автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Исследование и разработка аспирационной системы одноэлектродной печи ЭШП

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ, ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ КОМИТЕТ ПО ВЫСШЕЙ ШКОЛЕ

МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ

На правах рукописи

СМЕХОВ Сергей Константинович

«ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА

АСПИРАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ОДНОЭЛЕКТРОДНОЙ ПЕЧИ ЭШП»

05.16.02 — «Металлургия черных металлов»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1993

Работа выполнена на кафедре «Теплофизики и, теплоэнергетики металлургического производства» Московского института стали и сплавов.

Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор В. В. БЕЛОУСОВ

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Ю. П. ПАВЛЕНКО кандидат технических наук, с. н. с. Н. М. ВАСИЛЬЧЕНКО

-Защита состоится « 3 г. в « » часов на

заседании специализированного ученого совета К.053.08.01. при Московском институте стали и сплавов по адресу: 117936, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, д. 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского института стали и с~-----

Автореферат разослан « 1 г.

Справки по телефону: 237-84-45

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук,

Ведущее предприятие: Московский металлургический завод «Серп и Молот»

профессор

И. Ф. КУРУНОВ

- 3 -

ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАБОТЫ Актуальность работы. В условиях перехода к рыночным отношениям особенно возрастает роль качественной металлургии, к которой относится электрошлаковый переплав ОШГР.

В то же время, как и все другие тепловые агрегаты, печи электрошлакового переплава являются мощными источниками загрязнения окружающей среды.

В настоящее время разработано много эффективных систем очистки газовых выбросов печей ЭШЯ Однако традиционные методы расчета узлов газоотбора, особенно для так называемых неорганизованных выбросов, в специфических условиях электрошлакового переплава не дают надежных результатов. Из-за неудовлетворительного улавливания выделяющихся при плавлении токсичных газов с фтористых сое дине нийэ наблюдается превышение норм 11ДК на рабочих местах в 5-10 раз и более.

Вышеизложенное определяет актуальность'за дачи снижения концентраций вредных веществ на рабочих местах.

Целью работы является разработка аспирационной системы Для печи ЭШП с круглым кристаллизатором и круглым переплавля- . •>мым электродом с как наиболее часто встречающейся в промышле-11(0 стиэ.

Научная новизна работы заключается в следующем: - разработана математическая модель процесса "предельного улавливания" кольцевым отсосом газовых- выбросов от шлаковой ванны одноэлактродной печи ЭШП с круглым кристаллизатором 'л круглый переплавляемым электродом. *

. - в экспериментальных условиях, определены исходные пара-мэтры восходящих конвою ивных потоков от пэчей ЭШП, необходи-

мых для расчета узлов отбора с помощью полученной математической модели.

, Практическая значимость состоит в том, что:

- разработана методика расчета кольцевого отсоса одно-электродной печи ЭШП с круглым кристаллизатором и круглым переплавляемым электродом, позволяющая определить оптимальную конструкцию и режим работы кольцевого отсоса в условиях ЭШП;

- разработана и проверена в промышленных условиях новая конструкция кольцевого отсоса, позволяющая существенно повысить эффективность отбора выделяющихся газовых вредностей и снизить как количество удаляемого из зоны плавления воздуха, так и энергозатраты.

Апробация работы. Работа докладывалась на второй международной конференции по участию студенческой молодежи в решении экологических проблем в горной, нефтяной и металлургической отраслях промышленности в г.Москве в 1989г. и на Всесоюзной научно-технической конференции в г.Свердловске в 1990 г.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 114 наименований, приложения и содержит 127 страниц текста, 28 иллюстраций

*

и 9 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЦЕЛИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Метод электрошлакового переплава расходуемого электрода в в водоохлаждаемом кристаллизаторе, разработанный в Институте электросварки сиэ© им Е.О. Патона АН УССР, хорошо известен и

имеет широкое промышленное применение во всем мире уже в течение более тридцати лет-

Анализ имеющихся литературных данных позволил сделать следующие выводы:

1. В настоящее время эксплуатируются и строятся электрошлаковые печи различных типов и конструкций, оснащенных устройствами для удаления образующихся при переплаве вредных веществ. Из-за низкой эффективности работы таких устройств наблюдается превышение норм ПДК на рабочих местах по 'фтористым соединениям в 5-10 раз.

2. Публикации данных по исследованию восходящих конвективных потоков от печей ЭШП отсутствуют.

3. Имеющиеся результаты теоретических и экспериментальных исследований вредных выбросов, выделяющихся при электрошлаковом переплаве, для различных шлаков противоречивы.

4. Экспериментальные и теоретические исследования различных конструкций местных отсосов выполнены для условий, существенно отличающихся от условий в реальных печах ЭШП:

- конструкции бортовых отсосов от ванн с высокотемпера- . турным расплавом ст>1200°> не исследовались, а существующие методы расчета бортовых отсосов пригодны лищь для ванн с открытым зеркалом испарения ¿травильных, гальванических и т.п.};

- в работах не учтены конструктивные особенности отбора газов от печей ЭШП, связанные с количеством переплавляемых • электродов.

Вышеизложенное и определило цели настоящей работы, для достижения которой были сформулированы следующие задачи исследования:

- в -

I. Провести классификацию существующих систем отбора вредных выбросов от печей ЭШП для обоснования объекта моделирования;

2. Разработать и реализовать математическую модель "предельного улавливания" кольцевым отсосом выбросов от шлаковой ванны одноэлектродной печи ЭШП. "Предельное улавливание" подразумевает полное улавливание выделяющихся вредных веществ при минимальных энергозатратах;

3- В промышленных условиях определить исходные параметры восходящих конвективных потоков от печи ЭШП для адаптации полученной модели в лабораторных и промышленных условиях;

4. Адаптировать полученную математическую модель в лабораторных и промышленных условиях с проверкой эффективности, работы кольцевого отсоса по содержанию Фторидов в воздухе рабочей зоны; ■

5. На основе полученных расчетных и экспериментальны/ данных разработать, методику :расчета кольцевого отсоса, позволяющую определять era оптимальную конструкцию в зависимости от типоразмера печи и режим его работы в условиях ЭШП.

«

АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КОЛЬЦЕВОГО ОТСОСА ДЛЯ ПЕЧЕИ ЭШП С ПЕРЕПЛАВЛЯЕМЫМ КРУГЛЫМ ЭЛЕКТРОДОМ'• -МЕТОДОМ ИСТОЧНИКОВ И СТОКОВ.

Общая картина течения, обусловленная взаимодействием восходящего над поверхностью шлака конвективного потока от круглого кристаллизатора, когда все выделяющиеся вредные выб росы захватываются кольцевым отсосом, представлена на рис. I.

Картина течения при совместном действии ванны и кольцевого отсоса

Для пэчей ЭШП глубина шлаковой ванны намного больше зазора между кристаллизатором и электродом, поэтому поток является результирующим, вызванным как тепловой конвекцией, так и диффузией вредных выбросов от расплава с взаимное влияние их не учитывавмэ.

Решение поставленной задачи начали с определения поля скоростей воздуха в зоне действия кольцевого 'отсоса для случая, когда нет восходящего над поверхностью расплава потока.

При этом ввели допущение, что скорости всасывания по окружности в любой точке равны.

Ввиду осевой симметрии рассматриваемой задачи перешли к

цилиндрическим координатам и нашли проекции скорости и vz, создаваемые кольцевым отсосом.

Затем представили кольцевой отсос Сстокэ в вида двух бесконечно тонких кольцевых щелей с источников^1, находящихся на расстоянии с+ю от плоскости симметрии ХоУ.

Отметим, что кольцевая щель, расположенная на расстоянии с-нэ ниже поверхности жидкого шлака, была введена искусственно и является Фиктивной. Такой Формальный прием обусловлен в методе стока-источника.

( Суммарное поле скоростей было получено в результате сложения соответствующих проекций скоростей обоих колец.

гп

Lo р [р — СR—гЭcosa! da

Vp =

q [/p2+CR-rD2+C2-H32-EpCR-r3cosaj 2fl ,

+ Lo p [p — CR-rDcosa] da

8" ■ [/ pa+CR-rD2+Cz+HD2-2pCR-r3cosaj

CI. 3

2n

Lo' r С 2-Ю da

Vz •

г

IV.

8п 1-/ p2+CR-r32+Cz-H32-2pCR-r3cosa|

Zu

Lo г CZ-Ю da

p2+CR-r-D2+Cz+H32T2pCR-rDcosaj

Затем ввели в рассмотрение восходящий над поверхность* расплава поток. Считали, что поднимающейся поток - равномерный, тогда скорость конвективного потока от шлаковой

ванны V можно было представить в виде:

■ ь п

2П

пСКг - г23

С 2.3

где Ьп - объемный расход газов, поднимающихся от шлакового расплава.

Приняли допущение, что на бесконечно малом расстоянии от поверхности переплавляемого электрода существует точка А, имеющая координаты: р = р0 и * = го> которая в случав "продельного улавливания" лежит на граничной линии тока и для нее выполняется следующее условие: компонента скорости по оси р

равна нулю, а компонента скорости воздуха по оси 2, поступающего извне, равна компоненте скорости подъема конвективного потока газов от электрошлаковой ванны, т.е.

Уо = О

СЗ- >

Уг = V*

Решив совместно уравнения С1.э и С2-Э и перейдя к безразмерным координатам, окончательно получили основное уравнение математической модели:

•■и •■

= ь

С4. 3

СЙ + г)

которое можно также представить в виде:

ск + гО

дн

сгн

[■/ сднэ2+Г] |у(:2Н+д юг-и ]

СЗ. 3

где:.

относительный расход воздуха, равный отно-

шению расхода воздуха, отбираемого кольцевым

отсосом к расходу восходящего конвек-

тивного потока от шлаковой ванны сьпэ; с к гэ = ^ * ^ - относительный геометрический размер элэ-' трошлаковой цечи, где: и - радиус кристаллизатора, г - радиус переплавляемого электрода;

□

Б - ск _ - относительная глубина шлаковой ванны, равная отношению расстояния от поверхности шлакового расплава до оси щели кольцевого отсоса снэ к , ; геометрическому размеру печи ЭШП си - гэ;

лН - ск - относительная высота спектра всасывания.

Расчеты по этим уравнениям были выполнены в широком диапазоне приведенных параметров, охватывающем реальные типы печей эле ктрощ лакового переплава!

Результаты расчета представлены в виде графиков с рис. 2. и З.з.

Из графиков видно, что относительный расход воздуха удаляемый кольцевым отсосом, по мере увеличения относительной величины превышения оси щели над зеркалом шлаковой

ванны слНэ уменьшается, а начиная со значений Н = 0,2+0,3,

*

растет. 3

Из результатов анализа также следует, что при одном том же значении "С0'\ т.е. при одинаковых значениях расходов Ьд и |-о, должно существовать два различных значения высоты спектра всасывания ¿И, что, однако, не может соответствовать Физическим условиям движения газов для зоны действия отсоса. И одно из расчетных значений, как не имеющее Физического смысла, следует отбросить.

- II -

График для расчета кольцевого отсоса при АН ^ 0,7

График для расчета кольцевого отсоса при ДН 0,7

Рис. 3.

- 12 -

В реальных печах ЭШП наблюдается сложная картина течения газа в межэлектродном промежутке: суммарный эффект, вызванный свободной конвекцией при большой разности температур поверхностей и газов в ограниченном пространстве, кинетикой химических процессов выделения газообразных веществ из шлакового расплава, а также наложением аэродинамического спектра всасывания работающего кольцевого отсоса.

Для оценки значимости всех вышеперечисленных Факторов и для получения надежной исходной информации для реализации и адаптации математической модели, был выбран эмпирический путь. Поэтому была поставлена задача для проведения экспериментальных исследований, в процессе которых необходимо было определить параметры восходящих конвективных потоков СУ2П~ скорость и - расход^ от наиболее представительных типов электрошлаковых печей.

Экспериментальные исследования проводились на ряде металлургических и машиностроительных заводов. Опыты проводились при различных режимах'электрошлакового переплава с различными вариантами конструкций • отсосов и применяемого оборудования. Накопленный экспериментальный материал дал возможность црове-сти необходимые обобщения. *

Расчетную производительность отсоса С1-0Э, улавливающего, поток вредных выбросов, можно считать пропорциональной 'некоторому характерному для данного типа печи расходу источника загрязнения

ь = к ь С6.Э

о п

Расход ь может быть с приемлемой точностью оценен по

формуле:

и - пСК2 - Г2э V С7.)

1 П 2П

где - средняя скорость восходящего конвективного потока по сечению кольцевой струи на уровне всасывающего патрубка, м^сек.; к - внутренний радиус кристаллизатора.м.; г - радиус переплавляемого электрода, м.

В опытах проводились замеры средней скорости восходящего конвективного потока от шлаковой ванны на уровне всасы-

вания кольцевого отсоса при отключенном вентиляторе.

Для условий ЭШП наиболее пригодным оказался метод объемной анемометрии. При этом использов.али специальный чашечный и крыльчатый анемометры, поверхности которых были экранированы от теплового воздействия и от электромагнитного излучения.

Для выявления динамики изменения скорости восходящего конвективного потока в процессе электрошлакового переплава использовали киносъемку. Следует заметить, что для определения абсолютных значений скорости этот метод оказался не пригодным из-за большой погрешности, вызванной подсосом в основную струю холодного воздуха.

Результаты измерения скорости сч,2113 на печи Р-951 для кристаллизатора 0 425мм с переплавляемым электродом о 300мм и для кристаллизатора й 300мм с переплавляемыми электродами 0 180мм и 0 220мм представлены на рис. 4.

Подученные данные свидетельствуют о том, что, скорость восходящего конвективного штока увеличивается к концу переплава. •

Изменение скорости восходящего конвективного потока на печи Р-951

2П.

м/сек 1 .2

1 .о

0.8

о,в

л И

11

/ /ъ

! / V

( д / /

; / /

/

/ ч ■ ■

0,5

1,0

1,5

.час

1. - кристаллизатор ® 425, электрод в 300

2. - кристаллизатор в 300, электрод 0 180

3. - кристаллизатор 0 300, электрод в 220

Рис. 4.

Аналогичные измерения скорости СУ2ПЭ проводились на печи

4

ЭШП-20ВГ. Результаты измерений скорости у поверхности электродов приведены на рис. 5. _ Можно сделать вывод, цто скорость восходящего конвекти-

■ I

вного потока достигает своего максимума с окончанием начального периода плавления, т.е. в тот Момент, когда температура переплавляемого электрода достигает своего максимального постоянного значения. Приблизительно через 3,5-4,0 часа скорость начинает медленно снижаться. Это можно объяснить уменьшением

- 15 -

Изменение скорости восходящего конвективного потока cv э на печи ЭШП-20ВГ

ZU.

м/сек

1,3 1.1 0.9 0,7

2 4 6 8 t-.час

1 - зазор 80 мм

2 - зазор 100 мм .3- зазор 120 мм

Рис. 5.

Зависимость скорости восходящего конвективного потока cv2n3 от зазора по периодам плавки

V

м/сек

1 .3 1.1 . 0.9 0,7

40 60 80 • 100 Амм

1. - через 0,5 часа ' 3. - через 1,5 часа

2. - через 1,0 часа 4. - через 2,0 часа

Рис. 6.

интенсивности конвекции из-за уменьшения длины переплавляемых электродов, т.е. величины горячей поверхности.

Зависимость средней скорости восходящего конвективного потока от величины зазора между стенками кристаллизатора и переплавляемым электродом по периодам пла^ли представлена на рис. 6.

' Скорость восходящего конвективного потока увеличивается с увеличением зазора между стенками кристаллизатора и перепт лавляемым электродом. Характер этой зависимости так же имее Физическое объяснение.

Исследования при помощи киносъемки с реперными точками

N

так же качественно подтвердили выявленную закономерность изменения скорости восходящего конвективного потока в процессе электрошлакового переплава.

Полученные значения средней скорости восходящего конвективного потока использовались в дальнейшем для адаптации математической модели на лабораторной установке и в промышленных'условиях.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КОЛЬЦЕВОГО 0Т(Х)СА;

I \

Задачей лабораторных экспериментальных исследований была проверка аналитических зависимостей, полученных для определения,-расхода, забираембго кольцевым отсосом при Фиксированных значениях глубины шлаковой ванны сЦэ и высоты спектра всась нця сдф при различных скоростях восходящего конвективного потока от уровня жидкого шлака и при различных соотношениях радиуса кристаллизатора и радиуса переплавляемого электроде

- 17 -

В лабораторной установка моделью кристаллизатора являлся металлический сосуд диаметром о - о,15 м и глубиной 1,2 м., а моделью переплавляемого электрода - стержень, имеющий три типоразмера: 0 80 мм, 0 90 мм и о Г00 мм.

При аналитическом определении расхода 1-0, забираемого кольцевым отсосом были приняты допущения о равномерности профиля скорости восходящего конвективного потока и о равномерности скорости всасывания воздуха по длине щели кольцевого отсоса.

Поэтому при лабораторных исследованиях были так же смоделированы данные условия.

Для получения равномерного профиля скоростей восходящего потока использовали выравнивающие решетки с металлические сетки> с коэффициентом живого сечения Г - 0,27.

Количество выравнивающих решеток было получено расчетным путем из условия достижения равномерного распределения скоростей восходящего потока по нижеследующей методике.

В зависимости от радиуса переплавляемого-электрода сгэ количество выравнивающих решеток, необходимых для полного выравнивания скоростей, меняется.

При моделировании верхняя выравнивающая решетка имитирует поверхность шлакового расплава, поэтому нижняя сперваяэ решетка устанавливается в зависимости от выбранной при моделировании глубины'ванны, оптимального количества выравнива-• ющих решеток и оптимального расстояния между ними.

К верхней части кристаллизатора крепился исследуемый кольцевой отсос с продольной щелью, расположенной пЬсредине высоты сечения короба отсоса. Высота щели была выполнена посто-

янной по длине и равной 4 мм в соответствии с расчетом из условия соблюдения равномерного всасывания воздуха по всей дли-'не щели. ■

Для изучения работы отсоса использовали как метод визуализации, так и измерение поля скоростей. Восходящий конвективный поток от шлаковой ванны печи ЭШП моделировался задымленным потоком воздуха, создаваемым вентилятором.

Расход восходящего конвективного потока и расход

■ воздуха, забираемый кольцевым отсосом сь э измерялся тариро-1 ванными ротаметрами.

Для проверки равномерности всасывания воздуха по длине * \ кольцевой щели определяли скорость воздуха на оси щели через

каждые 30° по окружности. Всего было 12 точек замера.

• Для проверки равномерности профиля скорости восходящего потока ее измеряли на уровне верхней кромки модели кристалли-• затора при выключенном отсосе для различных размеров переплавляемого электрода. Скорость потока измерялась по двум взаимно перпендикулярным радиусам. Измерение скорости производи-~ лось специальным термоэлектроанемом'етром с-погрешностью ±14 Перемещение датчика термоэлектроанемометра осуществлялось с . помощью двухосевого координатника.

-- Каждый опыт'давал следующую визуальную картину. Задымленный поток воздуха, проходя через выравнивающие решетки, верхняя., из которых■имитировала зеркало шлакового расплава, поднимался'равномерно вверх и отклонялся в сторону работающей: кольцевого отсоса. Регулированием расхода .добивались Условия "предельного улавливания".

Для определенного радиуса переплавляемого электрода Сгэ

устанавливали необходимое количество выравнивающих решеток, при этом установкой верхней выравнивающей решетки, которая имитировала поверхность шлакового расплава, регулировали глубину ванны сНз. Затем Устанавливали при помощи ЛАТРа расход восходящего конвективного потока сьп:>. измеряемый ротаметром, и соответственно скорость восходящего конвективного потока Одновременно устанавливали расход воздуха, забираемый кольцевым отсосом, измеряемый также ротаметром, для режима "предельного улавливания" сьо5 и измеряли высоту спектра всасывания сдНэ.

Высоту спектра всасывания ел® - превышение точки А с нулевой скоростью на оси щели всасывания - определяли визуально как по степени прозрачностии, так и с помощью фотосним-' • • ков, измеряя при помощи микрометрической линейки.

При изменении расхода воздуха, забираемого кольцевым'отсосом измерялась высота спектра всасывания едф, так как она зависит от С1-0:)-

По программе эксперимента скорость восходящего потоки сч^й3 меняли в диапазоне от 0,5 м^с до 1,5 м/с и измеряли соответствующую высоту спектра всасывания еднэ для различных расходов воздуха, забираемого кольцевым отсосом в режиме "предельного улавливания".

После проведения серии замеров для выбранного диапазона скоростей изменяли глубину ванны то есть поднима-

ли или опускали выравнивающие решетки, верхняя из которых моделирует поверхность шлаковой ванны. Для каждого нового значения глубины ванны опыты проводились в той д?о последовательности.

Указанные эксперименты проводились для трех значений радиуса переплавляемого электрода сгэ С80мм, 90мм и 100 мм>.

Отклонение скорости всасывания в щели кольцевого отсоса от средней скорости всасывания не превышало 5,2%.

На основании промышленных исследований ..а реальных печах ЭШП, результаты которых изложены в предыдущей главе, средняя скорость восходящего конвективного потока cvzn3 находится в диапазоне от 0,6 м'сек до 1,4 м'сек. Поэтому диапазон значений средней скорости для лабораторных условиях был принят от 0,5 до 1,5 м'сек.

Анализ измерений позволяет утверждать» 'что восходящий

ч

поток, создаваемый в опытах, можно принимать как равномерный, а значит, предварительно проведенный расчет оптимального количества выравнивающих решеток для экспериментальной установки был проведен с достаточной точностью.

РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОВЕРКИ АНАЛИТИЧЕСКИХ ЗАВИСИМОСТЕЙ ДЛЯ ■ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА ВОЗДУХА, ЗАБИРАЕМОГО КОЛЬЦЕВЫМ

. ОТСОСОМ clqD, ДЛЯ СЛУЧАЯ "ПРЕДЕЛЬНОГО УЛАВЛИВАНИЯ".

При аналитическом определении количества воздуха, забираемого кольцевым "отсосом; была получена зависимость М.э, представленная, графически на рис. 2. и 3.'

Эксперименты показали, что при значениях относительной высоты спектра всасывания ¿Н > о.7 нарушается режим "предельного улавливания" и часть задымленных газов- не улавливаете кольцевым, отсосом. Таким образом, было экспериментально подтверждено предположение, что при одном значении относительногс

расхода отсасываемого воздуха не может быть двух различных высот спектра всасывания лН.

Известно, что спектр всасывания отверстия имеет очень небольшую зону действия, поэтому можно сдвлать еще одно утверждение, что начиная с глубины Н, которая соответствует минимуму относительного расхода сна рис. 2.3, относительный расход "ь0" остается постоянным.

После проведения серии экспериментов с измененением глубины ванны Н это утверждение было полностью подтверждено, что видно по характеру кривых на рис. 7.

Из сопоставления экспериментальных результатов с результатами, полученными расчетным путем с учетом условия постоянства относительного расхода для значений относительной глубины ванны Н > о.з, можно считать, что:

ьоэксп = 1.зо Со • •

Таким образом, экспериментальный расход воздуха сь^.ксгР удаляемый кольцевым отсосом, в среднем на 30« больше того же расхода, полученного аналитическим путем.

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИИ КОЛЬЦЕВОГО ОТСОСА С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ЕГО ЭФФЕКТИВНОСТИ.

Известно, что введением различного рода вставок или насадков, которые влияют на условия подтекания .воздуха к щели, • можно управлять количеством отбираемого отсосом воздуха. Этот Фактор можно учесть, вводя в математическую модель поправочные коэффициенты. • ■ *

Это предположение было экспериментально проверено на'ус-

- 22 -

График для расчета кольцевого отсоса

ОД

Г)

1-.30 1.23 1 .20 1.13 1.. 10 1 ,03

0,2

Рис. 7.

0.3

0.4 Н

Зависимость коэффицента V от относительной высоты насадка ь

ч ч ( 1 .

0 •

N V

\ N.

N Ч

Ч V

с > ( \

2 3

Рис. 8.

тановке, описанной в предыдущей главе для переплавляемого электрода радиусом г - 50 мм с размещением над ним полых цилиндрических насадков, выполненных из оргстекла, различной высоты С 25, 50, 75 И 100 ммэ.

Можно считать, что в случае установки над кольцевым отсосом цилиндрического насадка:

высотой h - 25 мм: С0эксп - 1,22 Lq

высотой ь - 50 мм: Соэксп - 1,13

высотой ь - 75 мм и высотой ь - 100 мм: ьоэксп й • 'С эксп

Отношение íj - — можно рассматривать как поправоч-

Lo

ный коэффициент для определения расхода воздуха, отбираемого кольцевым отсосом при изменении размеров цилиндрического насадка, установленного над ним.

Зависимость r¡ - kw, где h - - R ^ г - относительное

расстояние от середины щели до верхнего края цилиндрического насадка представлена на рис. 8. При этом h - h + h„„„;

• В Не*и -

•где: -h0 - расстояние от середины щели до верхнего края кольцевого отсоса; ьнас~ Бысота цилиндрического насадка, установленного над кольцевым отсосом. • Полученная зависимость'позволяет определить диапазон изменения расхода воздуха, отбираемого кольцевым отсосом и учесть конструктивно-технологические особенности конкретной печи электрошлакового переплава.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований явились основой для создания инженерного расчета кольце-

вого отсоса оптимальной конструкции, методика которого приведена в приложении к диссертации.

РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Адаптация математической модели кольцевого отсоса проводилась в отделении ЭШП одного из металлургических заводов. В отделении установлены 12 печей ЭШП типа P-95I. Каждая печь с. кристаллизатором о - 300 мм и переплавляемым электродом d - 180 мм была снабжена бортовым щелевым отсосом с частичным охватом с угол охвата а = 270°з и высотой щели ь - юо мм.

ч

В связи с неудовлетворительным отбором выделяющихся выбросов было предложено заменить имеющиеся конструкции отсосов на кольцевые отсосы конструкции МИСиС, основанные на данном исследовании.

Оказалось, что при работе кольцевых отсосов конструкции МИСиС, концентрация фторидов в воздухе рабочей зоны снизилась в 6 -12-раз относительно прежних, что отражено в соответствующих документах. Замеры, выполненные заводскими службами, дали основание считать, что практическая значимость настоящего исследования обеспечивает заметный социальный эффект. Кроме того, оптимальная величина расхода, создаваемого вентилятором, оказалась во всех случаях меньше, чем для конструкций отсосов, используемых *на заводе до реконструкции. Отсюда, кроме социального эффекта, очевидна и экономия энергозатрат на. привод тягодутьевых- устройств. •

- 25 -ВЫВОДЫ

1. На основании обзора литературы и обследования ряда металлургических и машиностроительных заводов разработана классификация существующих систем отбора вредных газовых выбросов от печей электрошлакового переплава. Исходя из разработанной классификации определено направление исследований -

- разработка аспирационной системы на основе математической модели "предельного улавливания" кольцевого отсоса для одно-электродной печи ЭШП, позволяющая определить оптимальную конструкцию кольцевого отсоса и режим его работы в конкретных условиях электрошлакового переплава.

2. Разработана и реализована полуэмпирическая математи— , ческая модель кольцевого отсоса от одноэлектродной печи ЗИП,

3. Для реализации полуэмпирической математической модели • впервые были определены в промышленных условиях параметры

^ - скорость и - расходэ восходящих конвективных потоков от основных типов печей ЭШП.

4. -Математическая модель кольцевого отсоса адаптирована в лабораторных и промышленных условиях. При промышленном использовании результатов данной диссертационной работы достигнуто значительное улучшение экологической обстановки и соблюдение норм ПДК на рабочих местах.

5. На основании полученных результатов разработана конструкция кольцевого отсоса. Данная конструкция кольцевого отсоса защищена положительным решением по. заявке на изобретение. •.- - ■ '

6. Для конструирования оптимальных узлов газоотбора на

основании полученных расчетных и экспериментальных данных разработана методика расчета определения геометрических размеров кольцевого отсоса для одноэлектродной печи ЭШП с круглым кристаллизатором и круглым переплавляемым электродом.

Основное содержание диссертации опубл*ковано в следующих работах:

1. Смехов С.К., Шеверницкий C.B. Совершенствование эффективности отбора и очистки технологических газов металлургических , предприятий. Тезисы докл. второй международной конференции по' участию студенческой молодежи в решении экологических проблем . в горной, нефтяной и металлургических отраслях промышленное-сти. M.: 1989. - с.48-50.

2. Смехов С.К., Белоусов В.В., Шеверницкий C.B.. Разработка узла газоотбора листовых печей ЭШП. Тезисы докл. Всесоюзн. иаучно-техн, конференции. Свердловск: 1990. - с.21-23.

3. Белоусов В.В., Смехов С.К., Шеверницкий СВ и др. Отчет о НИР "Исследование условий газовыделений и разработка узла газоотбора"' n Гос.рег.. 01890042823. M.: 1989. - 106с.

4. Заявка 4905628^12 Газоотсос для удаления вредных газообразных веществ. Белоусов В.В., Молчанов В.Н., Смехов С.К. • Положительное решение ВИНИГГО от 17.04.92.

." ^^--"

• Заказ . Объем Ï п;л. Тираж 100 экз. Типография ЭОЗ ШЮиС.ул.Орджоникидзе, 8/9. •