Энергосберегающие условия плавления металлизованных окатышей при их подаче через трубчатые электроды в ванну дуговой печи

Технологический режим электроплавки железорудных металлизованных окатышей (ЖМО), при такой системе их загрузки в ванну дуговой печи, определяется условиями теплогенерации и теплообмена в электрической дуге, и совместного протекания процессов нагрева и плавления окатышей в объеме шлако-металлического расплава, находящегося под воздействием высокотемпературной дуги.

Из анализа экспериментальных данных по длительности плавления ЖМО в 150-т дуговой сталеплавильной печи (ДСП) следует, что при подаче окатышей через каналы трубчатых электродов, в зону воздействия электрических дуг, время их нагрева и плавления уменьшается, как за счет дополнительного подогрева при прохождении через дугу, так и за счет более высокой температуры расплава, в локальной зоне её воздействия на поверхность ванны, что является более эффективным по сравнению с другими технологическими вариантами электроплавки стали.

Взаимодействие окатышей, как и стального лома, с жидкой металлической ванной представляет собой сложный тепло- и массообменный процесс, являющийся в общем случае нестационарным.

В это связи представляется необходимым более детальное рассмотрение процессов нагрева и плавления окатышей в ванне дуговой печи при различных способах их загрузки в печь.

Исходя из особенностей протекания электроплавки ЖМО в дуговой печи [4], учета механизма взаимодействия твердого тела с железоуглеродистым расплавом [3], условий образования гарнисажной корочки на поверхности окатыша при его плавлении в ванне агрегата [5] и интенсификации плавления окатыша [1,4] при его загрузке на шлако-металлический расплав в зону воздействия электрической дуги, предложена структура математической модели нагрева и плавления окатыша в системе дуга-шлак-металл.

Так, плавление окатыша в расплаве и в дуге представляет собой задачу теплопроводности с движущейся границей, которая составляет особый класс задач внутреннего теплообмена. Численные методы решения этих существенно нелинейных задач достаточно подробно разработаны и наиболее часто для них применяют различные модификации метода конечных разностей.

При построении математической модели приняли ряд допущений и ограничений:

• металлизованный окатыш имеет сферическую форму и является однородным и изотропным.
• в сферической системе координат, связанной с центром окатыша, температурные поля являются осесимметричными;
• при плавлении в дуге плотность образующегося расплава равна плотности окатыша;
• при взаимодействии ЖМО с расплавом теплота не выделяется и не поглощается, жидкий расплав не проникает в поры, а теплофизические свойства окатыша характеризуются средними показателями постоянными во всей расчетной области;
• теплота распространяется за счет теплопроводности, влияние вынужденной и свободной конвекции не учитываем;
• фазовые превращения происходят при определенных температурах;
• температура окружающего окатыш расплава постоянна.

При этом учитывали, что фазовые превращения, сопровождающие охлаждение и нагрев при плавлении окатыша, приводят к нелинейности задачи теплопроводности.