5. Потери тепла в окружающее пространство

5.1 Потери теплопроводностью через наружную поверхность ограждения рабочего пространства конвертера.

Эти потери, отнесенные к 100 кг металлической части шихты, можно определить с использованием выражения:

где q₁ – удельный тепловой поток, кДж/м².ч

F – общая поверхность конвертера, м²,

τ – продолжительность цикла, ч.

Величину q₁ определим из соотношения

q₁=K·(t_вн-t_в),

где K – коэффициент теплопередачи (принимаем для многослойной огнеупорной кладки толщиной δ =1 м, К =8,5 кДж/м.ч.град); t_вн и t_в – температуры внутренней полости конвертера и воздуха, ⁰С; принимаем 1500 и 40 С соответственно. Тогда

q₁=8,5·(1500-40)= 12410 кДж\м²·ч.

Определим величину теплоотдающих поверхностей. Внешние размеры конвертера в соответствии с принятым профилем будут иметь следующие значения:

D=D_В+2*δ = 6,55+2 = 8,55 м,

d’=d+2·(δ/2) = 3,43+2 = 4,43 м,

D’_Д=D_Д+2·δ = 3,93+2 = 5,93 м,

h^'_С=h_С+ δ = 0,786+1 = 1,786 м,

h^'_K=h_K= 1.965 м,

h_Г=h_Г= 2,07 м.

Боковая поверхность верхней наружной конической части конвертера F₁ составит:

F₁=S₁·π·(d’/2+D/2),

где S₁ – образующая верхнего усеченного конуса, м.

F₁=2,94·3,14·(4,43/2+8,55/2) = 60,25 м².

Боковая поверхность цилиндрической части:

F₂=2·π·(D/2)·Н_ц=2·3,14·(8,55/2)·5,14=139,15 м².

Боковая поверхность нижней конической части конвертера:

F₃=S₂·π·(D/2+D^’_Д/2),

где S₂ – образующая нижнего сечения конуса, м.

F₃=2,38·3,14·(8,55/2+5,93/2)=54,37 м².

Поверхность днища F₄:

F₄= π·[(D’_Д/2)² + (h’_С)²]= 3,14·[(5,93/2)²+(1,786)²] = 37,61 м².

Общая площадь поверхности:

F = F₁+ F₂+ F₃+ F₄ = 60,25+139,15+54,37+37,61 = 291,38 м².

Принимая продолжительность цикла τ = 0,75 часа, находим величину Q₁:

Q₁=12410·291,38·0,75/(10·300)= 904 кДж.

5.2 Потери тепла излучением через открытую горловину конвертера в период между продувками

Эти потери, отнесенные к 100 кг металлической шихты, можно определить с помощью выражения:

Q₂ = [q₂· (π · d²/4) · τ_ПР] / (10*T),

где q₂ – удельный тепловой поток, теряемый излучением через горловину, кДж/м²·ч; τ_ПР – время между продувками, принимаем 0,33 ч; Т – тоннаж конвертера.

q₂ = ε·C₀[(T_вн / 100)⁴ - (Т_возд / 100)⁴],

где ε – степень черноты полости принимаем равной 1; С₀ – коэффициент излучения абсолютно черного тела, равный 20,77 кДж/м²·ч·К⁴.

q₂ = 1*20,77*[(1773/100)⁴ - (313/100)⁴) = 2,05*10⁶ кДж/(м³·ч).

При площади горловины:

F_г = π·d²/4 = 3,14*3,43²/4 = 9,23 м²

и времени между продувками τ=0,33 ч:

Q₂= [2,05*10⁶*9.23*0.33] / (10*300) = 2081 кДж.

5.3 Расход тепла на охлаждение водой кислородной фурмы

Эту статью расхода тепла находим из выражения:

Q₃ = q₃· π· d_ф· h_ф· τ_Н / (10·Т),

где q₃ – удельный тепловой поток на поверхность фурмы, который принимаем 1,26·10⁶ кДж/м²·ч;

d_ф – наружный диаметр фурмы ( принимаем равным 0,2 м);

h_ф – высота фурмы, подвергающаяся нагреву, равная сумме высот конической и цилиндрической частей конвертера, м;

τ_Н - длительность пребывания фурмы в конвертере, принимаем 0,42 ч.

h_Ф= h_Г + Н_Ц= 2,07+5,14= 7,218 м.

Q₃=1,26*10⁶*3,14*0,2*7,218*0,42/(10*300) = 799 кДж.

Суммарные потери тепла конвертера составляет:

Q=Q₁ +Q₂ +Q₃,

Q= 904+2081+799= 3784 кДж.

Теперь составим таблицу теплового баланса конвертерной плавки (табл.9)

Таблица 9

Тепловой баланс кислородно-конвертерного процесса

Приход тепла			Расход тепла
Источники тепла	кДж	%	Источники тепла	кДж	%
1. Жидкий чугун	113836,8	56,11	1. Жидкая сталь	129478,89	63,82
2. Экзотермические реакции			2. Жидкий шлак	21468,05	10,58
2.1. Окисление С до СО2	14228,64	7,01	3. Уходящие газы	20842,97	10,27
2.2. Окисление С до СО	38276,87	18,87	4. Капли Ме в шлаке	1378,31	0,68
2.3. Окисление Si до SiO2	15815,11	7,8	5. Выбросы металла	1311,35	0,65
2.4. Окисление Mn до MnO	4099,6	2,02	6. Пылеобразный Fe2O3	1118,41	0,55
2.5. Окисление Fe до Fe2O3	4721,6	2,33	7. Нагрев кислорода	807,721	0,4
2.6. Окисление Fe до FeO	3258,03	1,61	8. Потери ч/з стенки	904	0,45
2.7. Окисление P до P2O5	4269,12	2,1	9. Потери ч/з горловину	2081	1,03
2.8. Обр-ние (CaO)4P2O5	1926,7	0,95	10. Потери с охл. фурмы	799	0,39
2.9. Обр-ние (CaO)2SiO2	2440,22	1,2	11. Нагрев охладителя	22682,99	11,18
Итого:	202872,69	100	Итого:	202872,69	100

5.4. Расход тепла на нагрев охладителя получаем при вычитании из общей суммы прихода тепла, общего количества расхода тепла:

202872,69 – 180189,70 = 22682,99