CC BY
120
Таким образом, применение технологии мягкого обжатия не-прерывнолитого сляба толщиной 300 мм на криволинейной МНЛЗ с вертикальным участком в сегментах №13 и №14 при скорости вытягивания заготовки из кристаллизатора 0,8-0,85 м/мин позволило улучшить качество осевой зоны как непрерывнолитой заготовки, так и производимого из нее горячекатаного листа.
УДК 669.187.25
P.C. Тахаутдинов, В.А. Бигеев, Д.Р. Тухватулин, А.Н. Федянин
ФГБОУВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ПОДОГРЕВА МЕТАЛЛОЛОМА В ДСП С ШАХТНЫМ ПОДОГРЕВАТЕЛЕМ ДЛЯ УСЛОВИЙ ЭСПЦ ОАО «ММК»
Особое значение в инновационном развитии электросталеплавильного производства играет снижение потребления электроэнергии, которая в общей себестоимости электростали составляет примерно 50-60%. Эта доля продолжает расти пропорционально росту цен на электроэнергию. Расход электрической энергии может быть снижен как путём использования альтернативной энергии (тепла от сжигания топлива, экзотермических реакций), так и тепла отходящих газов.
Процесс предварительного подогрева металлической шихты основан на использовании физического тепла отходящих газов, которые, проходя через холодную металлическую шихту, отдают часть своего тепла. Тепло отходящих газов в общем энергетическом балансе ДСП составляет, по разным оценкам, от 12 до 25% за весь период плавки [1-4]. Причем объем отходящих газов, их температура и соответственно количество уносимого тепла напрямую зависят от расхода жидкого чугуна на плавку.
Химический состав газов ДСП меняется по ходу плавки в широких пределах и во многом зависит от технологических режимов работы печи и от её конструктивных особенностей. Основными составляющими отходящих газов ДСП до процесса подогрева лома являются оксиды углерода СО и CO2, N2, O2 и H2O. Оксиды углерода образуются в результате окисления углерода шихтовых материалов в ДСП. Наиболее интенсивное образование оксида
© Тахаутдинов P.C., Бигеев В.А., Тухватулин Д.Р., Федянин А.Н., 2011
углерода СО, частично догорающего в рабочем пространстве до С02, наблюдается при продувке жидкой ванны кислородом.
При процессах передачи тепла от ванны печи и от отходящих газов ДСП к металлической шихте в шахтном подогревателе играют практическую роль три вида теплопередач [5]:
а) тепловое излучение, исходящее от поверхности ванны печи;
б) тепловое излучение между отходящими газами и поверхностью шихты;
в) конвекция между отходящими газами и поверхностью шихты.
При работе ДСП с шахтным подогревателем расчётная скорость газов в шахте лежит в пределах 0,7-2,5 м/с. При такой скорости потока отходящих газов создаются хорошие условия для оптимальной передачи тепла от потока горячих газов к подогреваемой шихте. Поток газов в металлической шихте из-за сложной и нерегулярной формы материалов имеет сложный характер, т.е. является ламинарным и турбулентным. В результате этого для интегрированных систем (шахтные печи) подогрева металлолома, экономия электроэнергии составляет от 80 до 100 кВт ч/т. Правда, удельный расход электроэнергии при дополнительном подогреве отходящих газов на входе в газоочистку с целью разложения таких вредных веществ (образующихся в шахте), как диоксины и фура-ны, возрастает на 10-15 кВт ч/т.
В настоящее время в мире насчитывается уже более 20 ДСП с шахтным подогревателем, температура нагрева металлолома (важнейший параметр для агрегатов такого типа) в них по литературным данным [1-4] достигает 700-800°С. С целью проверки этих значений нами модернизированы модели М.В. Шиши-мирова [3] и В.Т. Райле [6]. По ним сделали расчеты для 180-т ДСП с шахтным подогревателем.
Для расчетов нагрева лома использовали сталь марки 08 (С - 0,05-0,12%; Мп - 0,35-0,65%; Б1 - 0,17-0,37%; Сг - н.б. 0,10%; Б - н.б. 0,04%; Р - н.б. 0,035%; Си - н.б. 0,25%; N - н.б. 0,25%; Аэ - н.б. 0,08%) для 180-т ДСП.
По усовершенствованной модели М.В.Шишимирова определили массовый состав газов в конце плавки, который равен: СО - 3240 кг; СО2 - 4527 кг; Н2 - 11 кг; Ы2 - 6824 кг. Таким образом, масса газа составляет 14602 кг.
Произвели дожигание, после чего состав газа имеет следующие значения: СО2 - 9619 кг; Ы2 - 6824 кг; Н20 - 98 кг; О2 -871 кг. Масса газа - 17411 кг.
Определили температуру нагрева металлолома в шахте печи:
Ъ = г / (Кусв * тм * См)) + ^ = = ((2,169*1010)/(0,47*135000*650)) + 20 = 546°С. где Wг - тепло, которое идет на нагрев металлолома;
КуСВ - коэффициент теплоусвоения при подогреве металлолома отходящими газами;
тм - масса металлолома;
См- удельная теплоемкость металлолома, Дж/(кг*К);
1М - температура, при которой металлолом загружается в печь, 0С;
^ - начальная температура лома, 0С.
Согласно модели В.Т. Райле подогрев нижнего слоя металлолома в шахтном подогревателе происходит равномерно за счёт теплового излучения поверхности плавки или шлака. По результатам расчета за счет теплового излучения температура нижнего слоя металлолома равна 9300С.
За счет теплового излучения между отходящими газами, стенами шахтного подогревателя и поверхностью шихты температура металлолома равна 9530С.
Основная часть передачи тепла между отходящими газами и металлической шихтой происходит в результате конвективного теплообмена.
При принудительной конвективной теплопередаче имеет место внутренний теплообмен (теплообмен между предметами шихты и потоком теплоносителя) и теплообмен при внешнем обтекании тел.
Расчетные данные для всех 4 зон представлены в таблице.
Расчетные данные принудительного конвективного теплообмена для 4 зон
Зона 1 2 3 4
Температура металлолома: К °С 1099 891 691 502
826 618 418 229
Подогрев металлолома в области свободного конвективного теплообмена происходит в результате разницы давления и температуры в столбе металлолома. Основными характеристиками для свободного конвективного теплообмена являются числа Прандтля, Грасгофа и Нуссельта.
Температура металлолома Тм в области свободного конвективного теплообмена (зона 1) при температуре отходящих газов 1200°С равна:
Тм = 298 °С.
Средняя температура металлолома Тм в существующем шахтном подогревателе определяется выражением
£ Мхп • Tn • Cx
Тм = -= 532 °С,
м М ■ Т
хп хп
где Мхп - масса металлолома в зонах 1-4 свободной и принудительной конвекции;
Тхп - температура металлолома в зонах 1-4 свободной и принудительной конвекции;
Схп - удельная теплоёмкость металлолома в зонах 1-4 свободной и принудительной конвекции.
Согласно произведенным расчетам по обеим методикам температура нагрева лома в шахтном подогревателе в среднем составляет около 5400С. При этом удельный расход электроэнергии сокращается на 35 кВтч/т.
Таким образом, заявляемая ранее температура нагрева лома 700-800°С не достигается. Видимо из-за такой относительно низкой температуры лома на практике минимум нареканий на стойкость и качество работы «пальцев» шахтных подогревателей.
Список литературы
1. Heinen K.-H.: Elektrostahl-Erzeugung - Energiebilanz. 4., völlig neu bearbeitete und erweiterte Auflage. Stahl und Eisen, Düsseldorf, 1997. 118-120 s.
2. Klein, K.-H.; Paul; G., Köster, V.: The application of progressive energy-saving measures at Badische Stahlwerke AG (BSW). MPT-Metallurgical Plant and Technology (1986) 1, 44-52 s.
3. Рябов A.B., Чуманов И.В., Шишимиров M.B. Современные способы выплавки стали в дуговых печах: учеб. пособие. М.: Теплотехник, 2007. 192 с.
4. Рациональные способы интенсификации плавки в современных дуговых сталеплавильных печах / Гудим Ю.А., Зинуров И.Ю., Киселёв А.Д., Шумаков А.М. // Вестник Южно-Уральского государственного университета. 2008. № 9 (109). С. 11-13.
5. Металлургическая теплотехника / Кривандин В.А., Неведомская И.Н. и др. М.: Металлургия, 1986. 4.2. С. 255-265.
6. Райле В.Т. Совершенствование тепловой работы и конструкции шахтного подогревателя дуговой сталеплавильной печи: авто-реф. дис. ... канд. техн. наук. Челябинск: ЮУрГУ, 2010.
