Исследование теплообмена в свободном пространстве дуговой сталеплавильной печи и разработка методики расчета ее водоохлаждаемых элементов

• Автор: Волос, Дмитрий Иванович
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Череповец
• Количество страниц: 140 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

1. Состояние вопроса и постановка задачи исследования.

1.1. Обзор развития дуговых сталеплавильных печей

1.2. Обзор систем охлаждения, применяемых в дуговых сталеплавильных печах

1.3. Обзор исследований теплообмена в дуговых сталеплавильных печах

1.3.1. Представление о печной электрической дуге

1.3.2. Обзор методик расчета теплообмена в свободном пространстве дуговых печей.

1.3.3. Обзор исследований теплообмена в печах с водоохлаждаемыми элементами.

1.3.4. Обзор исследований вспенивания шлака в дуговой печи

1 АВыводы по главе и постановка задачи исследования

2. Математическая модель теплообмена в дуговой сталеплавильной печи
2.1. Разработка математической модели передачи теплоты из свободного пространства печи к охлаждающей панели воде
2.2.Особенности работы печи в режимах закрытого и открытого горения дуг.
2.2.1. Режим закрытого горения дуг
2.2.2. Режим открытого горения дуг
2.3.Моделирование теплообмена в прикатодном и прианодном участках дуговой печи
2.3.1. Математическая модель шарового сегмента
2.3.2. Методика расчета выдувания дуги изпод электрода.
2.3.3. Распределение мощности в катодноанодном участке
2.3.4. Методика расчта высоты слоя вспененного шлака.
2.4.Математическая модель тепловых потоков от источников излучения в печи.
2.4.1. Расчт плотности падающих потоков электрических дуг
2.4.2. Расчт плотностей падающих потоков газокислородных горелок.
2.4.3. Расчт плотности падающих потоков от электродов.
2.4.4. Расчт плотности падающих потоков с поверхности ванны.
2.4.5. Расчет теплообмена в поглощающей среде печи.
2.5.Выводы по главе
3. Экспериментальное исследование теплообмена в свободном пространстве шахтной дуговой сталеплавильной печи Фукс
3.1. Объект исследования.
3.1.1. Характеристики шахтной дуговой сталеплавильной печи Фукс в ЭСПЦ ОАО Северсталь.
3.1.2. Технология выплавки полупродукта в шахтной печи Фукс 4 при работе на 0 твердой шихте
3.1.3. Выплавка при работе с использованием жидкого чугуна
3.2.Методика проведения опытов.
3.2.1. Методика измерения тепловых потоков.
3.2.2. Калориметрический метод исследования тепловых потоков
на поверхности панелей.
3.2.3. Метод исследования тепловых потоков на поверхности панелей с помощью тепломеров
3.3.Полученные опытные данные
3.4.Анализ опытных данных
3.4.1. Влияние периода плавки и местоположения панелей на распределение результирующих плотностей потоков в печи
3.4.2. Влияние шлака на значения результирующих плотностей тепловых потоков в панели.
3.4.3. Влияние вспененного шлака на значения тепловых потоков
3.4.4. Изменение плотностей падающих потоков по высоте панелей
3.5.Выводы по главе
4. Применение математической модели теплообмена в свободном пространстве электродуговой сталеплавильной печи для разработки
е водоохлаждаемых элементов.
4.1 .Адаптация математической модели
4.1.1. Результирующий поток в панели холодной зоны печи в период закрытого горения электрических дуг
4.1.2. Результирующий поток в панели горячей зоны печи в период закрытого горения электрических дуг
4.1.3. Результирующие тепловые потоки в панели горячей зоны в режиме открытого горения дуг
4.1.4. Результирующие тепловые потоки в панели холодной зоны
в режиме открытого горения дуг
4.1.5. Результирующие тепловые потоки в панели при работе печи
со вспененным шлаком.
4.1.6. Сравнение результатов, полученных теоретическим и опытным путем
4.1.7. Плотности падающих тепловых потоков
4.2.Разработка инженерной методики расчета системы охлаждения дуговой сталеплавильной печи.
4.3.Выводы по главе
Выводы по работе.
Список литературы


Швабе предложил использовать коэффициент износа футеровки, который учитывал электрические параметры печи и условия работы футеровки 1
1. I расстояние от торца электрода до огнеупоров. Чем выше коэффициент, тем выше износ футеровки. Поэтому для снижения износа стремились получить как можно более низкое напряжение дуги и как можно более высокое значение с. Следующие два десятилетия были посвящены способам повысить коэффициент износа футеровки за счет совершенствования параметров электропечей снижение напряжения на дуге, определение оптимальных форм ванны и кожуха, размеров распада электродов и др. Чтобы увеличить срок службы футеровки и облегчения слива металла в ДСП сверхвысокой мощности, была уменьшена глубина ванны и увеличен ее диаметр при одновременном укорочении вторичного токоподвода. Это положительно сказалось на сроке службы футеровки и снижении потерь мощности в токоподводе. Так как на печах, использующих ток кА при электродах диаметром 0 мм, стойкость футеровки составляла всего 0 плавок, то сталевары стремились уменьшить толщину огнеупорной кладки, т. Впепечная обработка стали. При этом способе производства стали основные технологические операции переносят в вакуумируемый ковш, оставляя для ДСП только расплавление шихты и прогрев жидкого металла. Системы донного выпуска металла. В конце х годов в ФРГ на заводе Тиссен Эдэлсталуорк 1 внедрена ДСП производительностью т с центральным донным выпуском металла. Вскоре появились эксцентрические системы донного выпуска металла, что позволило значительно снизить количество попадаемого в металл шлака. В общем, совершенствование систем выпуска металла позволило сократить скорость выдачи металла и тепловые потери. Жидкое болото. С введением систем донного выпуска металла шлак и некоторое количество металла оставалось в печи. Это так называемое болото оказалось полезным, т. Способы снижения расхода электроэнергии. В результате перехода на сверхмощности КПД дуговых печей снизился, это явилось следствием того, что с увеличением мощности по ряду причин пришлось увеличить напряжение дуги, однако в результате этого увеличилась длина дуги и соответственно потери в окружающее пространство. Возникла острая необходимость снизить расход потребляемой электроэнергии, которую усугубил энергетический кризис х. На данный момент существует три основных способа снижения расхода электроэнергии, которые и задействованы в шахтной печи Фукс предварительный подогрев лома отходящими газами и или топливокислородными горелками использование тепла экзотермических реакций технология вспененного шлака. Предварительный подогрев лома. В дуговых сталеплавильных печах потеря тепла с отходящими газами составляет до от всех потерь, поэтому появляются разработки с целью максимально эффективно утилизировать тепло отходящих газов. Из года в год системы предварительного подогрева лома совершенствуются, и можно выделить несколько этапов их развития подогрев шихты отходящими газами из печи или горелками непрерывный подогрев через наклоненную вращающуюся сушильную камеру или горизонтальный вибрирующий конвейер, используя одновременно тепло отходящих газов и энергию горелок непрерывный вертикальный механизм подогрева с контролем схода шихты, который является составной частью печи и в котором осуществляется подогрев скрапа в противотоке отходящими газами, а также подогрев лома, уже загруженного в печь, электрическими дугами совместно с горелками 2. В настоящее время считается, что предварительный подогрев лома будет новой вехой в электрометаллургии, т. Что касается топливокислородных горелок, то работы по их внедрению в дуговые печи начинаются с середины х годов, т. Тем не менее активно внедрять горелки начинают лишь после появления дуговых печей сверхвысокой мощности с водоохлаждаемыми панелями. Установленные в панелях кожуха, в рабочем окне или в своде горелки сокращают период плавления скрапа. За последнее время разработано множество топливокислородных горелок различной мощности и типов. Тепловая мощность таких горелок в некоторых случаях достигает и более от первоначально вводимой электроэнергии.