Литературный и патентный обзор по электрошлаковому переплаву. Флюсы для процессов ЭШП, страница 15

Iшл = 1000/1,34

Iшл » 746,3 A

5.3        Максимальное количество тепла

Q = N×t                                                                                                               (5.7)

Где N = 138 кBA  мощность печи

Q » 38 МДж

6.   Расчет теплового баланса

Рис. 13     Направление тепловых потоков в шлаковой и металлической ваннах:

1-электрод;  2-шлак;  3- гарнисаж;  4 – кристаллизатор;  5 – жидкий металл (ванна); 6 – отливка.

Уравнение теплового баланса для схемы, представленной на рис.13  можно записать:

Q шл = Q1+Q2 +Q3+Q4+Q5  ,                                                                   (6.1)

где Q шл - тепловой поток выделяющийся в шлаке,   кВт;  Q1 - тепловой поток, передаваемый на электрод, который включает Qпол и Qэл;    Q1 = Q пол + Q эл,   Q пол – тепловой  поток, неибходимый для нагрева, плавления и перегрева до температуры отрыва капли металла , кВт; Q эл - тепловые потери с осевым потоков по электроду, кВт;   Q 2 - потери теплового потока через гарнисаж и водоохлаждаемый кристаллизатор, кВт;    Q 3 -тепловой поток, передаваемый на жидкую металлическую ванну, кВт;   Q 4 - тепловой поток отливки, слитка, кВт;  Q 5 - потери тепла излучением из свободной поверхности шлаковой ванны, кВт.

Тепловой поток на электрод включает в себя полезный тепловой поток, который может быть определен по выражению:

Qпол = G ( Cт (t пл- tо) + t + Cж (t пер- t пл) ),                                                        (6.2)

где G - массовая скорость плавления, кг/с; Cт = 0,98,Сж = 1,36 - теплоемкость твердого и жидкого металла при температуре плавления   t пл = 660°C и температуре перегрева

tпер = 850°C,  кДж/кг°C;  t =3700- скрытая теплота плавления, кДж/кг.

Тепловые потери с осевыми потоками по электроду пропорциональны коэффициенту теплоотдачи при свободной конвекции, разности температур, поверхности электрода, а также степени черноты электрода:

             (6.3)

, где  a эл - коэффициент теплоотдачи конвекции, Вт/(м×К). Дль свободной конвекции относительно вертикальных поверхностей электрода можно приближенно принять

a эл = 10+0,06t эл ,   где tэл средняя по длине температура электрода °С.

tэл = (t 2эл – t 1эл) / 2, где   t 2эл ,t 1эл - температура нижнего и верхнего электрода °С;

e1 - степень черноты электрода; Со - коэффициент излучения аблсолютно черного тела,

C0  = 5.67 Вт/();

Тэл,Тв - средняя температура электрода и вовдуха, K.  Тэл = tэл + 273,15;   Fэл - поверхность электрода, м. Для круглого электрода  Fэл = 2pdэл×L , где dэл- диаметр электрода, м; .

L - длина электрода.           

Потери тепда через гарнисаж и водоохлаждаемый кристалдизатор могут быть определены  для круглого кристаллизатора диаметрсйа Dкр по выражению:          

 (6.4)

Здесь hз - высота слоя шлака в кристаллизаторе, м; tш и 1вод - средняя температура шлака и воды для охлаждения, °С;   a1 - коэффициент теплоотдачи от жидкого шлака гарнисажу, Вт/(мград). Определить этот коэффициент можно на основе опыта.  Dкр - диаметр кристаллизатора, м; d1 – толщина гарнисажа ,м;  Dв = Dкр+2×d2,   d2  - толщина стенки кристаллизатора;   l1 ,l2 - теплопроводность гарнисажа и стенки кристаллизатора, Вт/(м× К). Приближенно можно принять: l1 = 0,87+5,23 ×10t; l2 = 56,815-0,029 t  для малоуглеродистой стали в интервале 100-1100 °С,    где   t -   средняя температура слоя;

a2 =  0,021 (l ж/a экв) × Rе Pr ;

При расчете потерь тепла через  гарнисаж и кристаллизатор (Q2) следует учитывать и тепло,от металлической ванны, высотой h2. Средняя величина удельного теплового потока от шлака может достигать

Q2/F3 = 0,4 -1,О мВт/м.           

Теиловой поток на жидкую металлическую ванну (Qз) от шлака можно оценить по выражению:

Qэ = a ш  (t ш – t м) Fм.,                                                          (6.5)

где a ш - усредненный коэффициент теплоотдачи от жидкого шлака к жидкому металлу,

Вт/(м× K);    tш ,tм - средние температуры шлака и металла, °С; Fм - площадь поверхности жидкого металла, м.