2. Профіль робочого простору конвертера

Усі кисневі конвертори проектуються симетричної відносно вертикальній осі форми. Верхню частину – конічною, середню – циліндричною, нижню – сферичною з радіусом більшим, ніж діаметр циліндричної частини. Така конструкція донної частини робочого простору утворює сприятні умови для циркуляції металу під час дуття та запобігає формуванню застійних зон.

Знайдено [3], що між параметрами дуттєвого режиму і розмірами робочого простору існує залежність. Основною характеристикою, яка впливає на конструкцію робочого простору є глибина ванни рідкого металу у спокійному стані, яку ми розрахуємо при допомозі рівняння (2.1):

=0,0143·521,1^0,5·3,81^0,1·=0,9 (2,1)

де h_o– глибина ванни рідкого металу у спокійному стані, м;

k–емпіричний коефіцієнт, який дорівнює 0,0143;

i –інтенсивність дуття, м³/т∙хв.;

n – кількість сопел у наконечнику фурми;

W–швидкість кисню на виході із сопла фурми, м/сек..;

- щільність кисню на виході із сопла фурми, кг/м³.

Як видно з рівняння, глибина ванни залежить не тільки від місткості конвертера, але і від інтенсивності продувки, конструкції фурми і швидкості витікання і щільності кисню на виході із сопла. Таким чином, розрахункові профілю конвертера повинний передувати розрахунок кисневої фурми при заданих інтенсивності продувки і кількості сопел.

3.Розрахунок продувочної фурми

У первісний період розвитку киснево-конвертерного процесу продувку металу здійснювали односопловими фурмами. Надалі поширення одержали багатосоплові фурми, застосування яких привело до різкого зниження викидів металу і шлаку з конвертера, покращилося шлакоутворення, різко підвищилася інтенсивність продувки.

Фурма складається з трьох концентрично розташованих труб, об'єднаних змінним наконечником з міді із соплами. Кисень надходить по центральній трубі і через сопла в наконечнику потрапляє в порожнину конвертера.

Вода для охолодження фурми надходить у проміжну трубу, омиває наконечник і по зовнішній трубі повертається в зливальний шланг.

Підведення кисню і води до фурм і відвід води здійснюється гнучкими металевими шлангами.

При виборі конструкції наконечника виходять з необхідності розосередити кисневе дуття по поверхні ванни й організувати витікання кисню із сопів відособленими струменями з максимальною кінетичною енергією. Для розосередження кисню фурму оснащують декількома соплами, розташованими під кутом 15-20° до вертикалі. Для забезпечення максимальної кінетичної енергії струменів сопла виконують із профілем сопла Лаваля, у якому потенційна енергія газу може бути цілком перетворена в кінетичну енергію струменя з надзвуковою швидкістю витікання.

При однорядному розташуванні сопів по колу наконечника фурми їхнє число не перевищує 7, при дворядному - 12. Однак стійкість дворядних фурм звичайно не перевищує 40-50 плавок. Характеристики деяких використовуваних продувних фурм приведені в таблиці 3.1.

Вихідними даними для розрахунку продувної фурми є:

- місткість конвертера G, т;

- інтенсивність продувки і, м³/(т∙хв);

- кількість сопів у наконечнику фурми n;

- довжина фурми l_ф, м;

- внутрішній діаметр труби фурми d_ф, що підводить кисень, м;

- довжина шланга l_шл, що підводить кисень, м;

- тиск кисню в магістралі Р_м, МПа;

- температура кисню в магістралі Тм, °К.

Значення з d_ф, l_фможуть бути узяті з таблиці 3.1, значення l_шлможе бути прийнято рівним 2,5 висоти робочого простору (табл. 1.3) для відповідної величини G. Тиск кисню в магістралі Р_м=1,5.. .2,0 МПа, температура Тм =293 °К.

У якості прикладу приведен розрахунок 3–соплової продувної фурми для конвертеру місткістю75т, працюючого з інтенсивністю продувки2м³/(т∙хв).

Таблиця 3.1 - Характеристики фурм для конвертерної плавки з верхнім кисневим дуттям

Характеристики	Номінальна місткість конвертера, т сталі
	100	75
1. Вага, кг	1273	954,75
2. Піднімальна вага (із водою і приєднаними рукавами),кг	2000	1500
3. Довжина фурми, м	15,00	11,25
4. Зовнішній діаметр dн, мм	203	203
5. Внутрішній діаметр dф, мм	102	102
6. Максимальна витрата кисню, нм3/хв.	-	-
7. Максимальна витрата води на охолодження, м3 / ч	-	-
8. Тиск кисню перед фурмою, МПа	1,5	1,5
9. Тиск води перед фурмою, МПа	1,2	1,2
10. Хід фурми, м	12,30	12,30

Порядок розрахунку наступний.

1. Визначення секундної масової витрати кисню на фурму, кг/c:

(3.1)

де - щільність технічного кисню, кг/м³:

(3.2)

тут O₂ та N₂– кількість кисню та азоту у технічно чистому кисню, %.

2. Тиск кисню у підводному шлангу, МПа:

(3.3)

3. Температура кисню у шлангу, ⁰К:

(3.4)

де k – показник адіабати, k =1,4.

4. Щільність кисню у шлангу, кг/ м³:

(3.5)

де Т₀ і Р₀ – температура та тиск кисню у нормальних умовах, Р₀=0,1 МПа;

Т₀=293 ⁰К.

5. Діаметр шлангу, що підводить кисень, м:

(3.6)

де W_шл – швидкість кисню у шлангу, W_шл=40...60 м/с.

6. Втрати тиску у шлангу, що підводить кисень, МПа:

(3.7)

де - коефіцієнт тертя,=0,05...0,1

- коефіцієнт місцевого опору, =1,0...2,5.

7. Тиск кисню на вході у фурму, МПа:

Р_ф=Р_шл -Р_шл =1,8-0,06=1,74, (3.8)

8. Температуру кисню у фурмі, ⁰К:

(3.9)

9. Щільність кисню у фурмі, кг/м³:

(3.10)

10. Швидкість кисню у трубі фурми, м/с:

(3.11)

11. Витрати тиску у трубі фурми, МПа:

(3.12)

де =0,03...0,05;=0,5...1,0.

12. Тиск кисню перед соплами, МПа:

=1,74-0,02=1,72. (3.13)

Для забезпечення рівного ходу процесу тиск перед соплами повинне бути не менш 1,2 МПа.

13. Температуру кисню перед соплами, ⁰К:

. (3.14)

14. Щільність кисню перед соплами, кг/м³:

. (3.15)

15. Тиск кисню у критичному перерізі сопла, МПа:

. (3.16)

16. Швидкість кисню у критичному перерізі сопла, м/с:

(3.17)

R – універсальна газова постійна, 260 Дж/(кг⁰).

17. Температуру кисню у критичному перерізі сопла, ⁰К:

. (3.18)

18. Щільність кисню у критичному перерізі сопла, кг/м³:

. (3.19)

19. Масову витрату кисню через одне сопло, кг/с:

. (3.20)

20. Площина критичного переріза сопла, м²:

. (3.21)

21. Діаметр критичного переріза сопла, мм:

. (3.22)

22. Температуру кисню на виході із сопла, ⁰К:

. (3.23)

Тиск на виході із сопла Р2приймаємо рівним:

0,11...0,12 МПа для G100т;

0,12...0,13 МПа для G=100...200т;

0,13...0,16 МПа для G200т.

23. Щільність кисню на виході з сопла, кг/м³:

, (3.24)

24. Швидкість кисню на виході із сопла, м/с:

. (3.25)

25. Площину вихідного переріза сопла, м²:

(3.26)

26. Діаметр критичного перерізу сопла, мм:

(3.27)