Energy-Efficient Solutions of Foundry Class Steelmaking Electric Arc Furnace
Loading...
Date
2021
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Dnipro University of Technology, Dnipro
Abstract
ENG: Purpose. Substantiation of solutions aimed at reducing heat losses, mainly, by refractory lining during forced downtime and by steelmaking bath in conditions of traditionally low specific power of transformer. Methodology. Mathematical modeling of heat and mass transfer processes and numerical experiment. Findings. A mathematical model of energy-technological processes in arc furnace workspace has been developed to analyze and minimize energy consumption in daily production cycle. Geometrical and operating parameters are taken into account, in particular: variation in arcs energy efficiency at evolution of wells in charge under electrodes during melting process; circulation of melt due to bubbling with inert gas through bottom porous plug; energy loss on heat accumulation by refractory, with cooling water and off-gas. Originality. For the first time, the concept of increasing energy efficiency of arc furnace has been substantiated, based on the following set of solutions: increase in specific electrical power by reducing of charge at given productivity; reduction of bath shape factor (ratio of diameter to depth) from traditional 5 up to 2.5 by deepening and, accordingly, its radiating surface; optimization of walls and roof cooled surface relative area, where massive heat-absorbing refractory lining is not used; application of energy-saving water-cooled elements with spatial structure that promotes formation of heat-insulating and heat-accumulating slag filling. Practical value. Implementation of the set of energy-efficient solutions in conditions of typical 6 and 12-t foundry class arc furnaces provides reduction in power consumption and refractory expenditure by 1315 and 2830% respectively without significant changes in production infrastructure due to reducing energy loss, mainly, for accumulation of heat by refractory lining, and intensification of heat and mass transfer processes in forcibly stirred deep bath.
UKR: Мета. Обґрунтування рішень, спрямованих на зниження втрат теплоти, головним чином, футеровкою при вимушених простоях печі і сталеплавильною ванною в умовах традиційно низької питомої потужності трансформатора. Методика. Математичне моделювання процесів тепломасообміну та чисельний експеримент. Результати. Розроблена математична модель енерготехнологічних процесів у робочому просторі дугової печі для аналізу й мінімізації енергоспоживання в добовому виробничому циклі. Ураховуються геометричні й режимні параметри, зокрема: енергоефективність дуги при еволюції колодязів під електродами у процесі плавлення шихти; циркуляція розплаву при барботажі ванни інертним газом, що вводиться через донну пористу пробку; втрати енергії на акумуляцію теплоти футеровкою, з охолоджувальною водою та з пилогазовим середовищем. Наукова новизна. Уперше обґрунтована концепція підвищення енергоефективності дугової печі, заснована на наступному комплексі рішень: збільшення питомої введеної потужності за рахунок зниження садки при даній продуктивності; зменшення коефіцієнта форми ванни (відношення діаметра до глибини) з традиційного 5 до 2,5 і, відповідно, її поверхні, що випромінює, шляхом поглиблення; оптимізація відносної площі охолоджуваної поверхні стін і зводу, де не використовується масивна теплоємна футеровка; застосування енергозберігаючих водоохолоджуваних елементів із просторовою структурою, що сприяє утворенню теплоізолюючого й теплоакумулюючого гарнісажу. Практична значимість. Реалізація комплексу енергоефективних рішень в умовах 6 й 12-т типових електродугових печей ливарного класу забезпечує зниження витрати електроенергії та споживання вогнетривів на 13–15 і 28–30 % відповідно, без істотної зміни інфраструктури виробництва за рахунок скорочення втрат енергії, головним чином, на акумуляцію теплоти футеровкою, та інтенсифікації процесів тепломасообміну у примусово перемішуємій «глибокій» ванні.
UKR: Мета. Обґрунтування рішень, спрямованих на зниження втрат теплоти, головним чином, футеровкою при вимушених простоях печі і сталеплавильною ванною в умовах традиційно низької питомої потужності трансформатора. Методика. Математичне моделювання процесів тепломасообміну та чисельний експеримент. Результати. Розроблена математична модель енерготехнологічних процесів у робочому просторі дугової печі для аналізу й мінімізації енергоспоживання в добовому виробничому циклі. Ураховуються геометричні й режимні параметри, зокрема: енергоефективність дуги при еволюції колодязів під електродами у процесі плавлення шихти; циркуляція розплаву при барботажі ванни інертним газом, що вводиться через донну пористу пробку; втрати енергії на акумуляцію теплоти футеровкою, з охолоджувальною водою та з пилогазовим середовищем. Наукова новизна. Уперше обґрунтована концепція підвищення енергоефективності дугової печі, заснована на наступному комплексі рішень: збільшення питомої введеної потужності за рахунок зниження садки при даній продуктивності; зменшення коефіцієнта форми ванни (відношення діаметра до глибини) з традиційного 5 до 2,5 і, відповідно, її поверхні, що випромінює, шляхом поглиблення; оптимізація відносної площі охолоджуваної поверхні стін і зводу, де не використовується масивна теплоємна футеровка; застосування енергозберігаючих водоохолоджуваних елементів із просторовою структурою, що сприяє утворенню теплоізолюючого й теплоакумулюючого гарнісажу. Практична значимість. Реалізація комплексу енергоефективних рішень в умовах 6 й 12-т типових електродугових печей ливарного класу забезпечує зниження витрати електроенергії та споживання вогнетривів на 13–15 і 28–30 % відповідно, без істотної зміни інфраструктури виробництва за рахунок скорочення втрат енергії, головним чином, на акумуляцію теплоти футеровкою, та інтенсифікації процесів тепломасообміну у примусово перемішуємій «глибокій» ванні.
Description
S. Timoshenko: ORCID 0000-0003-4221-9978; M. Gubinski: ORCID 0000-0003-3770-4397; E. Niemtsev: ORCID 0000-0002-2447-3879
Keywords
electric arc furnace, energy efficiency, deep bath, heat and mass transfer, water-cooled elements, електродугова піч, енергоефективність, «глибока» ванна, тепломасоперенос, водоохолоджувані елементи, КЕСЕ
Citation
Timoshenko S. M., Gubinski M. V., Niemtsev E. M. Energy-Efficient Solutions of Foundry Class Steelmaking Electric Arc Furnace. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2021. No. 3. P. 81–87. DOI: https://doi.org/10.33271/nvngu/2021-3/081.