2. Технико-экономические показатели доменной плавки (тэп). Влияние режимов форсирования на тэп.
Коэффициентом полезного использования объема называют отношение полезного объема печи V в м3 к суточной ее производительности Т в m:
Так, например, доменная печь объемом V = 1300 м3, выплавляющая в сутки 1800 m чугуна, будет иметь коэффициент использования полезного объема
Коэффициент полезного использования объема доменной печи для различных печей и сортов выплавляемых чугунов колеблется в пределах — от 0,5 до 1,35 м3/m.
Технико-экономические показатели работы доменной печи зависят от ряда факторов и могут быть улучшены, если увеличить в шихте долю обогащенной руды и офлюсованного агломерата; внедрить автоматизированные процессы подготовки руды к плавке; использовать природный газ и кислородное дутье, построив крупные экономичные кислородные станции производительностью 35 000 м3/час; повысить давление под колошником на работающих печах до 1,5—1,8 аmu и для проектируемых печей до 2,5 аmu; автоматизировать все доменные процессы.
Кислород применяется не только для интенсификации горения топлива в доменной печи, но и для рафинирования жидкого чугуна непосредственно в горн. В горн печи вводится водоохлаждаемая кислородная фурма. При продувке чугуна кислородом уменьшается содержание в нем серы и повышается его температура.
3. Характеристика и совершенствование конструкции и работы кристаллизаторов и зоны вторичного охлаждения.
Знание закономерностей теплообмена между заготовкой и кристаллизатором позволяет оптимизировать конструкцию кристаллизатора для каждого конкретного случая.
На интенсивность затвердевания стали влияют не только теплопоглощающие свойства материала стенки кристаллизатора, но и развитие мощных турбулентных потоков перегретой стали. Известно, что струя стали, попадающая в кристаллизатор из промковша, имеет большую кинетическую энергию, достаточную для перемешивания больших объемов металла. Подвод металла в кристаллизатор осуществляется различными способами: открытой струей, через проточный погружной стакан, через погружной стакан с боковыми отверстиями и т.п
В процессе нарастания корочки затвердевшего металла тепловой поток к стенке кристаллизатора уменьшается. Этому же способствует постепенное увеличение газового зазора. Неравномерное распределение тепловых потоков при продвижении заготовки вызывает неравномерный прогрев стенки кристаллизатора. Различная температура слоев корочки затвердевшего металла вызывает различную усадку и деформацию этих слоев, что приводит к возникновению сложнонапряженного состояния затвердевшей оболочки заготовки.
Известно, что отвод тепла зависит в значительной степени от наличия воздушного зазора между стенкой кристаллизатора и коркой непрерывного слитка. Воздушный зазор может быть устранен или, по крайней мере, сокращен до минимума, а теплопередача оптимизирована, если контур кристаллизатора будет в максимальной степени соответствовать контуру корки непрерывного слитка. Контур корки в значительной мере определяется ее первичным формированием на мениске и характеризуется изменением объема под влиянием температуры во время прохода через кристаллизатор. На практике обычно используются кристаллизаторы, имеющие постоянный показатель конусности вдоль всей длины грани. Вместе с тем с повышением скорости разливки до величины нескольких метров в минуту такая конструкция кристаллизатора оказывается недостаточно эффективной с точки зрения отвода тепла. Многими исследователями рекомендуется делать поправку на естественную усадку непрерывнолитого слитка и выполнять внутреннюю поверхность кристаллизатора в виде специального параболического профиля [55].
Промышленные испытания таких кристаллизаторов продемонстрировали, что они позволяют достичь высокой скорости литья для заготовок малого сечения (до 5-6 м/мин). При этом благодаря улучшению условий теплопередачи по всей длине кристаллизатора, технологическая длина кристаллизатора увеличивается до 1000-1200 мм. Вместе с тем, следует отметить, что при использовании параболических кристаллизаторов может наблюдаться повышенное трение заготовки на выходе из него, что приводит к рывкам в движении заготовки и затрудняет работу системы автоматического поддержания уровня металла в кристаллизаторе.
Другим достаточно эффективным способом уменьшения влияния интенсивного охлаждения углов непрерывнолитого слитка и повышения степени однородности охлаждения заготовки в кристаллизаторе является технология «КОНВЕКС» (фирма «Конкаст», Швейцария) [57]. Как видно из схематического представления динамики образования твердой корочки в кристаллизаторе традиционной геометрической формы (рис.2.7 а), при формировании твердой корочки в углах происходит сильное сжатие заготовки и ее отделение от поверхности кристаллизатора. Появление газового зазора между стенкой кристаллизатора и заготовкой приводит к уменьшению интенсивности теплоотвода и, как следствие, к локальному разогреву твердой корочки в углах заготовки за счет тепла жидкой фазы. При этом твердая корочка приобретает высокий уровень внутренних напряжений, которые при выходе из кристаллизатора слитка обусловливают формирование ромбовидности в поперечном сечении заготовки и поверхностных макротрещин.
Технология «КОНВЕКС» предполагает использование кристаллизатора переменного поперечного сечения. В зоне мениска поверхность заготовки имеет ярко выраженную выпуклую форму, что улучшает условия теплоотвода через стенки кристаллизатора. По мере опускания заготовки выпуклость боковых граней, которая формируется стенками кристаллизатора, плавно уменьшается и на выходе из кристаллизатора заготовка приобретает строгую квадратную форму. При этом толщина твердой корочки по всему поперечному сечению заготовки сохраняется постоянной.
Таким образом, процессы отвода тепла от поверхности твердой корочки заготовки через стенки кристаллизатора имеют определяющее значение с точки зрения динамики нарастания твердой фазы и, как следствие, формирования поверхностных и подповерхностных дефектов. Для обеспечения высокой производительности МНЛЗ и требуемого качества поверхности ведущие фирмы (производители МНЛЗ) стремятся к оптимизации геометрической формы кристаллизатора, отходя от классических конструкций кристаллизаторов. Благодаря этому для сортовых МНЛЗ достигнуто повышение скорости вытяжки заготовки в 2-3 раза. Видимо, усилия в области создания оптимальной геометрической формы кристаллизатора будут продолжаться, что позволит разливать сталь с еще большими скоростями.