Energy Efficient Water-Cooled Elements for Foundry Class Electric Arc Steelmaking Furnaces
Loading...
Date
2021
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
НМетАУ, Дніпро
Abstract
ENG: Analysis of recent research and publications. Low energy efficiency of foundry class electric arc steelmaking furnaces (EAF) mainly is caused by heat loss in massive refractory lining during forced downtime. A low-power transformer doesn’t allow, in the conditions of classical technology, practice of traditional water-cooled elements in order to replace partially the lining, what determines increased refractory consumption. Known mathematical models of heat and mass transfer in the EAF working space don’t pay sufficient attention to the features of thermal state and energy loss in water-cooled elements in relation to foundry class furnaces. Purpose. Work aims to improve energy efficiency and refractory savings in foundry class EAF due to water-cooled elements design improvement. Method. Work is based on numerical modeling of heat exchange by radiation in the working space of the EAF and thermal state of water-cooled elements with spatial structure. Research findings. On the base of radiation heat exchange study, a multiple regression equation for power of heat loss with cooling water was obtained, taking into account capacity of the furnace, steelmaking bath shape factor (diameter to depth ratio), duration of technological period of the heat and averaging coefficient of heat flux through working surface of water-cooled element. For traditional one-row, two- and elaborated three-row panels averaging coefficient is 0.82, 0.67 and 0.61, respectively. Practical significance. Three-row water-cooled wall panels with a spatial structure are elaborated, which provide a decrease in heat loss with cooling water by 14 %, in comparison with two-row ones and by 40% in comparison with traditional one-row panels with dense structure. Estimates of optimal relative cooled surface for 3-12-ton EAF working space, providing refractory savings up to 25-30% due to three-row water-cooled panels installation, are substantiated.
UKR: Аналіз останніх досліджень та публікацій. Низька енергоефективність сталеплавильних електродугових печей класу ливарного класу (ДСП) головним чином обумовлена втратами тепла у масивних вогнетривких футеровках під час вимушеного простою. Трансформатор малої потужності не дозволяє в умовах класичної технології застосовувати традиційні елементи з водяним охолодженням, щоб частково замінити футеровку, що обумовлює збільшення витрат вогнетривких матеріалів. Відомі математичні моделі тепло- та масопереносу в робочому просторі ДСП не приділяють достатньої уваги особливостям теплового стану і втратам енергії у водоохолоджуваних елементах, коли мова йде про печі ливарного класу. Мета. Робота спрямована на підвищення енергоефективності та економії вогнетривів у ДСП ливарного класу за рахунок покращення конструкції водоохолоджуваних елементів. Метод. Робота заснована на чисельному моделюванні теплообміну випромінюванням у робочому просторі ДСП і теплового стану водоохолоджуваних елементів просторової структури. Результати досліджень. На основі досліджень радіаційного теплообміну було отримано рівняння множинної регресії для потужності теплових втрат з охолоджуваною водою, що враховує потужність печі, коефіцієнт форми сталеплавильної ванни (відношення діаметра до глибини), тривалість технологічного періоду нагріву й усереднюючий коефіцієнт теплового потоку через робочу поверхню водоохолоджуваного елемента. Для традиційних однорядних, дворядних і складних трирядних панелей коефіцієнт усереднення становить 0,82, 0,67 і 0,61 відповідно. Практичне значення. Розроблено трирядні водоохолоджувані стінові панелі з просторовою структурою, що забезпечує зниження теплових втрат з охолоджуваною водою на 14% у порівнянні з дворядними і на 40% у порівнянні з традиційними однорядними панелями з щільною структурою. Отримано оцінку оптимальної відносної охолоджуваної поверхні робочого простору ДСП 3-12 т, що забезпечує економію вогнетриву до 25-30% за рахунок встановлення трирядних водоохолоджуваних панелей.
UKR: Аналіз останніх досліджень та публікацій. Низька енергоефективність сталеплавильних електродугових печей класу ливарного класу (ДСП) головним чином обумовлена втратами тепла у масивних вогнетривких футеровках під час вимушеного простою. Трансформатор малої потужності не дозволяє в умовах класичної технології застосовувати традиційні елементи з водяним охолодженням, щоб частково замінити футеровку, що обумовлює збільшення витрат вогнетривких матеріалів. Відомі математичні моделі тепло- та масопереносу в робочому просторі ДСП не приділяють достатньої уваги особливостям теплового стану і втратам енергії у водоохолоджуваних елементах, коли мова йде про печі ливарного класу. Мета. Робота спрямована на підвищення енергоефективності та економії вогнетривів у ДСП ливарного класу за рахунок покращення конструкції водоохолоджуваних елементів. Метод. Робота заснована на чисельному моделюванні теплообміну випромінюванням у робочому просторі ДСП і теплового стану водоохолоджуваних елементів просторової структури. Результати досліджень. На основі досліджень радіаційного теплообміну було отримано рівняння множинної регресії для потужності теплових втрат з охолоджуваною водою, що враховує потужність печі, коефіцієнт форми сталеплавильної ванни (відношення діаметра до глибини), тривалість технологічного періоду нагріву й усереднюючий коефіцієнт теплового потоку через робочу поверхню водоохолоджуваного елемента. Для традиційних однорядних, дворядних і складних трирядних панелей коефіцієнт усереднення становить 0,82, 0,67 і 0,61 відповідно. Практичне значення. Розроблено трирядні водоохолоджувані стінові панелі з просторовою структурою, що забезпечує зниження теплових втрат з охолоджуваною водою на 14% у порівнянні з дворядними і на 40% у порівнянні з традиційними однорядними панелями з щільною структурою. Отримано оцінку оптимальної відносної охолоджуваної поверхні робочого простору ДСП 3-12 т, що забезпечує економію вогнетриву до 25-30% за рахунок встановлення трирядних водоохолоджуваних панелей.
Description
M. Gubinskij: ORCID 0000-0003-3770-4397
Keywords
foundry class electric arc furnace, water-cooled elements, energy efficiency, електродугова піч ливарного класу, водоохолоджувані елементи, енергоефективність, КЕСЕ
Citation
Timoshenko T., Nemtsev E., Gubinskij M. Energy Efficient Water-Cooled Elements for Foundry Class Electric Arc Steelmaking Furnaces. Modern Problems of Metallurgy. 2021. № 24. P. 132–139. DOI: 10.34185/1991-7848.2021.01.13.