Определение полезной энергии для нагрева и расплавления металла и шлака

 

Удельная энергия, необходимая для нагрева до тем­пературы плавления, для расплавления и перегрева до заданной температуры 1 кг металла или шлака, опреде­ляется по формуле

 

,

 

где C₁ -средняя удельная теплоемкость материала в интервале от начальной температуры до температуры плавления, Вт·ч/(кг·°С) или кДж/(кг·°С);

t_пл - температура плавления, °С;

l - скрытая теплота плавления, Вт·ч/кг или кДж/кг;

С₂ - средняя удельная теплоемкость жидкого материала в интервале от температуры плавления до заданной температуры перегрева, Вт·ч / (кг·°С) или кДж/(кг·°С);

t_пер - заданная температура перегрева, °С

Энергия w₂ необходима при любом виде технологического процесса плавки стали на твердой холодной завалке.

В процессе нагрева и расплавления в дуговой печи происходит угар некоторой части загруженного в печь металла. Обычно угар К_уг составляет 5—6% массы за­груженного металла.

Без заметной погрешности для практических расчетов можно принимать массу загружаемого скрапа равной необходимой массе жидкого металла с коэффициентом увеличения К:

Ввиду этого при определении полезной энергии для получения заданного количества жидкого металла следует исходить из необходимости нагрева увеличенного количества скрапа (в процессе расплавления угорающая часть металла не участвует, так как угар происходит при температурах ниже температуры плавления).

Уровень порога рабочего окна принимается на уровне зеркала шлака или несколько (на 20—40 мм) выше.

Уровень откосов рекомендуется принимать на 30—70 мм выше уровня порога рабочего окна во избежание усиленного размывания шлаком основания футеровки стены.

После выбора внутренних размеров печной камеры необходимо определить её внешние размеры, для чего должны быть хотя бы предварительно намечены конструктивные решения футеровки печи с выбором огнеупорных и теплоизоляционных материалов для отдель­ных участков футеровки — подины, стен и свода.

В отличие от обычных условий работы электрических печей сопротивления непрерывного действия, в которых футеровка, как правило, выполняется в расчете на возможно меньшие тепловые потери печи при оптимальных по условиям эксплуатации температурах кожуха печи, у дуговых сталеплавильных печей высокие теплоизоляционные качества футеровки стен свода не только не улучшают, но в ряде случаев ухудшают технико-экономические показатели печей. Это объясняется специфическими условиями работы дуговых сталеплавильных печей, у которых при температуре расплавленного металла около 1600°С внутренняя поверхность огнеупорной кладки стен и свода подвергается разрушающим воздействиям теплового излучения электрических дуг имеющих температуру 5000-7000 °С. в этих условиях для обеспечения удовлетворительной стойкости применяемых в практике эксплуатации дуговых сталеплавильных печей огнеупорных материалов (даже самого высокого качества) целесообразно добиваться снижения температуры внутренней поверхности футеровки стен и свода за счет отказа от теплоизоляционного слоя футеровки, а в отдельных случаях за счет принудительного охлаждения внешней поверхности футеровки (воздушного или водяного).

По этой причине своды подавляющего большинства дуговых сталеплавильных печей выкладываются огнеупорными кирпичами без какой бы то ни было тепловой изоляции, а в процессе эксплуатации этих печей рекомендуется систематическое сдувание пыли с внешней поверхности футеровки свода.

Футеровка стен отечественных дуговых сталеплавильных печей в большинстве случаев имеет небольшой по толщине слой тепловой изоляции между огнеупорной кладкой и кожухом печи.

Условия службы футеровки подины имеют следующие особенности:

– огнеупорная часть футеровки должна быть достаточно надежной против прорыва жидкого металла через подину во избежание тяжелой аварии с длительным простоем печи;

– футеровка подины должна иметь по возможности высокие
теплоизоляционные свойства для уменьшения перепада
температуры по глубине ванны жидкого металла;

– в отличие от футеровки стен и свода футеровка подины
надёжно защищена от теплового излучения электрических дуг слоем
жидкого металла.