Расчет основных размеров конвертора и кислородной фурмы

ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

Курсовая работа.

«Конструкция сталеплавильных агрегатов».

Расчет основных размеров конвертора и кислородной фурмы

(Вариант №2).

Студент

Веселовский В.Ю.

подпись, дата

фамилия, инициалы

Группа

ЧМ-12-2

Руководитель

доцент

Роготовский А.Н.

ученая степень, звание

подпись, дата

фамилия, инициалы

Липецк 2015

Содержание

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ. 3

Тема 1. «Расчет основных размеров конвертера и кислородной фурмы. Расчет параметров кислорода при истечении из сопла». 5

1.1. Расчет основных размеров кислородного конвертера с верхней    продувкой, кислородной фурмы и параметров кислорода при истечении из сопла. 5

1.2.    Расчет параметров кислорода при истечении из сопла и     основных   размеров кислородной фурмы.. 6

1.3 Расчет основных размеров фурмы.. 8

1.4   Расчет основных размеров конвертера. 9

Тема 2. «Расчет сопла и основных параметров конвертеров с донной продувкой  и комбинированной продувкой». 14

2.1.    Расчет донных фурм. 14

2.2.     Расчет параметров аргона при истечении из сопла. 14

2.3.    Расчет основных размеров фурм для подачи аргона снизу. 16

Вывод. 18

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.. 19

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Тема 1. «Расчет основных размеров конвертера и кислородной фурмы. Расчет параметров кислорода при истечении из сопла»

Задание. Определить основные размеры кислородного конвертера и фурмы с верхней продувкой.

Исходные данные. Номинальная емкость конвертера – 100т; удельная интенсивность продувки – 3,2 / (т · мин); давление кислорода в магистрали – 1,4 МПа; удельный объем конвертера – 0,95 т/; температура кислорода в магистрали 293 К; скорость кислорода в шланге – 50 м/с; скорость кислорода в фурме – 60 м/с; длина шланга для подвода кислорода в фурме – 25 м; дина фурмы 26,51 м; степень нерасчетности сопел – 3; показатель адиабаты – 1,4; высота конической части ванны – 0,63 м; давление газа в полости конвертера – 101325 Па.

Тема 2. «Расчет сопла и основных параметров конвертеров с донной продувкой и комбинированной продувкой»

Задания: 1. Определить диаметр донных фурм конвертера донного дутья, расстояние между ними, давление кислорода на срезе сопла, на выходе в фурму и в коллекторе. Скорость подачи кислорода в ванну 300 м/с, плотность металла – 7000 кг/, плотность шлака – 2000 кг/.

2. Определить те же величины для конвертера комбинированного дутья, принимая долю кислорода, подаваемого снизу.

3. Определить те же величины для конвертера комбинированного дутья при подаче снизу аргона.

Исходные данные. Вместимость конвертера – 80 т, интенсивность продувки – 3,0 /(т · мин), кол-во фурм – 7 шт., масса шлака от массы металла – 9 %, доля кислорода подаваемого снизу – 15 %, расход аргона через одну фурму – 1,0   /мин, плотность аргона  = 1,785 кг/, показатель адиабаты – 1,4.

Тема 1. «Расчет основных размеров конвертера и кислородной фурмы. Расчет параметров кислорода при истечении из сопла» 1.1. Расчет основных размеров кислородного конвертера с верхней    продувкой, кислородной фурмы и параметров кислорода при истечении из сопла.

Таблица 1

Условные обозначения для расчета верхней продувки

Величины	Условные обозначения	Значения	Единица измерения
Номинальная емкость конвертера		100	Т
Удельная интенсивность продувки		3,2	/ т · мин
Давление кислорода в магистрали		1,4	Па
Удельный объем конвертера		0,95	т /
Температура кислорода в магистрали		293	К
Скорость кислорода в шланге		50	м/с
Скорость кислорода в фурме		60	м/с
Длина шланга для подвода кислорода в фурме		25	м
Длина фурмы		26,51	м
Показатель адиабаты	к	1,4	-
Давление газа в полости конвертера		101325	Па
Степень нерасчетности сопел	П	3	-
Высота конической части ванны		0,63	м

1.2.    Расчет параметров кислорода при истечении из сопла и     основных   размеров кислородной фурмы

Секундный расход кислорода

 =  ·  =  = 5,33 /с.

Потери давления кислорода в клапане

 = 0,125 ·  = 0,125 · 1,4 = 0,175 МПа.

Давление кислорода в шланге

 =    = 1,4 – 0,175 = 1,225 МПа.

Температура кислорода в шланге

 =  ·  = 293 ·  = 282 К.

Плотность кислорода в шланге

 =  =  = 16,72 кг/.

Диаметр шланга для подвода кислорода к фурме

 = 1,35 ·  = 1,35 ·  = 0,108 м.

Потери давления кислорода в шланге

 =  ·  ·  =  ·  · 16,72 ·  = 0,343 МПа.

Давление кислорода в фурме

 =  –  = 1,225 – 0,343 = 0,882 МПа.

Температура кислорода в фурме

 =  ·  = 282·  = 256,74 К.

Плотность кислорода в фурме

 = 3,85 ·  ·  =  = 13,23 кг/.

Внутренний диаметр фурмы

 = 1,35 ·  = 1,35 ·  = 0,111 м.

Потери давления кислорода в фурме

 =  ·  ·  =  ·  · 13,23· = 0,308 МПа.

Давление кислорода перед соплами

 =  –  = 0,882 – 0,308 = 0,574 МПа.

Температура кислорода перед соплами

 =  ·  = 256,76 ·  = 227,1К.

Плотность кислорода перед соплами

 = 3,85 ·  ·  = 3,85 ·  ·  = 19,73 кг/.

Критическая скорость кислорода

 =  =  = 262,46 м/с.

Коэффициент скорости

λ = =  = 0,998.

Скорость истечения кислорода на срезе сопла

 =  · λ = 262,46 · 0,998 = 261,935 м/с.

Плотность кислорода на срезе сопла

 =  ·  = 9,73 ·  = 6,18 кг/.

Ориентировочная глубина спокойной ванны

 =  =  = 1,384 м.

Число сопел в фурме

Z =  =  = 2,205 шт.

Плотность кислорода в критическом сечении сопла

 =  ·  =  = 6,168 кг/.

1.3 Расчет основных размеров фурмы

Площадь критического сечения сопла

 =  =  = 2,201  

Диаметр критического сечения сопла

 = 2 ·  = 2 ·  = 0,053 м.

Площадь выходного сечения сопла

 =  ·  ·  =  · 2,201 ·  ·  = 2,201 ·  .

Диаметр выходного сечения сопла

 = 2 ·  = 2 ·  0,053 м.

Длина расширяющейся части сопла

 =  =  = 0 м.

Длина до критической части сопла

 =  =  = 0,0265 м.

Радиус скругления конфузора сопла

 =  = 0,053 м.

1.4   Расчет основных размеров конвертера

Объем металла

 =  =  = 31,25 .

Объем рабочего пространства конвертера

 =  ·  = 100 · 0,95 = 95 .

Объем корпуса конвертера

 = 1,8 ·  = 1,8 · 95 = 171 .

Диаметр цилиндрической части конвертера

 =  ·  =  ·  = 4,82 м.

Диаметр горловины

 = 0,35 ·  = 0,35 ·  =2,208 м.

Диаметр конвертера по днищу

 = 0,75 ·  = 0,75 · 4,82 = 3,615 м.

Удельная поверхность ванны

S =  =  = 0,182 м.

Высота верхней конической части конвертера (горловины)

 =  =  = 2,561 м.

Радиус сферического днища

R = 1,75 ·  = 1,75 · 4,82 = 8,435 м.

Высота сферической части ванны конвертера

 = R   = 8,435   = 0,352 м.

Объем верхней конической части конвертера (горловины)

 =  ·  =  ·  = 25,968 .

Объем нижней конической части конвертера

 =   ·  =  ·  = 8,86 .

Объем сферической части ванны

 = π ·  ·  = 3,14 ·  ·  = 9,19 .

Объем цилиндрической части конвертера

 =    = 95   = 50,982

Высота цилиндрической части конвертера

 =  =  = 2,795 м.

Высота рабочего пространства конвертера

 =  +  +  +  = 2,561 + 2,795 + 0,63 + 0,352 = 6,238 м.

Объем металла в цилиндрической части ванны

 =  –  = 31,25 –  = 13,2 .

Высота цилиндрической части ванны

 =  =  = 1,287 м.

Фактическая глубина спокойной ванны

 =  +  +  = 0,352 + 0,63 + 1,287 = 2,269 м.

Высота свободного условного объема конвертера

 =  –  = 6,238 – 2,269 = 3,969 м.

Толщина футеровки в цилиндрической части конвертера

 = 0,142 ·  = 0,142 ·  = 0,658 м.

Толщина футеровки конической части (горловины)

 =  – 0,15 = 0,658 – 0,15 = 0,508 м.

Толщина футеровки днища

 =  + 0,125 = 0,658 + 0,125 = 0,783 м.

Толщина корпуса

δ = 0,015 ·  = 0,015 ·  = 0,07 м.

Наружный диаметр конвертера

 =  + 2 ·  + 2 · δ = 4,82 + 2 · 0,658 + 2 · 0,508 = 7,152 м.

Полная высота конвертера

 =  +  + δ = 6,238 + 0,783 + 0,07 = 7,091 м.

Диаметр сталевыпускного отверстия

 = 0,1 + 0,00033 ·  = 0,1 + 0,00033 · 100 = 0,133 м.

Таблица 2

Основные размеры конвертера

1	Вместимость конвертера	100	т
2	Объем рабочего пространства	95
3	Удельный объем конвертера	0,95	/т
4	Высота рабочего пространства	6,238	м
5	Глубина ванны	2,269	м
6	Высота цилиндрической части конвертера	2,795	м
7	Высота конической части конвертера	2,561	м
8	Высота нижней конической части	0,630	м
9	Высота сферической части	0,352	м
10	Диаметр цилиндрической части	4,82	м
11	Диаметр горловины	2,208	м
12	Диаметр сферической части	3,615	м
13	Радиус сферического днища	8,435	м
14	Отношение Н/Д	1,6	-
15	Полная высота конвертера	7,091	м
16	Угол наклона верхней конической части	27	°
17	Угол наклона нижней конической части	37	°

Рис. 1. Схема конвертера с расчетными размерами

Тема 2. «Расчет сопла и основных параметров конвертеров с донной продувкой  и комбинированной продувкой» 2.1.    Расчет донных фурм

Таблица 3

Условные обозначения при расчете донных фурм

Параметр	Обозначение	Значение	Размерность
Вместимость конвертера		80	т
Расход аргона через одну фурму		1,0	/мин
Количество донных фурм	n	7	штук
Количество шлака		9	%
Плотность металла		7000	кг/
Плотность шлака		2000	кг/
Скорость подачи аргона в ванну	υ	300	м/с
Критическая скорость		300	м/с
Температура аргона при входе в фурму		300	К
Показатель адиабаты	к	1,4	–
Температура при нормальных условиях		273	К
Давление при нормальных условиях		101325	Па
Плотность аргона при нормальных условиях		1,785	кг/
Коэффициент трения	δ	0,03	–

2.2.     Расчет параметров аргона при истечении из сопла

Глубина и диаметр ванны

 = 0,35 ·  = 0,35 ·  = 0,96 м.

 = 0,475 ·  = 0,475 ·  = 4,34 м.

Расход кислорода через одну фурму

 =  =  =  5,14 /мин.

Толщина слоя шлака

 =  =  = 0,35 м.

Статическое давление на срезе сопла

 =  ·  · g +   ·  · g  +  = 0,96 · 7000 · 9,8 + 0,35 · 2000 · 9,8 + 101325 = 174041 Па.

Коэффициент скорости на срезе сопла

 =  =  = 1.

Значение функции π() на срезе сопла

 =  =  = 0,5283.

Полное давление на срезе сопла

 =  =  = 329435,9 Па.

Температура газа на срезе сопла

 =  +  = 273 +  = 345 К.

Плотность кислорода на срезе сопла

 =  ·  = 1,43 ·  = 3,68 кг/.

Удельный объем кислорода на срезе сопла

V =  =  = 0,272 /кг.

2.3.    Расчет основных размеров фурм для подачи аргона снизу

Диаметр сопла

 =  =  = 0,012 м.

Критерий Архимеда

Ar =  =  = 402,33.

Длина и диаметр реакционной зоны

 = 1,97 ·  ·  = 1,97 ·  · 0,012 = 0,242 м.

 = 2,29 ·  ·  = 2,29 ·  · 0,012 = 0,2 м.

Расстояние между рядами фурм и осями соседних фурм в одном ряду

 =  =  = 0,66 м.

 =  = 0,2 м.

Приведенная длина фурм

l =  · δ ·  =  · 0,03 ·  = 4,52 м.

Значение функции F()

 =  + l = 1 + 4,52 = 5,52 м.

Значение коэффициента скорости  определяется по графику функции  =  + ln λ и равно 0,4.

Скорость кислорода на входе в фурму

 =  · υ = 0,4 · 300 = 120 м/с.

Значение функций  и  определяется по формуле

 =  ·  ·  =  · 0,4 ·  = 0,5888;  = 1.

Давление на входе в фурму

 =  ·  = 29435,9 ·  = 559503,9 Па.

Диаметр коллектора

 = 1,73 ·  = 1,73 · 0,012 = 0,021 м.

Скорость кислорода в коллекторе

 =  =  = 40 м/с.

Потери давления на местные сопротивления

Δ = 0,5 ·  ·  = 0,5 ·  ·  = 108,84 Па.

Полное давление в коллекторе

 =  + Δ = 559503,9 + 108,84 =559612,74 Па.

Вывод

Я рассчитал в своей курсовой работе основные размеры конвертера вместимости 100 т.  Получился объем рабочего пространства равный 95  Удельный объем конвертера составил 0,95 /т , что соответствуют ГОСТу 20067-74. Полная высота конвертера получилась 7,091м.; высота рабочего пространства 6,238м.; высота цилиндрической части 2,795м.; высота конической части 2,561, и высота сферической части 0,352. Диаметр цилиндрической части конвертера составило 4,82 м . Отношение Н/Д составило 1,6.  

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.     Роготовский А.Н. Расчет основных размеров конвертера и кислородной фурмы: методические указания для самостоятельной работы студентов по дисциплине «Конструкция сталеплавильных агрегатов»   /сост.   А.Н. Роготовский, А.А. Шипельников, Т.В. Кравченко.  Липецк: Изд-во ЛГТУ,2013. – 54с.