Конвертерлік ваннаның араластыру қуатын есептеу

Жұмыстың мақсаты: Үрлеу аралығындағы конвертерлік ваннаның аэро - және гидродинамикасы бойынша практикалық есептеулерге студенттерді дағдыландыру және араластырудағы маңызды буындарды анықтау.

Жұмыс жоспары:

1. Конвертерлік ваннаны араластыру

2. Ваннаны араластыру қуаты

3. Есеп шығару мысалдары

4. Өзіндік жұмысқа арналған тапсырмалар

Кілт сөздер: Қуаттылық, шашыратқыштық, кебу.

Бақылау сұрақтары:

1. Ваннаның қозғалысын қандай құбылыстар анықтайды?

2. Заманауи оттекті - конвентерлі үрдіс немен мінезделеді?

3. Ваннаның пайдалы араласуы қалай табылады?

4. Ваннаны араластыру үшін не керек?

5. Үрлеуді қандай кезеңдерге бөлуге болады?

Глоссарий:

1. Конвертерлік ваннаны араластыру - жылу - масса айырбастау үрдістерін жеделдетуге күшті ықпал ететін үрдіс.

2. Үрлеу қарқындылығы - уақыт бірлігіндегі үрлеуге шығындалатын оттегімен мінезделетін шама. Теориялық бөлім

Оттекті - конвертерлік ваннада үрлеу кезінде металдың айналу қозғалысы қиындайды. Ваннадағы қозғалыс бірқатар маңызды құбылыстарды болдырады және анықтайды: шашырату, қалдықтар, кебу. Конвертерлік ваннаны араластыру жылу - масса айырбастау үрдістерін жеделдетуге күшті ықпал етеді. Қазіргі кездегі оттекті - конвертерлік үрдіс ваннаға оттекті жоғарғы қарқындылықпен тасымалдаумен мінезделеді. Үрлеу қарқындылығының жоғарылауы көміртегінің тотығу жылдамдығының жоғарылауына әкеледі. Көміртегінің тотығуы, көпіршіктердің бөлінуімен қатар жүретін, араластырудың қозғалыс күші болып табылады. Екінші қозғалыс күші металға жоғары дыбысты оттек ағынын енгізу болып табылады. Болат балқыту ваннасының араластыруының пайдалы қуаты мына теңдікпен анықталады:

ΣΝ = Ν_с + Ν_со,

мұндағы, N_С - ваннаға оттек ағынымен берілетін қуат; N_СО - СО көпіршіктермен араластыру қуаты.

Төменде конвертер ваннасының араластыру есептеулерінің мысалы келтірілген.

Есеп шығару мысалдары

Конвертер сыйымдылығы G = 250т, үрлеу қарқындылығы 750нм³ / минут, үрлеудің үлесті шығыны 60нм³ / т. Шикіқұрам құрамы: 75% шойын (4,0% көміртек), 25% скрап (0,2% көміртек). Шығарылымдағы көміртек құрамы 0,2%. Ваннаның тыныш күйдегі тереңдігі: Н_в = 1,5м. Үрлеу қысымы 1,4Мн / м² (14 атм.).

Конвертер ваннасының СО көпіршіктерімен араластыру қуатын есептеу

Болат балқыту ваннасының көміртек тотығының көпіршіктерімен араластыру қуаты көпіршіктердің бетке шыққандағы ығыстыру күшінің (Архимед) жұмысымен тең және ол Кочо формуласымен есептеледі:

N_co = PoVo(T / 273) · ln(1 + ХН_м / Ро), (9.1)

мұндағы, Р₀ - атмосфералық қысым; V₀ - қалыпты жағдайда бірлік уақыт аралығында пайда болатын көпіршіктердің көлемі; Т - металл температурасы, °К; Н - көпіршіктердің пайда болған орнындағы металл қабатының биіктігі.

Конвертер ваннасында көміртек тотығының көпіршіктері белгілі пайда болу орны болмай - ақ, ваннаның барлық көлемінде орналасады. Сондықтан, жуықтау есептеулерінде Н = 0,5Н_в (тыныш күйдегі) алу керек.

Конвертер ваннасының араласу қуатын анықтау үшін, бірлік уақыт аралығында пайда болатын көпіршіктердің көлемін табу керек. Барлық үрлеу уақыты тең:

τ = ∑O2/ JO2,

мұндағы, - үрлеуге қажетті оттек мөлшері, м³; - үрлеу қарқындылығы, м³ / минут.

= 60 · 250 = 15000м³,

мұндағы, ω - үрлеудің үлесті шығыны, м³ / т; G - конвертер сыйымдылығы, т.

τ = 15000 / 750 = 20 минут.

Үрлеуді шартты түрде 2 кезеңге бөлеміз: бірінші кезеңнен кейінгі температура - 1500°С, екінші кезеңнен кейін - 1600°С. Бірінші кезеңде (барлық үрлеудің 20%) басты түрде кремний және марганец тотығып, көміртегінің тотығу жылдамдығы бұл кезде көп болмайды және шамамен υ_с = 0,05% / минутқа тең болады.

1 - ші кезең ұзақтығы τ₁ = 0,2 · 20 = 4 минут. 2 - ші кезең ұзақтығы τ₂ = 20 - 4 = 16 минут. 1 - ші кезеңдегі тотығатын көміртек мөлшері:

С₁ = υ_с · τ = 0,05 · 4 = 0,2%.

2 - ші кезеңде жанатын көміртегінің жалпы мөлшері:

С₂ = [С]_ш · 0,75 + [С]_с · 0,25 - С₁ - [С]_ш,

мұндағы, [С]_ш, [С]_с - шойын мен скраптағы көміртегі мөлшері, %; [С]_ш - шығарылымдағы көміртегі концентрациясы, %.

С₂ = (4,0 · 0,75 + 0,2 · 0,25) - 0,2 - 0,2 = 2,65%.

2 - ші кезеңдегі көміртегінің орташа тотығу жалдамдығы:

_{Vc = 2,65 / 16 = 0,16% / минут.}

Бірлік уақыт аралығында пайда болатын көпіршіктердің көлемін, реакцияның өту шартынан табамыз:

[С] + [О] = СО_г.

Үрлеудің бірінші кезеңіне:

Бірлік уақыт аралығында жанатын көміртегі мөлшері, С₁:

_{С1 = 0,05 · 250 / 100 = 0,125т / минут = 0,0021т / с,}

мұндағы, 250т - конвертер садкасы.

СО пайда болады:

_{СО1 = 0,0021 · 28 / 12 = 0,0049т / с немесе 0,0049 · 22400 / 28 = 3,92м3 / с,}

немесе бірлік садка үшін:

СО_І = 3,92 : 250 = 0,0157м³ / т · с.

Екінші кезеңде бірлік уақыт аралығында пайда болатын СО көпіршіктерінің көлемі:

СО_ІІ = 0,0157 · 0,16 / 0,05 = 0,05м³ / т · с.

9.1 - теңдікті ала отырып, үрлеудің бірінші және екінші кезеңі үшін ваннаның СО көпіршіктерімен араластыру қуатын анықтаймыз:

кг · м / т ∙ с,

кг · м / т · с,

мұндағы, 101,3 ∙ 10³ - атмосфералық қысым, Па, Па = 1Н / м², 1Н = кг · м ∙ с^-2.

Ваннаның оттегі ағынымен араластыру қуатын есептеу

Оттек ағынымен араластыру қуаты тең:

N_с = G · E₀ · φ,

мұндағы, G - бірлік уақыт аралығындағы үрлеу шығыны, м³ / т ∙ сек; E₀ - 1кг үрлеудегі бастапқы кинетикалық энергия; φ - ваннаның араластыруына кететін энергия ағынының кинетикалық үлесі.

Мысалдағы есептеулер көрсеткендей, ваннаның араластыруына шығындалатын бастапқы оттек ағынының мөлшері 20 - 25%:

N_с = (0,2 - 0,25) · G · E₀.

Лаваль сопелдарын қолданған жағдайда, соплодағы газдың кеңеюі адиабаталық түрде өтеді:

,

мұндағы, к - оттегі үшін адиабата көрсеткіші к = 1,4; R - әмбебап газ тұрақтысы, 26,5 кг · м / кг · град тең; Р₁ - оттек сымындағы қысым 1,4Мн / м² (14 атм.); Т₁ - оттек сымындағы температура, Т₁ = 298ºК.

Дж / кг = 14930кгм / кг,

N_с = (0,2 - 0,25) · 1,41 · 14930 = 210,5 - 263,1кгм / т ∙ с,

мұндағы, 0,05 - оттегі шығыны, м³ / т · сек; 1,41 - оттегі тығыздығы, кг / м³.

N_с және N_со көрсеткіштерінің айырмасы көміртегі тотығы көпіршіктерінің ваннаның араластыруына көрсететін ықпалын көрсетеді.