книги из ГПНТБ / Кочо, В. С. Физико-химические и теплофизические особенности современного мартеновского процесса

* Ы= Мх<дг + КN grad t.

Вследствие малой плотности извести часть ее находится на по­ верхности ванны, поэтому тепло на ее нагрев может поступать, в ос­ новном, из рабочего пространства, обусловливая малую величину охлаждающего эффекта, особенно по мере увеличения степени рас­ средоточения ввода присадки и снижения скорости обезуглерожи­ вания ванны (варианты 15—17).

Как видно из табл. 24, в реальных условиях хода мартеновской плавки коэффициент Kjv изменяет не только величину, но и знак. При этом экспериментально-расчетные значения охлаждающего эффекта для различных присадок Aqn не превышают теоретические значения AqT.

В тех случаях, когда расчет охлаждающего действия присадок производят без учета температурной неоднородности ванны, на­ пример [221, 230], экспериментальные значения охлаждающего дей­ ствия присадок превышают теоретически возможные в 1,5—2,0 раза. Так, после ввода 1,0 т присадки на двухванной печи [221] наблю­ дали следующее снижение температуры металла (в скобках приве­ дены теоретические значения): для железной руды 5—30 (16,5°С); для боксита 5—19 (13,5°С); для извести 6—15 (10,2°С). Такого большого разброса экспериментальных данных об охлаждающем действии каждой присадки не было бы при вводе в показания тер­ мопары Atx, n коррекции согласно предложенной методике апосте­ риорного определения степени охлаждения ванны присадками.

АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ ПО ИЗУЧЕНИЮ

ПРОЦЕССА ОХЛАЖДЕНИЯ ВАННЫ ПРИСАДКАМИ

Воспользуемся экспериментальными данными, приведенными в работе [222] (см. рис. 85 и 86), для расчета охлаждающего дейст­ вия присадок согласно предложенной методике. Напомним, что в работе [222] идет речь о 300-т мартеновской печи с числом окон

/М= 1561°С (температура, при которой вводится присадка). Следо­ вательно, grad ^=2,48° С/м, Ajv = —1,55.

Изменение теплосодержания ванны после ввода 3,0 т окалины согласно формуле (204) составит

Aq=0,2 ■300 • 103 (52 —1,55 • 2,75 • 2,48)=60 • 103 (52— 10,6)==

= 6 0 • 103 • 41,4=2480 • 103 ккал.

Охлаждающее действие окалины Aqn для рассматриваемого случая будет: Д<7П= 2480103/3 - 103 = 827 ккал/кг.

199

Из рис. 85,6 (ввод 2,0 т окалины) следует: N = 3, Atx,№=14°С, 7м=1520°С. Следовательно, grad t = 3,4°С/м, /Civ= +0,25. Величины Aq и А<7п будут соответственно:

Д<7 = 60 • 103(14+0,25 • 2,75 • 3,4) = 60 • 103(14+ 2,3)=

= 60 • 103 • 16,3=980 • 103 ккал; Д^п= 980 • 103/2 • 103= 490 ккал/кг.

Поскольку исследователи [222] не указывают, при каких обстоя­ тельствах происходило усвоение присадок для анализируемых слу­ чаев, то укажем лишь одну возможную причину более низкого зна­ чения охлаждающего эффекта окалины во втором случае (490 ккал/кг) — температуру, так как с уменьшением температуры

охлаждающее действие присадок уменьшается [55]. Для анализируемых случаев разность темпе­ ратур составила 41° С.

KNJ= ^ - (+0,25 — 0,95 — 1,55) = —0,75.

Величины Aq и Aqu будут соответственно:

Д<7=60 • 103(10 — 0,75 • 2,75 • 2,57)=60 • 103(1 0 - 5 ,3 )=

= 60 • 103 • 4,7=282 • 103 ккал; Д^п=282 • 103/3 • Ю3= 9 4 ккал/кг.

Таким образом,_рассредоточенный ввод боксита обусловил ма­ лое охлаждение непосредственно металлической ванны, так как тепло на нагрев присадки поступало в основном из рабочего про­ странства печи (факела) и шлака.

На рис. 89 представлено изменение температуры металла после ввода 2,0 т окалины в ванну 240-т печи (интенсивная продувка ванны кислородом, установка для непрерывного измерения темпе­

200

ратуры стали находится со стороны задней стенки между окнами jV = 1 и N —2, т. е. х=1; число окон п = 5, расстояние между осями окон а = 2,75 м). Из рис. 89 следует: iV= 1, АД,лг = 30°С, Ki=1580°C.

Величины Aq и Aqa соответственно равны:

Л<7=0,2 • 240 • 103 (30 — 1,55 • 2,75 • 1,9)=48 • 103 (30 — 8,1) =

= 4 8 • 103 • 21,9=1050 • 103 ккал;

Д<7П=1050 • 103/2 • 103=525 ккал/кг.

На рис. 90, а представлен случай охлаждения ванны 600-т печи 2,4 т окалины (умеренная продувка ванны кислородом, установка непрерывного замера находится со стороны задней стенки между

7580

то

Рис. 90. Изменение температуры металла в 600-т печи после ввода окалины (а) и ферро­ марганца (б):

a — BQjP =59 МВт; ус= 0,35% С/ч; hm=210 мм; б — BQP =57 МВт, ИШ=2Ю мм

2-м и 3-м окнами, т. е. х = 2; число окон п = 7, а = 2,75 м). Из рис. 90, а следует: N = 2, tXiN= 23°С, ^М=1573°С. Из рис. 88,а (кривая 2) определяем Kn = —1,82. Согласно формуле (205) grad t = 2,18° С/м.

Величины Aq и Aqn с учетом выражения (204) составят:

Д<7=0,2 • 600 • 103 (23 — 1,82 • 2,75 • 2,18)=120 • 103 (23 • 10,9)=

= 120 • 10э • 12,1 = 1450 • 103 ккал;

Д<7п= 1450 • 103/2,4 • 103=605 ккал/кг.

' На рис. 90,6 представлено изменение во времени температуры металла в ванне 600-т печи после ввода 6,0 т ферромарганца (ко­ нец плавки). Для рассматриваемого случая имеем:

iV = 5 и N = 3 (У= 2), tXlN= 24 °С, *М=1589°С, grad ^=1,81 °С/м.

Коэффициент места ввода Kn определяем как среднеалгебраи­

ческое двух значений: Kn = - ^ ( —1,4+ 0,6) = —0,4.

201

Величины Aq и Aqn равны:

Aq — 120 • 103 (24 — 0,4 • 2,75- 1,81) = 120 • Ю3 • 22=2640 • 103 ккал;

Д<7П=2640 ■103/6,0 • 103= 440 ккал/кг.

Сравнительно небольшой охлаждающий эффект ферромарганца объясняется выделением определенного количества тепла при ус­ воении ферромарганца сталеплавильной ванной.

На рис. 91 представлено изменение во времени температуры ме­ талла в ванне 900-т печи после ввода 4,5 т окалины в разные окна печи. Напомним, что корреляционная связь между grad t\\ темпера­ турой ванны (205) получена при анализе охлаждения сталепла­ вильных ванн 300- и 600-т печей. Учитывая, что температурная не­ однородность по длине ванны 900-т мартеновской печи, обусловлен-

полагать, что использование формулы (205) применительно к 900-т печи будет давать несколько заниженные значения grad t , но не на­ столько, чтобы существенно исказить особенности процесса охла­ ждения ванны 900-т печи технологическими присадками.

На основании изложенного произведем расчет охлаждающего эффекта присадок согласно предложенной методике. Отметим лишь, что установка непрерывного замера температуры жидкой стали находится между окнами 2 и 3 (х = 2), число окон на печи /г = 7, расстояние между осями окон а = 3,25 м. Из рис. 91, а следует:

У = 6, tx, л-= 7,5° С, /‘м = 1581° С, следовательно, gracU = 2,01° С/м.

Значение Kn определяем из рис. 88, а (кривая 2): /Слг=4-1,18. Изменение теплосодержания сталеплавильной ванны печи после ввода 4,5 т окалины и охлаждающий эффект присадки соответст­

венно будут:

Д ?=0,2 • 900 • 103 (7,5+1,18 • 3,25 • 2,01) = 180 • 103 (7 ,5 + 7 ,7 )= = 180 • 103 • 15,2=2740 • 103 ккал;

Д<7п=2740 •103/4,5 •103=610 ккал/кг.

202

Из рис. 91,6 следует: N = 2, Д+дг = 31°С, fM=1557°C. Следовательно, grad 7 = 2,54° С/м, K n = — 1,80.

Величины Дq и Д^п после ввода 4,5 т окалины соответственно будут:

Рис. 92. Изменение основных параметров плавки в пе­ риод доводки:

чаев отличалась более чем в четыре раза, охлаждающий эффект окалины, вычисленный согласно предложенной методике, для обоих случаев оказался практически одинаков (610 и 648 ккал/кг).

На рис. 92 представлено изменение во времени основных тепло­ технических и технологических параметров плавки, в том числе дан­ ные непрерывного замера температуры стали, на той же 900-т печи.

Определим охлаждающий эффект окалины (7,0 т) для случая рассредоточенного ввода ее в окна 4,5 и 6 на 30 мин доводки. Как следует из рис. 92, / = 3, Д+дг = 12°С, Ki=1515°C. Следовательно, grad t = 3,52° С/м.

A'.Y/ 4 - (- 0 ,2 8 + 0 ,6 0 + 1,18)= + 0,5.

203

Значения Aq и Aqn определяем по соответствующим формулам:

Л? = 180 • 103(12 + 0,5 • 3,25 • 3,52)== 180 • 103(12+5,82)=

= 180 • 103 • 17,82=3200 • 103 ккал; А^п=3200 • 103/7 • 103=457 ккал/кг.

Относительно высокое значение охлаждающего эффекта при­ садки окалины (несмотря на рассредоточенный ввод ее в ванну) обусловлено высокими скоростями обезуглероживания, интенсив­ ность продувки ванны кислородом в этот момент была 5,5- 103 м3/ч, Ус= 0,75% С/ч. Уже отмечалось, что чем выше скорость обезуглеро­ живания ванны (больше интенсивность перемешивания), тем боль­ шая доля тепла на усвоение присадки поступает от металлической части ванны.

Проанализируем охлаждение ванны на 90-й мин доводки после ввода 2,0 т окалины (рис. 92):- 1V= 4, Atx,w = 2°C, 1М=1570°С, grad 1 = 2,24° С/м, + = —0,28.

Вычислим изменение теплосодержания ванны после ввода 2,0 т окалины:

Д? = 180 • 103(2,0 — 0,28 • 3,25 • 2,24)=180 • 103(2 ,0 -2 ,0 2 )« 0 .

Как видно из рис. 92, скорость обезуглероживания ванны для рассматриваемого случая в 2,5 раза меньше скорости обезуглеро­ живания на 30-й мин, а тепловая нагрузка на 10 мВт больше, бла­ годаря чему ввод малой порции окалины практически не вызвал из­ менения количества тепла ванны, т. е. основная доля тепла на на­ грев присадки поступала из рабочего пространства печи и от шлака.

В качестве еще одного примера расчета охлаждающего действия присадки рассмотрим случай ввода 2,75 т окалины в ванну 900-т печи (см. рис. 36). В этом случае N = 2, Atx,jv= 22°C, /М=1567°С, grad 1 = 2,32° С/м. Из рис. 88, а (кривая 2) определяем Kn = —1,82.

Тогда значения Aq и Aqn будут равны соответственно:

= 180 • 103 (22 — 1,82 • 3,25 • 2,32) = 180 • 103 (22— 13,7) =

= 180 • 103 • 8,3=1500 • 103 ккал;

Д<7П=1500 • 103/2,75 • 103=545 ккал/кг.

Многообразие и сложность процесса охлаждения ванны присад­ ками можно проследить по табл. 25—27, где представлены резуль­ таты производственных исследований на мартеновских печах ем­ костью 300 и 600-т.

Сделаем краткий анализ процесса охлаждения и влияния основ­ ных теплотехнических и технологических параметров плавки на ох­ лаждающий эффект присадки.

Начнем с особенностей охлаждения ванны окалиной (см. табл. 25). Уже отмечалось, что увеличение скорости обезуглерожи­ вания ванны и ее температуры вызывает увеличение охлаждающего эффекта присадки. Естественно, что в процессе выплавки стали

204

эффективное усвоение присадки, например при низкой температуре металла, может быть обеспечено за счет больших значений скоро­ стей обезуглероживания ванны. Возможна ситуация, когда эффек­ тивное усвоение присадки происходит благодаря высоким темпера­ турам металла. Все это приводит к тому, что охлаждающий эффект присадок может быть совершенно одинаков, если указанное соче­ тание скорости обезуглероживания и температуры металла обус­ ловливает одинаковый эффект усвоения присадки (скорость и место нагрева присадки относительно фаз: факел—шлак—металл).

Именно этим можно объяснить практическое равенство охла­ ждающих эффектов в случаях 1,2 (см. табл. 25), когда низкой тем­ пературе металла в процессе усвоения присадки соответствовала большая скорость обезуглероживания (1517° С и 0,5% С/ч для слу­ чая 2). Аналогичная ситуация характерна и для случаев 3,4 и 5,6. Причем относительное равенство остальных параметров, обусловли­ вающих величину охлаждающего эффекта, соблюдается в каждом из указанных случаев. Случай 21 свидетельствует о том, что при практически равных условиях усвоения уменьшение скорости обез­ углероживания вызывает уменьшение охлаждающего эффекта при­ садки (сравни анализируемый случай 21 со случаями 3,4 из табл. 24).

Влияние на процесс охлаждения ванны присадками таких пара­ метров, как тепловая нагрузка и скорость обезуглероживания, про­ тивоположно по знаку. Если увеличение скорости обезуглерожива­ ния вызывает увеличение охлаждающего действия присадки, то увеличение тепловой нагрузки, наоборот, уменьшает степень охлаж­ дения ванны за счет увеличения при этом доли тепла из рабочего про­ странства печи, идущего на нагрев присадки. Это положение хо­ рошо подтверждается случаями 7 и 8. При прочих равных условиях в случае 7 скорость обезуглероживания была меньше, чем в случае 8 и можно было бы ожидать значительно большего охлаждающего эффекта для случая 8, если бы тепловая нагрузка в случае 8 не была на 14 МВт выше, что и обеспечило такой приход тепла на на­ грев присадки из рабочего пространства печи, при котором охлаж­ дающий эффект присадки в случае 8 оказался даже несколько ниже, чем в случае 7. Можно считать, что низкие тепловые нагрузки в слу­ чаях 5, 6 обусловили (наряду с малой толщиной шлакового по­ крова) большие значения охлаждающих эффектов окалины.

Толщина шлакового покрова, безусловно, оказывает решающее влияние на величину охлаждающего эффекта. Особенно четко это влияние можно проследить для случаев 9, 10. При прочих равных условиях присадка отбирает у металлической части ванны тепла тем больше, чем меньше толщина шлакового покрова. В случае 11 больший охлаждающий эффект, несмотря на сравнительно низкую температуру, достигается при большой скорости обезуглерожива­ ния. Суммарное влияние тепловой нагрузки, толщина шлакового покрова и скорости обезуглероживания на процесс охлаждения ванны присадками можно проследить при анализе случаев 12— 14. Причем толщина шлака 116 мм в случае 14, сравнительно вы­ сокая скорость обезуглероживания и низкая тепловая нагрузка

207