5. Теплообмен в ванне дсп. Теплотехнически рациональные размеры ванны дсп.

а) Теплообмен в ванне связан со схемой теплообмена в рабочем пространстве ДСП и с распределением лучистых потоков дуги по зеркалу ванны. Примерно 90% всего излучения дуги, падающего на ванну, попадает на круг – «горячую» зону диаметром Dгз=Dэд+4lд. Круг, описанный вокруг электродов, можно рассматривать как общую горячую зону д-м Dогз. С учетом ЭМГД-воздействия часть объема ванны вокруг дуги можно рассматривать как полушар диаметром Dгз или Dогз с внутренним источником нагрева. Поэтому весь объем ванны может быть рассмотрен как шаровой слой с внутренней поверхностью диаметром Dвт=Dгз или Dогз и внешней диаметром Dвш, ограниченной футеровкой подины. Технологически неблагоприятное неравномерное температурное поле ванны имеет наибольший gradT в зоне дуги, а наименьший – около подины. Перепад температур:

ΔТ=Фвн(1/Dвт-1/Dвш)/πλ_эф.

Неравномерность температуры по объему ванны усиливается с увеличением вместимости ДСП

При косвенном РТО в рабочем пространстве тепловой поток на ванну Фвн поступает от футеровки через всю площадь зеркала жидкометаллической ванны. Такая схема теплообмена позволяет рассматривать ванну как усеченный конус с углом при основании 45 град., прогреваемый сверху через большее основание диаметром Dм.

б) Равномерность температурного поля по глубине ванны зависит от эффективной теплопроводности жидкого металла λ_эф и от соотношения диаметра зеркала Dм и глубины ванны hм. Рекомендованное соотношение лежит в пределах: Dм/hм=3,5…6,5.

Выбор глубины ванны hм лимитируется возможностью нагрева металла. Развитие внепечных методов обработки стали и организация массообмена в ванне снимают ограничения по степени равномерности температурного поля и позволяют конструировать печи с более глубокими ваннами. Такое изменение конструкции приводит к уменьшению удельной поверхности ванны и поверхности контакта «шлак-металл», но способствует сокращению площади теплоотдающих поверхностей корпуса и свода, снижению теплопотерь и экономии электроэнергии.

…

В современных ДСП применяют 2 типа конфигурации ванны:

1. сфероконическая;

2. сфероконическоцилиндрическая.

Объем шарового сегмента, заполняемого металлом при проплавлении колодцев, должен быть достаточным, чтобы защитить футеровку подины от теплового действия дуг, когда электроды опускаются в самое нижнее положение. Для этого глубину шар. сегмента принимают равной 20-25% от глубины ванны hм.

Диаметр ванны на уровне откоса определяет диаметр рабочего пространства ДСП:

Dотк=Dм+2(Δшл+h3+h4), где:

h3-высота от зеркала шлаковой ванны до уровня порога рабочего окна для создания дополнительного объема на случай кипения;

h4-высота от уровня порога рабочего окна до уровня откоса во избежание размывания шлаком основания футеровки стены.

6. Теплообмен в «свободном» пространстве дсп. Теплотехнически рациональное расположение графитированных электродов.

а) Свободное пространство формируют стена и свод, рабочие поверхности которых участвуют в лучистом теплообмене. Дуговые печи представляют собой печи-теплообменники с радиационным режимом работы. Особенности РТО в рабочем прост-ве опред-ся:

-условиями существования дуг (выдувание, экранирование, длина столба и проч.);

-теплотехническими качествами внутренней поверхности свободного пространства (тем-ра, степень черноты, коэф-т развития футеровки);

Из-за малого объема дуги и сравнительно большого расстояния от дуги до стены и свода можно принять дугу за сферу малого диаметра (точечный источник). Тогда облученность футеровки можно рассчитать по ф-ле:

Q=k_экрP_эдcosβ/(4πr²), где:

q-плотность потока излучения;

k_экр-поправочный коэффициент;

P_эд-мощность дуги, кВт;

β-угол между направлением излучения и нормалью к футеровке;

r-расстояние от дуги до футеровки.

Формула позволяет сравнивать величину плотности падающего теплового потока для обоснования теплотехнически рациональных соотношений геометрических размеров свободного пространства.

б) Облученность футеровки на уровне дуг неодинаковая: наибольшая – против электродов, наименьшая – между электродами.

Практически равномерная тепловая нагрузка на футеровку стены обеспечивается при соотношении

D_расп/D_отк<=0,3

Выполнение этого условия обеспечивает также более равномерный прогрев ванны.

Сближение электродов при D_расп/D_отк<0,3 вызывает конструктивные трудности из-за размеров электродержателей и уплотнителей электродных отверстий в своде, а также ослабляет кирпичную футеровку центральной части купольного свода. Поэтому для сближения дуг над зеркалом ванны до значений D_расп/D_отк<0,2…0,25 электроды наклоняют на угол до 8^о к вертикали.