Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Расчет основных размеров конвертера и кислородной фурмы. Методические указания для самостоятельной работы студентов по дисциплине «Конструкция сталепл

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

12.08.2026

Размер:

782 Кб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 12 / 62 3 4 5 6 > Следующая >>>

конвертеров аналогичной емкости с верхней продувкой. Снижение глубины ванны для сохранения емкости конвертера приводит к увеличению диаметра рабочего пространства конвертеров с донной продувкой. Это увеличение оказывается достаточным для выполнения условий по размещению фурм и предотвращению их возможного разрушения при загрузке лома.

Более спокойный ход продувки при нижнем подводе дутья позволяет уменьшить высоту цилиндрической части конвертера, поэтому отношение полной высоты рабочего пространства к его диаметру составляет 1,1—1,3 вместо 1,4—1,6 для конвертеров с верхней продувкой.

Таким образом, рабочее пространство конвертера с донной продувкой, аналогичного по емкости конвертеру с верхней продувкой,

должно быть несколько ниже по его общей высоте и шире по диаметру.

Конструкция днища конвертеров с нижней продувкой должна быть сменной из-за более интенсивного разрушения футеровки по сравнению с футеровкой корпуса и возможности его быстрой замены. Днище изготовляют вставным. Помимо огнеупорной футеровки в него входят дутьевые фурмы, система подвода, распределения и регулирования кислорода и защитной среды, в качестве которой применяются жидкие или газообразные углеводороды.

1.4. Пример расчета основных размеров кислородного конвертера с верхней продувкой, кислородной фурмы и параметров кислорода при истечении из сопла

Главным требованием к кислородной фурме является обеспечение строго определенного расхода кислорода и сохранение постоянства заданных аэродинамических характеристик кислородных струй в процессе эксплуатации.

Эти требования достигаются при максимально возможной скорости истечения кислорода при заданном давлении.

Основной частью фурмы является наконечник с соплами, конструкция которого непосредственно определяет формирование кислородных струй с заданными значениями. В качестве сопел используются сопла Лаваля,

позволяющие получить сверхкритическую (сверхзвуковую) скорость истечения и превратить в кинетическую всю потенциальную энергию, соответствующую полному перепаду давлений Р-Рокр.

Расчет сопла Лаваля сводится в основном к определению критического,

выходного сечения сопла и длины диффузора при заданном массовом расходе газа.

Форма рабочего пространства и размеры конвертеров обусловлены технологическими особенностями и спецификой гидродинамики расплава при его продувке кислородом.

Объем и профиль рабочего пространства конвертера должен обеспечить резкое увеличение объема ванны при интенсивном газовыделении без существенных потерь металла с выбросами и выносами, интенсивное перемешивание металла без застойных зон, минимальные потери тепла через кладку конвертера.

В соответствии с ГОСТ 20067-74 в СССР установлен следующий ряд вместимости конвертеров: 50, 100, 130, 160, 200, 250, 300, 400 т с удельным объемом 0,8-1,0 м3/т.

С учетом этих требований в результате многолетней эксплуатации конвертеров сформировался оптимальный профиль рабочего пространства конвертера.

Расчет параметров кислорода при истечении из сопла и расчет кислородной фурмы, основных размеров конвертера проводился по методике,

изложенной в источниках [1] и [2].

Пример. Рассчитать основные размеры кислородного конвертера с верхней продувкой, кислородной фурмы и параметров кислорода при истечении из сопла.

Исходные данные: номинальная емкость конвертера – 350 т; удельная интенсивность продувки – 7,0 м3/(т*мин); давление кислорода в магистрали –

1,96 МПа; удельный объем конвертера – 0,91 т/м3; температура кислорода в магистрали – 293 К; скорость кислорода в шланге – 50 м/с; скорость кислорода в фурме – 60 м/с; длина шланга для подвода кислорода к фурме – 25 м; длина фурмы – 26, 51 м; степень нерасчетности сопел – 3; показатель адиабаты – 1,4;

высота конической части ванны – 0,63 м; давление газа в полости конвертера –

101325 Па.

Решение:

1.4.1. Расчет параметров кислорода при истечении из сопла и основных размеров кислородной фурмы

Секундный расход кислорода

	io2		7		3
J o GH		350		40,83	м /с.
J o GH	60	350	60	40,83	м /с.
2	60		60
2

Потери давления кислорода в клапане

Ркл 0,125 Рм 0,125 1,96 0,245 МПа.

Давление кислорода в шланге

Ршл Рм Ркл 1,96 0,245 1,715 МПа.

Температура кислорода в шланге

		1	1
		1			1,715
		Ршл	к		1,715
			к
Т шл	Т м			293
Т шл	Т м	Рм		293	1,96
		Рм			1,96

1 1,4

282 К.

Плотность кислорода в шланге

				3,85 10 3		Ршл		3,85 10		3	1,715 106			23,42 кг/м3.
		шл		3,85 10 3		Т шл		3,85 10				282		23,42 кг/м3.
						Т шл						282
Диаметр шланга для подвода кислорода к фурме

						J o
			d	шл	1,35	J o	2		1,35		40,83			0,252 м.
			d	шл	1,35		2		1,35					0,252 м.
						шл Wшл					23,42 50
Потери давления кислорода в шланге
Р	(0,03	lшл		1,25) W 2				(0,03		25			1,25) 502	23,42 106 0,247 МПа.
Р	(0,03			1,25) W 2		шл		(0,03					1,25) 502	23,42 106 0,247 МПа.
шл		dшл			шл	шл		0,252
		dшл						0,252
Давление кислорода в фурме
				Рф	Ршл	Ршл		1,715		0,247 1,468				МПа.
Температура кислорода в фурме

		1	1
		1			1,468
		Рф	к		1,468
			к
Т ф	Т шл			282
Т ф	Т шл	Ршл		282	1,715
		Ршл			1,715

Плотность кислорода в фурме

1 1,4

269,73 К.

			3		Р						3	1,468		20,95 кг/м3.
		3,85 10	3			ф		3,85 10			3
	ф	3,85 10						3,85 10
					Т ф							269,73
Внутренний диаметр фурмы

					J o
	dф	1,35			J o		2			1,35		40,83		0,243 м.
	dф	1,35					2			1,35				0,243 м.
					ф	Wф						20,95	60
Потери давления кислорода в фурме
Р (0,025	lф	0,5) W		2					(0,025		26,51		0,5) 602 20,95 243408 Па.
				2
						ф
ф	dф		ф			ф					0,243
	dф										0,243
Давление кислорода перед соплами
	Рс	Рф		Рф					1,468 0,243408				1,2246 МПа.

Температура кислорода перед соплами

			1	1
				к
			Рс			1,2246
Т с	Т				269,73
		ф	Рф				1,468

1 1,4

256,1 К.

Плотность кислорода перед соплами

	3,85 103	Рс	3,85 103	1,2246	18,41 кг/м3.
с
		Тс	256,1

Критическая скорость кислорода

Wкр	520		к		Т		520	1,4	256,1 278,72	м/с.
						с

		к		1				1,4 1

Коэффициент скорости

к	1			П Рг	)1	1	1,4	1			3 0,101325	)1		1
													1,4 ] 1,404 .
		[1	(			к ]			[1	(
		[1	(			к ]			[1	(
к	1			Рс			1,4	1			1,2246

Скорость истечения кислорода на срезе сопла

Wи Wкр

278,72 1,404 391,32 м/с.

Плотность кислорода на срезе сопла

			к	1	1		1,4	1	1		6,80 кг/м3.
									1,4042 )	1,4 1
и	с	(1			2 )к 1	18,41 (1

			к	1			1,4	1

Ориентировочная глубина спокойной ванны

							0,1 Vуд0,5								0,57
												GH			0,3
Н		0,016 W									(	GH		)	0,3
Н	о	0,016 W				и					(			)
	о			и		и		i0,05				0,23
								i0,05				0,23
								o
							2
						0,910,5				350					0,57
			6,80 0,1										)0,3		1,867 м.
0,016		391,32							(
0,016		391,32							(
					7,00,05					0,23

Число сопел в фурме

Z 0,23	iО1,17	Ho2,5	0,23	7,01,17 1,867	2,5	12,53 шт.
Z 0,23	2		0,23			12,53 шт.
	2
	Vуд1,7			0,911,7

Плотность кислорода в критическом сечении сопла

		2
кр	с
кр	с	к 1
		к 1

1
к 1	18,41	2

		1,4	1
		1,4	1

1

1,4	1	кг/м3.
	11,67	кг/м3.

1.4.2. Расчет основных размеров фурмы

Площадь критического сечения сопла

		1,43 J o2													1,43				40,83									3	2
F																									1,477		10		м	.
F																									1,477		10		м	.
кр	0,97 Wкр			Z			0,97								278,72 12,53 11,67
	0,97 Wкр			Z	кр		0,97								278,72 12,53 11,67
Диаметр критического сечения сопла

			dкр	2		Fкр				2				1,477					10	3	0,0434				м.
			dкр	2						2							3,14				0,0434				м.
																	3,14
Площадь выходного сечения сопла
																							1
																			2
																			2				к 1
									1
				Fвых					1		Fкр							к	1
				Fвых							Fкр				1			к	1	2
																		к	1	2

																		к	1
																		к	1
																				1
															2
															2					1,4			1
	1
	1									1,4							1									3	2
			0,001477																				1,805 10				м .
		1,404	0,001477				1					1,4			1		1,4042						1,805 10				м .
							1			1,4					1		1,4042
										1,4					1
Диаметр выходного сечения сопла

															1,805 10 3
						F									1,805 10 3
			dвых	2				вых		2												0,0480			м.
			dвых	2						2							3,14					0,0480			м.
																	3,14
Длина расширяющейся части сопла
				dвых		d кр				0,0480									0,0434					0,0322 м.
			q													2tg 4,0o								0,0322 м.
				2tg			2									2tg 4,0o
				2tg

Длина докритической части сопла
				lк				d кр					0,0434						0,0217					м.
				lк			2								2				0,0217					м.
							2								2
Радиус скругления конфузора сопла
								rкр				dкр					0,0434 м.

1.4.3. Расчет основных размеров конвертера

Объем металла

	GH	350		3
Vм			50,0	м .
	7,0	7,0

Объем рабочего пространства конвертера

Vр.п. GH Vуд 350 0,91 318,5 м3.

Объем корпуса конвертера

Vкор 1,8 Vр.п. 1,8 318,5 573,3 м3.

Диаметр цилиндрической части конвертера

Д ц	(0,599 3,2 10 4 GH )	GH	(0,599 3,2 10 4 350)	350	6,668 м.
		H o		1,867

Диаметр горловины

Д г 0,35 GH0,4 0,35 350 0,4 3,645 м.

Диаметр конвертера по днищу

Д д 0,75 Дц 0,75 6,668 5,001 м.

Удельная поверхность ванны

	Д 2	3,14 6,668	2
S	ц			9,972 10 2	м.
	4 GH	4 350

Высота верхней конической части конвертера (горловины)

Н		Дц Д г	6,668 3,645		2,967	м.
	г	2 tg 27 o		2 tg 27 o

Радиус сферического днища

R 1,75 Дц 1,75 6,668 11,669 м.

Высота сферической части ванны конвертера

	Д	2		6,668	2
Н сф R R 2	ц		11,669 11,669 2			0,486	м.
Н сф R R 2	4		11,669 11,669 2	4		0,486	м.
	4			4

Объем верхней конической части конвертера

V		Н г	( Д 2	Д 2	Д		Д		)
	г					ц		г
		12	ц	г

			3,14				2,967						(6,668 2										3,645 2				6,668			3,645)					63,703 м3.
					12								(6,668 2										3,645 2				6,668			3,645)					63,703 м3.
					12
Объем нижней конической части конвертера
											V										Н к			( Д 2		Д 2			Д		Д		)
											V	к												( Д 2		Д 2			Д	ц	Д	д	)
												к							12						ц		д			ц		д
																			12
			3,14						0,63				(6,668 2										5,0012			6,668				5,001)					16,950			м3.
						12							(6,668 2										5,0012			6,668				5,001)					16,950			м3.
						12
Объем сферической части ванны
Vсф				Н сф2						(R				Н сф						)			3,14 0,486 2					(11,669						0,486			)	8,534 м3.
Vсф				Н сф2						(R										)			3,14 0,486 2					(11,669									)	8,534 м3.
															3																				3
Объем цилиндрической части конвертера
V V	р.п.			(V		г				V	к		V					)			318,5 (63,703 16,950														8,534)			229,31 м3.
ц	р.п.					г					к			сф
Высота цилиндрической части конвертера
										Нц							4 Vц							4 229,31						6,570					м.

																				Д			2	3,14		6,668 2
																						ц
Высота рабочего пространства конвертера
Н р.п.			Н г				Нц Н к												Н сф					2,967			6,570			0,63					0,486			10,653 м.
Объем металла в цилиндрической части ванны
	V	м.ц			V			м			(V		к			V					)		50,0 (16,950							8,534)					24,516 м3.
		м.ц						м					к					сф
Высота цилиндрической части ванны
										hц.в						4 Vм.ц									4 24,516					0,702					м.
										hц.в										Дц2				3,14		6,668 2				0,702					м.
																				Дц2				3,14		6,668 2
Фактическая глубина спокойной ванны
	Н о.ф.								Н сф					Н к							hц.в.			0,486			0,630				0,702					1,818 м.
Высота свободного условного объема конвертера
							Н у					Н р.п.									Но.ф.			10,653				1,818				8,835				м.
Толщина футеровки в цилиндрической части конвертера
																											3				1,000 м.
										tц		0,142								3 GH				0,142			3	350			1,000 м.
Толщина футеровки конической части (горловины)
										tк				tц					0,15					1,000			0,15			0,850					м.
																								18

Толщина футеровки днища

	tд	tц	0,125			1,000	0,125	1,125	м.
Толщина корпуса
								0,106 м.
		0,0153		G	H	0,0153 350		0,106 м.
					H
Наружный диаметр конвертера
Д к	Дц	2tц	2	6,668 2 1,000				2 0,106 8,880 м.
Полная высота конвертера
Н г	Н р.п. tд				10,653		1,125	0,106	11,884 м.
Диаметр сталевыпускного отверстия
do	0,1	0,00033GH				0,1	0,00033 350		0,215 м.

			Таблица 3
	Основные размеры конвертера

1	Вместимость конвертера	350	Т

2	Объем рабочего пространства	318,5	м3
3	Удельный объем конвертера	0,91	м3/т

4	Высота рабочего пространства	10,650	м

5	Глубина ванны	1,820	м

6	Высота цилиндрической части конвертера	6,570	м

7	Высота конической части конвертера	2,970	м

8	Высота нижней конической части	0,630	м

9	Высота сферической части	0,490	м

10	Диаметр цилиндрической части	6,670	м

11	Диаметр горловины	3,650	м

12	Диаметр сферической части	5,000	м

13	Радиус сферического днища	11,670	м

14	Отношение Н/Д	1,6	-

15	Полная высота конвертера	11,880	м

16	Угол наклона верхней конической части	27о	-

17	Угол наклона нижней конической части	37о	-

	19

На рис. 5 представлена схема конвертера с обозначениями расчетных

параметров.

Рис. 5. Схема конвертера с расчетными размерами

1.5. Варианты для расчета по теме 1

Задача. Определить основные размеры кислородного конвертера и фурмы с верхней продувкой для следующих условий:

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Вместимость
конвертера, т	50	100	130	160	180	250	300	350	400	500
Удельный объем, м3/т	1,0	0,95	0,90	0,88	0,86	0,84	0,82	0,80	0,80	0,80
Интенсивность
продувки, м3/(т*мин)	3,0	3,2	3,4	3,6	3,8	4,0	4,4	4,8	5,0	6,0
Давление кислорода в
магистрали, МПа	1,3	1,4	1,5	1,6	1,7	1,8	1,9	2,0	2,1	2,2

<<< < Предыдущая 12 / 62 3 4 5 6 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]