Конструкции и проектирование электропечей
  1.1 Общие вопросы теплообмена в дуговых печах

Для получения высоких эксплуатационных показателей дуговой сталеплавильной печи необходимо кроме оптимального соотношения между мощностью трансформатора и размерами печи, выбирать рациональные соотношения основных размеров рабочего пространства и рациональный энергетический режим плавки, обеспечивающий наиболее выгодное распределение тепловых потоков, а печи в соответствии с требованиями технологии и условиями теплообмена.

Все рабочее пространство делят на две части: ванна в которой помещаются расплавленный металл и шлак и свободное пространство печи.

Основные размеры ванны показаны на рис. 1.1:

dc - диаметр сферической части ванны;

dм - диаметр ванны на уровне зеркала котла;

dш - диаметр ванны на уровне шлака (или порога рабочего окна, dш=dп);

dо - диаметр ванны на уровне откоса;

hс - высота сферической части ванны;

hк - высота конической части до уровня металла;

hм - глубина ванны по металлу;

hш - высота слоя шлака;

hп - ванна от уровня порога (шлака);

hо - глубина ванны от уровня откосов.

Основные размеры свободного пространства показаны на рис. 1.2:

dп.п. - диаметр правильного пространства;

dр - диаметр распада электродов (диаметр окружности, на которой расположены оси электродов);

Dсв - диаметр свода (кожуха) печи;

Hст - высота от уровня откосов до верхнего края стен (или до пят свода);

Hсв - высота от уровня откосов до центра овода.

Эскиз ванны ДСП с обозначениями, принятыми в тексте

Рис. 1.1. Эскиз ванны ДСП с обозначениями, принятыми в тексте

Профиль рабочего пространства и футеровки ДСП с обозначениями, принятыми в тексте

Рис.1.2. Профиль рабочего пространства и футеровки ДСП с обозначениями, принятыми в тексте

Технологический процесс плавки в ДСП самым тесным образом связан с температурным режимом плавки, а температурный режим отдельных элементов печи определяется условиями теплообмена в рабочем пространстве.

По характеру теплообмена между дугами и поверхностями рабочего пространства печи всю плавку делят на три периода.

  • Начало расплавления: дуги зажигаются над твердой шихтой, горят сначала открыто, затем постепенно погружаются в шихту, проплавляя "колодцы", опускаются на дно ванны, где к этому моменту уже образуется слой жидкого металла.
  • Расплавление основной массы шихты после проплавления колодцев: дуги погружены в шихту, так что шихта в основном закрывает свод и стены от излучения дуг, которые расплавляют шихту снизу. По мере повышения уровня жидкого металла электроды подни¬маются вверх, постепенно открывая дуги.
  • Конец расплавления и технологический период плавки, дуги горят открыто и непосредственно излучают тепло на ванну и на кладку. Ванна пкрыта слоем шлака. При этом температура кладки повышается по сравнению с температурой в первый и второй периоды.

При изучении теплообмена в дуговой печи возникают две задачи:

  • определение суммарных тепловых потоков, поступающих от дуг в ванну и на кладку, и управление этими потоками;
  • определение интенсивности облучения тех или иных участков поверхностей.

При решении этих задач в порядке первого приближения можно принять дугу по отношению к кладке и к периферии зеркала ванны за точечный источник излучения и применить формулу Кеплера с поправочным коэффициентом:

где Pq - мощность дуги, кВт;

R - расстояние от источника излучения до центра площадки, м;

- угол между направлением радиуса R и нормально к облучаемой площадке, град;

Kэ - поправочный экспериментальный коэффициент, учиты¬вающий неодинаковое излучение дуги в разных направлениях (коэффициент экранирования дуги). Неодинаковое излучение объясняется тем, что дуга закрыта сверху электродом, а с боков, при наличии жидкой ванны шлаком.

По этому распределение изучения дуги должно зависеть:

  • от соотношения dэп/lд(или dэп/Uд, учитывая прямую зависимость между и Uд и lд) и hшл/lд (hш/Uд);
  • от степени "выдувания" дуги из-под электрода в сторону стен, наблюдаемого в трехфазных печах. Вследствие "выдувания" уменьшается экранирование дуги электродом и тепловой центр дуги смещается с оси электрода, т.е. изменяется величина R в формуле (1.1). Таким образом определение Kэ - весьма трудная задача, которая может быть решена только приближенно.

В то же время формула (1.1) позволяет решить ряд вопросов:

  • Определить рациональные соотношения между основными размерами свободного пространства: dо, dр, Hсв;
  • Исследовать относительное распределение интенсивности излучения q в рабочем пространстве печи (при заданном коэффициенте Kэ);
  • Определить наиболее "горячие" точки поверхности стен и свода;
  • Определить (при известном Kэ) абсолютные значения q для отдельных поверхностей, что особенно важно для наиболее горячих точек стен и свода.

На рисунке 1.3 показано теоретически рассчитанное распределе¬ние излучения дуги в функции отношения:

Расчет выполнен с учетом следующих положений:

  • Вся мощность дуги Pq заключена в цилиндре объемом,причем мощности, излучаемые на торцы и боковую поверхность цилиндров, пропорциональны соответствующим площадям;
  • Мощность, излучаемую на оба торца, считают излучаемой на ванну (отводом тепла через электрод пренебрегают): половина мощности, излучаемой через боковую поверхность, приходится на ванну, половина - на кладку. Тогда доли Pq, излучаемые на ванну Pв, и на кладку Pк, выражают так:

где k=lд/dэл

Относительное распределение излучения дуги между ванной и кладкой в функции

Рис.1.3. Относительное распределение излучения дуги между ванной и кладкой в функции k=lд/dэл

Цифры у кривых:

  1. доля мощности, излучаемой на ванну Pв;
  2. то же на кладку Pк;
  3. отношение Pв/Pк;

Полученные из таких соображений кривые (см. рис. 1.3) позволяют сделать следующие выводы:

  1. Изменением степени экранирования дуги (отношением dэп/lд) можно изменять в широких пределах соотношение между теплопотоками на ванну и на кладку, т.е. в дуговой печи довольно легко создать направленный теплообмен.
  2. При обычных для практики небольших значениях lд/dэл(0,4-0,3) даже незначительные по абсолютной величине изменения этой величины вызывают резкое изменение отношения см. кривую 3 на рис. 1.3).
  3. Поскольку lд пропорциональна Uд, то доля тепла, излучаемая дугами на ванну при данной ее площади, зависит только от отношения dэл/Uд).
  1.1 Общие вопросы теплообмена в дуговых печах
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ