Испытания фурмовщиков отечественного производства показали, что для условий медных заводов наиболее прогрессивна групповая машина.

2 Вертикальные конверторы

Конверторы вертикального типа применяют в цветной металлургии для конвертирования (рафинирования) ферроникеля. Конвертор работает на кислородном дутье. Кислород под высоким давлением подается в горловину бочки сверху по вертикально подвешенной фурме специальной конструкции. Фурма соединена гибкими рукавами со стационарными коммуникациями, по которым подаются кислород и вода для охлаждения. Опускание фурмы в ванну расплава, подъем и поворот ее осуществляются подъемным и поворотным механизмами. Над конвертором установлен наклонно водоохлаждаемый напыльник (водоохлаждаемый кессон), имеющий отверстие для пропускания фурмы.
В состав конвертирующего агрегата входят: собственно конвертор, фурма, напыльник,  домкратная рельсовая тележка для обслуживания днища бочки и телескопический подъемник для футеровочных работ. Краткая техническая характеристика конвертора; КВК.1-30ФН, изготовленного Южно-Уральским машиностроительным заводом, приведена ниже;
Емкость (садка), т……………………………………………………..  30
Объем рабочего пространства, м³ ……………………………….……38
Наибольшая глубина жидкой ванны, мм……………………………. 900
Высота    внутреннего    пространства бочки, мм …………………...6165
Диаметр бочки по футеровке (в свету), мм…………………………...3150
Внутренний диаметр бочки без футеровки, мм……………………4500
Внутренний диаметр горловины, мм …………………………………2000
Внутренний диаметр  горловины по футеровке, мм…………………1500
Номинальная скорость поворота корпуса, об/мин……………………1,0
Минимальная скорость поворота корпуса, об/мин …………………..0,13
Мощность двигателей привода поворота, кВт………………….4X29
Давление кислородного дутья, кгс/см² ……………………………….12,0
Давление кислородного дутья у сопла  фурмы, кгс/см²…………….. 8,0
Общая масса футерованного конвертора (без фурмы и напыльника), т 490
Масса нефутерованного   корпуса  в сборе с опорным кольцом, а днищем
 (без привода поворота), т ……………………………………....130
Общая масса футеровки бочки, т ……………………………………150
напыльника с водой, т…………………………………………..130
привода поворота с электрооборудованием, т…………..……83,3
Корпус конвертора (рис.8) цилиндро - конической формы, сварной, симметричный относительно вертикальной оси. Толщина листовой стали (марка ВСтЗ): 40 мм цилиндрической части, 30 мм конических частей и днища. Верхняя кромка горловины (рис.9,в) усилена приваренным кольцом и  защищена  от  воздействия горячих газов и шлаковых выбросов жаростойким шлемом 10 (четыре съемных сектора); На цилиндрической части корпуса с двух сторон по оси цапф приварены две массивные шпонки (рис.9,в) сечением 180X600 и длиной 1700 мм. Назначение их - передача на корпус усилий,  возникающих при  наклоне в  конвекторе.
Опорное кольцо (рис.9,а) коробчатого сечения 625X1600 с наружным диаметром 6,5 м сварено из толстой листовой стали. В кольцо впрессованы две цапфы (наибольший диаметр около 1000 мм); на приводной цапфе закрепляется (напрессовывается) приводной механизм поворота. Посадка шпонок по 5-му классу точности ходовая; осевые зазоры до 40 мм. Это должно обеспечить компенсацию теплового расширения корпуса, его сборку и демонтаж. От воздействия шлаковых настылей и высокой температуры опорное кольцо защищено сверху кожухом,  снизу  экраном.
Бочка закреплена на опорном кольце восемью тягами 4 диаметром 115 мм, попарно расположенными в кронштейнах корпуса. Сферические шайбы и пластинчатые пружины обеспечивают  возможность тягам занимать слегка наклонное положение и изменять длину при наклонах бочки. Кронштейны опираются на вкладыши, закрепленные на опорном кольце. При помощи вкладышей: регулируют поверхность контакта между бочкой и опорным кольцом. Поверхности контакта вкладышей и сферических шайб  покрывают смазкой на основе дисульфида молибдена. 
В   опорных   (подшипниковых)  узлах конвертора установлены двухрядные сферические роликовые подшипники. Опорный узел, приводной,  цапфы неподвижный - внутренние и наружные кольца роликоподшипника зафиксированы от осевого смещения. Опорный узел неприводной цапфы неподвижный (плавающий) -наружное кольцо установлено внутри стального вкладыша по ходовой посадке. .
Станины конвертора коробчатого сечения, сварены из толстой листовой стали и  балок. На каждой станине со стороны бочки закреплены кронштейны, предназначенные для установки домкратов при монтаже и ремонте  конвертора, рассчитанное  на подъем опорного кольца вместе с бочкой (без футеровки). На станине приводной стороны конвертора установлены кронштейны буферного устройства и станция циркуляционной  смазки. Станины со стороны бочки зафутерованы по всей высоте.
Привод поворота (рис.9,б) состоит из специального редуктора, четырёх навесных приводов, восьми пружинных буферов, одной большой в двух малых гидрошайб, командоаппаратов, сельсина и двух тахогенераторов.
Специальный редуктор установлен на коническом конце  цапфы  и закреплен на ней большой гидрошайбой. Центральное ведомое колесо диаметром 4080 мм (модуль 16) приводится в движение от четырех косозубых вал - шестерен, расположенных на корпусе редуктора (по окружности).  Корпус редуктора   опирается на ступицу центрального колеса через два конических подшипнику. Передаточное число редуктора 14, 118.
Навесной привод расположен на конце приводной вал - шестерни специального редуктора. Привод двухступенчатый цилиндрический с присоединенным к нему фланцевым двигателем. Один конец быстроходного вала редуктора соединен зубчатой муфтой с валом электродвигателя, другой конец - пальцевой  муфтой с валом фланцевого тахогенератора. Навесные редукторы удерживаются от поворота - пружинными буферами двустороннего действия, закрепленными на корпусах специального и навесного редукторов, через сферические опоры.

1 – корпус; 2 – шлем; 3 – кожух защитный; 4 – опорное кольцо;
5 – опора с плавающим подшипником; 6 – днище отъемное; 7 – буферное устройство; 8 – редуктор специальный; 9 – редукторы навесные с электродвигателями; 10 – опора с неподвижным подшипником;
Рисунок 8 - Вертикальный конвертор емкостью 30 т.
Гидрошайба большая используется для насадки и съема привода с цапфы, малая - для снятия и насадки навесного привода на конец вал - шестерни специального редуктора. Давление в большой шайбе при напрессовке составляет 650 кгс/см², при распрессовке 1500 кгс/см²; давление в малой шайбе при напрессовке 75 кгс/см³, при распрессовке 200 кгс/см².
Большая гидрошайба состоит из корпуса с шестью расточками и шести поршней и специальной гайки, наворачиваемой на резьбовой коней, цапфы конвертора. Масло под поршни подается шестью насосами через сверления в каждой ступени цилиндра.
Для подъема и обеспечения возможности наворачивания гидрошайбы на резьбовую ступицу центрального зубчатого колеса  используют две роликовые цепи, охватывающие корпус гидрошайбы по канавкам. Цепи перекидывают через две звездочки, насаженные на общую ось, и подвешивают на крановый крюк. Малые шайбы имеют аналогичный принцип работы.
Буферное, устройство служит для предотвращения разворота привода вокруг цапфы, смягчения динамических ударов при включениях и торможении, а также для гашения колебаний; представляет собой стальную тягу с встроенным пружинным (тарельчатым) амортизатором двустороннего действия. Шток буфера имеет поршень, заключенный в гидроцилиндр. Полости над поршнем и под ним образуют гидравлический демпфер. Краткая характеристика привода поворота и редуктора приведена ниже:
Общее передаточное число привода, поворота ……………………726,6
Мощность   двигателя    навесного привода, кВт…..………………29,0
Передаточное число специального редуктора…………………...14,118
Передаточное число навесного редуктора…………………………51,1
Централизованная система жидкой смазки служит для подачи масла в зубчатые зацепления и подшипники специального редуктора, неподвижный и подвижный подшипники цапф. Масло автотракторное сернокислотной очистки. Смазка навесных редукторов наливная; масло - трансмиссионное автотракторное. Станция циркуляционной смазки ЦС 70М характеризуется следующими данными:
Емкость резервуара станции, м³ ……………………………………..1,4
Площадь охлаждения  маслоохладителя, м………………..………. .4,0
Производительность, одного насоса л/мин……………………….….70
Рабочее давление масла, кгс/см.² …………………………....……….3,0
Давление пара и воды, кгс/см² ……………………………………….3,0
Двигатели привода поворота питаются постоянным током от системы генератор - двигатель с электромашинным усилителем. Преобразовательный агрегат состоит из приводного двигателя мощностью 200 кВт и генератора мощностью 45 кВт. Пуск осуществляется кнопкой с центрального пункта управления.
Скорость поворота конвертора регулируется в заданных пределах изменением напряжения генератора управление приводом поворота конвертора - ручное дистанционное командоконтроллерами с центрального пульта управления и с местного поста управления. В схеме предусмотрены включения на резервные генератор и электромашинный усилитель; блокировки, запрещающие включение привода. поворота конвертора, защиты  от перегрузки и обрыва цепей; сигнализация; об обрыве цепей тормозных катушек, об отсутствии давления в смазочной системе, о вертикальном положении бочки.
При нормальной эксплуатации торможение привода  осуществляется пристроенными  к фланцевым двигателям   электромагнитными тормозами типа  ТДП. При аварийных остановках (отключение тока и др.) конвертора происходит динамическое торможение с одновременным включением механических тормозов.
Отъемное днище соединено с бочкой шестнадцатью быстроразъемными клиновыми запорами. Ниже приведена масса днища и других узлов и деталей конвертора, т
Днище отъемное без футеровки ……………………………………8,8
Бочка без футеровки и ...опорного кольца ………………………...33,8
Опорное кольцо с цапфами …………………………………………80,5
Шлем (четыре сектора) ………………………………………………4,5
Редуктор специальный ……………………………………………...61,8
Навесной привод в сборе…………………………………………….3,0
Гидрошайба, большая…………………..……………………………..3,3
Опорные   (подшипниковые) узлы……………………………….2Ч12,3
Для отъема и установки днища имеется специальная домкратная тележка, состоящая из  гидродомкрата, гидроцилиндра (для поворота стола), двух насосных установок, стола и рабочей площадки, расположенных на железнодорожной четырехосной платформе (колея 1920. мм, база 3600 мм)
Краткая характеристика тележки:
Грузоподъемность, полезная, т ……………………………………….240
Скорость подъема стола  м/мин……………………………………….0,2
Максимальный ход плунжера гидродомкрата, мм ………………….955
Угол поворота стока, град………………………………………………±5
Масса тележки с электрооборудованием, т…………………………..54,2
Масса масла для  заполнения гидросистемы, т……………………….0,8
Рабочее  давление в  гидросистеме кгс/см² …………………………...50
Футеровка конвертора выполнена хромомагнезитовым или другим огнеупорным кирпичом. Толщина футеровки около 675 мм.. Средняя стойкость основной футеровки составляет примерно 200 плавок, кислой 350. Стойкость футеровки днища совпадает со стойкостью футеровки корпуса. Для перефутеровки корпуса, применяют специальный  телескопический гидроподъемник, расположенный на двухосной тёлежке (колея 1920 мм база 3600 мм).
Краткая характеристика подъемника:
Грузоподъёмность рабочей площадки……………………………... 4,0
Грузоподъемность подъемника материалов, т ……………………..1,0
Ход телескопического  гидроподъемника, м ……………………….5,6
Средняя скорость подъема площадки, м/мин ………………………0,98
Средняя скорость опускания площадки, м/мин ……………………0,90
Рабочее  давление в гидросистеме, кгс/см³  ………………………55
Общая масса подъемника т ……………..………………………..22,1
Фурма представляет собой длинную трубу, (длина, вертикальной части
 8,87 м) диаметром 76 мм., навинчённым медным наконечником (соплом). Труба закреплена в двухтрубчатом кожухе. Сопло имеет три наклонно (6° к вертикали) расположенных конусных отверстия. По гибким рукавам в фурму подаются кислород и вода для охлаждения. Нагретая вода выходит из кольцевого пространства между средней (разделительной), и наружной трубами (диаметры труб 114 и 159 мм, сталь марки 30). Материал сопла – медь марки М0 или M1, масса. 5,5 кг, наружный диаметр 146 мм. 
Подъем и опускание фурмы осуществляется подъемным механизмом (грузоподъемность 1,7 т, мощность. 22 кВт) поворачивание - механизмом поворота (мощность 1,4 кВт). Оба механизма расположены на колонне (высота 7м), подъемная барабанная лебедка расположена на отдельном фундаменте. Стрела вылета механизма поворота 4,9 м. Ход фурмы для поворота 9,0 м.
Для обеспечения лучшей плотности и повышения .надежности присоединение медного сопла, к фурме выполнено сварным. Стойкость сопел в.конверторах с основной футеровкой 150-200, с кислой 500-60б плавок. 
Напыльник (водоохлаждаемый кессон) имеет цилиндрическую форму. Внутренний диаметр огневой точки 2600 мм, наружный диаметр наружной стенки 2800 мм; толщина огневой стенки 12 мм; наружной 10 мм. Материал - сталь 20К (ГОСТ 5520 – 69) Общая длина кессона около 9,0 м.  Ширина кольцевого пространства,  заполняемого водой 68 мм.  Масса напыльника с водой около 30,0 т, масса без воды примерно 25,0 т
Напыльник - откатной, устанавливают над горловиной конвертора под углом к горизонту около 60°. Для установки фурмы предусмотрено отверстие в нижней части кессона. Вода поступает в кессон под давлением 3,5 кгс/см²; расход водs 800 м³/ч.
Эксплуатация конвертора должна осуществляться в соответствии с правилами безопасности в конверторном переделе. При перефутеровке корпус конвертора должен находиться в вертикальном положении. Перед началом работ отключают электроэнергию от привода поворота, затормаживают электромагнитные тормоза. При необходимости ремонта или регулировки тормозов бочку конвертора закрепляют за цеховые конструкции во избежание её опрокидывания. Состояние футеровки бочки систематически контролируют.. Не допускается перегрев стенок  выше 250-300°С. Разность температур, замеренных на поверхности корпуса в двух точках, отстоящих одна от другой на расстояние 1 м, не должна превышать 10° С, чтобы не допустить коробления. По этой же причине опасен перегрев опорного кольца.
Конвертор должен разогреваться по графику с учётом медленного повышения температуры футеровки (корпуса). Сварочные швы должны находиться под регулярным наблюдением.     
 Необходимо учитывать, что при температуре около 400°С смазка опорных кронштейнов корпуса (на основе диосульфата молибдена) начинает окисляться и терять смазочные свойства.
За состоянием и работой тормозов должно вестись повседневное наблюдение. Не реже двух раз в месяц нужно регулировать тормоза в соответствии с инструкцией завода-изготовителя, а также контролировать и регулировать тормозные моменты всех тормозов. Допустимый предел снижения момента не более 5% от номинального, паспортного. Работа с неисправными неотрегулированными тормозами запрещается. Тормозной момент каждого тормоза в холодном состоянии должен быть не менее 80 кгс·м. Каждый тормоз должен самостоятельно удерживать незафутерованный корпус конвертора в наклонном на 90⁰ относительно вертикальной оси положении.
 При выходе из строя одного двигателя или навесного привода возможна временная работа на трех навесных приводах. Рекомендуется ежесуточно несколько раз поворачивать корпус конвертора на 360°.
Регулярно, не реже четырех раз в месяц, должна контролироваться затяжка гаек на тягах крепления корпуса на опорном кольце. Контроль осуществляют при повернутом зафутерованном конверторе горловиной вниз. При появлении, между сопряженными поверхностями зазора, превышающего 1 мм, гайки подтягивают до полного устранения зазора. Все пружины подлежат замене, если высота пакета уменьшится до 100 мм. Не допускается накопление настылей на корпусе, горловине и опорном кольце.  Использовать  для  их срыва привод поворота конвертора категорически запрещается.
При замене сферических шайб и вкладышей опорного кольца нужно осуществлять подгонку опорной поверхности, обеспечивающей прилегание не менее 50% с равномерностью не менее 4 пятен на один квадратный дециметр. После подгонки сопряжённые поверхности смазывают суспензией на основе диосульфата молибдена.
Гидравлический цилиндр подпора, систему труб и клапанов буферного устройства заполняют маслом "Индустриальное 50". Параметры буферного устройства (величину щели  регулирующего вентиля) регулируют на основании опытных данных. В режиме неустановившегося движения (торможении, реверсах, пуске и др.), когда действующий на цапфе момент превышает максимальный статический момент, вентиль оставляют открытым. При полностью закрытом вентиле буфер работает как жесткая тяга.
Новая система централизованной смазки и прошедшая капитальный ремонт действующая система ИС-70м подвергаются гидравлическому испытанию. при давлении 7 кгс/см². Подачу масла к зацеплениям и подшипникам специального редуктора регулируют краном, а расход масла подшипниковым узлом - указателями подачи, установленными у  каждого подшипника. Струя выходящего масла должна быть тонкой, равномерной. Также регулируется подача масла в опорные узлы конвертора.
Температура подшипников привода и опор должна находиться под постоянным наблюдением. Температура коренных подшипников опор и привода не должна превышать 80-96°С; предельная температура малых подшипников редукторов не должна превышать температуру окружающёго воздуха более чем на 50° С.
Конвертор может быть включен в работу только после того, как будет отрегулирована подача масла ко всем смазываемый точкам. Замену масла и промывку ванн редукторов и всей централизованной системы необходимо проводить в начальный период работы нового или капитально отремонтированного конвертора через 2-3 недели после пуска; в последующее время - 1 раз в 4-6 месяцев по установленному графику. При каждой замене масла картеры и маслопроводы следует промывать смесью масла низкой вязкости и дизельного топлива  (1:1).
Для частичной разборки специального редуктора снимают с него одну из четырех вал - шестерен. В случае полной разборки редуктор снимают (распрессовывают) с цапфы большой гидрошайбой при максимально допустимом давлении в цилиндрах гидрошайбы 1500 кгс/см². Для облегчения распрессовки необходимо подать масло под высоким давлением в два резьбовых отверстия (на ступице колеса), к кольцевым проточкам на конусной посадочной поверхности. Корённые шпильки должны быть отпущены после предварительного их подогрева.
В процессе работы под постоянным наблюдением должен, находиться напыльник. Обслуживание (промывка, очистка и дp.), а также питание водой должны выполняться в соответствии с заводской инструкцией. Жесткий контроль должен быть установлен за тормозом вертикального перемещения ствола фурмы - при падении ствола выходит из строя вертикальный вал  оборотного механизма.
Некоторые  достоинства конвертора: высокая степень герметизации привода поворота и опорных устройств и централизованная  система смазки трущихся пар; применение постоянного  тока  позволило исключить необходимость установки вспомогательного (аварийного) привода и дало возможность изменять скорость поворота корпуса в широких пределах (1:8); исключена тяжелая операция прочистки фурм; предусмотрена возможность механизации и футеровочных работ; установлен водоохлаждаемый напыльник. Вместе е тем. конструкция конвертора сложна в изготовлений и является металлоемкой - удельная металлоемкость в 4-5 раз превышает таковую горизонтальных конверторов; удельный расход электроэнергии выше в 3 - 4 раза; высокий расход воды на охлаждение фурмы и напыльника. Конвертерная установка требует большой, высоты здания.
 Конструкция привода, опорных узлов, буферное устройство, узлы крепления корпуса с цапфами и опорным кольцом требуют очень строгого и квалифицированного обслуживания, надзора и ремонта.

3 Расчет основных параметров и теплового баланса конверторов цветной металлургии
При расчете конверторов для переработки медных, медно-никелевых и никелевых штейнов определяют следующие величины:
 1) Пропускная способность конвертора по воздуху V_конв, нм³/мин.
Находится из формулы
 (1)
где   А – суточная производительность конвертора по штейну, т/сутки;
К – коэффициент использования конвертора под дутьем, безразмерный; по данным практики К=0,70-0,80;
   - практический удельный расход воздуха на 1т штейна, нм³/т;  находится на основе расчета технологического процесса;
1440 – число минут в сутках;
2) Удельная нагрузка фурм конвертора по воздуху  q, нм³/см³·мин.
Находится по формуле
 (2)
где p₁ – давление дутья на воздухоподводящем коллекторе, кг/см²;
H_гидр – среднее гидростатическое противодавление штейновой ванны, кг/см²; определяются по удельному весу штейна γ, кг/см³, и средней высоте слоя штейна над фурмами h, см:
H_гидр= γh
C – безразмерный коэффициент характеризующий гидравлическое сопротивление участка воздухораспределительной арматуры конвертора  от закольцованного коллектора до конца фурменной трубки и степень зарастания рабочего конца фурменной трубки. Исследованиями установлено, что числовое значение коэффициента С для существующей конструкции воздухораспределительной системы горизонтальных конверторов составляет 6 –7.
При условии применения улучшенной конфигурации воздухораспределительной системы значение коэффициента С снижается до 2 – 4;
3) Площадь сечения всех работающих фурм конвертора, см²
.
4) Число работающих фурм n_p.
Определяется по формуле:
 (3)
где  d - диаметр фурменных трубок, мм.
По данным практики для фурменных труб обычно применяют стандартные железные трубы диаметром 1 ¹/₄  ^“ (36 мм), 1 ¹/₂  ^“ (41 мм), 1 ³/₄  ^“  (44 – 66 мм), 2^” (53 мм).
5) Число установленных фурм  n_уст
n_уст=(1,2ч1,3) n_p, (4)
где (1,2ч1,3) – коэффициент запаса учитывающий возможный выход из строя некоторых фурм.
6) Тип и размеры конвертора.
На основании выполненных расчетов конвертор обычно подбирают из стандартных типов конверторов по табл. 3. Основными показателями при подборе конвертора являются величины , d, n_уст.
Таблица 1 - Характеристика конверторов

Характеристика	Тип конвертора
	вертикальные		горизонтальные
	1	2	1	2	3
Диаметр кожуха, м………… Длина кожуха, м…………… Число фурм………………… Диаметр фурм, мм……......... Площадь сечения фурм, см2…………………………… Пропускная способность по воздуху, нм3/мин…………… Емкость по черновой меди, m …………………………….. Размеры горловины, м………	3,05 - 14 38 159 150 10 Круглая 1,2	3,66 - 22 38 250 230 15 -	2,3 4,5 18 38 204 180 15 1,1Ч1,8	3,66 6,1 30-34 38/44 350-400 300-350 35-40 1,7Ч1,9	3,96 9,15 44-52 44-53 670-800 600-650 80 1,9Ч2

7) Размеры горловины
Сечение Головины выбранного конвертора F_горл, м² проверяют по действительной скорости газов в горловине ω_t, м/сек, и количеству отходящих из конвертора газов v_t, м³/сек:

Практикой установлено, что для нормальной работы конверторов значение ω_t≤8 – 12 сек. Величина v_t определяется по данным технологического расчета по уравнению
  (5)
Здесь  - удельное количество газов на 1 т штейна, нм³/т;
t – температура отходящих газов;
86400 – число секунд в сутках.
8) Параметры воздуходувной машины и расчет воздухопроводов.
Производительность воздуходувной машины V_возд , нм³/мин, рассчитывают из условия обеспечения подвода к фурмам конвертора воздуха в количестве
V_конв, нм³/мин, и восполнение потерь воздуха на возможных неплотностях воздухоподводящей трассы, которые по данным практики составляют 10 – 25% от V_конв. Следовательно, производительность воздуходувки
V_возд=(1,10ч1,25) V_конв нм³/мин. (6)
Давление дутья, создаваемое воздуходувкой p_возд , кг/см³, должно на
10 – 20%  превышать давление на коллекторе p₁:
p_возд=(1,10ч1,20) p₁ кг/см² (7)
Диаметр воздухопроводов d, м  определяют по максимальному секундному объему воздуха, проходящего по воздухопроводу V_tp м³/сек, и действительной его скорости ω_tp, м/сек, по формуле:

Действительная скорость  воздуха в конверторных воздухопроводах принимается обычно равной 15 – 25 м/сек.
Пример расчета конвертора.
1. Пропускная способность конвертора по воздуху
На основании сводного материального баланса (таблица 144) [1] находим теоретическое удельное количество воздуха на 1т штейна:

Приняв по данным практики коэффициент использования конвертора под дутьем k=0,7, найдем потребную пропускную способность конвертора по формуле (1):

2. Удельная нагрузка фурм конвертора.
Находится по формуле (2):

Примем на основании данных заводской практики давление воздуха на коллекторе p₁=1,2 кг/см², противодавление ванны  H_гидр=0,3 кг/см², значение показателя гидравлического сопротивления применяемой в настоящее время воздухоподводящей системы конвертора С=0,6:

3. Площадь сечения работающих фурм

4. Число работающих фурм
Приняв на основании практических данных диаметр фурменных трубок d=41мм, получим по формуле (3) необходимое число одновременно работающих фурм:

5. Число установленных фурм
С учетом резерва 20% число установленных фурм по формуле (4):
n_уст=1,2 n_p=1,2·29=35
6. Тип и размеры конвертора
Исходя из найденных значений площади сечения фурм =375 см²; диаметр фурмы d=41мм и числа фурм n_уст=35, по табл.1 выбираем стандартный горизонтальный конвертор с размерами по кожуху 3,6Ч6,1 м и емкостью по файнштейну 40т.
7. Расчет эффективности применения фурм усовершенствованной конструкции
Как выявлено в результате исследований лаборатории печей Ленинградского горного института, имеется возможность существенно увеличить пропускную способность фурм в результате усовершенствования конструкции воздухораспределительной системы конвертора, Предложена конструкция, имеющая показатель гидравлического сопротивления С=3.
Определим по формуле (2) удельную нагрузку фурм при использовании усовершенствованной конструкции воздухораспределительной системы.

Тогда суммарное рабочее сечение фурм составит
=
Рабочее число фурм
n_p=127·
Установленное число фурм
n_уст=1,2·20=24
Таким образом, при использовании усовершенствованной конструкции воздухораспределительной системы заданную производительность конвертора можно обеспечит при меньшем числе фурм. В результате облегчится обслуживание конвертора и улучшатся условия службы огнеупорной кладки, Если же сохранить рассчитанной выше число фурм n_уст=35, то использование усовершенствованной конструкции воздухораспределительной системы позволит увеличить производительность конвертора на единицу времени дутья пропорционально повышению удельной пропускной способности фурм, т.е на

8. Определение числа операций
При определении числа операций следует ориентироваться не на количество файнштейна, а на количество обогащенной массы, накапливаемой в конвертере за период набора.
При заданной производительности конвертора 210 т/сутки по горячему и холодному штейну обогащенной массы будет получено

Емкость конвертора по файнштейну и по массе будет примерно одинакова, поскольку удельные веса этих продуктов разнятся незначительно.
При этих условиях число операций число операций в сутки составляет

9. Проверка размера горловины
По формуле (5) для суточной производительности А=210 т/сутки при коэффициенте использования конвертора под дутьем k=0,7 секундное количество газов при t=1000⁰

Общее удельное количество газов получено снижением количества газов по отдельным периодам операции переработки штейна (см. табл. 137, 139, 142) [1] и делением суммы на 0,014
Выбор стандартного конвертора
F_горл=1,7·1,9=3,23м²
Скорость газов в сечении горловины

Поскольку скорость газов находится в пределах, допускаемых практикой, стандартные размеры горловины приемлемы и не нуждаются в изменениях.

3.1 Тепловой баланс конвертора

Исходными данными для расчета теплового баланса конвертора являются материальные балансы по периодам (см. табл. 141 и 143), [1] тепловые эффекты реакций (см. табл. 136), [1] температуры и теплоемкости материалов и продуктов (см. табл. 2).
Таблица 2 - Температуры и теплоемкости материалов и продуктов процесса конвертирования никелевых штейнов

Материалы	Температура,  0С		Теплоемкость Ккал/кг· 0С
	В период набора	В период варки файнштейна
Горячий штейн……………………….. Воздух………………………………… Обогащенная масса………………….. Шлаки……………………………….... Газы………………………………….... Файнштейн……………………………. Внутренняя полость конвертора…….. Наружная поверхность кожуха конвертора……………………………..	1000 60 1250 1250 1000 - 1250 200	- 60 1250 1350 1200 1350 1350 300	0,2 - 0,2 0,3 - 0,2 - -

Балансовое время, т.е время переработки 140 кг штейна, находится из суточной производительности:

Время периода набора и периода варки файнштейна находится из соотношения количества воздуха, подаваемого в соответствующий период:
В период набора воздуха израсходовано………………161,74 кг…..74%
Итого.220,04 кг100%
Отсюда
τ₁=0,74 τ=0,74·0,016=0,012 часа
τ₂=0,26 τ=0,26·0,016=0,004 часа
А. Тепловой баланс периода набора
Приход тепла
1. Тепло горячего штейна:
Q_шт=G_шт·с_шт·t_шт
Q_шт=100·0,2·1000=20000 ккал
2. Тепло воздуха
Q_в=V_в·с_в·t_в
Из табл. 141 [1] находим объем воздуха, израсходованного за период набора:

Q_в=125·0,31·60=2330ккал.
3. Тепло окисления железа ферроникеля.
По реакции (1) [1] окисляется до Fe₃O₄ 7,72 кг Fe:
Q^’=7,72·1590=12300 ккал.
По реакции (2) [1] окисляется до FeO и шлакуется кремнеземом 45,7 кг Fe:
Q^”=45,7·1244=57000 ккал.
Всего от окисления железа ферроникеля с учетом тепла шлакообразования
Q_Fe=69300 ккал.
4. тепло окисления сернистого железа.
По реакции (3) [1] окислителя до Fe₃O₄ 3,2 кг Fe:
Q^’=3,2 ·2451=7850 ккал.
По реакции (4) [1] окисляется до FeO и шлакуется кремнеземом 18,9 кг Fe
Q^”=18,9·2105=39900 ккал.
Всего от окисления сернистого железа с учетом тепла шлакообразования
Q_FeS=47750 ккал.
Всего приход тепла составляет
20000+2330+69300+47750=139380 ккал.
Расход тепла
1. Тепло обогащенной массы
Q_м=G_м·с_м·t_м
Q_м=61,84·0,2·1250=15500 ккал.
2. Тепло шлака
Q_шл=G_шл·с_шл·t_шл
шл^=194,64·0,3·1250=73200 ккал.
3. Тепло газов
Q_газ=(V_SO2·c_SO2+V_N2·c_N2+V_O2·c_O2)t_газ=(8,85·0,536+99,8·0,334+1,33·0,353)1000=
=38500 ккал.
4. Потери тепла во внешнюю среду:
а) потеря тепла поверхностью кожуха
Q_кож=q·F_кож·τ₁
где q – удельный тепловой поток, ккал/м²·час, находится по графику (см. рис. 5) [1];
F_кож – общая теплоотдающая поверхность кожуха конвертора с учетом ребристости, м².
Геометрический размер поверхности цилиндра размером 3,6Ч6,1 за вычетом поверхности горловины составляет
F=3,14·3,6(1,8+6,1)-3,2=(88-3,2)≈85м²
Приняв коэффициент ребристости К=1,3 получим
F_кож=85·1,3=110 м²
По графику (см. рис. 5) [1] для t_кож=200⁰ находим
q=3500ккал/м²·час, откуда
Q_кож=3500·110·0,012=4600 ккал.
б) Потеря тепла излучением через горловину размером 3,2 м²
Q_горл=q·F_горл·τ₁
где q – удельный тепловой поток, излучаемый открытым отверстием, ккал/м²·час, находится по графику рис.36.
Приняв коэффициент диафрагмирования с учетом частичного прикрывания горловины напыльником Ф=0,7 для t =1250⁰ по графику (см. рис. 36) [1] , находим q=180000 ккал/м²·час, откуда
Q_горл=180000·3,2·0,012=6900 ккал.
Всего потери тепла во внешнюю среду составляют
4600+6900=11500 ккал.
Расход всего тепла
15500+73200+38500+11500=138700 ккал.
По разности прихода и расхода неучтенные потери и невязка баланса
139380-138700=680 ккал.
Результаты расчетов теплового баланса периода набора сведены в табл.
 Тепловой баланс периода варки файнштейна
Приход тепла
1. Тепло обогащенной массы (сохраняется от периода набора) 15500 ккал.
Таблица 3 - Тепловой баланс периода набора

Приход тепла				Расход тепла
№	Статьи прихода	ккал	%	№	Статьи расхода	ккал	%
1 2 3 3	Тепло горячего штейна…………… Тепло воздуха…… Тепло окисления железа ферроникеля…….. Тепло окисления и ошлакования сернистого железа.	20000 2330 69300 47750	14,4 1,6 49,7 34,3	1 2 3 4 5	Тепло обогащенной массы….. Тепло шлаков… Тепло газов…… Потери на внешнюю среду… Неучтенные потери и невязка баланса	15500 73200 3850 11500 680	11,1 52,1 27,6 8,3 0,5
	Всего …….............	139380	100,0		Всего………………	139380	100,0