Введение к работе
Актуальность проблемы. Доля электростали в мировом производстве стали ежегодно растет Однако, рост цен на энергоносители во всем мире ставит все более остро вопросы интенсификации плавки стали в дуговых сталеплавильных печах (ДСП), снижения удельного расхода электроэнергии
В работе приведены результаты исследования энергетических режимов высокомощных дуговых сталеплавильных печей вместимостью 100, 150-т Реактор в схемах электропечных установок (ЭПУ) таких печей используется для ограничения токов короткого замыкания во время обвалов шихты Проведенные исследования показали, что регулирование индуктивного сопротивления ЭПУ в процессе выплавки стали оказывает существенное влияние на снижение удельного расхода электроэнергии в ДСП Однако, не все 100, 150-т ДСП имеют регулируемый реактор, что, как показано в работе, снижает их энергоэффективность На введенных после 2000г 150-т ДСП реакторы имеются, но их индуктивное сопротивление не регулируется на протяжении всей плавки, что также снижает их энергоэффективность Следовательно, проведение исследования влияния и комплексного использования регулируемого индуктивного сопротивления для повышения технико-экономических показателей дуговых сталеплавильных печей в период плавления лома и в жидкие периоды плавки стали актуально
Одним из важнейших параметров, характеризующих работу дуговых сталеплавильных печей, является КПД дуг, который определяет удельный расход электроэнергии и производительность печи Однако, в настоящее время отсутствуют данные влияние высоты шлака на КПД дуги, восполнить этот пробел знаний является одной из задач предоставленного исследования
Для интенсификации процесса плавки стали в мощных печах чаще всего используют топливно-кислородные горелки (ТКГ) Однако в настоящее время отсутствует надежная методика расчета теплообмена факела с поверхностями нагрева Не исследовано влияние размеров, формы, угла раскрытия факела на теплообмен с поверхностями нагрева, однако именно эти параметры определяют эффективность работы горелки и расход топлива
Целью диссертационной работы является разработка рациональных энергетических параметров токоподвода, дуги и факела для снижения удельного расхода электроэнергии и времени плавки стали в дуговых сталеплавильных печах
Для достижения поставленной цели в работе были решены следующие задачи
проведено исследование влияния индуктивного сопротивления электропечной установки на статистические и технико-экономические показатели работы дуговых сталеплавильных печей в период расплавления лома и жидкие периоды плавки стали,
осуществлены расчеты коэффициента полезного действия дуги при различных электрических, тепловых, шлаковых режимах в период окончания расплавления и жидкого периода плавки стали и установлена зависимость КПД дуги от соотношения высоты заглубления и длины дуги,
разработана модель факела топливно-кислородных горелок дуговых сталеплавильных печей и метод расчета распределения мощности по объему и длине факела, используемый в расчетах тептообмена в печах,
разработана методика расчета теплообмена факела с поверхностями нагрева, с помощью которой рассчитан рациональный угол раскрытия факела в дуговых сталеплавильных печах с топливно-кислородными горелками
Методы исследования. При проведении теоретических исследований для отыскания функций для определения локальных угловых коэффициентов излучения электрических дуг использованы методы интегрального исчисления Дта расчета уїловьіх коэффициентов излучения дуг, коэффициента полезного действия дуг, тепловых потоков факеча использовались методы математического моделирования на ЭВМ При проведении экспериментальных исследований использованы методы статистического анализа
Обоснованность и достоверность . Научные положения, выводы и рекомендации, представленные в диссертационной работе, аргументированы, их достоверность является установленным фактом Достоверность теоретических результатов подтверждена экспериментально на действующих дуговых сталеплавильных печах, на моделях, а гакже практикой эксплуатации печей
Научная новизна работы заключается в следующем
предложено комплексное использование регулируемого индуктивного сопротивления электропечной усаановки на протяжении всей плавки с целью снижения удельного расхода электроэнергии и повышения производительности печи за счет снижения колебаний токов дуг, повышения вводимой мощности в период расплавления, поддержания высокого КПД дуг в жидкие периоды плавки стали
установлена нелинейная зависимость коэффициента полезного действия дуги от соотношения заглубления дуги в металл и шлак к длине дуги,
предложено осуществлять постоянный мониторинг индуктивного сопротивления, длины дуги, высоты заглубления дуги и корректировать энергетический и шлаковый режимы для поддержания высокого КПД дуги на протяжении всего времени плавки стали,
разработан метод расчета распределения мощности по объему факела и методика расчета теплообмена факела с поверхностями нагрева в дуговых сталеплавильных печах,
предложено в дуговых сталеплавильных печах с топливно-кислородными горелками использовать горелки с углом раскрытия 23-26 градусов, обеспечивающим снижение тепловых нагрузок на стены и увеличение полезной мощности факела, идущей на нагрев и расплавление металла Основные практические результаты диссертации состоят в том, что
проведенными исследованиями доказана необходимость постоянного мониторинга и корректирования с помощью информационно-измерительной, компьютерной и управляющей систем индуктивного сопротивления, длины дуги и высоты ее заглубления в металл и шлак для поддержания высоких технико-экономических показателей плавки стали, разработанная методика расчета теплообмена факела с поверхностями нагрева позволяет рассчитать рациональный угол раскрытия и повысить КПД факела во время работы топ-ливно-кисяородных горелок в дуговых сталеплавильных печах.
Апробация работы Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 4-ой Международной конференции «Электроэнергетика, электромеханика, электротехнология» (Клязьма, 2000г), Федеральной научно-технической конференции «Электроснабжение, энергосбережение, электроремонт» (Новомосковск, 2000г), Международных научно-технических конференциях «Проблемы энергосбережения Теплообмен в электротермических и факельных печах и топках» (Тверь 2001г, 2004г), 8-ой Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2002г)
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 9 печатных работ, в том числе одна в центральном реферируемом журнале «Промышленная энерг етика»
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 155 страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографического списка из 108 наименований
