Определение полезной энергии для нагрева и расплавления металла и шлака.

Для вывода этих зависимостей вводятся следующие обозначения:

w₀ – удельная энергия, необходимая для нагрева до температуры плавления, расплавления и перегрева до заданной температуры 1кг металла или шлака, Вт·ч/кг;

w₁ – удельная энергия, необходимая для нагрева и расплавления 1кг стального лома, Вт·ч/кг;

w₂ – удельная энергия, необходимая для перегрева 1кг жидкого металла сверх температуры плавления на 50⁰С, Вт·ч/кг;

w_шл– удельная энергия, необходимая для нагрева, расплавления и перегрева шлакообразующих материалов, Вт·ч/кг;

w ^/_шл – количество шлака по отношению к количеству скрапа – определение количества энергии, относимое к 1кг металлической загрузки, Вт·ч/кг;

w₃ – удельная энергия для нагрева и расплавления шлакообразующих материалов, а также для перегрева до температуры 1560⁰С (6%);

W₁ – энергия для нагрева и расплавления скрапа, Вт·ч, кВт·ч;

W₂– энергия для перегрева расплавленного металла, Вт·ч, кВт·ч;

W₃ – энергия для нагрева, расплавления и перегрева шлака, Вт·ч, кВт·ч;

W_полезн– суммарная полезная энергия периода расплавления, кВт·ч;

с₁ – средняя удельная теплоемкость материала в интервале от начальной температуры до температуры плавления, Вт·ч/(кг·⁰С), кДж/(кг·⁰С);

с₂ – средняя удельная теплоемкость материала в интервале от температуры плавления до заданной температуры перегрева, Вт·ч/(кг·⁰С), кДж/(кг·⁰С);

с_шл – средняя удельная энергия нагрева и расплавления шлака, Вт·ч/(кг·⁰С);

t₀– начальная температура, ⁰С;

t_пл– температура плавления, ⁰С;

t_пер – температура перегрева, ⁰С;

l– скрытая теплота плавления, Вт·ч/кг, кДж/кг;

l_шл- скрытая теплота плавления шлака, Вт·ч/кг;

Dw₁– дополнительная энергия, необходимая для нагрева угорающего металла, Вт·ч;

К_уг– коэффициент угара металла, %;

G_ж– заданное количество жидкого металла, т;

G_загр– масса загружаемого в печь скрапа, т.

Удельная энергия, необходимая для нагрева до температуры плавления, для расплавления и перегрева до заданной температуры 1кг металла или шлака, определяется по формуле

(7)

Применительно к малоуглеродистому стальному лому (содержание углерода от 0,1 до 0,3%) с температурой плавления около 1510⁰С можно рекомендовать следующие расчетные значения параметров для определения удельной энергии для нагрева, расплавления и перегрева металла:

с₁ = 0,194 Вт·ч/(кг·⁰С) или 0,7 кДж/(кг·⁰С);

t₀= 10⁰С – среднегодовая температура загружаемого в печь стального лома при отсутствии предварительного подогрева;

l_м = 79 Вт·ч/кг или 284 кДж/кг;

с₂ = 0,232 Вт·ч/(кг·⁰С) или 0,836 кДж/(кг·⁰С).

Заданная температура перегрева жидкого металла к концу периода расплавления зависит от способа ведения технологического процесса плавки. В некоторых случаях перегрев металла в период расплавления не производится, а при совмещении периода расплавления с началом окислительного периода металл обычно перегревают приблизительно на 50⁰С выше температуры его плавления.

Удельная энергия, необходимая для нагрева и расплавления 1кг стального лома (без перегрева сверх температуры плавления):

Для перегрева 1кг жидкого металла сверх температуры плавления на 50⁰С удельная энергия составляет

Аналогичным образом определяется удельная энергия, необходимая для нагрева и расплавления шлакообразующих материалов, а также перегрева расплавленного шлака. Данные для расчета приведены в приложении 1 табл.1.1.

Если принять температуру шлака в конце периода расплавления равной t_шл = 1560⁰С то для упрощения расчета среднюю удельную теплоемкость шлакообразующих материалов и расплавленного шлака можно принять равной с_шл =0,34 Вт·ч/(кг·⁰С). Скрытая теплота плавления шлака l_шл = 58 Вт·ч/кг, тогда

Принимая то или иное количество шлака по отношению к количеству загружаемого скрапа, можно определить количество энергии w^/_шл, отнесенное к 1кг металлической загрузки печи.

Например, если принять массу шлака по отношению к массе загружаемого в печь скрапа 0,06 (6%), то на 1кг металлической загрузки печи требуется энергия w^/_шл = w_шл·0,06 = 585·0,06 = 35 Вт·ч/кг.

Таким образом, полезная энергия, которую необходимо выделить в печи в период расплавления на 1т холодной металлической загрузки, составляет:

1) для нагрева до 1510⁰С и расплавления загрузки без перегрева:

w₁ = 370·1000 = 370000 Вт·ч/т = 370 кВт·ч/т;

2) для перегрева жидкого металла на 50⁰С выше t_пл:

w₂ = 11,6·1000 = 11600 Вт·ч/т» 12 кВт·ч/т;

3) для нагрева и расплавления шлакообразующих материалов, а также для перегрева до температуры 1560⁰С расплавленного шлака в количестве 6% массы металлической загрузки печи:

w₃ = w^/_шл·1000 = 35·1000 = 35000 Вт·ч/т = 35 кВт·ч/т.

Энергия w₁ необходима при любом виде технологического процесса плавки стали на твердой холодной завалке. Что же касается составляющих энергии w₂и w₃, то они не являются обязательными для периода расплавления. Поэтому для составления теплового баланса периода расплавления необходимо учитывать технологию расплавления и в случае необходимости учитывать энергию w₂и w₃ с уточнением температур перегрева металла и шлака, а также относительного количества шлака, вводимого в печь в период расплавления.

При составлении теплового баланса периода расплавления и определении необходимой полезной мощности этого периода, а также при определении длительности расплавления с известной полезной мощностью печи необходимо иметь ввиду следующее обстоятельство, вытекающее из реальных условий работы дуговой сталеплавильной печи.

В процессе нагрева и расплавления в дуговой печи происходит угар некоторой части загруженного в печь металла. Обычно угар составляет 5-6% массы загруженного металла. Поэтому для получения заданного количества жидкого металла G_ж в печь необходимо загрузить увеличенное количество скрапа, исходя из соотношения

(8)

Без заметной погрешности для практических расчетов можно принимать массу загружаемого скрапа равной необходимой массе жидкого металла с коэффициентом увеличения К:

(9)

Ввиду этого при определении полезной энергии для получения заданного количества жидкого металла следует исходить из необходимости нагрева увеличенного количества скрапа (в процессе расплавления угорающая часть металла не участвует, так как угар происходит при температурах ниже температуры плавления). Чтобы не усложнять расчета, можно принять, что вся угорающая часть металла должна нагреваться в печи до t_пл.

Если принять К_уг=5,5%, то дополнительная энергия, необходимая для нагрева угорающего металла и отнесенная к 1т получаемого жидкого металла, составляет

При этом полезная энергия, необходимая для получения 1т жидкого металла без его перегрева увеличивается с w₁=370 кВт·ч/т до w₁ + Dw₁ = 386 кВт·ч/т.

Пример 2.

Определить полезную энергию периода расплавления дуговой печи номинальной емкостью 300 т, работающей на твердой завалке. По технологическим условиям последняя стадия расплавления совмещается с началом окислительного периода, то есть к концу расплавления в печи наводится окислительный шлак и производится перегрев расплавленного металла и шлака.

Дополнительные данные для расчета:

1) требуемое количество жидкого металла G_ж=300т;

2) масса шлака G_ш должна составлять 6% массы загружаемой в печь металлической завалки;

3) угар завалки К_уг=5%;

4) t_пл=1510⁰С;

5) t_пер=1560⁰С;

6) t₀=10⁰С.

С учетом угара масса загружаемого в печь скрапа в соответствии (9) должна составлять:

Энергия, необходимая для нагрева и расплавления скрапа:

Энергия, необходимая для перегрева расплава:

Количество шлака в период расплавления:

Энергия, необходимая для нагрева, расплавления и перегрева шлака:

Искомая суммарная полезная энергия периода расплавления:

Удельная полезная энергия:

на 1т металлической завалки

;

на 1т жидкого металла

.

Удельная полезная энергия только для нагрева и расплавления одной тонны скрапа без перегрева:

или на 1т жидкого металла

.

Дата добавления: 2015-07-25