Все о металле, его обработке и переработке
Партнеры
  • .

МЕТАЛЛУРГИЯ ЖЕЛЕЗА — Часть 141

В доменной печи при относительно малом количестве теп­ла на единицу газа (2500 кДж/м3) и относительно низкой его температуре коэффициент теплоотдачи значительно мень­ше. В результате изменение температур по высоте печи невелико, и зона, в которой железорудный материал нахо­дится в размягченном состоянии (разность температур от температуры плавления), распространяется по высоте на 0,5 м и больше. Вот почему работа доменной печи невозмож­на без кокса, который обеспечивает фильтрацию газа в зене размягчения и плавления железорудных материалов. При на­греве газа в плазменном генераторе необходимый удельный тепловой поток и коэффициент теплоотдачи, обеспечивающие минимальную по высоте печи зону размягчения железорудных материалов, достигаются при определенной удельной мощнос­ти генератора.

В основу расчета мощности плазменного генератора поло­жен тепловой баланс шахтной печи. Для выплавленной у соп­ла плазматрона полости критического объема, при котором возможно опускание железорудного материала заданной круп­ности, необходимо в зону плавления подать в единицу вре­мени количество тепла Q = Q’ + Qnav где Q’- количество тепла, необходимое на нагрев материала от начальной тем­пературы до температуры плавления, на плавление и нагрев расплава, Дж/с; Qnox — потери тепла с охлаждающей водой, через огнеупорную кладку и с отходящим из печи газом, Дж/с. Можно записать, что

Q’ = qminF, Дж/с, (256)

Min „

Где q — минимально допустимый удельный тепловой поток,

Обеспечивающий плавление железорудных материалов и полу­чение минимальной толщины размягченного слоя; F — площадь поверхности выплавленной полости, м2.

При нагреве железорудного материала с начальной темпе­ратурой необходимо иметь удельный тепловой поток, который обеспечивал бы условия, при которых V1 > V2 при неизменной температуре центра куска, равной начальной температуре. В момент плавления температура поверхности равна температуре плавления fnjI. Тогда перепад температур между поверхностью и центром куска будет

M1 = f„л ~ f„- (257)

Зная размер куска железорудного материала (г— радиус) и теплофизические свойства, можно определить удельный тепловой поток (qKP), который обеспечивает перепад темпе­ратур Af,

QKP = IKLtJr = 2Лапл — g/r, (258)

Где Л — коэффициент теплопроводности железорудного мате­риала, Дж/(м • с • К).

Тепловой поток < qKP не сможет обеспечить нужного распределения температур в куске. Толщина куска, на кото­рой Af2 = tnn — fpa3M, при qKP представляет собой макси­мально допустимую толщину размягченного слоя, т. е.

5КР = IKLtJqyx, м. (259)

В зону плавления необходимо подвести такое количество тепла, чтобы даже при образовании выплавленной полости у сопла плазматрона с максимальной поверхностью удельный тепловой поток не был меньше qKP. Площадь поверхности выплавленной полости F = nn2d^ (dK — максимальный диаметр куска железорудных материалов). Подставив значения F и qKP в выражение (256), получили

TOC \o "1-3" \h \z Q1 = [2А(ГПЛ - fи)/г]ппЧ>, Дж/с. (260)

Потери тепла Qnox = Свп»в(‘! — fg) + InrCjtr + ч.

+ i(s/A)Va/a/’ Дж/С> (261)

Где Cb и Cr — теплоемкости воды и колошйикояого газа; 308 газа; fj и fg — начальная и конечная температура охлаж­дающей воды; tr — температура колошникового газа; f, и t2 7- температура внутренней и наружной поверхности огне­упорной кладки; 5 — толщина слоев материала, через кото­рые теряется тепло; А — коэффициент теплопроводности футеровки и кожуха; а — коэффициент теплопроводности при естественной конвекции; / — площадь поверхности, через которую теряется тепло.

Таким образом, минимальное количество тепла, необходи­мое на процесс, »