Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теория и технология металлургии стали. Производство стали. Практикум
.pdf
№ 1993
Кафедра металлургии стали и ферросплавов
С.В. Коминов
М.П. Клюев
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
Теория и технология
металлургии стали
Производство стали
Практикум
Рекомендовано редакционно-издательским
советом университета
Москва 2010
УДК 669.18
К63
Рецензент
д-р техн. наук, проф. В.А. Осадчий
Коминов С.В., Клюев М.П.
К63 Теория и технология металлургии стали: Производство ста-
ли: Практикум. – М.: Изд. Дом МИСиС, 2010. – 46 с.
ISBN 978-5-87623-362-2
Практикум содержит методики расчетов конструктивных и технологических параметров конвертеров верхнего, донного и комбинированного дутья,
кислородных фурм верхнего и донного дутья, режимов торкретирования.
В разработке методик расчетов принимали участие студенты
И.А. Андреев, А.М. Болотная, Ю.М. Лепкова.
Предназначен для бакалавров, магистров направления 550500 «Металлургия», инженеров специальности 220301 «Автоматизация технологических
процессов и производств в черной металлургии».
УДК 669.18
ISBN 978-5-87623-362-2
2
С.В. Коминов,
©
М.П. Клюев, 2010
СОДЕРЖАНИЕ
1. Расчет параметров рабочего пространства конвертера
при продувке расплава кислородом сверху ...........................................5
1.1. Расчет основных параметров профиля рабочего
пространства конвертера при продувке расплава кислородом
сверху.....................................................................................................5
1.1.1. Основные понятия и требования к расчету..........................5
1.1.2. Методика расчета основных параметров профиля
рабочего пространства конвертера .................................................6
1.1.3. Расчет основных параметров профиля рабочего
пространства конвертера .................................................................7
1.1.4. Расчет фактического и свободного уровня
1.2. Расчет изменения параметров профиля рабочего
пространства конвертера по ходу кампании в зависимости
от количества проведенных плавок ..................................................14
1.2.1. Основные понятия и требования к расчету........................14
1.2.2. Методика расчета .................................................................15
1.2.3. Расчет изменения профиля рабочего пространства
конвертера по ходу кампании........................................................17
1.3. Расчет стойкости футеровки конвертера при факельном
торкретировании.................................................................................18
1.3.1. Основные понятия и требования к расчету........................18
1.3.2. Схема износа футеровки в конвертере ...............................19
1.3.3. Методика расчета .................................................................20
1.4. Расчет массы футеровки, переходящей в шлак по ходу
кампании..............................................................................................28
2. Расчет параметров кислородной фурмы при продувке расплава
кислородом сверху .................................................................................31
2.1. Основные понятия и требования к расчету...............................31
2.2. Методика расчета ........................................................................32
3. Расчет основных параметров профиля рабочего пространства
конвертера и донных фурм при продувке кислородом снизу ...........35
3.1. Основные понятия и требования к расчету...............................35
3.2. Методика расчета ........................................................................36
3.3.1. Расчет площади внутренней поверхности конвертера......37
ванны.............12
3
3.3.2. Расчет размеров донных фурм ............................................ 38
4. Расчет основных параметров рабочего пространства конвертера
и дутьевых устройств при комбинированной продувке .....................41
4.1. Основные понятия и требования к расчету...............................41
4.2. Расчет параметров донных дутьевых устройств
при продувке азотом или аргоном ....................................................43
Библиографический список ...................................................................45
4
1. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО
ПРОСТРАНСТВА КОНВЕРТЕРА
ПРИ ПРОДУВКЕ РАСПЛАВА КИСЛОРОДОМ
СВЕРХУ
1.1. Расчет основных параметров профиля
рабочего пространства конвертера
при продувке расплава кислородом сверху
Цель работы. Выработать у студентов навыки расчета основных
параметров рабочего пространства конвертера в зависимости от различных исходных технологических факторов.
1.1.1. Основные понятия и требования к расчету
Рабочим пространством конвертера называется объем, ограниченный огнеупорной футеровкой и воображаемой горизонтальной
плоскостью, проходящей через срез горловины конвертера.
Профиль рабочего пространства конвертера – это контур,
зованный сечением конвертера вертикальной плоскостью, проходящей через его ось.
При определении основных параметров рабочего пространства и
его профиля необходимо учитывать, что рабочее пространство
должно обеспечить:
1) размещение всей газошлакометаллической эмульсии, обра-
зующейся в период продувки расплава кислородом с максимальной
интенсивностью подачи дутья;
2) циркуляцию расплава без образования застойных зон
3) минимизацию потерь металла с выбросами и выносами;
4) минимизацию потерь тепла через горловину конвертера;
5) возможность максимальной скорости завалки металлолома;
6) минимизацию тепловых напряжений, возникающих в кладке
по ходу плавки.
В табл. 1.1 представлены исходные данные для расчета.
обра-
;
5
Таблица 1.1
2
O
i
h1
Исходные данные для расчета
*
Параметр Единица измерений Обозначение
Номинальная емкость конвертера т G
Удельная интенсивность продувки
3
м
/(т · мин)
Удельный объем конвертера м3/т v
Содержание марганца в чугуне % [Mn]
Содержание кремния в чугуне % [Si]
Содержание фосфора в чугуне % [P]
1.1.2. Методика расчета основных параметров
профиля рабочего пространства конвертера
Геометрию профиля рабочего пространства конвертера можно
представить состоящим из геометрических фигур (рис. 1.1):
• верхнего усеченного конуса;
• цилиндра;
• нижнего усеченного корпуса;
• шарового сегмента.
d1
Рис. 1.1. Основные геометрические
размеры профиля рабочего пространства
α
конвертера:
h1 – высота верхней конической части
d2
H
Rсф
профиля, м; h2 – высота цилиндрической
части профиля, м;
2
h
h3 – высота нижней конической части
профиля, м; h4 – высота сферической
части профиля, м; H – полная высота
профиля рабочего пространства, м;
d
3
3
h
d1 – диаметр верхней конической части
(горловины), м;
d2 – диаметр цилиндрической части
4
h
рабочего пространства, м; d3 – диаметр
нижней конической части, м;
Rсф – радиус сферической части, м
–––––––––
*
Здесь и далее обозначения единиц измерения соответствуют принятым на практике.
6
Обозначения дополнительных размеров профиля приведены в
2
/
H
/
ρ
[
05
0189 Si
,
[][
0127 Si P
табл. 1.2.
Таблица 1.2
Дополнительные геометрические размеры профиля
Параметр Обозначение
Площадь внутренней поверхности рабочего пространства, м2 S
Площадь поверхности ванны, м2 S
Глубина ванны, м h
Отношение диаметра горловины к диаметру цилиндрической части d1 / d
Отношение полной высоты к диаметру цилиндрической части
в
в
2
d
1.1.3. Расчет основных параметров профиля рабочего
пространства конвертера
Методика расчета основана на использовании результатов физического моделирования, статистической обработке параметров эксплуатируемых как отечественных, так и зарубежных конвертеров,
законов гидродинамики жидкой ванны и аэродинамики газовых
струй.
В расчете принимается, что весь металл в спокойном состоянии
размещается в нижней конической и сферической
частях рабочего
пространства.
Объем жидкого металла
где ρ
– плотность жидкого металла, равная 7 т/м3.
м
Удельный объем конвертера, м
эмпирической зависимости:
– при переработке передельных чугунов марки П1, в которых содержание кремния находится в пределах 0,50…0,90 %:
– при переработке высокофосфористых чугунов марки ПФ1-2, в
которых содержание фосфора находится в пределах 0,30…2,00 %:
Практикой эксплуатации конвертеров установлено, что удельный
объем конвертеров независимо от их вместимости должен находиться в
VG=
мм
v,i=
v,i=+.
O
,
3
/т, определяется по следующей
125
,
O
2
()
2
;
]
]
7
пределах 0,80…1,00 м3/т. С учетом непрерывного развития и возможно-
VGv
57
...
2
0,4
12 O
Hhhkq
[
073 022Mn
1168 9 42 10 1
⎡
⎢⎥⎣
сти усовершенствования кислородно-конвертерного процесса интервал
значений удельного объема может быть принят 0,75…1,10 м
Объем рабочего пространства конвертера, м
3
,
3
/т.
p.п
.
=
Опыт конвертерного производства показывает, что размещение
всей газошлакометаллической эмульсии в рабочем пространстве при
продувке с максимальной интенсивностью (первое требование), минимизация потерь металла с выбросами и выносами (третье требование) достигается при объеме рабочего пространства конвертера в
5–7 раз превышающем объем жидкого металла, т.е. должно соблюдаться соотношение
V
р.п
V
м
.
≥
Если рассчитанное соотношение выходит за указанные пределы,
необходимо значение удельного объема принять для конвертеров
номинальной емкостью менее 160 т ближе к нижней границе интервала, а для большегрузных конвертеров номинальной емкостью более 160 т – ближе к верхней границе.
Высоту свободного объема рабочего пространства конвертера
оценивают в зависимости от состава перерабатываемого чугуна,
оп-
ределяющего количество шлака, образовавшегося по ходу плавки:
'
=+ = .
Коэффициент k определяется по уравнению
Количество сопел m для многосопловой фурмы определяется в зависимости от емкости конвертера и интенсивности продувки по эмпирическому уравнению
При расчете от выражения, полученного в квадратных скобках,
берется целая часть.
8
k, ,=+ .
mi/, , G
=−⋅+
()
О
2
]
4
−
⎤
.
⎦
Интенсивность подачи кислорода через одно сопло рассчитывает-
/
qiGm
03
,
hhh ,Gi m.
05
,
dkG
[
121 21
( ) / 2 tg 0,866( )
hdd dd
21
.
hHh
р
() ( )
VV h hdddd
ся по формуле
= .
OO
22
Глубина ванны должна, с одной стороны, исключить возможность
контакта высокотемпературной реакционной зоны с футеровкой
днища, а с другой – обеспечить интенсивную циркуляцию расплава.
Для расчета глубины ванны рекомендуется уравнение
=+=
в 34 O
036 /
()
2
Диаметр горловины конвертера должен рассчитываться с учетом
снижения потерь металла с выбросами и выносами при одновременном обеспечении необходимых скоростей завалки шихты (третье,
четвертое, пятое требования). Диаметр горловины с учетом перечисленных выше требований и производственной практики определяется по формуле
= 0,2 при переработке передельных чугунов;
где k
Т
= 0,22 при переработке фосфористых чугунов.
k
Т
=
1T
,
Угол наклона кладки конусных частей конвертера к горизонтали
следует принимать с учетом обеспечения ее строительной прочности, т.е. устойчивости кладки без ее обрушения. Обычно этот угол
составляет около 60° к горизонтали. Тогда высоту верхней конической части конвертера можно вычислить по соотношению
=− α= −
]
Высоту цилиндрической части конвертера можно определить из
разности высоты свободного объема и высоты верхней конической
части:
′
=−
Для объема верхней цилиндрической и конической частей можно
составить уравнение
2
d
−= + ++
.пм 211212
π
412
π
2
22
.
.
9
Подставим в это уравнение принятые соотношения для h1 и h2:
.
21 21 1 212
( ) 0,866 0,866 ( ).
VV H dd dddddd
332
Vh dd
⎡
⎢
⎢⎥⎣
4
4
VhRh
32
0 855
d
.
4
,
hnd
4
hhh.
2
π
d
2
−= − − + − ++
пм
р
′
()
412
()
π
()
()
22
Получено кубическое уравнение с одним неизвестным – d
2
Смысл имеет один корень этого уравнения, и для решения этого
уравнения следует применить итерационный метод. Таким образом,
из приведенного уравнения определяется диаметр цилиндрической
части рабочего пространства.
Объем нижней конической части можно вычислить по уравнению
2
d
π
⎛⎞
=++
нк
32 2
2
⎜⎟
⎝⎠
2
d
⎛⎞
3
⎜⎟
⎝⎠
⎤
.
⎥
⎦
Объем шарового сегмента (сферическая часть) конвертера нахо-
дится из уравнения
π
2
=−
сф
3
()
3
сф
.
Исходя из необходимости устранения образования застойных зон
в нижней части агрегата (второе требование), целесообразно принять:
,d
=
Из технологических соображений рекомендуется выбирать высоту сферической части днища конвертера пропорционально диаметру
его рабочего пространства:
.
=
2
где n – коэффициент пропорциональности, изменяющийся в интер-
вале 0,167…0,111.
Тогда высота нижней конической части конвертера может быть
рассчитана по уравнению
=−
3 в
Радиус сферической части рассчитывается согласно рис. 1.2.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]