Теплообмен в рабочем пространстве дуговых электропечей
В теплотехническом отношении дуговые электропечи относят к печам с внешним источником нагрева, т. е. к печам, в которых тепло передается металлу извне, а внутри него распределяется теплопроводностью или конвекцией. Скорость нагрева металла определяется условиями внешнего и внутреннего теплообмена и может лимитироваться теми или другими из них. Условия внешнего теплообмена определяют количество тепла, попадающего на тепловоспринимающую поверхность металла, а условия внутреннего теплообмена — скорость выравнивания температуры металла. При этом в процессах теплообмена — получении и отдачи тепла кроме дуги и металла, принимает участие огнеупорная футеровка.
Дуговым сталеплавильным печам свойствен периодический характер работы, при котором плавку можно разбить на три периода, отличающиеся мощностью и направленностью тепловых потоков и тепловым напряжением внутренней поверхности кладки стен и свода;
Вспомогательный, в течение которого выполняются вспомогательные операции (выпуск металла, очистка, заправка и загрузка печи), и мощность к печи не подводится. В этот период печь теряет тепло, аккумулированное футеровкой. Длительность вспомогательного периода определяется организацией работ.
Энергетический или теплотехнический, в течение которого осуществляются нагрев и плавление металла. Длительность этого периода непосредственно определяется полезной мощностью, поступающей в печь.
Технологический, складывающийся из окислительного и восстановительного периодов плавки. Продолжительность технологического периода и потребляемая в этот период мощность определяются требованиями технологии.
В первый период установленная мощность трансформатора не используется, а в третий период используется лишь частично, но в эти периоды происходят значительные потери тепла футеровкой. Если исходить с позиций улучшения тепловой работы дуговой печи, продолжительность этих периодов целесообразно сократить до минимума.
Для достижения высоких технико-экономических показателей работы агрегата на всем протяжении второго периода в печь необходимо подводить максимально возможную (в рациональных пределах) мощность. При применяемой технологии выплавки легированной стали это требование справедливо и для отдельных моментов третьего периода, например после присадки крупной порции легирующих ферросплавов. Максимум подводимой в дуговую печь мощности ограничивается или возможностями электрического оборудования, или условиями теплообмена в рабочем пространстве и экономическими соображениями.
Наиболее благоприятные условия для нагрева металла существуют в течение первой части периода плавления. При правильно выполненной завалке дуги переменного тока очень быстро прожигают под электродами колодцы и погружаются ниже уровня нерасплавившейся шихты. Температура металла в это время ниже температуры кладки стен и свода, поэтому часть аккумулированного футеровкой тепла расходуется на подогрев металла. Тепловые потоки в этот промежуток времени направлены от дуги и от огнеупорной футеровки к металлу. Хорошее тепловосприятие холодной шихты и экранирование огнеупорной футеровки от излучения дуг нерасплавившейся шихтой позволяют работать в этот период на максимальной мощности, обеспечиваемой электрооборудованием установки.
Рис.1 Теплообмен в дуговых электропечах при сильном (а) и слабом (б) экранировании дуги
На современных мощных электропечах, работающих по прогрессивной технологии с укороченным технологическим периодом, установленное электрооборудование обеспечивает мощность до 500— 1000 кВ-А/т, что позволяет расплавлять завалку за 1,0—1,5 ч.
После расплавления основной части шихты излучение дуг воспринимается не только металлом, но и футеровкой.
Смотрите видео на металлургическую тематику в нашем новом разделе - "ВИДЕО"
