Файл: Metod_vkaz_prakt_rab_VS_15_prakt.doc

Приклад: розрахунок кисневого конвертору верхнього дуття ємкістю 100т.

Визначення головних розмірів конвертора.

Початкові данні.

Садка конвертора, м	Діаметр, Дв, м	Відношення Н1/Дв	Відношення Дг/Дв
100	4,2	1,4	0,4

1. З заданого зверху відношення Н₁/Дв =1,4 при відомим значенні Дв = 4,2м визначаємо величину висоти робочого простору конвертора:

Н₁ = 1,4×Дв, м, (1)

де Дв - внутрішній діаметр конвертера

Н₁ = 1,4×4,2=5,88

2. З даного відношення Дг/Дв = 0,4 визначаємо діаметр горловини:

Дг = 0,4×Дв, м (2)

Дг = 0,4×4,2 = 1,68

3. Визначаємо висоту горловини по формулі:

; (3)

-α куток нахила до вертикалі, в конвертерах середній і великой ємкості колеблиться у межах 53-75°. Приймаемо α=60°;

tg α= 1.7315;

тоді м

4. Визначаємо об’єм рідкого металу:

V_мет = 0,145×Q_ф, м (4)

де 0,145 – питомий об’єм металу, м³/m

100 – садка конвертора, т

Тоді V_мет = 0,145×100 = 14,5 м³ (5)

5. Розрахуємо загальну глибину металевої ванни.

Днище конвертора улаштовується трішки увігнутим з метою підвищення його стійкості. Метал у спокійному стані вмішується у шаровому сегменті циліндричної частини конвертора, тобто:

V_мет = V_шс + V_цч, м³ (6)

Об’єм шарового сегменту визначається по формулі:

, м³ (7)

де = 0,35 прийнята висота шарового сегменту, висота шарового сегменту звичайно складаї 0,3-0,5м

тоді

Об’єм циліндричної частини конвертора, який вміщує метал, дорівнює:

, м³ (8)

h_цч = 13,847× h_цч

Визначаємо висоту металу, який розташован у циліндричної частини конвертора формулою( 6)

14,5= 1,1764 + 13,847 h_цч

звідки h_цч = 0,962 м

6. Розраховуємо висоту шару шлаку за формулою:

, м (9)

де G_шл – кількість шлаку, %. Приймаємо G_шл –10%

ρ- щільність шлаку, кг/м³. Приймаємо ρ- 3000 кг/м³.

Тоді

7. Загальна висота ванни у спокійному стані:

h_в=h_мет + h_шл, м (10)

h_в=0,962+0.241 = 1,203 м

8. Висота циліндричної частини конвертера дорівнює:

Н_цч =Н₁ – Н_г – h_шс , м (11)

Н_цч = 5,88 – 2,183 – 0,35 = 3,3477

9. Визначаємо товщину футеровки конвертора

9.1 Товщина футеровки у циліндричній частині (tц) звичайно складає 650 – 1000мм у залежності від ємкості конвертора:

ємкості конвертора (tц),мм

50 650

100-130 780-830

150 870

200-250 890-930

300-400 830-1000

Приймаємо tц = 780 мм

9.2 Товщина футеровки у конічної часті tк приймається на 125 – 179 мм менш, чим у циліндричної. Приймаємо tк = 650 мм.

9.3 Товщина футеровки днища t_д приймається на 110 – 125мм більше циліндричній частині . Приймаємо t_д = 1000 мм

10. Визначаємо зовнішні розміри конвертора.

10.1 Зовнішній діаметр конвертора

Д = Дв + 2tц + 2δ_ц; (12)

де δ – товщина кожуха циліндричної частини , звичайно складає 60-100мм.

Приймаємо δ_ц = 60 мм

Тоді Д =4,2 + 2×0,78 + 2×0,06 = 5,88 м

10.2 Загальна висота конвертора

Н =Н₁ + t_д + δ_д, м (13)

де δ_д – товщина кожуха днища конвертора, звичайно складає 50-70мм.

Приймаємо δ_д= 60 мм

Н=5,88+1,0+0,06=6,94 (14)

11. Відстань від рівню спокійної ванни до зрізу горловини:

Н₂=Н₁ – h_в, м (15)

---

Н₂= 5,88 - 1,203 = 4,677 м

12. Діаметр сталевипускного отвору d_отв звичайно коливається в межах 100 – 250 мм в залежності від ємкості конвертора.

Приймаємо d_отв = 120 мм.

Рисунок 1-Основны геометричні розміри кисневого конвертора.

Додаток 1 для виконання розрахунку основних розмірів конвертера Завдання для розрахунку конвертерів кисневого дуття зверху
Варіанти	Садка конвертора, m	Діаметр, Дв .м	Відношення Н1/Дв	Відношення Дг/Дв д/д.
1	100	4,2	1,4	0.4
2	130	4,3	1,45	042
3	200	5,5	1,55	0.46
4	250	6,2	1,6	0,48
5	275	6,4	1,65,	0,5
6	300	6,5	1,7	0.52
7	350	7	1,75	0,6
8	400	7,1	1,8	0,61
9	450	7,6	1,8	0,63
10	400	7,2	1,8	0,61
11	350	7,1	1,8	0,6
12	300	6,7	1,75	0,52
13	250	6,3	1,6	0,48
14	200	5,8	1,55	0,44
15	130	4,9	1,45	0,44
16	100	4,3	1,43	0,44
17	50	3,4	1,41	0,42
18	100	4,4	1,42	0,42
19	200	5,6	1,43	0.44
20	250	5,9	1,44	0,55
21	275	6,3	1,63	0,49
22	300	6,6	1,67	0.53
23	350	7,2	1,71	0,57
24	400	7,4	1.75	0.58
25	450	7,5	1,77	0,61

---

Практична робота №2

Тема: Розрахунок матеріального балансу киснево-конверторної плавки.

Мета роботи: Навчитися розраховувати матеріальний баланс киснево-конверторної плавки.

При продувці рідкого чавуну технічно чистим киснем зверху застосовуються три основні способи охолоджування операції (плавки):

1) Охолоджування твердими окислювачами (залізняком, окалиною, агломератом і т.д.).

2) Охолоджування сталевим скрапом.

3) Охолоджування сталевим скрапом з добавкою невеликої кількості твердого окислювача (1-2% від маси чавуну) для прискорення процесу шлакоутворення і коректування температури металу по ходу продування.

У сучасних великовантажних кисневих конвертерах чаші застосовується третій спосіб охолоджування плавки.

Справжній зразковий розрахунок матеріального балансу киснево-конвертерної плавки складений для випадку роботи із застосуванням для охолоджування операції сталевого скрапу з невеликими добавками твердого окислювача (залізної руди) і призначений як навчальний посібник при виконанні курсових і дипломних робіт.

Розрахунок киснево-конвертерної плавки з охолоджуванням операції скрапом і рудою

Початкові дані

Таблиця №1 – Хімічний склад чавуну, скрапу, металу, перед розкислюванням і готової сталі 3 сп %

Найменування матеріалу	С	Si	Mn	P	S
Чавун передільний 80%	4,12	0,67	1,58	0,13	0,05
Скрап 20%	0,17	0,23	0,46	0,03	0,04
Метал перед розкислюванням	0,15	0	0,18	0,01	0,03
Готова сталь	0,14 – 0,22	0,12 – 0,30	0,45 – 0,65	н.б.0,04	н.б.0,05

Таблиця 2 – Хімічний склад вапно, плавикового шпату, руди і футерування %

Найменування матеріалу	SiO2	CaO	MgO	Al2O3	Fe2O3	CaF2	H2O
Вапно	2.0	91.0	1.0	1.5	-	-	0.5	4.0
Плавиковий шпат	4,2	2,1	-	0,8	-	89,4	-	3,5
Залізняк	7,1	1,0	0,2	4,6	86,0	-	1,1	-
Смолодоломітовий цеглина	2,0	58,0	36,5	1,5	2,0	-	-	-

Витрата чавуну складає 80% від маси металевої шихти, витрата скрапу - 20%.

Витрата залізняку для прискорення шлакоутворення і коректування температури металу - 1,5% від маси металошихти (звичайно складає 1-2%).

Температура чавуну при заливці в конвертер 1315°С.

Температура стали перед випуском 1610°С.

Розрахунок ведемо на 100 кг металошихти (чавун + скрап). Визначаємо середній склад металевої шихти %

Для чавуна

С 80/100×4,12=3,296

Mn 80/100×0,67=0,536

Si 80/100×1058=1,264

P 80/100×0,13=0,104

S 80/100×0,05=0,040 ці дані внесемо в таблицю 3

Для скрапа

С 20/100×0,17=0,034

Mn 20/100×0,23=0,046

Si 20/100×0,46=0,092

P 20/100×0,03=0,006

S 20/100×0,04=0,008 ці дані внесемо в таблицю 3

Таблиця 3 – Визначаємо середній склад металевої шихти, кг.

	С	Mn	Si	р	s
Чавун	3,269	1,264	0,536	0,104	0,040
Скрап	0,034	0,092	0,046	0,006	0,008
Середній склад	3,330	1,356	0,582	0,110	0,048

---

Визначаємо скільки віддаляється домішок на 100кг металу, кг

С 3,330-0,15×0,9 = 3, 195

Mn 1,356-0,18×0,9 = 1,194

Si 0,582

P 0,110-0,01×0,9 = 0,101

S 0,048 – 0,03×0,9 = 0,021

Fe(у дим) 1,2

-------------------------------------------

Чад домішок 6,293

Вихід сталі приймаємо рівним 0,9.

Втрати заліза випаровуванням звичайно складають 0,8 – 1,6%.

Приймаємо 1,2%

Приймаємо, що при продування ванни киснем 10% S вигоряє до SO₂, тобто окислюється:

0,048 /10 = 0,0048=0,005кг сірки

Витрата кисню на окислення домішок складає, кг:

C – CO₂ 3,195 ×0.1×32/12 = 0,850

C – CO 3,195×0.9×16/12 = 3,834

Si – SiO₂ 0.582×32/28 = 0,665

Mn – MnO 1,194×16/55 = 0.347

S – SO₂ 0,005×32/32 = 0,005

P – P₂O₅ 0,101×80/62 = 0,130

Fe – Fe₂O₃ 1,200×48/112 = 0,514

6,345

Приймаємо, що 90% С окислюється до СО, а 10% до CO₂

Утворюється маса оксидів, кг

CO₂ 3,195×0,1 × 44/12 = 1,169

CO 3,195×0,9× 28/12 = 6,710

SiO₂ 0,582×60/28 = 1,247

MnO 1,194×71/55 =1,541

P₂O₅ 0,101×142/62 = 0,231

SO₂ 0,005×64/32 = 0,010

Fe₂O₃ 1,2×160/112 = 1,714

У шлак переходить сірки, кг

0,021 – 0,005 = 0,016

Під час переходу сірки в шлак звільняється кисню, кг

0,016/2 = 0,008

Витрата кисню складає, кг

6,345-0,008=6,337

Витрата вапно визначаємо по балансу СаО і SiO₂ у шлаку для отримання основності 3,2 (основність шлаку повинна складати від 2,8 до 3,5). Для формування шлаку приймаємо витрату плавикового шпату рівним 0,3 кг За даними практики вітчизняних і зарубіжних заводів витрата разжижителей звичайно складає:

а) бокситу 0,6 - 1,2%;

б) плавикового шпату 0,2 - 0,6%.

Витрата (знос) футерування коливається в межах 0,8-1,2% від маси металошихти. Приймаємо витрату футерування рівним 1,1% або 1,1 кг на 100 кг металошихти.

Витрати вапна позначимо через х.

Кількість СаО в кінцевому шлаку, що поступає з матеріалів, складе, кг

Футерування 1,1/100×58 = 0,638

Залізняк 1,5/100×1,0 = 0,015

Плавиковий шпат 0,3/100×2,1 = 0,006

Вапно х/100×91 = 0,91х

-----------------------------------------------------------

Всього 0,6593+0,91х

SiO₂ у кінцевому шлаку, що вноситься матеріалами, кг

Металева шихта 1,247

Залізняк 1,5/100×7,1 = 0,106

Плавиковий шпат 0,3/100×4,2 = 0,013

Футерування 1,1/100×2,0 = 0,022

Вапно х/100×2,0 = 0,02х

-------------------------------------------------------

Всього 1,388+0,02х

MgО в кінцевому шлаку, що вноситься матеріалами, кг

Футерування 1,1/100×1,5 = 0,0165

Залізняк 1,5/100×36,5 = 0,402

Вапно х/100×1,0 = 0,01х

---------------------------------------------------------------------

Всього 0,4185 +0,01х

Al₂O₃ у кінцевому шлаку, що вноситься матеріалами, кг

Футерування 1,1/100×1,5 = 0,0165

Залізняк 1,5/100×4,6 = 0,069

Вапно х/100×1,5 = 0,015х

Плавиковий шпат 0,3/100×0,8 = 0,0024

-------------------------------------------------------------------

Всього 0,0879 +0,05х

Fe₂O₃ у кінцевому шлаку, що вноситься матеріалами, кг

Футерування 1,5/100×86,0 = 1,29

Залізняк 1,1/100×2,0 = 0,022

-------------------------------------------------------------------

Всього 1,312

СаF₂ в кінцевому шлаку, що вноситься матеріалами, кг

Плавиковий шпат 0,3/100×89,4 = 0,2682

СО₂ в кінцевому шлаку, що вноситься матеріалами, кг

Плавиковий шпат 0,3/100×3,5 = 0,0105

Вапно х/100×4,0 = 0,04х

----------------------------------------------------------

---

Всього 0,0105+0,04х

Замість СаО і SiO₂ підставляємо їх значення і визначаємо витрату вапно

0,659+0,91х = 3,2(1,388+0,02х)

0,659+0,91х = 4,4416+0,064х

0,659 - 4,4416 = 0,064х - 0,91х

-3,7826 = -0,846 х

Х = -3,7826/-0,846

Х = 4,470

Металева шихта, залізняк, плавиковий шпат, вапно і футерування вносять в шлак, кг(таблиця 4).

---