Форма профиля и размеры рабочего пространства кислородного конвертера определяются особенностями процессов, протекающих при продувке расплава газообразным окислителем, в частности резким увеличением, объема ванны при интенсивном газовыделении и не допущения при этом существенных потерь металла с выбросами и выносами. При этом должны быть сведены к минимуму потери теплоты как через поверхность корпуса конвертера, так и при излучении через горловину. Кроме того, необходимо учитывать условия службы футеровки и необходимость быстрой загрузки шихты. В результате на практике путем учета всех этих противоречивых требований сформировался оптимальный профиль рабочего пространства конвертера, представляющий собой полузамкнутое вытянутое пространство, сужающееся в верхней и нижней частях и симметричное относительно вертикальной оси. Геометрически его можно представить состоящим из следующих геометрических фигур: верхнего усеченного конуса, цилиндра, нижнего усеченного конуса и шарового сегмента. Конкретные условия эксплуатации конвертеров привели к появлению многих разновидностей формы профиля, но в целом не имеющих принципиального отличия от его классической компоновки (рис. 1).
Рисунок 1. разновидность профилей кислородных конвертеров
Следует отметить, что пока отсутствует единая научно-обоснованная методика расчета размеров профиля рабочего пространства из-за чрезвычайной сложности задачи, которая учитывала бы влияние таких факторов, как режим продувки, гидродинамику расплава, развитие физико-химических процессов, с одной стороны, и стойкость футеровки, выход годного и в конечном итоге производительность конвертера — с другой.
Поэтому в настоящее время размеры профиля считывают, используя эмпирические уравнения, полученные путем анализа и обобщения отдельных параметров действующих конвертеров (рис. 2).
рисунок 2. Профиль рабочего пространства конвертера
D1, D2. D3— соответственно диаметры горловины, цилиндрической части и днища, R- радиус
шаровой части днища, hв.к. hн.к, hц, hш – высота верхней и нижней конической частей, цилиндрической части, ванны и шаровой части; Н и Н1 – соответственно полная высота и высота свободного пространства.
Опыт конвертерного производства показывает, что минимальные потери металла при нормальном ходе продувки (без выбросов) достигаются при объеме рабочего пространства конвертера превышающем в 5… 7 раз объем расплава в спокойном состоянии. Поэтому ГОСТом 20067-74 установлено, что удельный объем конвертеров независимо от их вместимости должен составлять 0,8 .. 1,0 м3/т. При этом отношение полной высоты рабочего пространства к его диаметру равно 1,2… 1,о.
Объем ванны кислородного конвертера и все его основные параметры определяются вместимостью с учетом интенсивности продувки. Пока нет четких теоретических рекомендации, обеспечивающих правильный выбор интенсивности продувки, количества сопел в фурме и расхода кислорода на одно сопло. В практике современного кислородно-конвертерного процесса
интенсивность продувки составляет обычно i =З…5м3/(т *мин ), количество сопел в фурме n=4… 6, а расход кислорода на одно сопло q=50… 350 м3/мин. Поэтому при выборе параметров ванны ее глубина должна, с одной стороны, исключить возможность контакта высокотемпературной реакционной зоны с футеровкой днища, а с другой, обеспечить интенсивную циркуляцию расплава без образования застойных участков.
Параметры цилиндрической части рабочего пространства определяются рядом условий. С одной стороны, высота цилиндрической части определяется увеличением объема расплава в процессе продувки в результате его вспенивания, а диаметр цилиндрической части — стойкостью футеровки, с другой, соотношение между высотой и диаметром цилиндрической части должно быть таким, чтобы при горизонтальном положении конвертера жидкий металл размещался ниже уровня горловины, а высота цилиндрической части была достаточной для размещения опорного кольца и системы крепления в нем корпуса.
Кроме того, одним из основных размеров рабочего пространства конвертера является высота свободного пространства (сумма высот цилиндрической и верхней конической частей); это высота, которую достигают всплески металла и шлака. Она зависит от интенсивности подачи кислорода на одно сопло.
Высота верхней конической части рабочего пространства зависит от диаметра горловины и угла наклона стен. С учетом снижения потерь металла с выбросами и выносами при одновременном обеспечении необходимых скоростей завалки шихты (загрузка шихты одним совком) оптимальным значением диаметра горловины является: D1 = (0,4 … 0,6)D2.
Диаметр ванны конвертера должен обеспечить достаточную площадь взаимодействия кислородных струй с расплавом и высокую стойкость футеровки.
Угол наклона кладки конусных частей конвертера следует принимать с учетом обеспечения ее строительной прочности,, т. е, устойчивости кладки кирпича без его обрушения. Обычно этот угол составляет 27… 30° к вертикали.
