Плотность периклазошпинелидной футеровки r_ф =3150 кг/м³, удельная теплоемкость сф=920 Дж/(кг×К), коэффициент температуропроводности

        а = 3,125/(3150×920) = 1,0×10^-6 м²/с.

      Разобьем  футеровку на 25 элементарных слоев, каждый из которых имеет толщину

      х_ф = 0,45/25 = 0,018 м.

      Продолжительность элементарного интервала времени 

      Dt = х²_ф /2а_ф = 0,0182/2×1,0×10^-6 = 162 с.

      Число элементарных интервалов времени: в  период продувки k₁ = 622,23/162 = =3,84;

      в период паузы k₂ = 1080/162 = 6,67 » 7.

      В период продувки температура внутренних поверхностей футеровки неизменна и равна 1500°С. В течение паузы температура внутренней поверхности футеровки уменьшается за счет потерь тепла излучением.

      Коэффициент теплоотдачи излучением находим по формуле

      a_изл = q/ [(T_фут - Т_окр)×F×t] = 6,6×10⁹/(1500 — 30)×125,9×1080 = 33,02 Вт/(м²×К),

      где площадь внутренней поверхности  футеровки конвертера определяли по формуле

      F_BH = pD_внH₁ + pD²_вн/4 = 3,14×4,93×6,9 + 3,14×4,93²/4 = 125,9 м².

      Коэффициент теплоотдачи конвекцией от наружной поверхности футеровки конвертера находим, принимая среднюю температуру наружной поверхности равной 300 °С

      a_конв = 10 + 0,06×300 = 28 Вт/(м²×К).

      Начальное распределение температуры находим  в соответствии с принятым линейным распределением температуры по толщине футеровки в конце периода продувки (табл. 5).

      Поскольку колебания температуры имеют  место только во внутренних слоях футеровки при составлении табл. 5 ограничимся первыми 10 элементарными слоями. Расчет температуры внутренней поверхности футеровки проводим по формуле

      Т _{iDx, (k+1)Dt} = 0,5×[T_{(i-1)Dx, kDt} + T_{(i+1)Dx, kDt} ],

      внутренних  слоев футеровки —по формуле

      T _{mDxm, kDt} = (a₂×Dx_m×T_ок + l_m×T_{(m-1)Dxm, kDt})/(a₂×Dx_m + l_m).

      Таблица 5.

      Расчет  изменения температуры внутренних слоев  футеровки конвертера

 

      Как видно из табл. 5, распределение температуры  по толщине футеровки в конце  периода продувки (11Dt) достаточно хорошо соответствует принятому в качестве начального линейного распределения (0Dt) и дальнейший расчет можно не производить.

      Тепло,  аккумулированное футеровкой конвертера, находим по формуле

      Q_акк = V_Ф×r_Ф×С_Ф×(t - t ) = 22,662∙3150×920(1220,3 - 1196,4) = 1,596 ГДж.

      Здесь V_ф = F_вн ×10х = 125,9×10×0,018 = 22,662 м³.

      t = (1409+1302+1289+1247+1242+1218+1186+1146+1104+1060) /10 = 1220,3 °С

      t = (1163+ 1242+1277+ 1284+ 1263+ 1232+ 1191 + 1148+ 1104+ 1060)/10 = 1196,4 °С 

      8.  Потери тепла теплопроводностью  через футеровку 

      Q_тепл = ×(3,14×6,69×7,93 +3,14×6,69²/4)×622,23 = 1,027 ГДж. 

9. Потери  тепла на охлаждение кислородной  фурмы.

      Принимая  внешний диаметр фурмы равным d=0,2 м, глубину ее опускания 5,8 м, а величину потока тепла на фурму q = 348,9 кВт/м², определяем потери тепла с охлаждающей водой

      Q_Ф = 348,9×10³×3,14×0,2×5,8×622,23 = 0,791 ГДж.

      Результаты  расчетов теплового баланса конвертера представим в виде таблицы (табл. 6).

      Таблица 6.

      Тепловой  баланс конвертера

 
 

      Как следует из табл. 6, имеется недостаток прихода тепла (-4,932 ГДж или 1,55%). Это приведет к уменьшению температуры металла и шлака. Поэтому, для увеличения приходной части баланса необходимо применить подогрев скрапа, увеличение доли чугуна или применение чугуна и скрапа другого состава.

     Найдем  коэффициент дожигания:

η^О_СО = СО₂/(СО + СО₂) = 78 / (78 + 22) = 0,78

Определим коэффициент  полезного использования теплоносителя  в конвертере

η_кпт = 1 – [(Q^г_ух + Q^∑_пот)/Q_прих ] = (Q_пол/Q_прих) * 100% = (303,223/308,155) * 100% = 98,4%

Доля лома для  компенсации избытка тепла (Q_изб, Дж)

     G_л = Q_изб/(1000 * c_л * G_к * t_л +Q^∑_пот) = 4,932 * 10⁹/(1000 * 0,469 * 150 * 10³ * 20 + 303,223 * 10⁹) = 3,05*10¹¹

     где G_к – вместимость конвертера по массе жидкой стали, т;

     c_л - теплоемкость лома, равная 0,469 кДж/(кг*°С);

     Длительность  продувки

     τ_прод = -19,384(I^дож_О2/I^пр_О2) + 25,6 = -19,384(140/570) + 25,6 = 20,8 мин

     Годовая производительность конвертера

     Р_п = 1440 * G_к * a * n/(100 * τ_пл) = 1440 * 150 * 90,037 * 365/(100 * 32) = 2,22 млн.т/г

      где 1440- число минут в сутках; τ_пл -длительность плавки, мин; n- число рабочих суток в году; а - выход годного, %.

Таблица 1

Длительность (τ_пл) периодов конвертерной плавки

 

      Длительность  плавни τ_пл и отдельных ее периодов в соответствии с существующи-ми нормами приведена в табл. 1. Действительная длительность плавок в отечественных конвертерных цехах составляет 45—50 мин; она больше нормативной в связи с большей длительностью продувки (13—20 чин вместо 12), простоями конвертеров при корректиру-ющих операциях и большей длительностью загрузки лома. Число рабочих суток (n) в году зависит от организации работы конвертеров в цехе.

      Рассчитанные  технико-экономические показатели 150т конвертера продувки сводом в  табл.2.

      Таблица 2.

Показатели  конвертерной плавки при различных режимах продувки и дожигания СО

*(числитель –  без использования избытка тепла,  знаменатель- с использованием)