Тепловой баланс передела позволяет перерабатывать большие количества скрапа и использовать железную руду, что повышает технико-экономическую эффективность кислородно-конвертерного производства. С увеличением емкости конвертеров до 300—350 т эффективность производства увеличивается. Расход на передел кислородно-конвертерным процессом — низкий, основная доля в себестоимости стали — стоимость материалов; строительство и ввод в действие конвертеров и конвертерных цехов осуществляется в более короткие сроки и значительно дешевле мартеновских. Эти особенности определили на ближайшее время кислородно-конвертерное производство — основным направлением развития сталеварения.

Примерный расчет кислородного конвертора

Рассчитать конвертер емкостью G = 150 т при продувке металла техническим кислородом (99,5 % О₂+0,5 % N2) сверху. Шихта содержит 77 % чугуна и 23 % скрапа, состав которых и стали перед раскислением следующий:

C	Si	Mn	P	S
чугун (77%)	3,8	1,0	0,9	0,2	0,05
скрап (23%)	0,1	-	0,5	0,04	0,04
средний состав шихты	2,759	0,72	0,763	0,033	0,045
сталь перед раскислением	0,1	-	0,04	0,01	0,025

Расход футеровки (периклазошпинелидный кирпич) примем равным 0,25 % массы садки.

Расчет конвертера включает:

1) расчет материального баланса;

2) расчет основных размеров конвертера;

3) расчет кислородной фурмы;

4) расчет теплового баланса

Материальный баланс

Угар примесей определим как разность между средним содержанием элемента в шихте и в стали перед раскислением (расчет проводим на 100 кг шихты).

Теперь определяем конечный состав шлака.

В соответствии с практическими данными примем, что содержание FeO и Fe₂O₃ в конечном шлаке соответственно равно 15 и 5%.Тогда масса шлака без оксидов железа равна 80 % или согласно предыдущей таблице 10,379, а общая масса шлака L_шл= 10,379/0,8=12,974 кг.

Масса оксидов железа в шлаке равна 12,974 - 10,379 = 2,595 кг, из которых 0,649 кг Fe₂O₃b 1.946 или FeO.

Таким образом, состав конечного шлака следующий:

SiO₂	CaO	MgO	Al₂O₃	Cr₂O₃	S	MnO	P₂O₅	Fe₂O₃	FeO
кг	1,8865	6,623	0,446	0,3705	0,03	0,0286	0,933	0,0613	0,649	1,946
%	14,54	51,05	3,44	2,86	0,23	0,22	7,19	0,47	5,00	15,00

Окислится железа, кг:

До Fe₂O₃…0.649-0.197=0.452

До FeO…1,946

Здесь 0,197 кг – количество Fe₂O₃, поступающее из различных источников.

Поступит железа из металла в шлак

1,946∙56:72+0,452∙112:160=1,514+0,319=1,833 кг.

Выход годного составит

100-5,645-0,5-1,0-1,833=91,022 кг

где 5,645 – угар примесей,кг;

0,5 – количество железа, уносимого со шлаком, кг;

1,0 – потери железа с выбросами, кг;

1,833 – потери железа на образование окислов железа в шлаке, кг.

Расход кислорода на окисление железа (определяем как разность между массами окисла и исходного элемента):

(1,946-1,514)+(0,649-0,319)=0,762 кг

Расход кислорода на окисление всех примесей

5,607+0,762=6,369 кг.

Принимая коэффициент усвоения подаваемого в ванну кислорода равным 0,9, определим необходимое количество технического кислорода на 100 кг садки

6,369∙22,4/(0,995∙0,9∙32)=4,98 м³.

Расход кислорода на 1 т садки равен 49,8 м³/т.

Количество подаваемого азота равно

4,98∙0,005=0,025 м³ или 0,031 кг.

Количество неусвоенного кислорода

(4,98-0,025)∙0,05=0,248 м³ или 0,354 кг.

Масса технического кислорода равна

6,369+0,031+0,354=6,754 кг.

Определение основных размеров конвертера

Внутренний диаметр D_вн конвертера и глубина жидкой ванны в спокойном состоянии hи общая высота H₁зависят от его садки (рис. 2):

Садка, т	50	100	150	200	250	300
D_вн	3,3	4,2	4,93	5,5	6,2	6,9
h	1,1	1,4	1,5	1,6	1,7	2,0
H₁	1,55	1,47	1,4	1,3	1,22	1,25

Толщину футеровки конвертера обычно принимают: конусной части 508-888 мм ; цилиндрической части 711-990 мм; днища 748-1120 мм.

В соответствии с приведенными рекомендациями выбираем D_вн=4,93 м и Н₁/D_вн=1,4. Тогда высота рабочего пространства равна

Н₁=4,93∙1,4=6,9 м.

Диаметр горловины принимаем равным

D_r=0,55D_вн=0,55∙4,93=2,7 м

Высота горловины при угле ее наклона а=60° равна

Н_r=(D_вн-D_r)tg60°=0,5(4,93-2,7)1,732=1,93 м.

Объем конвертера находим по упрощенной формуле

м³.

Принимая толщину футеровки днища равной δ_ф=1 м и толщину кожуха δ_кож=0,03 м, определим общую высоту конвертера

Н=6,9+1,0+0,03=7,93 м.

Наружный диаметр конвертера при средней толщине футеровки стен δ_ф.ст=0,85 м и толщине кожуха δ_кож=0,03 м равен

D_нар=4,93+2∙0,85+2∙0,03=6,69 м

Расчет кислородной фурмы

При расчете материального баланса было найдено, что расход технического кислорода на 1т садки должен быть равен 49,8м³.общий расход кислорода на садку 150т должен быть равен

49,8∙150=7470 м³.

Принимая интенсивность продувки равной 8,38∙10^-5м³/(кг∙с) найдем, что расход кислорода равен

8,33∙10^-5∙150∙10³=12,5 м³/с.

Тогда продолжительность продувки равна

7470:12,5=597,6 с (9,96 мин).

Длительность паузы между продувками примем равной 1080 с (18 мин).Тогда общая продолжительность цикла равна

597,6+1080=1678 с (27,96 мин).

Массовый расход технического кислорода на садку 150т равен

6,754:100∙150∙10³=10131 кг

здесь 6,754 кг-масса технического кислорода, расходуемого на 100кг садки, заимствована из материального баланса, а его секундный расход

10131:9,96:60=16,95 кг/с.

Далее, задаваясь величиной давления технического кислорода в цехе, определяем давление кислорода перед фурмой. Затем производим расчет сопла. При многосопельной фурме расход кислорода делим на число сопел.

Для упрощенных расчетов диаметра цилиндрического сопла шестисопельной фурмы можно воспользоваться формулой Б. Л. Маркова

d=7.13∙10³

мм,

где v_ф – расход кислорода на фурму, м³/с

Тепловой баланс

Приход тепла:

1. Тепло, вносимое чугунами (t_ч=1300°С):

Q_ч=GD_ч[с_ч^твt_{пл. ч}+L_ч+с_ч^ж∙(t_ч-t_{пл. ч})]

Q_ч =150∙10³∙0,77∙[0,745∙1200+217,22+0,837∙(1300-1200)]=138,013 ГДж/,

где D_ч=0,77 – доля чугуна в шихте;_ч^тв=0,745 кДж – средняя удельная теплоемкость твердого чугуна в интервале температур 0

1200°С; с_ч^ж=0,837 кДж – средняя удельная теплоемкость жидкого чугуна в интервале температур 1200

1300°С; L_ч=217,72 кДж/кг – скрытая теплота плавления чугуна; t_ч= 1300°С – температура заливаемого чугуна; t_{пл. ч}=1200 – температура плавления чугуна; G=150∙10³- емкость конвертера.

2. Тепло, вносимое скрапом (t_ск=20°С):

Q_ск=с_ск∙D_ск∙G∙t_ск

Q_ск=0,469∙150∙10³∙0,23∙20=0,342 ГДж

где с_ск=0,469 кДж – удельная теплоемкость скрапа при t_ск=20°С; D_ск=0,23 – доля скрапа в шихте;

3. Тепло экзотермических реакций.

4. Расход шлакообразования:

SiO₂→(CaO₂)SiO₂… 0,01543∙150∙10∙28:60∙2,32=5369,142

P₂O₅→(CaO)₃P₂O₅∙CaO… 0,00053∙150∙10∙142∙4,71=372,166

здесь первая колонка – доля оксида; третья и четвертая – молекулярные массы элемента и соединения соответственно; пятая – тепловые эффекты реакции шлакообразования, МДж/кг (табл. данные).

Расход тепла

1. Физическое тепло стали:

Q_ст=D_ст∙G[с_ст^тв∙t_{пл ст}+L_ст+с_ст^ж(t_ст-t_{пл ст})]

Q_ст=0,91022∙150∙10³[0,715000+272б16+0,837(1600-1500)]=191,946 ГДж

D_ст=0,91022 – выход стали (см мат. баланс); с_ст^ТВ=0,7 кДж/(кг∙К) – удельная теплоемкость твердой стали, средняя в интервале температур 0

1500°С; с_ст^ж= 0,837 кДж/(кг∙К) – удельная теплоемкость жидкой стали, средняя в интервале температур 1500

1600°С; t_{пл ст}=1500°С – температура плавления стали; L_ст=272,16 кДж/кг – скрытая теплота плавления стали.

2. Физическое тепло стали, теряемое со шлаком:

Q_ст__шл = 0,005-150-10³[0,7-1500+272,16+0,837(1600-1500)]=1,054 ГДж

где 0,005 – потери металла со шлаком.

3. Физическое тепло шлака:

Q_шл = 0,12974-150-10³ (1,25-1600+209,35)=42,996 ГДж.

где 0,12974 – получено шлака, кг (см. мат. баланс); 1,25 кДж/(кг∙К) – теплоемкость шлака, средняя в интервале температур 1500

1600°С; 209,35 кДж/кг – скрытая теплота плавления шлака.

4. Тепло, уносимое газообразными продуктами реакций с температурой t_ух= 1550 °С

Q_ух = 0,0558∙150∙10³∙2397,543=20,067 ГДж

i_CO

₊_SO... (0,1384 + 0,0002) 3545,34 = 491,384

Металлургическая теплотехника (стр. 2 из 3)

Примерный расчет кислородного конвертора

Материальный баланс

Определение основных размеров конвертера

Расчет кислородной фурмы

Тепловой баланс