3.3.4. Физическое тепло корольков металла в шлаке

       Q_к=G_к·[C_cт.т·t^’_пл+L^’_пл+С_ст.ж·(t^’_ж – t^’_пл)].

       Корольки  попадают в шлак при температуре жидкой стали, их масса 1,414 кг(табл.7), теплофизические характеристики те же, что и в 3.3.

Q_к=1,093·[0,699·1500+272+0,837·(1620-1500)]= 2009,445 кДж.

3.3.5. Физическое тепло выбросов металла

При средней их температуре 1450°С, их массе 1кг.

       Q_в=G_в·[C_чуг.т·t_пл+L_пл+С_чуг.ж·(t_ж – t _пл)].

       Теплофизические свойства выбросов принимаем, как для  чугуна.

       Q_в=1·[0,737·1200+217,7+0,837·(1450-1200)]=1311,35 кДж

3.3.6. Физическое тепло пылевидного оксида Fe₂O₃ уносимого газами

При t₂=1600⁰C.

       Q_Fe2O3=G _Fe2O3·C _Fe2O3·t₂.

       Средняя теплоемкость Fe₂O₃ при 1600 ⁰С: C_Fe2O3=0,979кДж\кг·град.

       Q_Fe2O3=0,714·0,979·1600=1118,857 кДж.

3.3.7. Тепло, расходуемое на нагрев кислорода дутья.

       При выходе из фурмы кислород расширяется, что приводит к понижению температуры, которую для случая адиабатического  расширения можно определить из уравнения: 

       где Т_г – абсолютная температура газа после расширения,

Т₁ – температура газа перед выходом из фурмы, которую можно принять равной Т₁=30+273=303 К,

       Р₁ – давление кислорода до расширения Р₁=10 атм,

          К – коэффициент, равный С_р\С_v = 1,4. 

       При такой температуре теплоемкость кислорода составляет 1,298 кДж\м³•град.

       Тогда расход тепла на нагрев 5,063 м³ кислорода составит:

       Q_o2=V_o2·C_o2·t_г,

       Q_o2= 5,063·1,298·116=762,76 кДж.

4.Определение основных размеров конвертера

       При выборе формы и размеров рабочего пространства руководствуются необходимостью обеспечения резкого увеличения объема ванны при интенсивном газовыделении без существенных потерь металла с выбросами и выносами. При этом должны быть сведены к минимуму потери тепла через ограждение рабочего пространства и через горловину.

       Т – вместимость конвертера, т.

       Для условий СССР ГОСТом установлен удельный объем конвертеров независимо от их вместимости 0,8 - 1,0 м³\т.

       Вместимость конвертера в нашем примере составляет 250 т. Для него объем рабочего пространства составит:

       V=250·0,9=225 м³.

       Внутренний  диаметр D_в составляет:

       D_в=1,9·V^0.266,

       D_в=1,9·225^0.266=6,46 м.

       Диаметр горловины d можно принять 40% диаметра D_в, т.е.:

       d=0,4·6,46=2,58 м.

       Величину  диаметра днища D_д принимаем из соотношения:

       D_д=0,6·D_в,

       D_д=0,6·6,46=3,88 м.

       Высоту горловины находим из соотношения: 

в котором  из соображений устойчивости футеровки  принимаем α=53⁰.

       Тогда: 

       Высоту  конической части днища h_к находим из соотношения: 
 

       Высоту  сферической части днища h_c определяем из соотношения: 
 

       Высоту  рабочего пространства конвертера H_р находим из соотношения:

       H_р =2,655·V^0.266,

       H_р =2,655·225^0.266 =9,41 м.

       Объем верхней конусной части составит: 
 

       Объем нижней конусной части составит: 
 

       Объем нижнего шарового сегмента конвертера находим из выражения: 
 

       Объем цилиндрической части конвертера составит:

       V_ц=V-(V_г+V_к+V_с),

       V_ц=225-(43,85+41,51+2,6)=137,04 м³.

       Высота  цилиндрической части составит: 

5. Потери тепла в  окружающее пространство

5.1 Потери теплопроводностью  через наружную  поверхность ограждения  рабочего пространства  конвертера.

       Эти потери, отнесенные к 100 кг металлической части шихты, можно определить с использованием выражения: 

где q₁ – удельный тепловой поток, кДж/м²,

     F – общая поверхность конвертера, м²,

     τ – продолжительность цикла,  ч.

       Величину  q₁ определим из соотношения

       q=K·(t_вн-t_в),

в котором

K=1/(1/α₁+δ_к/λ_к+δ₀/λ₀+1/α₂),

где t_вн и t_в – температуры внутренней полости конвертера и воздуха, ⁰С;

α₁ и α₂ – коэффициент теплоотдачи от внутренней полости к стенке и от наружной поверхности к воздуху,кДж/м²·ч·град;

λ_к и λ₀ – коэффициенты теплопроводности кожуха и огнеупора, кДж/м·ч·град;

δ_к и δ₀ – толщина кожуха и огнеупора, м.

       Величина  α₁ весьма значительна, поэтому тепловым сопротивлением   1\α₁ пренебрегаем из-за его малости. Тепловым сопротивлением металлического кожуха δ_к\λ_к также пренебрегаем из-за его малости, т.к. толщина кожуха на порядок меньше толщины огнеупорной футеровки, а его теплопроводность также на порядок выше теплопроводности огнеупора. При средней температуре за цикл внутренней полости конвертера 1500⁰С, коэффициенте теплоотдачи от наружной поверхности к воздуху 75 кДж\м²·ч·град, температуре окружающего воздуха 40⁰С, толщине огнеупорной кладки стенки 1 м и коэффициенте теплопроводности ее 12,6 кДж\м²·ч·град величина q₁ составит:

q₁=1\(1\12,6+1/75)·(1500-40)= 15750 кДж\м²·ч.

         Определим величину теплоотдающих поверхностей. Внешние размеры конвертера в соответствии с принятым профилем будут иметь следующие значения:

       D=1,437·V^0,322=1,437·225^0,322=8,22 м,

       d’=d+2·(δ/2)=2,58+2·(1/2)=3,58 м,

       D’_д=D_д+2·δ=3,88+2·1=5,88 м,

       h’_c=h_c+ δ=0,78+1=1,78.

       h’_г и h_к’ известны, их значения равны h_г и h_к. Боковая поверхность верхней наружной конической части конвертера F₁ составит:

       F₁=S₁·π·(d’/2+D/2),

где S₁ – образующая верхнего усеченного конуса, м. 
 

       F₁=3,46·3,14·(3,58/2+8,22/2)=64,17 м².

       Боковая поверхность цилиндрической части:

       F₂=2·π·(D/2)·Н_ц=2·3,14·(8,22/2)·4,18=107,91 м².

       Боковая поверхность нижней конической части  конвертера F₃ составит:

       F₃=S₂·π·(D/2+D^’_д/2),

где S₂ – образующая нижнего сечения конуса, м. 

F₃=2,26·3,14·(8,22/2+5,88/2)=50,13 м².

       Поверхность днища F₄:

       F₄= π·[(D’_д/2)²+(h’_c)²]= 3,14·[(5,88/2)²+(1,78)²]=37,01 м².

       Общая поверхность наружной части ограждения конвертера составит:

       F=F₁+F₂+F₃+F₄=64,17+107,91+50,13+37,01=259,22 м².

       Принимая  продолжительность цикла τ=0,6 ч, находим величину Q₁:

       Q₁=15750·259,22·0,6/(10·250)= 979,855 кДж.

5.2 Потери тепла излучением через открытую горловину конвертера в период между продувками

       Эти потери, отнесенные к 100 кг металлической шихты, можно определить с помощью выражения:

       Q₂=q₂·π·(d/2)²·T·τ/10,

где q² – удельный тепловой поток, теряемый излучением через горловину, кДж/м²·ч.

       Величину  q₂ находим по закону лучистого теплообмена из выражения:

       q₂=ε·C₀[(T_вп/100)⁴-(Т_в/100)⁴],

где ε – степень черноты,

 С₀ – коэффициент излучения абсолютно черного тела, равный 20,77 кДж/м²·час·К⁴.

       Степень черноты полости принимаем равной 1.

       Тогда величина q₂ составит:

q₂=20,77·((1773/100)⁴-(313/100)⁴)= 2050451,09 кДж/м²·ч.

       При площади горловины:

       F_г= π·d²/4=3,14·(2,58)²/4=5,24 м²

и времени между  продувками τ=0,33 ч:

       Q₂=2050451,09·3,14·(2,58/2)²·250·0,33/10=1419,406 кДж.

5.3 Расход тепла на охлаждение водой кислородной фурмы

       Эту статью расхода тепла находим  из выражения:

       Q₃=q₃·π·d_ф·h_ф·Т·τ/10,

где q₃ – удельный тепловой поток на поверхность фурмы, который принимаем 1,26·10⁶ кДж/м²·ч;

 d_ф – наружный диаметр фурмы, м;

 h_ф – высота фурмы подвергающаяся нагреву, равная сумме высот конической и цилиндрической частей конвертера, м;

τ_прод – продолжительность пребывания фурмы в конвертере, ч.

       Наружный  диаметр фурмы d_ф принимаем равным 200 мм, высота фурмы h_ф =2,57+4,18=6,57 м. При продолжительности продувки τ_прод =0,27ч

       Q₃=1,26·10⁶·3,14·0,2·6,57·250·0,27/10=577,144 кДж.

       Суммарные потери тепла конвертера составляет:

       Q=Q₁ +Q₂ +Q₃,

       Q=979,855+1419,406+577,144 = 2976,405кДж.

       Теперь  составим таблицу теплового баланса конвертерной плавки (табл.9)

       Таблица 9

       Тепловой  баланс конвертерной плавки