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

Рис. 11. Основные типы сверхзвуковых продувочных сопел, используемых в металлургии:

а– с профилированным диффузором; б – коническое сопло Лаваля;

в– с переходным цилиндрическим участком в минимальном сечении;

г– с коническим конфузором; д – с цилиндрическим конфузором;

е–без конфузора; ж – с укороченным диффузором; з – с"лепестковым"

диффузором

Для предотвращения разгара сопел рекомендуют уменьшение выходного диаметра сопла (за счет уменьшения длинны диффузора или угла его раскрытия), что приводит к снижению числа Маха сопла и смещению диапазона давлений эффективной его работы в сторону более низких значений [8].

41

Более рациональным в этих условиях для снижения интенсивности эрозийного износа сверхзвуковых сопел является применение новых конструкций продувочных сопел (например, с двухучастковым диффузором или с увеличенным углом раствора последнего), имеющих расширенный диапазон значений рабочих давлений с устойчивым ("безотрывным")

истечением и позволяющих обеспечить стабильную продувку ванны в широкой области режимов истечения дутьевых струй (n =0,8 – 1,3). Оптимальная область значений степени нерасчётности истечения (n =1,0 – 1,3) [12].

Таким образом, для достижения эффективной работы конверторных цехов и самого конвертера необходимо конструкцию кислородной фурмы и её наконечника подбирать в соответствии с параметрами режима дутья и присадок шлакообразующих, также сортамента выплавляемого металла, расхода энергоресурсов и себестоимости самой кислородной фурмы, в частности, ее наконечника.

2.5. Пример расчета диаметра сопел и расстояния между ним

Основные параметры конвертеров с комбинированной и донной продувкой определяется так же, как и для конвертеров с верхней подачей дутья,

однако имеется ряд существенных отличий [13]. Важнейшими факторами конвертерной плавки при донном и комбинированном процессах являются параметры реакционных зон, образующихся при внедрении струй кислорода,

подаваемого снизу в металлическую ванну. Эти факторы во многом определяют условия службы огнеупоров стен и днища конвертера, динамику шлакообразования, интенсивность пылевыделения и, в конечном счете,

производительность процесса в целом. Параметры реакционной зоны определяются главным образом диаметром сопла и давления дутья, которые в свою очередь определяются в зависимости от вместимости конвертера (У),

диаметра рабочего объема конвертера (Д), глубины ванны (hв) и удельной интенсивности продувки.

42

2.5.1. Определение диаметра сопел и расстояния между ними

Глубина hв конвертерной ванны определяется по эмпирическим

Диаметр рабочего пространства конвертера определяется по методике,

указанной выше (см. тему 1). Для ориентировочных расчетов можно использовать уравнение

где Gн – вместимость конвертера, т.

Расход кислорода через одну фурму (Qv) можно определить по формуле

где n – количество донных фурм;

τ – продолжительность продувки, мин;

ΣQ – количество кислорода или газа, подаваемого снизу на плавку, м3; i – интенсивность продувки через дно, м3/(т*мин).

Диаметр сопла донной фурмы определяется по уравнению неразрывности

струи

где ρ1 – плотность кислорода на срезе сопла, кг/м3;

ρо – плотность кислорода при нормальных условиях, кг/м3;

и1 – скорость кислорода в выходном сечении сопла, м/с.

Плотность кислорода на срезе сопла

где Р1 и Т1 – давление и температура кислорода на срезе сопла;

43

Ро и То – давление и температура кислорода при нормальных условиях

(Ро=101325 Па, То=273 К);

ρо – плотность кислорода при нормальных условиях (ρо=1,43 кг/м3).

В случае движения кислорода в фурме без учета теплообмена с внешней средой температура газа на срезе сопла определяется только скоростью кислорода:

где ТН – температура кислорода при входе в фурму.

Статическое давление кислорода на срезе сопла (Рст) и полное давление кислорода на срезе сопла (Р1) связаны в общем виде между собой выражением

где ( 1 ) - газодинамическая функция;

λ1 – коэффициент скорости;

к – показатель адиабаты, равный для кислорода 1,4.

Коэффициент скорости λ1 на срезе сопла определяется как отношение скорости кислорода на срезе сопла к критической скорости:

и

1 и 1 , (2.9)

кр

Статическое давление на срезе сопла можно принять равным давлению

столба металла и шлака на уровне днища конвертера (Рд):

где l – приведенная длина фурмы;

F(λ) – газодинамическая функция.

Газодинамическая функция может быть определена по графику (рис. 2)

где к – показатель адиабаты;

δ – коэффициент трения;

Lф – длина фурмы;

d – внутренний диаметр фурмы.

По газодинамической функции F(λ1) и l определяется значение F(λ2) и по графику (см. рис. 13) значение коэффициента скорости λ2.

В соответствии с условием неразрывности струи

обеспечения в начале фурмы давления Р2, следует задаться диаметром коллектора dк.

Равномерное распределение газового потока по фурмам будет

происходить при выполнении условий:

Полное давление в коллекторе (Рк), необходимое для обеспечения в

Рис. 13. Зависимость функции F(λ) от коэффициента скорости λ

48

2.5.3. Пример расчета

Рассчитать диаметр донных фурм для конвертера вместимостью 250 т с комбинированной продувкой кислородом, расстояние между ними, давление кислорода на срезе сопла, на входе в фурму и в коллекторе. Скорость подачи кислорода в ванну – 300 м/с, удельная интенсивность продувки – 5 м3/(т*мин),

снизу подается 50 % кислорода. Количество фурм – 12. Масса шлака 13% от массы металла. Плотность металла – 7000 кг/м3, плотность шлака – 2000 кг/м3.

Решение:

Глубина и диаметр ванны

Расход кислорода через одну фурму

Толщина слоя шлака

Статическое давление кислорода на срезе сопла

Коэффициент скорости на срезе сопла

Значение функции π(λ1) на срезе сопла

Полное давление на срезе сопла

Температура газа на срезе сопла

2

Скорость кислорода на входе в фурму

50