Теоретические основы и математическое описание процессов с использованием рекуперации тепла, способов интенсификации плавки и нагрева металлов, страница 3

При дальнейшей работе начинается повышение температуры отходящих газов (t_отх) и, соответственно, с задержкой (период индукции) – повышение температуры нижнего слоя. Характер кривой t = f(t) напоминает график температур центра заготовки при граничных условиях II и III рода. Возникает явление кажущегося уменьшения теплового сопротивления слоя: падение температуры потока в верхней части столба шихты уменьшается пропорционально D t (рис.2).

Рост температуры отходящих газов, начиная с 350°С, приводит к снижению эффективность процесса, что с точки зрения использования топлива является нежелательным. Однако при прекращении нагрева через 10-12 мин в слое шихты наблюдается значительный перепад температур: . Увеличение времени работы установки или повышение температуры факела приводит к спеканию кусков шихты в верхней части слоя или «привариванию» и стенкам бадьи. Кроме того увеличивается температура стенок и грузонесущих цапф, что затрудняет разгрузку шихты и создает опасность обрыва бадьи (корзины).

Для уменьшения температуры стенок было разработано и опробовано в промышленных условиях устройство охлаждения, состоящее из вставки в бадью, коллектора дутья на своде установки и вентилятора производительностью 5 тыс. м³/ч. Однако, это устройство не решает проблему неравномерности прогрева шихты по высоте.

Уменьшить перепад температур за счет подачи теплоносителя снизу, со стороны днища бадьи или цепей загрузочной корзины невозможно из-за снижения механической  прочности узлов крепления. В связи с этим необходимо разработать принципиально новые режимы работы установок, обеспечивающие равномерность нагрева.

Рис. 2. Параметры процесса подогрева шихты в бадье (корзине)

- температура факела, , - температура верхнего и нижнего слоев шихты .

3.Ступенчатый режим нагрева

Для уменьшения градиента температур по высоте столба шихты в установке подогрева был разработан и опробован в промышленных условиях на установках 2 и 6 т. способ ступенчатой подачи топлива. Способ состоит в том, что с определенной стадии нагрева, до выхода процесса на так называемый  регулярный режим, подача топлива уменьшается на 1/3 и далее на 2/3. При этом соответственно уменьшаются температуры факела и верхнего слоя шихты. Так как расход отходящих газов, в основном, зависит от разряжения в системе аспирации, то общий расход при неизменном разряжении остается постоянным. Уменьшение количества продуктов горения компенсируется  увеличением подсоса воздуха.

Сохранение постоянного расхода и, соответственно, скорости газов в слое приводит к сохранению интенсивности конвективного теплообмена:

                                                                                                                (4)

                                                                                                         (5)

                                                                                                              (6)

При подаче газов с температурой меньше температуры верхнего слоя шихты газы отбирают часть тепла от шихты, а затем в нижних слоях отдают тепло, повышая температуру в этой зоне. Учитывая симметричность процессов нагрев – охлаждение при постоянных условиях (), происходит перераспределение тепла и выравнивание температуры. В табл.1 представлены данные одной из серий испытаний, которые достаточно четко соответствуют описанной схеме процесса. Режим при трехступенчатом изменении расхода представлен на рис.3, где кроме температурных полей нанесены расчетные данные по термическому к.п.д. установки.

Рис. 3. Ступенчатый режим нагрева (обозначение смотри рис.2)

I – подача газа 45 м³/ч; II - 30 м³/ч; III - 20 м³/ч

Из представленных данных следует, что температура шихты по высоте слоя существенно выравнивается. Расход газа на нагрев также уменьшается по сравнению  с исходным режимом при одинаковой средней температуре шихты в бадье. Увеличивается и термический к.п.д., примерно, на 10%.

Однако из-за снижения температурного  напора  уменьшается интенсивность процесса, то есть увеличивается время нагрева.

Таким образом, при ведении такой технологии необходимо соответственно корректировать режим работы печей или устанавливать блок из двух систем подогрева шихты.

Температурный режим при ступенчатой подаче топлива.