1.2 Теплообмен в ванне ДСП

Большой практический интерес представляет распределение интенсивности излучения дуги по поверхности ванны металла.

Для схемы, изображенной на рис. 1.4, интенсивность облучения поверхности ванны в функции расстояния от дуги может быть выражена формулой:

Анализ формулы 1.4 показывает, что примерно 90% всего первичного излучения дуги на ванну попадает на круг (горячую зону) диаметром:

Рис. 1.4. Излучение дуги на ванну

Эта формула близка к найденному проф. В.С. Кочо экспериментальному значению диаметра горячей зоны:d_г.з.2d_эл.

При наличии на поверхности ванны малотеплопроводного шлака размеры горячей зоны могут быть даже меньше.

Температура горячей зоны значительно выше остальной поверхности ванны и кладки, поэтому горячая зона может излучать на кладку заметное количество тепла.

При относительно малом расстоянии между электродами можно с известным приближением рассматривать круг, описанный вокруг электродов, как общую горячую зону. На рис. 1.4.6 последняя обозначена как d_г.з..

Таким образом, ванна прогревается тремя (в общем случае несколькими) сосредоточенными источниками тепла.

В соответствии со схемой на рис. 1.4.а можно рассматривать часть объема ванны вокруг дуги как полушар диаметром d_г.з. с внутренним источником нагрева, а весь объем ванны как шаровой слой с внутренней поверхностью d_г.з и внешней поверхностью – подиной.

Таким образом, ванна прогревается тремя (в общем случае несколькими) сосредоточенными источниками тепла.

В соответствии со схемой на рис. 1.4.а можно рассматривать часть объема ванны вокруг дуги как полушар диаметром d_г.з. с внутренним источником нагрева, а весь объем ванны как шаровой слой с внутренней поверхностью d_г.з и внешней поверхностью – подиной.

Для шаровой стенки перепад температур при стационарном теплообмене выражается:

где Q - стационарный тепловой поток, Вт;

D_в, D_н - внутренний и наружный диаметры стенки, м;

_э - эффективный коэффициент теплопроводности, Вт/м•град.

Из выражения (1.6) следует:

• при неизменной толщине элементарного шарового слоя его тепловое сопротивление уменьшается с удалением от центра примерно пропорционально D²;
• температурный градиент неравномерен: наибольший в зоне дуги и наименьший - у дна ванны.

Таким образом, тепловое поле в ванне (при отсутствии конвекции и _э=const) - резко неравномерное даже при стационарном тепловом потоке.

Из формулы (1.6) следует, что возможны три способа уменьшения : увеличение _э, увеличение D_в (т.е. d_г.з.) и уменьшение Q.

Величину увеличивают путем перемешивания металла, создающего конвективную теплопередачу. Перемешивание осуществляют различными средствами: вдуванием газа, механическим путем, электромагнитным путем.

В зоне дуги конвекция обусловлена током дуги и является его функцией, т.е. усиливается с увеличением силы тока. Эта конвекция значительно снижает градиент температур в области, близкой к дуге.

Увеличение d_г.з. может быть получено увеличением силы тока дуги, а значит l_д, а также увеличением диаметра электрода.

Уменьшение величины Q может быть достигнуто снижением мощности дуги или увеличением теплового сопротивления системы ванна-подина.

Однако уменьшать мощность нельзя т.к. это затягивает плавку и снижает производительность печи. Увеличение теплового сопротивления подины является малоэффективным.

Практически можно влиять на равномерность прогрева ванны только изменением _э и увеличением d_г.з..

1.2 Теплообмен в ванне ДСП