Исследование закономерностей тепловых режимов дуговых сталеплавильных печей литейного класса

• Автор: Петров, Владимир Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.09.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Чебоксары
• Количество страниц: 140 с. : ил.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ И ТЕПЛОВАЯ РАБОТА ДСП ЛИТЕЙНОГО КЛАССА
1.1. Современное состояние развития дуговых сталеплавильных печей
1.2. Особенности энергетики ДСП, энергетические балансы, методы анализа и
оптимизации режимов
1.3. Простои в ДСП
1.4. Тепловые исследования ДСП
1.5. Исследования КПД дуг ДСП
1.6. Задачи исследований
2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ ДСП
2.1. Методика тепловых экспериментов на ДСП
2.2. Математические модели теплообмена в ДСП
3. АНАЛИЗ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ФУТЕРОВКИ ДСП В КВАЗИСТАЦИОНАРНОЙ ПЛАВКЕ
3.1. Температура отдельных точек футеровки
3.2. Температурные поля в футеровке
3.3. Тепловые потоки в футеровке
3.4. Тепловые слои футеровки
3.5. Волновые процессы в футеровке ДСП
3.6. Исследование изменения энтальпии футеровки
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ДУГИ И ФУТЕРОВКИ ДСП
4.1. Математическая модель теплообмена дуг, футеровки ДСП и окружающей среды
4.2. Исследование тепловых потерь ДСП
4.3. Рабочие характеристики ДСП
5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ХОЛОДНЫХ И ГОРЯЧИХ ПРОСТОЕВ НА ЭНЕРГЕТИКУ ДСП ЛИТЕЙНОГО КЛАССА
5.1. Температура отдельных точек футеровки
5.2. Температурные поля футеровки в длительный простой
5.3. Энтальпия футеровки в простоях
5.4. Анализ энергетических ущербов ДСП

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

Актуальность проблемы. Дуговая сталеплавильная печь (ДСП) является одним из основных агрегатов для производства жидкого металла. В последние 50-60 лет наблюдается большой прогресс в области электропечной металлургии. Развитие печей происходит, в основном, за счет создания большегрузных печей сверхвысокой мощности для металлургического производства. Отличительной их особенностью является наличие в футеровке стен и свода водоохлаждаемых элементов футеровки. Однако печам литейного класса (емкостью 3-40 т, сливающим в заливочный ковш) с керамической футеровкой уделяется недостаточное внимание. Массовое их распространение и использование требует уточненного подхода к анализу энергетических характеристик с целью оптимизации процесса производства металла и снижения энергопотребления.
Исследования тепловой работы ДСП проводились D.E Швабе, С.И Тельным, Н.В. Окороковым, А.Н. Соколовым, В.Д. Смоляренко, Л.Е. Никольским, Ю.Н. Тулуевским, A.B. Егоровым, И.И. Игнатовым, А.Н. Макаровым и др., однако вопросы эффективной работы ДСП литейного класса изучены недостаточно полно. Главным атрибутом литейной печи является керамическая футеровка, которая характеризует основные отличия и особенности по сравнению с мощными и сверхмощными большегрузными печами.
Основным инструментом анализа эффективности работы ДСП является энергетический баланс. При составлении энергетического баланса ДСП потерями на изменение энтальпии футеровки пренебрегают. В то же время при составлении энергетического баланса за отдельные периоды плавки необходимым является не только учет тепловых потерь, но и потерь на изменение энтальпии футеровки, учет подогрева шихты теплом футеровки.
ДСП являются периодическим агрегатами, следовательно, неизбежны энергетические потери вследствие простоев, в большей мере выраженных на литейных печах. Устоявшееся мнение о необходимости отключения печей в периоды максимума нагрузки не подкреплено исследованиями потерь энтальпии футеровки, а в некоторых случаях и потерь энтальпии жидкого металла.
Распространенным методом оптимизации режимов является метод рабочих характеристик, которому присущ существенный недостаток - допущение о независимости тепловых потерь от режима печи, что не соответствует действительности на литейных печах. В качестве тепловых потерь в футеровку необходимо учитывать тепловые потери на изменение энтальпии и тепловые потери с поверхности футеровки.
В математических моделях теплообмена в ДСП указанных выше авторов не рассмотрены вопросы анализа теплообмена между дугами и футеровкой с учетом теплопередачи через футеровку.

О 50 100 150 200 250 х, мм
1-0 мин, 2-30 мин, 3-60 мин, 4- 90 мин, 5 -120 мин, 6 -150 мин, 7 -180 мин
Рисунок 3.4. Изменение температуры по толщине стены для различных моментов времени, 900 мм между электродами
Температура рабочей (внутренней) поверхности подины и откосов определяется температурой жидкого металла, который образуется из-за расплавления шихты дугами в колодцах. Начинается рост температуры рабочей поверхности подины из-за теплового контакта с расплавленным металлом.
1-0 мин, 2-30 мин, 3-60 мин, 4-90 мин, 5 - 120 мин, 6 -165 мин, 7 - 180 мин
Рисунок 3.5. Изменение температуры по толщине стены для различных моментов времени, 440 мм между электродами
После расплавления шихты на откосах (50-60 минут от начала плавки) усиливается излучение дуг на стены и свод и происходит интенсивный нагрев поверхностей и внутренних слоев (0-70 мм) футеровки стен и свода, который носит резко нестационарный характер. При этом глубинные слои (90 - 150 мм) остывают из-за отсоса тепла в наружную поверхность кладки, обусловленным перепадом температуры между температурой металлического кожуха печи и окружающего воздуха. Начинается рост температуры кожуха, так как только через