Предварительный нагрев лома горелками и уходящими газами, страница 6

Достижимая максимальная среднемассовая температура лома t_Л.MАХ, нагреваемого по схеме рис. 6.2, может ограничиваться тремя факторами: особенностями самого лома, рассмотренными ранее; располагаемым для нагрева количеством тепла в газах, а также временем нагрева, которое тесно связано с условиями теплопередачи от газов к лому. Ограничение со стороны количества тепла возникает в том случае, когда для нагрева лома используются только уходящие из ДСП газы. Температуру t_Л.MАХдля этого случая нетрудно рассчитать.

Суммарная энтальпия уходящих газов, включающая как физическое, так и химическое тепло от дожигания в газоотводящем тракте СО и других горючих компонентов, составляет в среднем на современных печах примерно 20...25 % от расхода электроэнергии, т.е. около 80 кВт • ч/т. При η = 0,7 лому можно передать 80 • 0,7 = 56 кВт • ч/т полезного тепла. Этой величине соответствует температура t_Л.MАХ близкая к 400 °С (табл. 6.1). На практике из-за затруднений, вызванных рассмотренными выше особенностями печного лома, t_Л.MАХ обычно не превышает 300...350°С. Таким образом, запас тепла в уходящих газах позволяет нагревать лом только до относительно невысоких температур.

Рассмотренное ограничение можно снять, используя в установках для нагрева лома дополнительную энергию топлива, сжигаемого в горелках. Лом может нагреваться также только одними горелками. Преимущество таких установок – возможность использования для нагрева лома местных топлив, которые ранее не находили применения. Для электросталеплавильных цехов, расположенных на интегрированных заводах, таким топливом может служить коксовый или конвертерный газ. Однако во всех случаях действует ограничение, накладываемое на величину t_Л.MАХпроцессом теплопередачи. Этот процесс описывается следующим уравнением:

q* =α_V(t_Л)τ/ρ,кВт•ч/т,                                                                         (6.1)

где q* – количество полезного тепла, переданного от газов лому, кВт•ч/т; α_V – объемный коэффициент теплоотдачи, кВт/(м³-°С);  – усредненная как по высоте слоя, так и по времени нагрева, температура газов, °С; t_Л- среднемассовая температура лома, °С;  – средняя разность температур Δ, °С;  – длительность нагрева, ч; ρ - насыпная плотность лома, т/м³.

С помощью уравнения (6.1) можно оценить время , необходимое для нагрева лома в большой емкости до среднемассовой температуры t_Л:

τ = ρq*/α_V.                                                                                       (6.2)

Обработка по формуле (6.2) опубликованных данных о величинах t_Л,  Δ, τиρ при нагреве лома в корзинах и бадьях показала, что в таких устройствах коэффициент α_Vсоставляет примерно 0,12...0,14 кВт/(м³•°С), а типичная разность температур Δлежит в пределах 600...700 °С.

Подставляя эти значения в формулу (6.2) при ρ = 0,7 т/м³, найдем время τ, необходимое для нагрева лома до среднемассовой температуры . При = 500 °С (q* = 77,5 кВт • ч/т, табл. 6.1) τ = 0,64 ч (39 мин), а при = 600 °С (q* = 95,1 кВт • ч/т) τ = 0,78 ч (47 мин). Такие продолжительности нагрева лома несовместимы с работой современных высокомощных ДСП, на которых длительность плавки под током существенно меньше рассчитанных значений τ. Следовательно, в современных условиях только из-за недостаточной интенсивности процесса теплопередачи, не говоря о прочих ограничивающих факторах, возможные температуры нагрева лома уходящими из печей газами по схеме рис. 6.2 лежат значительно ниже уровня 500...600 °С. Этот вывод хорошо согласуется с данными практики.