ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Процессы при плавлении тел из "Топливо Кн2" Процессы без науглероживания поверхностного слоя. При плавлении тел в сталеплавильном производстве возникает много очень сложных сопутствующих явлении, связанных с удалением расплава, с диффузией примесей и т.д. При этом нагрев и плавление твердой шихты могут происходить как в атмосфере печи, так и в жидком расплаве ванны. Ограничимся рассмотрением некоторых простейших физических моделей, описывающих процесс плавления. [c.430] Отличительной чертой процесса плавления является изменение толщины тела (пластины) (рис. 11.7), а также изменение температур внутри тела (при температуре поверхности, равной температуре плавления / ). [c.430] С формальной точки зрения задача плавления тел аналогична задаче обратного процесса кристаллизации (промерзания) тела. Для кристаллизации известно несколько решений, в том числе строгое аналитическое решение для одномерного случая (бесконечной пластины), известное под названием задачи Стефана. При решении этой задачи принимается, что на поверхности расплава мгновенно устанавливается некоторая температура, которая сохраняется постоянной. [c.430] Однако во всех решениях, связанных с кристаллизацией тел, размеры затвердевающего тела принимаются постоянными. Непосредственно эти решения не могут быть применимы для практических случаев плавления тел, при которых размеры тела изменяются из-за отекания образующегося расплава. [c.430] Для решения задачи плавления тел в сталеплавильных процессах принималось характерное допущение о том, что расплавляющаяся часть немедленно стекает с поверхности тела. Иногда допускали, что наугаероживания поверхности плавящегося металла не происходит, т.е. температура остается в процессе плавления неизменной, а сам процесс плавления определяется этой одной температурой (а не интервалом температур). Существует приближенный метод расчета плавления тел правильной формы, при этом вводятся дополнительные допущения о неизменности формы тела в процессе плавления и о градиентах температур, возникающих на поверхности плавления. [c.430] В уравнении число подобия Р устанавливает связь между параметрами внешнего теплообмена и скрытой теплотой плавления, число подобия (плавления) Доопределяет связь между параметрами, характеризующими тепловое состояние тела к моменту начала плавления, и скрытой теплотой плавления. [c.432] Глинковым получены формулы и номограммы для расчета конкретных значе-ний/(Ро) для пластины, цилиндра и шара, а также поправочные коэффициенты, корректирующие неточности принятых допущений о градиенте температур. Полное время расплавления можно получить, принимаяв формулах(11.29) и (11.33) значение У Хд = 0. Так, из формулы (11.33) следует, что плавление чугунной пластины толщиной 0,2 м произойдет за время 0,63 ч. [c.432] Под плавлением скрапа понимается весь комплекс тепловых и диффузионных явлений, сопровождающих этот процесс, основными из которых являются разогрев поверхностного слоя скрапа до температуры, близкой к температуре расплава, и накопление углерода в поверхностном слое в результате диффузии угаерода из расплава чугуна через пограничный слой (рис. 11.8). [c.433] Выражая величину через содержание угаерода в железоугаеродистом скрапе [например, уравнение (11.34) при = С ], можно получить квадратичное уравнение относительно линейной скорости плавления скрапа. Из этого уравнения следует, что процесс плавления ускоряется с увеличением перефева расплава и концентрации углерода в расплаве С . Процесс также интенсифицируется с ростом аир. Таким образом, процесс плавления скрапа будет существенно зависеть от гидродинамики ванны, от интенсивности протекания в ней процессов перемешивания, что определит значения аир [см. уравнения (11.24) и (11,26)]. [c.433] В расчетных схемах по плавлению скрапа в чугуне в работах И. В. Белова совместно решались дифференциальные уравнения теплопроводности и диффузии. Для тел правильной формы эти уравнения совместно с начальными и фаничными условиями записываются в следующем виде (см. рис. 11.8). [c.433] Уравнения (11.37)) и (11.40) характеризуют начальные условия [ф(х) — начальная функция распределения температур Сд — концентрация угаерода в скрапе в начальный момент времени], уравнения (11.38) и (11.41) — фаничные условия. [c.434] При этом связь между температурой плавления и концентрацией ушерода на поверхности скрапа выражается уравнением линии ликвидуса типа (11.34). Выражения (11.36)-(11.41) дополняются уравнениями баланса тепла и утерода в расплаве. [c.434] Для решения системы этих уравнений использовались конечно-разностные схемы (как правило, неявные). Профамма расчета сфоится при этом таким образом, что плавление начинается только тогда, когда температура поверхности становится равной температуре плавления, соответствующей концентрации углерода в этом слое. [c.434] После проведения расчетов по указанной схеме было установлено большое влияние диффузии угаерода из расплава к поверхности скрапа на процесс плавления. Например, на рис. 11.9 показано влияние наушероживания поверхностного слоя скрапа на ход процесса плавления в ванне 400-т мартеновской печи при постоянном внешнем тепловом потоке через слой расплава (( = 384 кВт/м ). Было принято также 17 , = 0,5 %/ч и а = = 2930 Вт/(м К). Из этих данных следует, что учет диффузионной стадии процесса позволяет существенно скорректировать расчет при науглероживании поверхности скрапа расплавление пластины заметно ускоряется. В мартеновской печи при достаточно высокой температуре лома его плавление начинается сразу же без предварительного нагрева. Понижение температуры плавления за счет наугаероживания поверхности лома при равных значениях а и на 11-12 % сокращает продолжительность плавления, и на 70-90 °С уменьшает конечную температуру расплавившейся ванны (см. рис. 11.9). По ходу процесса плавления происходит быстрый разогрев еще не расплавившейся массы лома, и скорость его расплавления увеличивается. [c.435] Таким образом, при температурах расплава выше температуры плавления скрапа диффузия угаерода из расплава усшряет процесс плавления. При температурах же расплава ниже температуры плавления скрапа диффузия угаерода к поверхности тела является необходимым условием протекания процесса плавления. Поток угаерода из расплава к телу приводит к снижению температуры плавления поверхностных слоев, в результате чего появляется разность температур между расплавом и поверхностью тела, возникает перенос тепла из расплава и происходит плавление. [c.435] Практические исследования показывают, как это качественно следует и из теоретических расчетных схем, что величина примерно линейно зависит от содержания углерода в расплаве, от скорости выгорания угаерода и тепловой нафузки. Установлено также, что на величину существенно влияет длительность заливки чугуна и емкость печи. Так, для 450-т печи при содержании в шихте около 60 % чугуна я 2,4, для 900-т, 8, т.е. чем больше емкость печи, тем меньше значение К . [c.436] Плавление сырья в шлаковых расплавах. Применительно к процессам ПЖВ большое значение имеет скорость плавления материалов в шлаковом расплаве, так как при этом основные физико-химические процессы протекают именно в жидком расплаве. [c.436] Таким образом, исследование плавления железорудных материалов в шлаковом расплаве применительно к процессу Ромелт показало, что процесс плавления не лимитирует процесса в целом для нормальной реализации процесса необходимо использовать сырье с офаниченными размерами частиц. Целесообразно использовать сырье с размерами частиц менее 18 мм. [c.437] Вернуться к основной статье