки шихты к металлургическому переделу, включающему тех­нологии гидро-, пиро- и электрометаллургии, и заканчивая разливкой, уборкой жидкого металла, складированием чушек и слитков, а также по­следующей их обработкой давлением.

Анализ конструкций оборудования позволяет выявлять типовые особенности его структуры, среди которых следует отметить обязатель­ное наличие несущей стальной конструкции, на которой монтируются все узлы и детали, а также рабочей подсистемы, обеспечивающей прове­дение непосредственно технологического процесса. Кроме того, зачас­тую присутствуют приводные системы и механизмы передвижения, представленные, как правило, электродвигателями, механическими пе­редачами, ходовыми исполнительными устройствами.

Если говорить о подсистемах, обеспечивающих технологический процесс, то они весьма разнообразны, часто основаны на использовании какого-либо физического или химического явления или процесса. Эти подсистемы в наименьшей степени поддаются унификации и стандарти­зации, в силу чего являются во многих случаях уникальными и не тира­жируемыми.

Таким образом, с точки зрения конструирования и расчета эле­ментов машин и оборудования металлургического производства прихо­дится решать два типа задач: во-первых, хорошо разработанные типовые задачи проектирования электромеханических систем, основанные на та­ких классических дисциплинах, как "Теоретическая механика", "Сопро­тивление материалов", "Детали машин", "Электрические машины" и т.д.; во-вторых, комплексные задачи, основанные на синтезе моделей и мето­дов физики, химии, термодинамики и других дисциплин, для описания сложных

технологических явлений и процессов, выбора и расчета осо­бенностей конструкций, формы и размеров элементов подсистем техно­логического назначения.

С этих позиций в курсовой работе предполагается решить четыре типовые задачи, представляющие различные аспекты конструирования элементов металлургического оборудования, а именно: выбор и обосно­вание параметров горелок исходя из процессов сжигания топлива, обес­печение прочности корпуса конвертера с учетом механических и терми­ческих нагрузок, конструирования несущих сварных конструкций и фланцевых соединений.

1.Расчет инжекционных горелок

При расчете горелок обычно известна характеристика сжигаемого газа (Q^р_н - низшая теплота сгорания, Дж/м³ (Дж/кг); р_г - избыточное давление газа, Па; Р_г - абсолютное давление газа, Па; Т_г -температура газа, К;р_0г - плотность газа при температуре 0^оС и давлении 103,3 кПа), характеристика воздуха, поступающего на горение (Р_в - абсолютное давление воздуха, Па; Т_в - температура воздуха, К; р_ов - плотность воз­духа при температуре 0^оС и давлении 103,3 кПа), а также α - коэффици­ент расхода воздуха; V_0Г - количество (пропускная способность) возду­ха, м³/с (кг/с); противодавление, равное сумме давления в печи р_печ и со­противления на пути подсасываемого воздуха Δр_в.

Расчет инжекционных горелок (рис. 1) основан на уравнении количества движения и основных уравнениях истечения газа, в соответст­вии с которыми различают методы расчета для газа низкого давления, когда его можно считать несжимаемым (<20 кПа), до критического дав­ления (<90 кПа) и сверхкритического давления (> 90 кПа). Давление инжектируемого воздуха Р_в считают равным атмосферному Р₀.

Рис 1. Расчетная схема инжекционной горелки: 1- газовое сопло; 2- входной

конфузор; 3- смеситель; 4- диффузор; 5- носик горелки.

Исходные данные:

Р_г - абсолютное давление газа Р_г=140 кПа

р_г - избыточное давление газа р_г= 46 кПа

Т_г -температура газа Т_г=296 К

р_0г - плотность газа при температуре 0^оС и давлении

103,3 кПа р_0Г=0,73 кг/м³

Т_в - температура воздуха Т_в=286 К

р_ов - плотность воз­духа при температуре 0^оС и давлении 103,3 кПа р_ов=1,18 кг/м³

α - коэффици­ент расхода воздуха α=1,11

V_0Г - пропускная способность возду­ха V_0Г=0,0047 м³/с (кг/с)

р_печ - сумма давления в печи р_печ=16 Па

Δр_в – сопротивление на пути подсасываемого воздуха Δр_в=11 Па

Т_о – ноль по Кельвину Т_о=273 К

Р_в- давление инжектируемого воздуха

Р₀- атмосферное давление Р₀= Р_в=103 кПа

1. Определяем скорость истечения газа из сопла при докритическом давлении газа, м/c

(1)

где φ- коэффициент истечения из сопла; для сходящихся сопел можно

принимать φ = 0,85

2. Определяем диаметр газового сопла

(2)

3. Находим оптимальное отношение площадей смесителя f_с и газового сопла f_Г

(3)

где

(4)

m – объемная кратность инжекции (отношение объёма смеси к

объему газа после истечения)

(5)

где L₀- стехиометрическое количество воздуха L₀=9,25 м³/м³

n – массовая кратность инжекции (отношение массы смеси к массе газа)

(6)

В - коэффициент характеризующий сопротивление на пути движения газо-воздушной смеси на пути к горелке; принимаем В=1,15

С - коэффициент характеризующий сопротивление на пути движения воздуха; принимаем С=0,425

4. Определяем диаметр смесителя

(7)

5. Определяем оптимальное отношение площадей носика горелки f_Н.Г и смесителя f_С

где ξ_НГ – коэффициент сопротивления носика горелки ξ_НГ=0,2

Δр_с- повышение давления в горелке;

(9)

где D при докритическом давлении газа

(10)

6. Определяем диаметр носика горелки

(11)

7. Определяем остальные конструктивные размеры горелки длина смесителя и диффузора

(12)

угол сужения входного конфузора

длина входного конфузора, а также расстояние от среза газового сопла до начала смесителя

(13)

угол раскрытия диффузора β_Д=8^о

угол сужения носика горелки β_нг=14^о

8. Определяем скорость смеси в носике горелки

(14)

где Т_см- температура смеси

(15)

9. Определяем пределы регулирования горелки

(16)

где ω_пр- скорость проскока (определяется в зависимости от вида применяемого газа, диаметра носика горелки d_НГ и температуры смеси t_см ⁰С) определяем по графику [рис2;Лит1] ω_пр=10м/с;

По Лит.1. Табл.1. выбираем горелку ВП cо следющими параметрами: d_н.г.= 75 мм; d_г=4,6 мм; D=140 мм; D₁=61 мм; D₂=80 мм; D₃=166 мм; d=3/4´´; d₁=M16; H=210 мм; H₁=190 мм; H₂= 395 мм; h=170 мм; K=215 мм; L=800 мм; L₁=700 мм; L₂=100 мм; L₃=113 мм; L₄=56 мм; L₅=967 мм; L₆=862 мм.

Рис. 1 Инжекционная горелка типа ВП c d_н.г.= 75 мм