Расчёт параметров кислородного конвертора

      Расчёт  параметров кислородного конвертора 

      Для проектируемого конвертора основными  данными для расчёта геометрических размеров являются садка конвертора и его удельный объём , который выбирается в пределах 0,8-1 . Остальные размеры конвертора выбираются на основании накопленного опыта эксплуатации действующих агрегатов, либо рассчитываются по известным эмпирическим или функциональным зависимостям.

      В расчёте принимаем, что профиль  конвертора состоит из центральной цилиндрической части, верхней и нижней конической частей и донной части в виде шарового сегмента.  

      Расчёт  размеров кислородного конвертора   

      Основные  исходные данные для расчёта: 

      

        

      Кроме того, конструктивно принимаются:

1. Угол наклона образующей горловины конвертора к горизонтали
2. Угол укоса нижней конической части
3. Конвертор рассчитывается на удельную интенсивность продувки
4. Глубина жидкого металла в спокойном состоянии

 

      При этом предполагается, что весь металл в спокойном состоянии помещается в нижней части конвертора, состоящей из шарового сегмента и усечённого конуса.

      Для того, чтобы исключить контакт футеровки днища с высокотемпературной реакционной зоной и тем самым предотвратить его быстрое разрушение, необходимо, чтобы толщина слоя металла была больше, чем глубина проникновения кислородной струи в металл.

      Глубину проникновения струи в металл определяем по формуле: 

                                                                (1)   

где:  - глубина лунки, образованной при внедрении струи кислорода в металл, м;

         - расстояние от среза головки фурмы до металлической ванны, м;

         - плотность жидкого металла (7000 );

         - общий расход кислорода, ;

         - расход кислорода через одно сопло, ;

         - критическое сечение сопла Лаваля, см;

          - число сопел в фурме;

          - эмпирические коэффициенты, отражающие потерю напора по оси струи и неравномерность напора при выходе из сопла.

      Максимальная  глубина проникновения кислородной  струи в металл наблюдается при  расположении среза фурмы на уровне металлической ванны. Это положение, как самое неблагоприятное и следует выбирать в качестве расчётного.

      При предыдущее уравнение преобразуется к следующему виду: 

                                                                        (2)   

      Принимая  ; и ; а также высчитывая необходимые значения , , находим: 

         (3)    

      Учитывая, что на практике указанная ситуация возможно лишь в аварийном состоянии, рассчитаем глубину проникновения струи кислорода в металл при нормальном положении головки фурмы над ванной.

      Так как кислородные струи входят в металл не строго перпендикулярно  поверхности металла, а под углом 8-15°, можно с уверенностью полагать, что толщина слоя металла вполне достаточна для хорошей защиты днища от высокотемпературной реакционной зоны.

      Даже  тот факт, что в процессе службы конвертора его футеровка, изнашивается и рабочий объём увеличивается, а глубина ванны уменьшается не свидетельствует об ухудшении условий службы футеровки днища к концу кампании, так как все равно толщина слоя металла остаётся весьма значительной. В этом убеждает и практика кислородно-конверторного процесса, показывавшая, что износ футеровки днища кислородных конверторов примерно в два раза меньше, чем разрушение боковой поверхности. Определение высоты верхней конической, центральной цилиндрической части и диаметра конвертора.

      Принимаем, что диаметр горловины конвертора вдвое меньше диаметра рабочего пространства конвертора, а наклон образующей верхней конической части конвертора к горизонтали составляет 62 º. Тогда высота конической части конвертора составит: 

                                                                         (3) 

      Общий рабочий объём конвертора равен:  

        

      Объём металла в конверторе: 

        

      Свободный объём конвертора: 

        

      Свободный объём конвертора складывается из объёма центральной цилиндрической части конвертора и объёма его верхней конической части, т.е. .

      Объём цилиндрической части конвертора определим  из предположения, что верхний уровень вспененной конверторной ванны в период наиболее сильного обезуглероживания соответствует верхнему уровню цилиндрической части.

      Из  практики кислородно-конверторного  процесса известно, что объём вспененной ванны связан с интенсивностью продувки и объёмом спокойной ванны следующим соотношением:

           

                                                                                         (4) 

      Объём верхней конической части конвертора: 

        

      Значение  внутреннего диаметра конвертора получим  по эмпирическому соотношению: 

        

      Высота  верхней конической части: 

        

      Высота  центральной цилиндрической части  конвертора: 

        

      Полная  внутренняя высота конвертора: 

        

      Работа  по формуле даёт следующее значение высоты рабочего пространства: 

        

      Рассмотрим  также полученное значение высоты цилиндрической части конвертора с позиции возможности выбросов металла и шлака через горловину.

      В период интенсивного окисления углерода можно считать, что весь подаваемый в ванну кислород расходуется  на окисление углерода.

      Тогда скорость обезуглероживания может  быть рассчитана по формуле: 

        

      При такой скорости обезуглероживания:

      Высота  вспененной ванны составляет:  

      Определение параметров нижней части  конвертора 

      Диаметр основания шарового сегмента равен: 

      

      Решая это уравнение, получаем, что  

      Высота  шарового сегмента: 

        

        

        
 

      Определим радиус закругления донной части  конвертора:

        

      Основные  параметры проектируемого конвертора сводим в таблицу 1. 

      Таблица 1 Основные параметры проектируемого конвертора 

 
 

      Расчёт  сопла кислородного конвертора 

      Основным  фактором дутьевого режима кислородно-конверторной плавки является продолжительность  продувки. На дутьевой режим влияют следующие параметры:

      а) геометрические размеры конвертора

      б) интенсивность продувки

      в) число сопел

      г) угол встречи струи с ванной

      д) положение среза сопел относительно уровня спокойной ванны 

      Основным  устройством, служащим для организации  дутьевого режима в конверторе, является кислородная фурма. Главными её элементами являются собственно фурма и наконечник (головка с соплами), изготовляемый из красной меди. В качестве наконечника используют сопла Лаваля, позволяющие преобразовать энергию давления кислорода в кинетическую.

      Расчёт  сопла Лаваля сводится в основном к определению минимального (критического) сечения , выходного сечения и длины диффузора при заданном массовом расходе газа .

      Для этого необходимо рассчитать диаметр  выходного сечения сопла, длину  диффузора. Давление и температура  кислорода перед соплом и . Состав кислорода Давление кислорода на выходе сопла Удельный объём конвертора Вместимость конвертора . Угол раскрытия диффузора Коэффициент суммарных потерь .

1. Количество сопел для фурмы находится по формуле:   

 

                                                      (7) 

2. Плотность технического кислорода:

 

                                             (8) 

3. Массовый  расход кислорода через сопло:

 

 

4. Плотность кислорода в критическом сечении:

 

                                                                   (10) 

5. Скорость  кислорода в критическом сечении: