ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.04.2024
Просмотров: 61
Скачиваний: 0
дуется дополнительное время, а на нагрев ванны, охлаждаемой
повышенным количеством руды, требуется дополнительный рас ход топлива.
Величина тепловой нагрузки влияет на продолжительность до водки незначительно, однако, более отчетливо, чем в период плав ления. Увеличение продолжительности доводки на 250-г печи при сокращении тепловых нагрузок с 25—30 до 20—25 млн. ккал/час (см. рис. 12) составляет примерно 10 мин. или в среднем 6% длительности периода. Удельный же расход тепла уменьшается при этом в среднем на 10%. Поэтому в период до
водки на этих печах экономичнее поддерживать тепловую на грузку в пределах 20—25 млн. ккал/час.
При содержании углерода в металле по расплавлении мень ше 0,7—0,8% на 500-г печах целесообразно держать тепловую нагрузку в пределах 30—40 млн. ккал/час; при этом удельный расход тепла меняется не очень сильно (см. рис. 13).
На некоторых заводах нередко наблюдается ступенчатый ха рактер понижения тепловой нагрузки с максимумом в период за валки и минимумом в конце доводки. Механически переносить это на 500-г печь не следует, так как необходимо учитывать неко торые особенности большегрузной печи. На малых печах металл к концу доводки бывает, как правило, хорошо прогрет, даже при понижающейся тепловой нагрузке. На 500-г же печи часто при содержании углерода, доведенном до заданного, температура ме талла оказывается еще недостаточно высокой. Это различие мож но объяснить тем, что отношение площади пода к садке гораздо больше на малых печах, чем на больших; следовательно, на ма лых печах больше и поверхность теплопоглощения, приходящая ся на одну тонну металла.
Так как с уменьшением содержания углерода в металле по расплавлении длительность плавления возрастает, а длительность доводки сокращается, то определить оптимальную величину это го параметра можно лишь проанализировав его влияние на об щую продолжительность этих периодов и на суммарный удель ный расход тепла за это время.
Зависимость общей длительности плавления и доводки на 250-г печах от содержания углерода в металле по расплавлении, построенная с учетом влияния тепловых нагрузок (рис. 14), не позволяет установить искомый оптимум. Однако характер изме нения суммарного удельного расхода тепла дает основание счи тать, что шихтовка плавок малоуглеродистой стали с расчетом обеспечить к моменту расплавления 0,5—0,7% углерода в метал ле является с этой точки зрения наиболее экономичной.
На рис. 14 видно также, что изменение тепловых нагрузок от 20 до 30 млн. ккал/час оказывает малое влияние на суммарную продолжительность периодов плавления и доводки и то лишь при содержании С в металле по расплавлении выше 0,8%. Удель ный же расход тепла при таком изменении тепловой нагрузки
возрастает .весьма значительно (до 25%) . Поэтому целесообразно вести плавление и доводку при невысоких тепловых на
грузках.
Таким образом, с увеличением тепловой нагрузки продолжи тельность периода завалки может быть сокращена как на 500-г, так и на 250-г печах. Удельный расход тепла в период завалки
во плавок):
/ - 25,1-30 млн. кмл/час; 2 - 20,1-25 млн. ккал/час (250-т, печь)
при существующих тепловых нагрузках на 500-г печи лежит R пределах 140—210 ккал/кг, а на 250-г печах — в пределах 120— 190 ккал/кг, т. е. несколько ниже, вследствие лучшего соответ ствия между тепловой нагрузкой и скоростью завалки.
В дальнейшем необходимо при проектировании 500-г печей предусматривать возможность завалки двумя машинами при со ответствующем повышении тепловой мощности печи.
31
В период прогрева, наоборот, удельный расход тепла на 500-т печи несколько ниже, чем на 250-г печах (140— 170 вместо 180— 230 ккал/кг). Это объясняется тем, что в период завалки шихта поглощает на 250-т печи меньше тепла, чем на 500-г.
Суммарный удельный расход-тепла за эти периоды при суще ствующих тепловых нагрузках выше на 250-г печи (30Q— 420 ккал/кг), чем на 500-г (250—380 ккал/кг), что объясняется большей относительной потерей тепла (на единицу веса садки) на малой печи по сравнению с большой.
Повышение тепловой нагрузки в период плавления вызыва ет увеличение удельного расхода тепла за период и на 250-г, и на 500-г печах, причем более значительное на малых печах. От четливого влияния величины тепловой нагрузки на продолжи тельность плавления установить не удалось.
С повышением тепловых нагрузок длительность доводки со кращается незначительно, гораздо большее влияние оказывает уменьшение содержания углерода в металле по расплавлении.
Среднеплавочные теплотехнические данные о работе печей |
|
||||||
|
|
|
Продолжи- |
Тепловая |
Количе- |
Удельная |
Удельный |
Период плавки |
|
тельно-ть. |
НЗмлнЗКа |
денного в |
т ы с и м |
ккал/кг |
|
|
„ Г Ллйа., |
||||||
|
|
|
|
|
МХП,асаХ |
“ тали** |
|
|
|
|
250-т |
печи |
|
|
|
Заправка .............................. |
|
|
0,25 |
18,0 |
4.5 |
243 3 |
18,0 |
Завалка .............................. |
|
|
1,00 |
29,0 |
29,0 |
392.0 |
116.0 |
Прогрев ............................... |
|
|
1,50 |
29,0 |
43,5 |
392,0 |
174,0 |
Заливка чугуна |
................... |
|
0,33 |
22,0 |
7,3 |
297,5 |
29,0 |
Плавление: |
|
|
1,25 |
22,0 |
27,5 |
297.5 |
110,0 |
первая половина . . |
|||||||
вторая половина |
|
1,75 |
26,0 |
45,5 |
351 4 |
182.0 |
|
Доводка .............................. |
|
|
2,50 |
29,0 |
50,0 |
2.0,2 |
200,0 |
И т о г о |
за плавку . |
8,58 | |
24,2 |
207,3 | |
327,0 |
829,0 |
|
|
|
|
500-т |
печи |
|
|
|
Заправка .............................. |
|
|
0,50 |
23,8 |
11,9 |
246,0 |
23 8 |
Завалка .................................. |
|
|
1,80 |
45,0 |
81,0 |
465,0 |
162.0 |
первая половина |
. • |
1,00 |
42,0 |
42,0 |
434,0 |
84.0 |
|
вторая половина |
. . |
0,70 |
35,0 |
24,5 |
362,0 |
49,0 |
|
Заливка чугуна |
.................... |
|
0,50 |
32,0 |
16,0 |
330,7 |
32,0 |
Плавление: |
|
. . |
2,00 |
30,0 |
60,0 |
310.0 |
120,0 |
первая половина |
|||||||
вторая половина . |
. . |
2.30 |
34,0 |
78,2 |
351.6 |
156,0 |
|
Д о в о д к а ............................... |
|
|
2,20 |
30,0 |
65,0 |
310,0 |
132,0 |
И т о г о |
за плавку |
|
11,00 |
34,6 |
379,6 |
351,0 |
759,2 |
32
Установлено, что на печах той и другой емкости суммарная продолжительность плавления и доводки сокращается с пони жением содержания углерода в металле по расплавлении. Уменьшается и суммарный удельный расход тепла в эти перио
ды: в пределах 620—700 ккал/кг на 250-г печах и 470— 530 ккал/кг на 500-т печи.
Следует отметить, что в периоды плавления и доводки, ког да температура тепловоспринимающей поверхности ванны высо ка и поглощение тепла ухудшается, целесообразно уменьшить подачу доменного газа при постоянном расходе коксового газа. Это позволит повысить теоретическую температуру горения топ лива и тем улучшить условия передачи тепла металлу.
Среднеплавочные теплотехнические данные о работе печей представлены в табл. 2. Средняя продолжительность плавки на 250-г печн составляет 8,58 час. при расходе 829,0 ккал/кг, или
.118,5 кг условного топлива на 1 г стали. На 500-г печи продол жительность плавки составляет 11 час. при расходе 759,2 ккал/кг, или 108 кг условного топлива на 1 г стали.
В. С. Кочо, В. И. 1'р«и
Глава III
ТЕПЛООБМЕН В МАРТЕНОВСКИХ ПЕЧАХ
1.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССОВ ТЕПЛООБМЕНА
Основную роль в передаче тепла ванне играет излучение, за счет которого ванна получает примерно 90—95% всего тепла.
В рабочем пространстве мартеновской печи можно в первом приближении различить три основных температурных зоны, на ходящиеся в состоянии теплообмена излучением: а) факел пла мени и печные газы, б) огнеупорная кладка печи и в) нагревае мый или плавящийся металл и шлак.
Количество тепла, передаваемого излучением, определяется в общем виде законом Стефана—Больцмана:
где С — коэффициент излучения;
T in Т2 — абсолютные температуры тел, излучающих и пог лощающих тепло.
Применение этой формулы для анализа теплопередачи в ра бочем пространстве мартеновской печи вызывает затруднения, связанные в основном с определением температуры тел, участ вующих в теплообмене. Кроме того, коэффициент теплопередачи излучением в рабочем пространстве мартеновской печи зависит от излучательных и геометрических характеристик всех поверх ностей и газовых объемов, участвующих в теплообмене; эти ха рактеристики взаимно связаны. Поэтому приходится упрощать схему процессов теплопередачи, вводя необходимые допущения.
Главным фактором, определяющим условия теплопередачи в мартеновской печи, служит факел, основными характеристика ми которого являются: температура, степень черноты, размеры у. положение относительно ванны. Под радиацией факела под разумевается излучение горящего газа и продуктов горения.
Излучение горящего газа в настоящее время недостаточно изучено; требуются специальные исследования, связанные глав ным образом с процессами распада углеводородов при их на гревании и горении.
34
Излучение же продуктов горения изучено достаточно полно. Количество тепла, излучаемого продуктами горения, определя ется их температурой, концентрацией в них углекислоты и водя ных паров и зависит от толщины газового слоя. Оно может быть
определено |
достаточно точно |
с помощью известных графиков |
В. Н. Тимофеева и Э. С. Карасиной. |
||
Процессы теплообмена в рабочем пространстве мартеновс |
||
кой печи |
впервые наиболее |
обстоятельно проанализированы |
В. Н. Тимофеевым [8], который дал формулы для расчета тепло обмена между печными газами и ванной с учетом передачи теп ла и от огнеупорной кладки. Общее количество тепла, получен ного поверхностью ванны от газов и огнеупорной кладки, сум мируется и представляется как излучение только газа, имеюще го условную степень черноты, несколько более высокую, чем ис тинная для всей системы рабочего пространства печи: газ — огнеупорная кладка— ванна. По формуле В. Н. Тимофеева эта степень черноты
е |
^ |
*г ев П + У в ( 1 - г г)] |
(2) |
|
г' к' в |
ег+ у .в ( 1 - * г)[1-(1-*г) ( 1 - д ] |
’ |
где бг.к.в — приведенная степень черноты рабочего пространства печи;
ег — степень черноты газа; ев — степень черноты поверхности ванны;
<Рк.в— угловой коэффициент от кладки на ванну.
Для условий мартеновской печи — при температуре газов 1800° С и эффективной толщине слоя газов примерно 4 м — сте пень черноты газа можно принять равной 0,25, степень черноты поверхности скрапа — 0,8, а степень черноты поверхности шла к а — 0,6. Величину углового коэффициента от кладки на ванну, равную отношению поверхности ванны к поверхности кладки, принимаем для всех периодов плавки равной 0,5. Тогда соглас но выражено (2) для завалки и прогрева ег.к.в =0,485, а для плавления и доводки ег.к.в =0,400.
Количество тепла, воспринимаемого ванной, равно:
где С0=4,96 — коэффициент излучения абсолютно черного те ла;
Тг — температура газов в рабочем пространстве пе чи, °К;
Тв — температура поверхности ванны, °К. Произведение двух первых сомножителей в формуле (3)
представляет собой общий коэффициент излучения в системе газ — кладка — ванна:
C = V ,.»C 0- |
(4) |
35
Для периодов завалки и прогрева
С= 0,485 х 4,96 = 2,4.
Для периодов плавления и доводки
С= 0,400 х 4,96 = 2,0.
Впериод завалки, если принять температуру газов в печи 1700° и температуру поверхности скрапа 300°, теплопоглощение
металла (q) равно согласно формуле |
(3) |
360 тыс. ккал/м2-час; |
в период прогрева при температуре |
газов |
1750° и температуре |
поверхности скрапа 1300° q = 250 тыс. ккал/м2 - час, а в периоды плавления и доводки при температуре газов 1800° и температу ре поверхности шлака 1600 и 1650° теплопоглощение ванны, по
крытой шлаком, составляет соответственно 126 и 96 тыс.
ккал/м2 • час.
Несмотря на то что в формулах (2) и (3) не учитываются реальные условия работы печи, в частности не принимается во внимание, что температура газов неравномерна во всем объ ёме рабочего пространства, расчетные величины теплопоглощенкя весьма близки к действительным.
Следует, однако, иметь в виду, что в реальных условиях температурное поле и степень черноты газов в объеме рабочего пространства печи крайне неравномерны. Формулами не учиты вается наличие пламени и расположение факела в рабочем про странстве, которое, как известно, наряду со степенью черноты факела оказывает большое влияние на процессы теплопередачи. Все это затрудняет определение теплопоглощения расчетным пу
тем.
На теплообмене в рабочем пространстве сказываются особен ности, присущие именно мартеновской печи: периодические рез кие изменения температуры при перекидках клапанов, измене ние физических свойств тепловоспринимающей поверхности по ходу плавки, влияние технологических факторов на тепловое со стояние печи и на состояние нагреваемых материалов, измене ние температур подогрева воздуха и газа и т. д.
Процессы теплообмена в большой степени зависят и от ве личины параметров теплового режима — тепловой нагрузки, ка лорийности топлива, избытка воздуха, давления газов в рабо чем пространстве печи, температуры подогрева газа и воздуха, от частоты реверсирования факела и др. Большое влияние ока зывают условия смешения газа и воздуха, определяемые кон струкцией головки и скоростями газового и воздушного потоков.
Все эти факторы оказывают большое влияние на температу ру, степень черноты, жесткость и настильность факела, опреде ляющие в свою очередь соотношение между количествами теп ла, передаваемого ванне и кладке и уходящего с продуктами
горения.
1' Повышение температуры горения топлива, а также увеличе
36