Расчет парамертров кислородного конвертора

         - 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: 

      

 

      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: 

                            

                           (5) 

      При такой скорости обезуглероживания:  

      

 

      Высота  вспененной ванны составляет:  

      

 

      3.2 Определение параметров нижней части конвертора 

      Диаметр основания шарового сегмента равен: 

      

 

      Высота  шарового сегмента: 

      

 

      

 

      

 

      Определим радиус закругления донной части  конвертора: 

                                       

                                   (6)

       

      Основные  параметры проектируемого конвертора сводим в таблицу. 

      Таблица 1.1

      Основные  параметры проектируемого конвертора 

 
 

      3.3 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 к определению  минимального (критического) сечения , выходного сечения и длины диффузора при заданном массовом расходе газа .

      Нужно 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:

 

                                                    (11) 

6. Площадь критического сечения:

 

                                                   (12) 

7. Диаметр критического сечения сопла:

 

                                                (13) 

8. Температура кислорода на выходе из сопла:

 

                   (14) 

9. Плотность кислорода на выходе из сопла:

 

                                        (15) 

10.  Плотность  кислорода на выходе из сопла:

 

                                  (16)

 

11. Скорость кислорода на выходе из сопла:

 

                                                (17) 

12.  Площадь  выходного сечения сопла:

 

                                                          (18) 

13.  Диаметр  выходного сечения сопла:

 

                                                (19) 

14. Длина  диффузора:

                                                        (20) 
 
 
 
 

     4 Техника безопасности в конверторных цехах 

     При производстве стали в конверторах в результате несоблюдения техники безопасности может возникнуть целый ряд опасных ситуаций: расплавленные металл и шлак, высокотемпературные газовые среды причиняют ожоги; значительные по масштабам грузопотоки, в том числе над рабочими площадками, приводят к травмам, ушибам; наличие горючих и окислительных сред создает взрывоопасные условия; высокая запыленность отходящих из конвертора газов, содержащих в ряде случаев токсичные составляющие, тепловые потоки от агрегатов и некоторых видов оборудования вызывают отравления, тепловые удары, хронические заболевания. Для предупреждения травматизма и заболеваний на заводе существует служба техники безопасности; деятельность администрации в этом направлении контролируется профсоюзом рабочих металлургической промышленности.