Совмещенное гидродинамическое и тепловое воздействие на металлический расплав в газлифтном реакторе

Приведены результаты исследования индукционного нагрева металлического расплава, циркулирующего через камеру газлифтного реактора.

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2010
Автори:	Курпас, В.И., Найдек, В.Л., Сычевский, А.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України 2010
Назва видання:	Металл и литье Украины
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/49896
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Совмещенное гидродинамическое и тепловое воздействие на металлический расплав в газлифтном реакторе / В.И. Курпас, В.Л. Найдек, А.А. Сычевский // Металл и литье Украины. — 2010. — № 6. — С. 3-6 . — Бібліогр.: 2 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-49896
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-498962013-09-30T03:08:30Z Совмещенное гидродинамическое и тепловое воздействие на металлический расплав в газлифтном реакторе Курпас, В.И. Найдек, В.Л. Сычевский, А.А. Приведены результаты исследования индукционного нагрева металлического расплава, циркулирующего через камеру газлифтного реактора. Приведено результати індукційного нагріву металевого розплаву, який циркулює через камеру газліфтного реактора. The results of investigation of induction heating of the metal melt circulating across the camera of gas lift reactor are represented. 2010 Article Совмещенное гидродинамическое и тепловое воздействие на металлический расплав в газлифтном реакторе / В.И. Курпас, В.Л. Найдек, А.А. Сычевский // Металл и литье Украины. — 2010. — № 6. — С. 3-6 . — Бібліогр.: 2 назв. — рос. 2077-1304 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/49896 669.154:66.015.24:66-936.3 ru Металл и литье Украины Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Приведены результаты исследования индукционного нагрева металлического расплава, циркулирующего через камеру газлифтного реактора.
format	Article
author	Курпас, В.И. Найдек, В.Л. Сычевский, А.А.
spellingShingle	Курпас, В.И. Найдек, В.Л. Сычевский, А.А. Совмещенное гидродинамическое и тепловое воздействие на металлический расплав в газлифтном реакторе Металл и литье Украины
author_facet	Курпас, В.И. Найдек, В.Л. Сычевский, А.А.
author_sort	Курпас, В.И.
title	Совмещенное гидродинамическое и тепловое воздействие на металлический расплав в газлифтном реакторе
title_short	Совмещенное гидродинамическое и тепловое воздействие на металлический расплав в газлифтном реакторе
title_full	Совмещенное гидродинамическое и тепловое воздействие на металлический расплав в газлифтном реакторе
title_fullStr	Совмещенное гидродинамическое и тепловое воздействие на металлический расплав в газлифтном реакторе
title_full_unstemmed	Совмещенное гидродинамическое и тепловое воздействие на металлический расплав в газлифтном реакторе
title_sort	совмещенное гидродинамическое и тепловое воздействие на металлический расплав в газлифтном реакторе
publisher	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
publishDate	2010
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/49896
citation_txt	Совмещенное гидродинамическое и тепловое воздействие на металлический расплав в газлифтном реакторе / В.И. Курпас, В.Л. Найдек, А.А. Сычевский // Металл и литье Украины. — 2010. — № 6. — С. 3-6 . — Бібліогр.: 2 назв. — рос.
series	Металл и литье Украины
work_keys_str_mv	AT kurpasvi sovmeŝennoegidrodinamičeskoeiteplovoevozdejstvienametalličeskijrasplavvgazliftnomreaktore AT najdekvl sovmeŝennoegidrodinamičeskoeiteplovoevozdejstvienametalličeskijrasplavvgazliftnomreaktore AT syčevskijaa sovmeŝennoegidrodinamičeskoeiteplovoevozdejstvienametalličeskijrasplavvgazliftnomreaktore
first_indexed	2025-07-04T11:15:11Z
last_indexed	2025-07-04T11:15:11Z
_version_	1836714780757327872
fulltext	�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 6 ’2010 Н а передовых предприятиях металлургической от- расли широко используется циркуляционное ва- куумирование. Этот способ обработки металла безоговорочно считается самым мощным и эф- фективным средством достижения глубокой очистки его от вредных примесей, стабилизации химического состава и, как следствие, коренного повышения ка- чества и свойств металлопродукции. Поэтому доля циркуляционных вакууматоров в общем количестве вакуумных установок постоянно возрастает. Методы рафинирования металла кусковыми и порошкообраз- ными реагентами, раскисления и обезуглероживания его при пониженном давлении (RH-OB-процесс) на- шли дальнейшее развитие в этих установках. Основной задачей почти всех технических ре- шений по усовершенствованию циркуляционного вакуумирования является обеспечение нагрева или поддержания температуры жидкого металла в про- цессе его обработки. Пламенный (газокислородными горелками) нагрев наиболее широко используют при решении этой задачи. Тепловые потери с водой, ох- лаждающей газокислородную фурму, в зависимости от ее длины в камере составляют 5-20 % от всего тепла (7,4-9,0 ГДж/ч), выделяющегося в процессе го- рения природного газа. Еще примерно 20-22 % тепла удаляется с отходящими газами [1]. Таким образом, при самом благоприятном расположении фурмы в камере только около 70 % тепла поглощается огне- упорной футеровкой камеры и жидким металлом. Способы компенсации тепловых потерь с помо- щью плазмотронов и электрических нагревателей сопротивления не получили распространения в свя- зи с повышенным удельным расходом электроэнер- гии. Не нашел применения и электродуговой способ нагрева металла в реакционной камере из-за слож- ности герметизации циркуляционных вакууматоров при наличии в реакционной камере подвижных элек- тродов, а также опасности науглероживания металла от графитовых электродов, которое может достигать (1-2)·10-4 %/мин. Процесс нагрева указанными способами осу- ществляется с поверхности, а это снижает скорость нагрева и приводит к неизбежным угарам. Этих не- достатков лишен индукционный нагрев, характеризу- ющийся бесконтактным способом передачи энергии нагреваемому металлу с преобразованием электри- УДК 669.154:66.015.24:66-936.3 В. И. Курпас, В. Л. Найдек, А. А. Сычевский Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев Совмещенное гидродинамическое и тепловое воздействие на металлический расплав в газлифтном реакторе Приведены результаты исследования индукционного нагрева металлического расплава, циркулирующего через камеру газлифтного реактора Ключевые слова: газлифтный реактор, индуктор, нагрев, металлический расплав ческой энергии в тепловую непосредственно в нагре- ваемом расплаве. При этом обеспечивается высокая скорость нагрева, что становится важным в случае, когда возникает необходимость нагрева металла в потоке во время газлифтной транспортировки рас- плава через реакционную камеру. Для установок типа газлифтного реактора в качес- тве рационального варианта следует рассматривать индукционный нагрев и с позиций того, что газоотде- лительная камера газлифта может исполнять роль индукционной тигельной печи, если ее дополнить цилиндрическим индуктором. Эти печи характеризу- ются достаточно высоким КПД (более 65 %), низким угаром металла и высокой скоростью его нагрева, хорошими санитарно-гигиеническими условиями экс- плуатации. Исследования процесса индукционного нагрева жидкого металла в газлифтном реакторе проводили на лабораторной установке, где в качестве металло- приемной емкости, из которой производили газлифт- ную транспортировку расплава в реактор, использо- вали индукционную печь ИСТ-016. Оптимальный для индукционного нагрева объем расплава в камере реактора составлял около 10 л. Принимая во внима- ние малую емкость тигля печи (примерно 25 л) и его конфигурацию (отношение высоты к диаметру – 2,6), в реактор постоянно подавали жидкий металл (5 л). Поступление такого количества расплава в реактор влечет за собой понижение зеркала ванны в печи на 0,1 м. Вместе с тем, погружение подъемной колонны газлифта в расплав повышает зеркало ванны в пе- чи на 0,026 м. Уровень зеркала ванны в печи после наполнения реактора жидким металлом до отметки 0,14 м стабилизировался, а относительная глубина погружения подъемной колонны газлифта (α ) стала равной 0,58. При фиксированных значениях объем- ного расхода транспортирующего газа, диаметра ка- нала сливного патрубка и относительного погружения подъемной колонны в расплав газлифтная система обеспечивала его циркуляцию через реакционную камеру с постоянным расходом. Значение 0,58=α является оптимальным для длины подъемной колон- ны в камере 0,1 м и глубины ванны печи 0,6 м. При уменьшении α падает производительность газлиф- та и ухудшается устойчивость его работы. Увеличе- ние α уменьшает высоту дегазированного расплава � �МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 6 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 6 ’2010� �МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 6 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 6 ’2010 в реакционной камере, что ведет к снижению эффек- тивности его индукционного нагрева�� Диаметр канала в сливном патрубке пd рассчи- тывали, исходя из равенства объемного расхода жидкого металла на входе в реакционную камеру и выходе из нее 2 0,5 м0,25 (2 )пQ d g h= ε π , (1) где Q – объемный расход жидкого металла, м3/с; 0,82ε = – расходный коэффициент; hм – высота рас- плава в реакционной камере, м; g – ускорение сво- бодного падения, м/с2�� Варьируя значениями объемного расхода газа и диаметра канала в выпускном патрубке при постоян- ной высоте расплава в камере, задавали различную интенсивность его циркуляции, изменяя условия ин- дукционного нагрева металла в потоке�� Экспериментальные исследования проводили на железоуглеродистых сплавах�� В качестве подъемной колонны применяли шамотные и графитовые трубы�� Реакционную камеру газлифта изготовили из графи- то-шамотной массы и снабдили теплоизолирующей крышкой с газоотводящим патрубком�� Газлифтную систему закрепили на специальном штативе, кото- рый позволял плавно опускать подъемную колонну в жидкий металл�� Пульт управления работой газлифта оборудовали вентилями, манометром и ротаметром�� Температуру расплава измеряли вольфрам-рение- вой термопарой, а высоту его в камере – специаль- ным индикатором уровня�� Для компенсации тепловых потерь при циркуляции расплава через реакционную камеру и дополнительного подогрева ванны при- меняли цилиндрический индуктор мощностью до 120 кВт с 16 витками и водяным охлаждением�� Опыты проводили в такой последовательности�� Металл в печи перегревали на 200 ºС выше темпера- туры его плавления�� Затем отключали источник пита- ния на 20 мин и замеряли температуру расплава для определения постоянных потерь тепла в печи�� Пос- ле повторного нагрева расплава до первоначальной температуры газлифт погружали в жидкий металл�� Одновременно с этим подавали газ в подъемную колонну газлифта, плавно увеличивая его расход до 3,5 м3/ч, что повышало производительность газ- лифта до 62 кг/мин�� При диаметре канала в сливном патрубке 0,012 м и расходе газа 3,5 м3/ч уровень металла в камере газлифта поддерживали постоян- ным – 0,14 м�� Через 20-30 с после погружения подъемной колон- ны в расплав включали индуктор�� Индукционный на- грев расплава, транспортируемого газлифтом, про- водили до завершения трехкратного прохождения через реакционную камеру всего объема металла в печи�� Продолжительность циклов тепловой обра- ботки металла регулировали изменением произво- дительности газлифта и диаметра канала в сливном патрубке�� Основными параметрами проводимых исследо- ваний приняли расход газа на транспортирование металлического расплава, диаметр канала сливного патрубка и подводимую к индуктору электрическую мощность�� Уровень наполнения расплавом реакци- онной камеры, а также его температура в ванне пе- ред погружением газлифта и после выключения ин- дуктора были постоянными�� Производительность лабораторного газлифта при разных расходах транспортирующего газа и постоян- ной глубине погружения подъемной колонны в ванну ( 0,58α = ) определяли экспериментально следу- ющим образом�� Используя уравнение (1), рассчиты- вали объемный расход поступающего в реакционную камеру расплава при его постоянном уровне в ней м( const)h = и различных диаметрах канала в слив- ном патрубке�� В реакционной камере лабораторного газлифта устанавливали сливной патрубок с опре- деленным диаметром канала�� Плавным изменением расхода транспортирующего газа добивались подъ- ема расплава в камере до уровня, значение которого использовали в расчетах�� Расход газа фиксировали ротаметром, а уровень металла в камере – специ- альным датчиком�� Датчик уровня работал на барботажном принципе�� Через погруженный в расплав графитовый наконеч- ник под давлением, превышающем ферростатичес- кое давление у днища камеры при максимальном ее заполнении, из ресивера в расплав подавали аргон�� Расход газа подбирали таким, чтобы его истечение происходило в пузырьковом режиме�� Так как истече- нию газа из выходного отверстия наконечника проти- водействовало ферростатическое давление жидкого металла, любое изменение уровня ванны в камере адекватно отражалось на изменении давления в га- зопроводе�� Фиксируя положение зеркала расплава в камере и соответствующее ему давление в газоп- роводе, получили массив данных для построения градуировочного графика, дискретно изменяя поло- жение датчика в камере�� Давление в газопроводе фиксировали по показаниям манометра�� Шкалу ма- нометра градуировали в единицах высоты расплава в камере по результатам замеров�� Уровень ванны в закрытой камере контролировали по показаниям от- градуированного манометра�� На первом этапе изучали теплообмен в системе «индуктор-расплав» в реакционной камере с внут- ренним диаметром 0,22 м�� Параметры индуктора: внутренний диаметр – 0,30 м; высота – 0,385 м; количество витков – 16; ширина витка – 0,018 м; коэффициент заполнения обмотки – 0,8�� Диапазон оптимальных значений частоты тока для получения максимального электрического КПД индуктора и ми- нимального времени нагрева расплава рассчитали, используя уравнение 3 трехкратного прохождения через реакционную камеру всего объема металла в печи. Продолжительность циклов тепловой обработки металла регулировали изменением производительности газлифта и диаметра канала в сливном патрубке. Основными параметрами проводимых исследований приняли расход газа на транспортирование металлического расплава, диаметр канала сливного патрубка и подводимую к индуктору электрическую мощность. Уровень наполнения расплавом реакционной камеры, а также его температура в ванне перед погружением газлифта и после выключения индуктора были постоянными. Производительность лабораторного газлифта при разных расходах транспортирующего газа и постоянной глубине погружения подъемной колонны в ванну ( ) определяли экспериментально следующим образом. Используя уравнение (1) рассчитывали объемный расход поступающего в реакционную камеру расплава при его постоянном уровне в ней и различных диаметрах канала в сливном патрубке. В реакционной камере лабораторного газлифта устанавливали сливной патрубок с определенным диаметром канала. Плавным изменением расхода транспортирующего газа добивались подъема расплава в камере до уровня, значение которого использовали в расчетах. Расход газа фиксировали ротаметром, а уровень металла в камере – специальным датчиком. 58,0  м consh  t 2 Датчик уровня работал на барботажном принципе. Через погруженный в расплав графитовый наконечник под давлением, превышающем ферростатическое давление у днища камеры при максимальном ее заполнении, из ресивера в расплав подавали аргон. Расход газа подбирали таким, чтобы его истечение происходило в пузырьковом режиме. Так как истечению газа из выходного отверстия наконечника противодействовало ферростатическое давление жидкого металла, любое изменение уровня ванны в камере адекватно отражалось на изменении давления в газопроводе. Фиксируя положение зеркала расплава в камере и соответствующее ему давление в газопроводе получили массив данных для построения градуировочного графика, дискретно изменяя положение датчика в камере. Давление в газопроводе фиксировали по показаниям манометра. Шкалу манометра градуировали в единицах высоты расплава в камере по результатам замеров. Уровень в закрытой камере контролировали по показаниям отградуированного манометра. На первом этапе изучили теплообмен в системе «индуктор-расплав» в реакционной камере с внутренним диаметром 0,22 м. Параметры индуктора: внутренний диаметр – 0,30 м; высота – 0,385 м; количество витков – 16; ширина витка – 0,018 м; коэффициент заполнения обмотки – 0,8. Диапазон оптимальных значений частоты тока для получения максимального электрического КПД индуктора и минимального времени нагрева расплава рассчитали, используя уравнение 6 min м10 /f d   , (2) где , – высота металла в реакционной камере, м. м м/d h  мh Нижний предел частоты тока определили, считая, что электрический КПД индуктора должен быть не меньше 0,9 его предельного значения. Расчет верхнего предела частоты тока выполнили, исходя из условия обеспечения наибольшей глубины проникновения электрического тока в расплав, а следовательно, и наименьшего времени его нагрева. Расчетные значения частоты тока для данных условий эксперимента находятся в интервале от 2 до 6 кГц. Поэтому используемый для питания индуктора ТПЧ- 320 с частотой тока 2,5 кГц обеспечивал максимальную скорость нагрева металла. Эффективность индукционного нагрева расплава в реакционной камере зависит от общего КПД системы, состоящей из источника питания, линий электропередачи, конденсаторных батарей и индуктора. КПД ТПЧ-320 по паспортным данным равен 0,93, линий электропередачи не превышает 0,96, конденсаторных батарей при компенсации реактивной мощности индуктора до ксos φ 1 (где – фаза контура) близок к 1,00. КПДкφ (2) где м м( / )d hΦ = Φ ; мh – высота металла в реакци- онной камере, м�� Нижний предел частоты тока определили, считая, что электрический КПД индуктора должен быть не меньше 0,9 его предельного значения�� Расчет верх- него предела частоты тока выполнили, исходя из ус- ловия обеспечения наибольшей глубины проникно- вения электрического тока в расплав, а следователь- но, и наименьшего времени его нагрева�� Расчетные значения частоты тока для данных условий экспери- � �МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 6 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 6 ’2010� �МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 6 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 6 ’2010 мента находятся в интервале от 2 до 6 кГц�� Поэто- му используемый для питания индуктора ТПЧ-320 с частотой тока 2,5 кГц обеспечивал максимальную скорость нагрева металла�� Эффективность индукционного нагрева расплава в реакционной камере зависит от общего КПД систе- мы, состоящей из источника питания, линий электро- передачи, конденсаторных батарей и индуктора�� КПД ТПЧ-320 по паспортным данным равен 0,93, линий электропередачи не превышает 0,96, конденсатор- ных батарей при компенсации реактивной мощности индуктора до ксos 1ϕ = (где кϕ – фаза контура) бли- зок к 1,00�� КПД индуктора зависит от электрических и тепловых потерь�� Электрическую составляющую КПД индуктора при известных геометрических размерах его и камеры нагрева, а также удельных сопротивле- ниях меди и чугуна рассчитали по уравнению [2] 1 Э.пр и и м 1 8 5 1 /( ) /( ) 1 0,3 2 10 /(5 10 1) /(0,8 0,22) 0,96, d z d − − − −  η = + ρ ρ µ =   = + ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ =  = (3) где dи и dм соответственно внутренние диаметры индуктора и реакционной камеры, м; иρ – удель- ное электрическое сопротивление меди индуктора, Ом·м; /z b a= ω – коэффициент заполнения, учиты- вающий неплотность намотки индуктора, ω – коли- чество витков, b – ширина витка, a – высота индук- тора�� Термический КПД индуктора рассчитали с учетом полных тепловых потерь в системе «индуктор-рас- плав» реактора, которые определили по изменению теплосодержания расплава в реакционной камере при его охлаждении в течении 20 мин�� Эти потери составили 4,67 и возросли до 5,58 кВт во время про- дувки расплава аргоном�� Полезную мощность, затрачиваемую на нагрев расплава от 1300 до 1500 °С, рассчитали по урав- нению 4 индуктора зависит от электрических и тепловых потерь. Электрическую составляющую КПД индуктора при известных геометрических размерах его и камеры нагрева, а также удельных сопротивлениях меди и чугуна рассчитали по уравнению [2]         11 8 5 Э.пр и и мη 1 ρ / ρ μ / 1 0,3 2 10 / 5 10 1 / 0,8 0,22 0,96d z d                  , (3) где и  соответственно внутренние диаметры индуктора и реакционной камеры, м;  удельное электрическое сопротивление меди индуктора, Ом·м; иd мd иρ ω /z b a  – коэффициент заполнения, учитывающий неплотность намотки индуктора, – количество витков, b – ширина витка, – высота индуктора.ω a Термический КПД индуктора рассчитали с учетом полных тепловых потерь в системе «индуктор-расплав» реактора, которые определили по изменению теплосодержания расплава в реакционной камере при его охлаждении в течении 20 мин. Эти потери составили 4,67 кВт и возросли до 5,58 кВт во время продувки расплава аргоном. Полезную мощность, затрачиваемую на нагрев расплава от 1300 до 1500 °С, рассчитали по уравнению    П 2 1 Н / τ 66 1155 1053 /1200 5,61 кВтN q q      , (4) где  масса расплава, кг; Нτ  продолжительность нагрева, с; и1q 2q теплосодержание расплава при начальной и конечной температурах нагрева, кДж/кг. 1 2 Используя полученные данные определили значения термического КПД индуктора:       Т П П Т Т, Ar η / 5,61/ 5,61 4,67 0,55, η 5,61/ 5,61 5,58 0,50. N N        (5) Таким образом, общий КПД системы «индуктор-расплав» при выбранных режиме нагрева и интервале температур расплава в реакционной камере равен . При продувке жидкого металла аргоном с расходом 3,5 мИη 0,96 0,55 0,53   3/ч общий КПД снижается на 9-10 % и не превышает 0,48. В условиях продувки расплава аргоном определили влияние активной мощности, потребляемой индукционной установкой из ТПЧ-320, на скорость нагрева жидкого металла в газлифтном реакторе. Как видно из рисунка, для компенсации тепловых потерь в системе «индуктор-расплав» требуется активная мощность не менее 23 кВт. С увеличением активной мощности от 23 до 50 кВт скорость нагрева ванны с 1350 до 1450 °С возрастает в 7-8 раз и составляет 16 град/мин. При нагреве ванны в тех же условиях, но без продувки газом скорость нагрева металла увеличивается до 17 град/мин. Зависимость скорости нагрева расплава от подаваемой на индуктор мощности 4 индуктора зависит от электрических и тепловых потерь. Электрическую составляющую КПД индуктора при известных геометрических размерах его и камеры нагрева, а также удельных сопротивлениях меди и чугуна рассчитали по уравнению [2]         11 8 5 Э.пр и и мη 1 ρ / ρ μ / 1 0,3 2 10 / 5 10 1 / 0,8 0,22 0,96d z d                  , (3) где и  соответственно внутренние диаметры индуктора и реакционной камеры, м;  удельное электрическое сопротивление меди индуктора, Ом·м; иd мd иρ ω /z b a  – коэффициент заполнения, учитывающий неплотность намотки индуктора, – количество витков, b – ширина витка, – высота индуктора.ω a Термический КПД индуктора рассчитали с учетом полных тепловых потерь в системе «индуктор-расплав» реактора, которые определили по изменению теплосодержания расплава в реакционной камере при его охлаждении в течении 20 мин. Эти потери составили 4,67 кВт и возросли до 5,58 кВт во время продувки расплава аргоном. Полезную мощность, затрачиваемую на нагрев расплава от 1300 до 1500 °С, рассчитали по уравнению    П 2 1 Н / τ 66 1155 1053 /1200 5,61 кВтN q q      , (4) где  масса расплава, кг; Нτ  продолжительность нагрева, с; и1q 2q теплосодержание расплава при начальной и конечной температурах нагрева, кДж/кг. 1 2 Используя полученные данные определили значения термического КПД индуктора:       Т П П Т Т, Ar η / 5,61/ 5,61 4,67 0,55, η 5,61/ 5,61 5,58 0,50. N N        (5) Таким образом, общий КПД системы «индуктор-расплав» при выбранных режиме нагрева и интервале температур расплава в реакционной камере равен . При продувке жидкого металла аргоном с расходом 3,5 мИη 0,96 0,55 0,53   3/ч общий КПД снижается на 9-10 % и не превышает 0,48. В условиях продувки расплава аргоном определили влияние активной мощности, потребляемой индукционной установкой из ТПЧ-320, на скорость нагрева жидкого металла в газлифтном реакторе. Как видно из рисунка, для компенсации тепловых потерь в системе «индуктор-расплав» требуется активная мощность не менее 23 кВт. С увеличением активной мощности от 23 до 50 кВт скорость нагрева ванны с 1350 до 1450 °С возрастает в 7-8 раз и составляет 16 град/мин. При нагреве ванны в тех же условиях, но без продувки газом скорость нагрева металла увеличивается до 17 град/мин. Зависимость скорости нагрева расплава от подаваемой на индуктор мощности (4) где М − масса расплава, кг; Нτ − продолжитель- ность нагрева, с; 1q и 2q − теплосодержание рас- плава при начальной 1Т и конечной 2Т температу- рах нагрева, кДж/кг�� Используя полученные данные определили зна- чения термического КПД индуктора Т П П Т Т, Ar /( ) 5,61/(5,61 4,67) 0,55, 5,61/(5,61 5,58) 0,50. N N Pη = + = + = η = + = (5) Таким образом, общий КПД системы «индуктор- расплав» при выбранных режиме нагрева и интер- вале температур расплава в реакционной камере равен И 0,96 0,55 0,53η = ⋅ = �� При продувке жидко- го металла аргоном с расходом 3,5 м3/ч общий КПД снижается на 9-10 % и не превышает 0,48�� В условиях продувки расплава аргоном опреде- лили влияние активной мощности, потребляемой ин- дукционной установкой из ТПЧ-320, на скорость на- грева жидкого металла в газлифтном реакторе�� Как видно из рисунка, для компенсации тепловых потерь в системе «индуктор-расплав» требуется активная мощность не менее 23 кВт�� С увеличением активной мощности от 23 до 50 кВт скорость нагрева ванны с 1350 до 1450 °С возрастает в 7-8 раз и составляет 16 град/мин�� При нагреве ванны в тех же условиях, но без продувки газом скорость нагрева металла уве- личивается до 17 град/мин�� Экспериментально установлено, что индукцион- ный нагрев металла, циркулирующего через реак- ционную камеру активной мощностью 50 кВт, при производительности газлифта 62 кг/мин позволя- ет за три цикла (8,22 мин) его обработки повысить температуру ванны с 1300 до 1340 °С�� Увеличение активной мощности на 20 кВт при прочих равных ус- ловиях обеспечивает перегрев чугуна еще на 15 град (до 1355 °С)�� При подаваемой на индуктор активной мощности 70 кВт и увеличенной до 98 кг/мин про- изводительности газлифта, близкой к максимально возможной (111,5 кг/мин), за три цикла (5,2 мин) об- работки металла в газлифтном реакторе температу- ра ванны повышалась на 70 ºС�� Выводы Таким образом, интенсивность нагрева ванны по- вышается в 2 раза при одной и той же подаваемой на индуктор активной мощности за счет увеличения мас- сового расхода циркулирующего через реакционную камеру расплава�� Такое возрастание интенсивности нагрева можно объяснить снижением потерь тепла, уносимого водой, охлаждающей индуктор�� Так, при подаваемой на индуктор активной мощности 70 кВт и производительности газлифта 62 кг/мин средняя температура воды на выходе из системы охлажде- Рис. Зависимость скорости нагрева расплава от подаваемой на индуктор мощности С ко ро ст ь на гр ев а, г ра д/ ми н Активная мощность, кВт 5 Экспериментально установлено, что индукционный нагрев активной мощностью 50 кВт циркулирующего через реакционную камеру металла при производительности газлифта 62 кг/мин позволяет за три цикла (8,22 мин) его обработки повысить температуру ванны с 1300 до 1340 °С. Увеличение активной мощности на 20 кВт при прочих равных условиях обеспечивает перегрев чугуна еще на 15 град (до 1355 °С). При подаваемой на индуктор активной мощности 70 кВт и увеличенной до 98 кг/мин производительности газлифта, близкой к максимально возможной (111,5 кг/мин), за три цикла (5,2 мин) обработки металла в газлифтном реакторе температура ванны повышалась на 70 ºС. Таким образом, интенсивность нагрева ванны повышается в 2 раза при одной и той же подаваемой на индуктор активной мощности за счет увеличения массового расхода циркулирующего через реакционную камеру расплава. Такое возрастание интенсивности нагрева можно объяснить снижением потерь тепла, уносимого охлаждающей индуктор водой. Так, при подаваемой на индуктор активной мощности 70 кВт и производительности газлифта 62 кг/мин средняя температура воды на выходе из системы охлаждения индуктора составляла 58 °С. При повышенной на 36 кг/мин производительности газлифта и таком же расходе охлаждающей воды (11,3 л/мин) ее средняя температура на выходе из системы охлаждения индуктора не превышала 43,3 °С. Так как в тепловом балансе индукционного нагрева доля потерь тепла с охлаждающей водой составляет 30-40 %, снижение температуры охлаждающей индуктор воды при увеличенной производительности газлифта способствует повышению КПД индуктора и более интенсивному нагреву циркулирующего расплава. 1. Use of LNG-Oxygen Gas Mixture in RH Degassing Unit / T. Hiraoka, K. Ohnuki, H. Fujii et al. // Steel Research. – 2003. 74. – № 8. – P. 474-479. � �МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 6 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 6 ’2010� �МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 6 ’2010 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 6 ’2010 ния индуктора составляла 58 °С�� При повышенной на 36 кг/мин производительности газлифта и таком же расходе охлаждающей воды (11,3 л/мин) ее средняя температура на выходе из системы охлаждения ин- дуктора не превышала 43,3 °С�� Так как в тепловом балансе индукционного нагрева доля потерь тепла с охлаждающей водой составляет 30-40 %, снижение температуры воды, охлаждающей индуктор при уве- личенной производительности газлифта, способству- ет повышению КПД индуктора и более интенсивному нагреву циркулирующего расплава�� ЛИТЕРАТУРА 1�� Use of LNG-Oxygen Gas Mixture in RH Degassing Unit / T�� Hiraoka, K�� Ohnuki, H�� Fujii et al�� // Steel Research�� – 2003�� – V�� 74�� – № 8�� – P�� 474-479�� 2�� Слухоцкий А. Е., Рыскин С. Е. Индукторы для индукционного нагрева�� – Л��: Энергия, 1974�� – 263 с�� Курпас В. І., Найдек В. Л., Сичевський А. А. Суміщений гідродинамічний і тепловий вплив на металевий розплав у газліфтному реакторі Приведено результати індукційного нагріву металевого розплаву, який циркулює через камеру газліфтного реактора. Анотація gas lift reactor, inductor, heat, metal melt Keywords Kurpas V., Naydek V., Sychevsky A. Combined hydrodynamic and heat action on the metal melt in the gas lift reactor The results of investigation of induction heating of the metal melt circulating across the camera of gas lift reactor are represented. Summary Поступила 17��05��10 газліфтний реактор, індуктор, нагрів, металевий розплав Ключові слова

Совмещенное гидродинамическое и тепловое воздействие на металлический расплав в газлифтном реакторе

Репозитарії

Схожі ресурси