Расчет материального и теплового баланса с использованием железной руды

У малых (<130 т) конвертеров днище  для упрощения кладки иногда делают плоским; плоское днище имеют  конвертеры донной продувки.

 

По  форме корпуса (кожуха) различают  конвертера:

 

1)  с цилиндрическим корпусом, к  которому примыкает сферическое  днище;

2)  с сужением ниже цилиндрической  части в виде усеченного конуса  или двух примыкающих друг  к другу усеченных конусов;

3)  с незначительным, угол наклона  стенки к вертикали ~7°, сужением, переходящим в сферу.

 

Размеры конвертера.

 

Профиль и размеры конвертера должны обеспечить прежде всего продувку без выбросов.

Основными параметрами, определяющими возможность  работы без выбросов, являются:

 

1. удельный объем –  объем рабочей полости, приходящийся на 1 т жидкой стали, м3/т;

2)  отношение высоты рабочего  объема к его диаметру –  H/D.

 

Для ранее  строившихся и эксплуатируемых  конвертеров характерно колебание  значений этих параметров в неоправданно широких пределах:

 

1)  удельного  объема от 0,5 до 1,15 м3/т;

2)  отношения  H/D от 1,17 до 2,1.

 

По мере увеличения вместимости конвертеров разброс  этих значений снижается.

При выборе оптимального значения этих параметров необходимо учитывать следующее:

 

1)  если  удельный объем недостаточен, то  при продувке возникают выбросы;  при чрезмерно большом удельном  объеме неоправданно возрастают  габариты конвертера, расход огнеупоров  на футеровку, высота конвертерного  цеха;

2)  чем выше  интенсивность продувки и чем  меньше сопл в фурме, тем  больше должен быть объем конвертера  для предотвращения выбросов;

3)  при снижении  Н/D стенки конвертера отдаляются  от высокотемпературной подфурменной  зоны, что способствует повышению  стойкости футеровки; возрастает  удельная поверхность ванны, однако  уменьшение высоты конвертера  может привести к выбросам;

4)  при росте  H/D вероятность выбросов уменьшается, ноувеличение H/D сверх оптимального уровня нецелесообразно, так как это требует увеличения высоты здания цеха.

 

Удельный  объем сооружаемых в последние годы 100–350-тконвертеров находится в пределах от 0,8 до 1,0 м3/т и H/D от 1,4 до 1,7.

Глубина ванны  жидкого металла Нв изменяется в  пределах 1,0–1,9 м и возрастает по мере увеличения вместимости конвертера.

Следует учитывать, что при слишком большой глубине  ванны вследствие недостаточного проникновения  кислородных струй затрудняется плавление стального лома.

При выборе диаметра отверстия горловины Dг учитывают, что горловина большого размера  позволяет загружать стальной лом  в один прием.

При увеличении диаметра горловины возрастают потери теплаизлучением и несколько повышается содержание азота в выплавляемой стали, потому, что через большое отверстие в конвертер подсасывается больше воздуха, азот которого растворяется в металле.

Угол наклона  горловины к вертикали a в существующих конвертерах изменяется от 20 до 35°.

Признано  нецелесообразным делать этот угол >26°, так как при большом уклоне ухудшается стойкость футеровки  горловины.

Сужение нижней части рабочего объема необходимо, чтобы предотвратить образование  застойных зон при циркуляции металла. С учетом этого требования диаметр нижней части Dн рекомендуется  принимать равным 0,855D или несколько  меньшим.

 

Угол наклона  образующей нижнего усеченного конуса к вертикали b у:

 

1) глуходонных  конвертеров близок к 20°;

2) у конвертеров  с отъемным днищем 20–30°;

3) у конвертеров  со вставным днищем этот угол  равен 35–40°.

 

Корпус и днище.

 

Корпус конвертера выполняют:

 

1)  цельносварным  из листовой стали толщиной  от 30 до 120 мм, наибольшую толщину  имеет центральная часть корпуса  и меньшую – горловина и  днище;

2)  с отъемным  днищем;

3)  в редких  случаях, с отъемной горловиной.

 

Кожух испытывает значительные статические напряжения, так как масса футеровки и  садки в современных конвертерах  достигает более 1000 т.

При повороте конвертера величина напряжений и их знак изменяются, возникают динамические нагрузки переменного знака вследствие передачи крутящего момента на корпус.

 

В результате теплопереноса через футеровку  в процессе работы кожух конвертера нагревается до температуры:

 

1)  у горловины  конвертера может превышать 300 °С;

2)  в цилиндрической  части составляет 200–300 °С;

3)  в области днища около 200 °С.

 

Распределение температур необходимо учитывать при  расчете кожуха на прочность.

Для изготовления кожуха необходимо использовать нестареющие  марки сталей, например сталь 09Г2С.

Срок службы корпуса до замены составляет 4–5 лет.

Кожух старых конвертеров донного и бокового воздушного дутья был клепаным или  сварным.

Кожух современных  конвертеров монтируется из отдельных  гнутых или штампованных элементов  путем их сварки непосредственно  в конвертерном цехе.

Кожух в процессе работы деформируется, в нем появляются трещины, устраняемые при ремонте.

Симметричное  расположение горловины конвертера обеспечивает ввод кислородной фурмы  по оси конвертера и равное удаление высокотемпературной подфурменной зоны от стенок конвертера. Благодаря  этому достигается равномерный  износ футеровки стен и горловины.

Горловина конвертера в большей степени, чем другие элементы конструкции, подвержена воздействию  высоких температур и короблению и может быть повреждена при удалении настылей (застывших выплесков металла) и в процессе слива шлака.

В связи с  этим верх горловины укрепляют массивным  шлемом, причем часть его выполняют  из съемных элементов, которые можно  заменять.

К кожуху горловины  приварена снабженная кольцевым  пазом утолщенная литая стальная обечайка, на которой закреплены несколько  литых сегментов. Эти сегменты обычно выполняют из жаропрочного чугуна, который подвержен образованию  настылей меньше, чем сталь. Изношенные сегменты можно легко заменить (все  или один из них).

Днище конвертеров  для верхней продувки чаще выполняют  сферическим. Эта форма облегчает  циркуляцию металла и способствует снижению износа футеровки.

Широко применяют  как неотъемные, так и отъемные днища.

Отъемные  днища могут быть приставными  и вставными. Снятие и установку  отъемных днищ осуществляют при помощи домкратных тележек, передвигающихся  под конвертером.

Преимуществом конвертеров с отъемным днищем является:

 

1)  облегчение  и ускорение проведения ремонтов  футеровки;

2)  небольшой  длине линии сочленения цилиндрической  части и днища;

3)  более  надежном уплотнении места разъема,  что уменьшает опасность прорыва  металла.

 

При ремонте  после съема днища ускоряется охлаждение и облегчается разрушение изношенной футеровки и подача в  полость конвертера огнеупоров для новой кладки по сравнению с подачей через узкую горловину конвертера.

Основным  недостатком отъемных днищ считают  меньшую прочность и надежность конструкции нижней части корпуса  конвертера.

Преимуществом конвертера с неотъемным днищем является:

1)  уменьшение  массы и упрощение конструкции  вследствие отсутствия устройств  для крепления днища;

2)  повышение  жесткости корпуса в целом  и надежности конструкции его  донной части, что особенно  важно для большегрузных конвертеров.

 

Цапфы и опорное кольцо.

 

Конвертер цапфами  опирается на роликовые опорные  подшипники, закрепленные в опорных  станинах.

Подшипники  обеспечивают возможность вращения конвертера вокруг оси цапф; при  этом один подшипник фиксированный, а другой «плавающий», что дает возможность  перемещения вдоль оси цапф на 15–30 мм.

Для упрочнения осободеформируемой части корпуса  конвертера, к которой крепятся цапфы, и соединения кожуха с цапфами  используются специальные конструкции  несъемного и съемного типа.

Несъемную конструкцию  упрочняют с помощью усилительного  пояса швеллерного типа, изготовленного из стального листа толщиной 50–100 мм.

Этот пояс, к которому приваривают или жестко присоединяют с помощью специальных  болтов цапфы, приваривают к кожуху конвертера.

Несъемным является усиление в виде опорного кольца коробчатого  сечения, если оно приваривается  к кожуху конвертера, с которым  жестко соединяются цапфы.

Несъемные конструкции  просты в устройстве, компактны и  дешевы, но имеют существенные недостатки:

 

1)  нагрев  кожуха и опорного кольца происходит  до разных температур;

2)  отсутствуют  условия для беспрепятственного  расширения, что способствует возникновению  значительных напряжений в кожухе  и приводит:

а) – к растрескиванию кожуха;

б) – к перекосу цапф;

в) – к деформации подшипников.

 

По этим причинам опорное кольцо делают съемным.

При использовании  съемного опорного кольца возникает  необходимость «плавающего» соединения (крепления) опорного кольца с корпусом конвертера.

 

Эти устройства должны:

 

1)  быть  достаточно прочными;

2)  надежно  закреплены на корпусе конвертера  при любом его положении;

3)  обеспечивать  расширение кожуха, не допуская  ударов при повороте агрегата.

 

Типы крепления  опорного кольца к корпусу конвертера могут быть:

1)  болтовыми;

2)  безболтовыми.

 

Ранее при  болтовом креплении опорное кольцо соединялось с конвертером с  помощью 8–12 кронштейнов, приваренных  к кожуху, и болтов, входящих в  отверстия в кронштейнах и  опорном кольце.

Опорное кольцо отделено от кожуха зазором, что уменьшает  его нагрев.

Для безболтового крепления опорного кольца служат 6–12 литых уголков, расположенных равномерно по периметру кожуха.

Уголки крепятся к кожуху и входят в пазы опорного кольца.

При безболтовом  креплении, корпус конвертера можно  быстро отсоединить, удаляя чеки из болтов, клинья и бруски из проушин в кольцах. Это крепление применяется при  ремонтах конвертеров на специальном  стенде.

В ряде случаев  к кожуху приваривается кольцо, которое  входит в пазы на кронштейнах. В упрощенном варианте оба кронштейна (верхний  и нижний) привариваются к корпусу  конвертера.

В первых кислородных  конвертерах цапфы крепили непосредственно  к корпусу конвертера.

Как показала практика, вследствие нагрева и деформации корпуса происходил перекос осей цапф, что вызывало заклинивание опорных  подшипников и повышение износа шестерен механизма вращения.

Современные кислородные конвертеры снабжают отдельным  опорным кольцом, к которому крепят цапфы и в котором с зазором  закреплен корпус.

Благодаря зазору возникающие при термическом  расширении корпуса деформации не передаются опорному кольцу и перекос цапф не возникает. Внутренний диаметр опорного кольца на 150–200 мм превышает диаметр  корпуса конвертера.

Опорное кольцо в процессе работы конвертера нагревается  до 150–250 °С, что обусловливает возникновение  деформаций.

Для уменьшения воздействия на опорное кольцо выбросов металла и шлака его защищают экраном из стального листа, приваренного к кожуху и нависающего над  опорным кольцом.

Для увеличения прочности опорного кольца на внутренней его поверхности в районе цапф приваривают ребра жесткости.

Для создания водяного охлаждения внутри опорного кольца на его стенке, обращенной к  корпусу, укладывают трубы, по которым  циркулирует вода.

Для уменьшения напряжений и деформаций, возникающих  в результате нагрева используют секционно изготовленное опорное  кольцо с шарнирными соединениями отдельных  секций.

Опорное кольцо представляет собой конструкцию  из двух полуколец и закрепленных между ними двух цапфовых плит; полукольца и плиты скрепляют сваркой  и иногда шпильками.

Полукольца  сваривают из листовой стали, выполняя их полыми, прямоугольного (коробчатого) сечения, с поперечными ребрами  жесткости внутри.

У современных  отечественных конвертеров опорное  кольцо имеет до 12 отверстий для  пропуска тяг (шпилек), крепящих корпус к опорному кольцу.

В стенах кольца и ребрах жесткости предусматривают  отверстия для циркуляции воздуха.

Цапфовые  плиты, имеющие отверстия для  цапф, для малых и средних конвертеров  выполняют сплошными, а для большегрузных  – сварными из двух половинок.

Цапфы выполняют  коваными, а на большегрузных конвертерах  водоохлаждаемыми.

Водяное или  воздушное охлаждение полой цапфы  позволяет избежать ее деформации при  нагреве и не допустить перегрева  подшипника выше 100–120 °С.

Для подшипника нельзя использовать обычные смазки, поэтому смазкой служит дисульфид  молибдена.

Цапфы опираются  на подшипники.

Для малых  конвертеров ранее использовали подшипники скольжения с чугунными  или бронзовыми вкладышами.

В настоящее  время применяют подшипники качения.

Со стороны  привода устанавливается сферический  двухрядный роликовый подшипник, с  холостой стороны – цилиндрический роликовый.

Подшипники  опираются на стальные литые или  сварные станины.

Фундамент опоры  не связан с фундаментом здания.

Стальную  опору футеруют шамотным кирпичом для  защиты от попадающего на нее металла  и шлака при продувке и выпуске  плавки.

У конвертеров, предназначенных для донной или  комбинированной продувки, вдоль  оси цапф предусмотрены каналы (на большегрузных конвертерах диаметром  до 500 мм) для пропуска труб, подающих газы к донным фурмам.

Цапфы крепят к опорному кольцу путем запрессовки  в цапфовую плиту.