ТЕПЛОМАССООБМЕН И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ РЕЖИМЫ ВНЕПЕЧНОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛА ПОРОШКОВОЙ ПРОВОЛОКОЙ
Сапронова Ю.М. (ПТТ-11м) * Донецкий национальный технический университет
Одним из наиболее эффективных способов раскисления жидкой стали
является её внепечная обработка порошковой алюмокальциевой проволокой. |
|
||||||||||
Как показывает обзор современного состояния вопроса, эффективность |
|
||||||||||
этого |
способа |
значительно |
превосходитSCAT-процесс |
и |
вдувание |
||||||
силикокальциевого порошка в потоке аргона через фурму. Этот способ имеет |
|
||||||||||
преимущество |
даже |
в |
сравнении |
с |
обработкой |
|
стали |
порош |
|||
силикокальциевой проволокой и характеризуется степенью усвоения кальция из |
|
||||||||||
наполнителя ПП (порошковой проволоки) на уровне 29%. |
|
|
|
|
|||||||
Механизм раскисления, согласно современным представлениям, состоит |
|
||||||||||
из следующей последовательности стадий: растворение в жидкой ванне |
|||||||||||
наполнителя ПП, образование и рост оксидных включений. Их удаление из |
|
||||||||||
расплава стали продувкой аргоном, которая, перемешивая жидкую ванну, |
|
||||||||||
способствует коагуляции оксидных включений и их выносу в шлак, который их |
|
||||||||||
ассимилирует. При последующем скачивании шлака сталь |
|
очищается |
от |
||||||||
кислорода. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Перед растворением наполнителя ПП, стальная её оболочка должна |
|
||||||||||
расплавиться. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Математическая постановка тепловой задачи имеет вид: |
|
|
|
||||||||
1. Начальные условия: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
а) T1 ≡ T3 ≡ T0 , |
б) R1(0)=R2(0)=R, в)R3(0)=R+σ, |
|
(1) |
|
||||||
где T0 – температура |
окружающей среды, ◦C; |
R – |
начальный радиус |
|
|||||||
границы, |
отделяющий элемент, |
который |
вводится, |
от |
стальной |
оболочки |
|
||||
проволоки, м; σ – её толщина при τ=0, м. |
|
|
|
|
|
|
|
||||
Рассмотрим диапазон изменения радиальной координатыr в каждой из |
|
||||||||||
областей (i=1,2,3). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i=1: 0 ≤ r ≤ R1(τ) = R+ |
R1(τ), R1<0; |
|
|
|
|
|
|
||||
i=2: R1(τ) ≤ r ≤ R2(τ) ≡ R; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
i=3: R ≤ r ≤ R3(τ) = R+ |
R3(τ), R3(0)=σ, |
|
|
|
|
|
|
||||
где R1 – граница твердой фазы порошкового элемента, который вводится, |
|
||||||||||
м; R2 – граница его жидкой фазы, м; R3 – внешняя граница стальной оболочки, м.
Последняя включает как первичную оболочку, так и намороженную на неё твердую стальную корку. Очевидно, что R3>R2>R1. При этом R1<0, R2=0. Зависимость R3(τ) более сложная:
* Руководитель – к.т.н., доцент кафедры ТТ Захаров Н.И.
117
|
|
|
|
|
|
ì> 0 при намораживании корки, |
|
|||||
|
DR3 (t ) : í |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
î< 0 при плавлении оболочки. |
|
|||||
2. Граничные условия: |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
а) ось симметрии (r=0): |
|
|
|||||||||
|
¶T1 |
|
= 0, |
|
|
|
|
|
(2) |
|||
|
¶ r |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б) r=R1: T1=T3<Tэпл, |
|
· |
(3) |
|||||||||
- λ1 |
|
¶ T1 |
= -λ 2 |
¶ T2 |
|
|
||||||
|
+ ρ1L1 R1 , T2=Tэпл |
(4) |
||||||||||
|
¶ r |
¶ r |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
в) r=R:T2=T3 , |
|
|
|
|
|
(5) |
||||||
- l |
¶T1 |
= -l |
¶T2 |
+ r × L |
× R |
(6) |
||||||
|
|
|
||||||||||
1 |
|
¶r |
2 |
¶r |
1 1 |
1 |
|
|||||
г) r=R3: T3=Tм<Tмпл , |
|
|
(7) |
|||||||||
|
|
|
¶T3 |
|
|
· |
|
м,0 - Тм ), Т3 = Тплм |
|
|||
- l3 |
|
+ r3 L3 R 3 = a(Т |
, |
|||||||||
|
|
|||||||||||
|
|
|
¶r |
|
|
|
|
|
|
|
||
где Tэпл, Tмпл – температуры плавления порошкового элемента и стали, ºC; Tм, Tм,0 – температура жидкой стали при r=R3 в ковше и его объеме, ºC; ρ1, ρ3 – плотности элемента, который вводится, и стали соответственно, кг/м3; L1, L3 –
их удельные теплоты фазовых переходов, Дж/кг; |
· |
· |
– скорости |
|||||||
R 1 , R 3 |
||||||||||
перемещения границ r=R1 и r=R3, м3/с. |
|
|
|
|
с жидкой |
|||||
При компьютерном моделировании тепломассообмена ПП |
||||||||||
ванной была выявлена монотонно убывающая зависимость скорости ввода ПП в |
||||||||||
расплав стали Uопт, при которой эффект её раскисления максимален, от диаметра |
||||||||||
ПП. Это позволило обобщить эмпирическую формулу: |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
(8) |
где |
k – |
размерный |
|
коэффициент, |
характеризующий |
разброс |
||||
экспериментальный данных, 1/с; Н – глубина жидкой ванны, м; γ – коэффициент |
||||||||||
настройки |
полуэмпирической |
формулы(8) на |
реальную |
технологию; Θ – |
||||||
температура стали; δ, d – толщина оболочки и диаметр ПП, м; |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(9), |
где |
- температура стали в ковше и ликвидуса соответственно, ◦C. |
|||||||||
Известно, |
что |
концепция |
использования |
математических |
моделей |
|||||
смешанного |
типа (в |
частности, полуэмпирических |
формул |
типа(8)) |
для |
|||||
разработки ресурсосберегающих режимов современных металлургических технологий наиболее перспективна. Снижение k до уровня Uопт экономит материал ПП.
118
РЕКОНСТРУКЦИЯ МЕТОДИЧЕСКОЙ РЕЧИ С ЦЕЛЬЮ УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ РАБОТЫ (РЕКУПЕРАТОР)
Моторина Т.А. (ПТТ-08)* Донецкий Национальный Технический Университет
Методические печи являются одними из основных потребителей топлива в стране. В подавляющем большинстве случаев промышленные печи работают с весьма низким термическим к. п. д., который обуславливается в основном очень большими потерями тепла с отходящими дымовыми газами(50-65%).
Методом повышения термического .к п. д. методической печи, является возврат в печь части тепла, содержащегося в отходящих дымовых газах, подогревом в рекуператорах воздуха, используемого для горения топлива, а также подогревом горючего газа.
Для выбора оптимального рекуператора приведем некоторые наглядные характеристики типов металлических(из стальных туб) и керамических (из керамических блоков) рекуператоров.
Рис. 1 Керамический блочный рекуператор: |
Рис. 2 Рекуператор из гладких стальных труб, |
|
|||||
1- камень с четырьмя каналами; |
|
|
расположенных вертикально |
|
|||
2 - промежуточные перегородки; 3 - нижние и |
|
|
|
|
|
||
верхние фасонные камни; 4 - половина камня |
|
|
|
|
|
||
с 4 каналами; 5 -воздух; 6 - дымовые газы |
|
|
|
|
|
||
На рис. |
1 показан |
керамический блочный |
рекуператор из камней |
с |
|||
четырьмя каналами. Камни установлены один на другой таким образом, что |
|
||||||
внутренние |
каналы |
каждого |
камня |
являются |
продолжением |
кана |
|
нижележащего |
камня. Плоскости |
примыкания |
камней |
шлифуются. Эти |
|
||
рекуператоры прочны, но не достаточно компактны. На рис. 2 трубчатый
рекуператор с вертикальным расположением |
труб. Направление движения |
воздуха и продуктов горения в начале пути печных газов по прямотоку, |
|
комбинированному с перекрестным током, во |
всей же остальной части |
рекуператора применяется противоток, комбинированный |
с перекрестным |
|||
током. Это обеспечивает хорошую стойкость рекуператора, с одной стороны, а с |
|
|||
другой - наилучшее использование тепла, уносимого с отходящими продуктами |
||||
горения. |
|
|
|
|
Подтверждением |
окончательного |
выбора |
будет |
приведен |
сравнительный расчет рекуператоров.
* Руководитель – к.т.н., профессор кафедры ТТ Парахин Н.Ф.
119
РАЗРАБОТКА ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ МЕРОПРИЯТИЙ НА КОТЕЛЬНОЙ МР 18 ГОРОДА ДОНЕЦКА С ЦЕЛЬЮ СНИЖЕНИЯ
УДЕЛЬНЫХ РАСХОДОВ ТЭР
Наконечная М.С. (ЭНМ-08)* Донецкий национальный технический университет
На котельной МР18 города Донецка были проведены документальные обследования с целью определения оптимальных режимов работы котлов с учетом минимально возможных удельных расходов топлива и выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.
Котельная оборудована пятью котлами ТВГ-8м (для обеспечения ГВС) и двумя ПТВМ-30м (для отопления). В ходе обследования были определены режимы работы котлов, при которых достигается оптимальное сочетание всех показателей. При этом их КПД стремится к максимальному значению, удельный расход топлива и выбросы в атмосферу – к минимальному.
Для котлов ПТВМ-30м испытания были проведены при давлении газа перед горелками 500, 750, 1000 кгс/м2 на 2 горелках, 500, 750, 850 кгс/м2 – на 4
горелках, 500, |
750 кгс/м2 – на 6 горелках. |
В зависимости |
от нагрузки |
|
количество |
работающих |
горелок |
меняется. Анализ |
показал, что |
теплопроизводительность растет при увеличении давления перед горелками во всем диапазоне изменения их количества, как и температура уходящих газов, массовая концентрация выбросов и расход газа. Уровень КПД не имеет такой зависимости. Давление перед горелками, при котором достигаются оптимальные эколого-теплотехнические показатели работы котлов ПТВМ-30м соответственно равно 750, 500, 500 кгс/м2 для 2, 4 и 6 работающих горелок.
Также были проведены испытания котлов типа ТВГ-8м при различной нагрузке, но количество работающих горелок оставалось неизменным (4 штуки). Исследования были проведении при давлении перед горелками350, 500, 750, 1000, 1500, 2000 кгс/м2. При этом теплопроизводительность растет, но КПД снижается с увеличение давления. Температура уходящих газов возрастает, а массовая концентрация выбросов не имеет определенной зависимости, как и удельный расход газа. Рекомендуется эксплуатация котлов при давлении газа перед горелками в диапазоне500-1000 кгс/м2. В данном режиме, как и при рекомендуемом режиме работы для ПТВМ-30м, максимальное содержание оксидов азота и оксидов углерода в уходящих газах не превышает ПДК, равное 220 и 130 мг/м3 соответственно.
Основные |
рекомендации – |
1) |
эксплуатация |
котлов |
в |
предложенных |
режимах; 2) анализ состава дымовых газов каждые2-3 |
часа |
с помощью |
||||
портативного |
газоанализатора; |
3) |
использование |
высокой |
температуры |
|
дымовых газов для подогрева питательной воды, что уменьшит ее вредность для атмосферы, а также снизит затраты тепла на котельной.
* Руководитель – к.н.т., доцент кафедры ПТ Сафонова Е.К.
120