Предварительный нагрев лома горелками и уходящими газами, страница 2

Примечание. Данные можно использовать для малоуглеродистых сталей, у которых энтальпияЕвыше при 100 °С на 3,6 %; при 500 °С – на 2,9 %; при 1000 °С – на 1,5 %; при 1300 °С – на 1,8 %.

* Средняя теплоемкость в диапазоне температур от 1550 до 1700 °С (см. главу 4, раздел 4.4.1).

Таким образом, три четверти всего полезного тепла затрачивается на нагрев лома до температуры плавления, и только четверть – на расплавление лома и нагрев жидкого металла. Следовательно, от того, какорганизован нагрев лома, требующий наибольших энергетических затрат, какова энергетическая эффективность этого процесса, в наибольшей мере зависят производительность и экономичность дуговых печей. Если бы перечисленные выше процессы протекали последовательно, например, в трех различных ваннах, то в последней ванне на нагрев жидкого металла, полученного после расплавления всего лома, потребовалось бы затратить лишь 5...6 % общего полезного тепла.

Однако в действительности в обычной ДСП все этипроцессы протекают одновременно. При нагреве кусков лома электрическими дугами происходит их частичное или полное расплавление. Расплав стекает на подину печи, уровень зеркала жидкой ванны поднимается,и значительная часть лома погружается в расплав с температурой, еще весьма далекой от температуры плавления. Это особенно характерно для печей, работающих с так называемым «болотом», когда на подине при каждом выпуске оставляют значительную часть жидкого металла и шлака предыдущей плавки, а также для процесса Consteel.

Дальнейший нагрев и плавление кусков лома происходят уже в жидкой ванне, температура которой растет за счет интенсивного подвода к ней тепла от внешних и внутренних источников энергии. Необходимость догреватьи расплавлять значительные массы лома после их погружения в жидкую ванну делает этот период плавки достаточно продолжительным. В среднем он занимает около 40 % всей длительности плавки под током. Чтобы сократить этот период, необходимо интенсифицировать нагрев лома до возможно более высоких температур перед погружением его в расплав. Этого можно достичь предварительным высокотемпературным нагревом лома.

6.3.  ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ НАГРЕВ ЛОМА

6.3.1. РАСЧЕТ ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ЭКОНОМИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

В прокатных цехах стальные заготовки нагревают в печах, отапливаемых горелками до среднемассовых температур 1150... 1250 °С. При 1250 °Сэнтальпия железа составляет 234 кВт· ч/т (табл. 6.1). Если бы, используя горелки, удалось нагреть лом до такого же уровня, это привело бы к радикальному изменению и улучшению всей энергетики современных ДСП.

Поясним сказанное ориентировочным расчетом, в котором используются данные разделов 5.3, 5.4.1 и 5.4.2 главы 5. Обратимся к уравнению (5.4): ΣЕ*= + +  + МЕТ.В рассматриваемом случае при нагреве лома горелками до 1250 °С полезное тепло природного газа равно энтальпии лома при этой температуре: =234 кВт·ч/т. Известно, что ЕМЕТ=390 кВт ч/т. Подставляя эти величины в наше уравнение, получим

 + =390 – 234 = 156 кВт • ч/т;

 =  + .

Тепло, выделяющееся при окислении железа и его примесей составляет на современных ДСП примерно 100 кВт•ч/т (см. главу 4, табл. 4.1). Это тепло усваивается ванной полностью. Напротив, усвоение химического тепла кокса характеризуется весьма низкими значениями коэффициентов η. Но даже если величиной пренебречь полностью, то и в этом случае из выражения + ЕХ.МЕТ= 156 кВт•ч/т получим: =156 – 100 = 56 кВт•ч/т. При ηЭЛ = 0,7 расход электроэнергии в рассматриваемом случае составит ЕЭЛ= 56 / 0,7 = 80 кВт • ч/т.

Для современной ДСП, работающей без нагрева лома, расход электроэнергии можно принять равным 345 кВт•ч/т. Таким образом, нагрев лома до 1250 °С мог бы обеспечить снижение расхода электроэнергии ЕЭЛпо меньшей мере на 345 – 80 = 265 кВт • ч/т, или в 345 / 80 = 4,3 раза. Примем, что для нагрева лома используется природный газ с теплотворной способностью 9,5 кВт•ч/м3 и что коэффициент полезного использования природного газа при нагреве ломаηПГ=0,6. При этом расход природного газа VПГ, необходимый для нагрева лома до 1250 °С (энтальпия 234 кВт • ч/т), составит: