Будова кисневого конвертера і фурми для продування

3.1 Будова кисневого конвертера

3.1.1 Основні елементи кисневого конвертера

Кисневий конвертер складається з 4 елементів (рисунок 2): корпусу 1, опорного кільця з цапфами 2, опорних вузлів на станинах 3, механізму поворота 4.

3.1.2 Корпус КК

Це металевий кожух симетричний відносно вертикальної осі, футерований усередені вогнетривкими матеріалами. Металевий кожух складається з набору листових оболонок різної геометрії. Залежно від системи кріплення корпусу до опорного кільця по поверхні металевого кожуха приварюють масивні кронштейни, ребра жорсткості та інші деталі. На внутрішній поверхні має кільцеві ребра, що підвищують жорсткість корпусу і слугують полицями для футеровки.

Будова днища існує трьох типів: приставне, глуходонне, вставне. Приставне днище забеспечує економию вогнетривів донної частини, швидке охолодження і ремонт футеровки. Прикріплюють його за допомогою кронштейнів, болтів, клинів. Недоліки такої конструкції – небезпека проривання металу в місті з’єднання днища з корпусом, зниження жорсткості агрегату, що призводить до значної деформації, ускладнюючи ремонт. Недоліки посилюються зі збільшенням місткості конвертера.

До 80-х років вважалося, що конвертери місткістю понад 160 т мають бути глуходонними. Їх перевага – збільшення жорсткості і міцності корпусу. Проте глуходонний корпус потребував розробки системи подавання матеріалів для ремонту у конвертер зверху. Це підвищує вартість і тривалість ремонту.

У 80-ті роки створене вставне днище, що є люком у центрі днища. Днище прикріплюється за допомогою клинових або кулачкових з’єднань. Невеликі розміри люка дають змогу зберегти жорсткість і міцність корпусу. Велика товщина вогнетривкого шару, конічна форма, ретельне ущільнення шву за допомогою підпресування забезпечують безаварійну роботу.

3.1.3 Опорне кільце з цапфами

Опорне кільце з цапфами розташоване окремо від корпусу. Це дає змогу рівномірно розвантажити корпус конвертера від дії сил ваги і забезпечує вільну деформацію корпусу, так і опорного кільця, що гарантує тривалу експлуатацію агрегату. Опорне кільце з цапфами має складну конструкцію з листової сталі коробчатого перерізу і складається з двох напівкілець, з’єднаних за допомогою цапфових пліт із запресованими цапфами. Опорно-поворотні цапфи виготовляють із сталі 40ХН, часто водоохолоджуваними. Система кріплення корпусу до опорного кільця фіксує корпус в опорному кільці при різних кутах похилу конвертера.

3.1.4 Опори КК

Опорні вузли на станинах забезпечують сприйняття динамічних і статичних навантажень, компенсують перекоси і осьові переміщення цапф, спричинені тепловими деформаціями. Це досягається шляхом виготовлення однієї з опор плаваючою.

3.1.5 Механізм повороту КК

Конвертер приводиться в обертання за допомогою електромеханічного механізму повороту. Останнім часом найпоширеніші одно- та двобічні приводи навісного типу. У них крутний момент від електродвигунів через планетарні редуктори передається на велике зубчасте колесо насаджене на цапфу, завдяки чому конвертер обертається. Приводи займають небагато місця, а вихід одного двигуна з ладу не впливає на роботу конвертера.

тини, швидке охолодження і ремонт футеровки. Прикріплюють його за допомогою кронштейнів, болтів, клинів. Недоліки такої конструкції – небезпека проривання металу в місті з’єднання днища з корпусом, зниження жорсткості агрегату, що призводить до значної деформації, ускладнюючи ремонт. Недоліки посилюються зі збільшенням місткості конвертера.

До 80-х років вважалося, що конвертери місткістю понад 160 т мають бути глуходонними, перевага – збільшення жорсткості і міцності корпусу. Проте глуходонний корпус потребував розробки системи подавання матеріалів для ремонту у конвертер зверху. Це підвищує вартість і тривалість ремонту.

У 80-ті роки створене вставне днище, що є люком у центрі днища. Днище прикріплюється за допомогою клинових або кулачкових з’єднань. Невеликі розміри люка дають змогу зберегти жорсткість і міцність корпусу. Велика товщина вогнетривкого шару, конічна форма, ретельне ущільнення шву за допомогою підпресування забезпечують безаварійну роботу.

Опорне кільце з цапфами розташоване окремо від корпусу. Це дає змогу рівномірно розвантажити корпус конвертера від дії сил ваги і забезпечує вільну деформацію корпусу, так і опорного кільця, що гарантує тривалу експлуатацію агрегату. Опорне кільце з цапфами має складну конструкцію з листової сталі коробчатого перерізу, що складається з двох напівкілець, з’єднаних за допомогою цапфових пліт із запресованими цапфами. Опорно-поворотні цапфи виготовляють із сталі 40ХН, часто водоохолоджуваними. Система кріплення корпусу до опорного кільця фіксує корпус в опорному кільці при різних кутах похилу конвертера.

Опорні вузли на станинах забезпечують сприйняття динамічних і статичних навантажень, компенсують перекоси і осьові переміщення цапф, спричинені тепловими деформаціями. Це досягається шляхом виготовлення однієї з опор плаваючою. Конвертер приводиться в обертання за допомогою електромеханічного механізму повороту. Останнім часом найпоширеніші одно- та двобічні приводи навісного типу. У них крутний момент від електродвигунів через планетарні редуктори передається на велике зубчасте колесо насаджене на цапфу, завдяки чому конвертер обертається. Приводи займають небагато місця, а вихід одного двигуна з ладу не впливає на роботу конвертера.

3.2 Будова кисневої фурми (КФ)

3.2.1 Конструкція КФ

Нині використовують тільки вертикальні кисневі фурми. Кожний із конвертерів оснащують двома кисневими фурмами: робочою і резервною. Фурму опускають і піднімають за допомогою механізму, що встановлюється безпосередньо над конвертером. Максимальна швидкість пересування становить 1 м/с, мінімальна – 0,1 м/с. Осі конвертера і робочої фурми співпадають таким чином, що внутрішня поверхня футеровки рівновіддалена від реакційної зони при продуванні, що сприяє рівномірності її спрацювання.

Кисень підводиться від блоків кисневої станції по магістралі вздовж фронту конвертерів. Від магістралі до кисневих фурм кожного конвертера відходять стаціонарні кисневопроводи, які за допомогою гнучких гофрованих шлангів (металорукавів) із нержавіючої сталі, покритих захисним металевим дротовим обплетенням, забезпечують можливість вертикального пересування фурм. Швидкість кисню в кисневопроводах і шлангах має не перевищувати 50 м/с, 60 можливе загорання трубопроводів від іскри при терті сторонніх часток. Тиск кисню в магістралі – 1,6-2 МПа, перед соплами кисневої фурми 1,0-1,8 МПа.

Киснева фурма охолоджується водою, що подається під тиском 1-1,2 МПа за допомогою насосів. Вона підводиться до фурм і відводиться від фурм по водопровідних магістралях, а безпосередньо у фурми – по гнучких металевих шлангах, що забезпечують її пересування. Щоб не було накипу жорсткість води має бути до 3 мг-екв/л.

Обов’язковими елементами кисневих фурм є: система підведення кисню 1, підведення і відведення води 2, пристрій для компенсації розширення зовнішньої труби 3, наконечник 4 (рисунок 3).

3.2.2 Конструкція наконечника КФ

Технологічні показники процесу залежать від конструкції наконечника – кількості сопел, їх параметрів і розташування, а також кута нахилу їх осі до вертикалі. Але коли сопел у наконечнику більше як шість, погіршуються умови його охолодження. Наконечники бувають зварними, литими та виготовленими свердленням із суцільної поковки. Для стійкості зварних фурм велике значення має якість зварювання, особливо шва, що з’єднує корпус сопла із зовнішньою тарілкою наконечника. Стінки сопла охолоджуються киснем, температура якого – 110-140 ^оС, і зменшується в розмірах, а зовнішня тарілка розширюється в результаті нагрівання до 300 ^оС зовні. Велике значення має якість міді, з якої виготовляють наконечник. Збільшення вмісту фосфору від 0,01 до 0,1 % або олова від 0,1 до 1 % зменшує теплопровідність міді в 2 рази.

Велике значення має конструювання наконечника, яке зводиться до визначення кількості сопел, кута нахилу їх осі до вертикалі, а також розмірів внутрішнього каналу сопла Лаваля, який застосовують на всіх кисневих фурмах.

3.2.3 Профіль сопла Лаваля

Вибір розмірів наконечника КФ та сопел Лаваля

Для роботи конвертера без викидів шлакометалевої емульсії потрібний рівень розосередження кисню досягається при кількості сопел

, (1)

де - питома інтенсивність продувки киснем, м³/(тхв);

n – глибина спокійної ванни, м;

_n – питомий об’єм конвертера, м³/т.

Якщо існує загроза виносу металу через звертання шлаку, то

, (2)

де Q – місткість конвертера, т;

Н – внутрішня висота конвертера, м.

Зі здобутих за формулами (1) і (2) необхідно добрати більше значення, щоб забезпечити розосередження дуття в усіх ситуаціях. При тому слід урахувати, що кількість сопел обмежене (не більш як сім), що може лімітувати вибір питомої інтенсивності продувки.

Розосередження первинних реакційних зон можна досягти при куті між осями розташованих поряд сопел  = 15-20^о. Із геометричних побудов випливає, що кут нахилу осі сопел до вертикалі

(3)

Ступінь розосередження вторинних реакційних зон вважають достатнім, якщо відстань між центрами суміжних зон більше радіусу реакційної зони. Згідно з стереометричними побудовами це досягається при

, (4)

де D, L – діаметр і глубина реакційної зони, м;

n_ф – висота фурми над рівнем ванни, м.

Одночасного розведення первинних і вторинних реакційних зон буде досягнуте при більшому з обчислених за формулами (3) і (4) значенні .