автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Разработка шахтного плавильного агрегата и технологии переработки металлического лома с электроэнергетической интенсификацией

рг 5 ел

~ 0 ¡"1^-11

ЫАПШТОГОРСКАЯ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ АКАДЕШ1Я ИИ. Г.И. НОСОВА-

На правах рукописи

Булах Александр Андреевич

УДЬ. 629.041.66?.084.621. 36Э

РАЗРАБОТКА ШАХТНОГО ПЛАВИЛЬНОГО АГРЕГАТА И ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ ВЕТАЛЛ55ЧЕСКОГО ЛОМА С ЭЛНСТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЯ ИНТЕНСИЯКАЦИЕП

Специальность 05.16.02 - Металлургия черных кеталлоа

-Автореферат

диссертация на соискание ученой степени кандидата технических: каук

)!агнитогорс.ч - 1994

Работа выполнена в Магнитогорской ордена Трудового Красаого Знамени государственной горно-металлургическоп академии имени Г.И. Носова.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Н.И. Иванов.

Научный консультант: кандидат технических наук, профессор•

A.B. Бачаев.

Официальные "оппоненты: доктор технических наук, профессор,

Е.В. Торопов;

кандидат технических наук, доцент А.Ф. Ыиляев. -

Ведушее предприятие: АО "Мечел", г. Челябинск.

. Защита состоится "¿-2 1994 .года в ЛГ"-^ часов иа

заседании специализированного совета Л 063.04.01 в Магнитогорской государственной горно-металлургической академии со адресу: 455000, Магнитогорск, проспект Ленина, 38. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " А-о^^-е 1994 года".

Учений секретарь специализированного совет ЧЙ.Н.. Селиван'. j.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

»

Актуальность темы. Одним из ваянейших источников повышения эффективности производства черных металлов является улучшение качества сырья и его использования. Металлолом - более дешевое и качественное сырье при производстве стели, чем чугун. Однако в последнее время, в связи с резким возрастанием доли конвертерной стали, характеризующейся ограниченными возможностями переработки лома, возникает• необходимость сохранения баланса образования и потребления лома. В этих условиях совершенствование существующих и разработка новых способов переработки лома весьма актуальны.

Производительность плавильных печея и технико-экономические показатели их работы зависят от интенсивности протекающих в них тепломассообнешшх процессов. Традиционные методы интенсификации в основном неэкономичны и неэкологична. Поэтому необходимо применять новые методы, одним из которых является ¡электроэнергетическая интенсификация.

Цель работы. Исследовать влияние ультразвукового поля малой интенсивности на тепломассообмонные процессы, протекающие в яид-коа ванне плавильных агрегатов. Разработать перспективные принципиальные схема ломопяавильних агрегатов с электроэнергетической интенсификацией плавления и определить тахнико-зконокичвские показатели их работа.

Научнар новизна, на основании положений теории теплокассооб-*ена и гидродинамики предловени математические "модели влияния ^льтравпукового поля на пронесся тепломассообмена.

Применение метода дробного дифференцирования позволило ппар-

- А -

вив решить уравнения энергии и массопереноса а ультразвуковом.поле и получить аналитические зависимости влияния параметров ультразвукового поля и стационарного течения на коэффициенты тепло-и массоотдачи.

На основании тепловой модели нагрева и плавления твердых, тел в расплаве разработана методика экспериментального определения коэффициента теплоотдачи, а на основании диффузионной модели плавления - методика экспериментального определения коэффициента массоотдачи,

Б процессе теоретического анализа и экспериментальных исследований было установлено, что ультразвуковые колебания, практически не внося в расплав дополнительной энергии, позволяют существенно интенсифицировать процессы нагрева и плавления твердых тел в расплавах металлов.

Теоретическое и практическое значение результатов работы. Предложен и теоретически обоснован метод интенсификации тепло-массообменных процессов, происходящих в жидкой ванне сталеплавильных агрегатов, ультразвуковым полем малой интенсивности.

Разработана математическая модель, позволяющая оценить интенсивность тепломассообмена при возбужденном в расплаве ультразвуковом поле. Полутоны Формулы для расчета тепломассоотдачи I расплавах металлов в ультразвуковом поле.

На основе экспериментальных исследований на лабораторной I полупромышленной установках предложено интенсифицировать процео плавления в жидкой ванне ломоплавильной печи ультразвуковым полем, Такой метод интенсификации не требует использования доро гостоящей аппаратуры и существенных дополнительных капитальных энергетических затрат, но достаточно эффективен.

Разработана принципиальная схема шахтной плазменно-индукци-онной плавильной печи с электроэнергетической интенсификацией плавления и техническое задание на рабочее"проектирование в грех вариантах: - для литейных цехов; - для мартеновских цехов; - для конвертерных цехов.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на:

- ВНТК "Интенсификация тепловых, массообменных и Физико-химических процессов в металлургических агрегатах". Свердловск. 23 - 25 мая. 1989 г.

- Ежегодная НТК по результатам НИР. Магнитогорск, апрель 1993 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликованы б печатных работ, получен один патент РФ.

Обьем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения в виде коротких выводов. Содержание работы изловено на /££ страницах машинописного текста и включает ££ рисунков, таблиц. Список использованных источников содержит /^¿^наименований работ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

В первой глава диссертации показана динамика развития структуры сталеплавильного производства и образования ресурсов лома а нашей стране и о пира эа последние десятилетия, дан анализ задач и перспектив развития лоиопврарабатыаакадея пронииланяссти для обеспечения потребности сталеплавильного производства. Выполнен литературный обзор существующих методов интенсификации тепло-

- б -

массообменных процессов в ломоплавильных агрегатах. Обзор показал, что традиционные методы интенсификации практически исчерпали свои воамояности и не отвечают современным требованиям. Очень часто интенсификация тепломассообмена приводила лишь к увеличению единичной мощности плавильных агрегатов, но при этом увеличивалась себестоимость конечного продукта, экологическая нагрузка на окружающую среду, ухудшались некоторые теплотехнологические показатели работы печей.

Такге выполнен обзор применения ультразвука для интенсификации тепломассообмена в жидкой ванне. Выяснено, что несмотря.на имеющиеся отрывочные сведения экспериментального характера о влиянии ультразвукового поля на тепломассообмен в жидких средах, эти сведения противоречивы, и в настоящее враня нет какой-либо целостной теории, объясняющей Физическую сущность этого влияния. Обзор литературы позволил сформулировать задачи исследования и выявить подхода к разработке комплексных математических моделей процессов тепло- и массоотдачи.

■ Во второй главе разработаны комплексные математические модели процессов тепло- и массоотдачи в металлических расплавах в ультразвуковом поле малой интенсивности, которые были решены применением численных методов совместно с аналитическим методом' дробного дифференцирования. В результате получены зависимости, отражающие качественную связь между важнейшими характеристиками интенсивности тепломассообмена - коэффициентами тепло- и массоотдачи - и параметрами внеанего течения и ультразвукового поля, которые выражаются Формулами:

Ни - К-(^«Зг.Рг.Не) + ( 1 )

ЭЪ - К" [Р '(Ог.Рг, Яв. Зс)+С4- Г *(бг,Рг.Re.Sc) ] ( 2 )

где Р(бг....) - Формула, выражающая связь мьзду коэффициентом тепло- ила массоотдачи и параметрами внешнего течения с численным коэффициентом К, которые обычно известны; Сг- численный коэффициент, теоретическое определение которого связано со значительными математическими сложностями, поэтому он определится эксперимен-. тально.

Графическая зависимость коэффициента теплоотдачи от параметров внешнего течения и ультразвукового поля приведена на рис. 1(а.б).

Как видно из этого рисунка, в случав Пвг,...) < —-Г?"

1 рССХ'У

коэффициент теплоотдачи полностью определяется параметрами ультразвукового поля и рассчитывается по Формуле:

Ни -1.11118( 3 ) 2 р С

/,, 2/и>£* < $

В случае РСвг....) } С„-ч-----Г—). на процесс теплоотдачи

' г рсаги

влияет как внесшее течение, так я ультразвуковое пола, и коэффициент теплоотдачи определится Формулой (1).

При дальнейшей относительном усилении естественного конвективного течения, его роль п теплоотдаче все более возрастает, и коэффициент теплоотдачи асимптотически стремится к значению, определяемому Формулой, не учитывающей влияние ультразвукового поля. Зависимость коэффициента массоотдачи аналогична.

Третья глава посвящена экспериментальному определению численного коэффициента С и проверке теоретичаских виводов сделан-

Рис. 1. Влияние параметров конвективного течения и ультразвукового поля на теплоотдачу.

них по второй глава. Для решения поставленной задачи била разработана методика эксперимента.

Сначала рассмотрена тепловая модель нагрева и плавления тугоплавкого металла в расплаве. Процесс пзаимодействия тугоплавкого металла и расплава моано разделить на три периода:

1. намерзание твердой корки расплава и ее плавление;

2. нагрев металла до температуры плавления;

3. плавление и растворение твердого металла в расплаве.

Для каядого периода взаимодействия системы дифференциальных уравнений, описывающих соответствующий процесс, были решены в квазистационарном приближении. В результате решения получены аналитические зависимости, однозначно связывающие коэффициент теплоотдачи от расплава к твердому телу с продолжительностью соответствующего периода при известных теплоФизических свойствах твердого металла и расплава. Для упрощения дальнейшей обработки экспериментальной информации Формулы были приведены в безразмерному виду. Показано, что наиболее просто определять экспериментальный коэффициент теплоотдачи в течение первого периода. Для этого нуяно тугоплавкий металл нагревать в расплаве до достиаения температуры кристаллизации (плавления) расплава. Затем, вычислив безразмерное время, определить безразмерный экспериментальный коэффициент теплоотдачи.

Выли проведены эксперименты по определенно коэффициента теплоотдачи от Ш1ДКОГО| металлического расплава к металлической пластине в условиях естественного конвективного течения, а такта в условиях совместного воздействия естественного конвективного течения и ультразвукового поля малой интенсивности.

В тигельной печи сопротивления расплавлялся металл (алюни-

ний. медь, свинец) и перегревался над температурой плавления на величину аТ - 10; ... 200°С . В перегретый расплав опускалась стальная пластина высотой С-- 2; А: 6; 8; 10 см и толщиной 2*Ь -"0,5; 1; 1,5,- 2 см с установленной в центре термопарой ХА. Соотношение толщины и высоты выбиралось таким образом, чтобы критерий Bi был меньше 0,30. В качестве источника ультразвуковых колебаний использовались серийные дефектоскопы УГСБ-1М и ДУК-20; обеспечивающие генерацию непрерывных ультразвуковых колебаний частотой f~ - 25; 60; 70; 100; 150; и 000 кГц с амплитудой колебаний на излучателе А - 0,01 - 05 мкм. ультразвуковые колебания передавались в расплав стальными волноводами.

В процессе эксперимента измерялось время нагрева, пластины до температуры кристаллизации (продолжительность первого периода). Затем рассчитывалось безразмерное время нагрева и экспериментальный коэффициент теплоотдачи.

Результаты эксперимента для расплава алюминия приведены на рис.2 - 5. Аналогичные результаты получены и для расплавов меди и свинца. Статистический анализ результатов эксперимента показал, что математические модели, рассмотренные ранее в глава2. адекватно отравают процесс теплоотдачи в расплавах металлов: Исключение составляет лииь зависимость Ни « f(f). Это объясняется тем. что параметры ультразвукового поля около границы жидкий расплав -металл рассчитывались без учета поглощения ультразвуковых колебаний.

Формула (1) с учетом экспериментально найденной константы и известной зависимости коэффициента теплоотдачи от параметров внешнего течения запишется в виде:

1 1 м

У 4-1--=п

1 i [ 1 11 Т'! """ «—^

! ! ! I 1 1 1 1

О 25 60 70 100 ¿кГц

Рис. 3. Влияние частоты ультразвука на теплоотдачу. ( дТ - 50"С, С " О.Об и, I « 0.5 Вт/см ).

О $2 № № I, Вт/см*

Рис. 4. Влияние интенсивности ультразвука на теплоотдачу (дт=50°с, -е-о.об м. кГц)

Ыи

5 2,5

■ф

(

/ /

О (¡02 № 0,63

Рис. 5. Влияние высоты пластики

на теплоотдачу, (ДТ=50°С, 1-0.3 БТ/см, {»60 КГЦ!

Ни - 0,7564 ^'.Р^АО.ОСШЗ. % ( 5 )

Результаты эксперимента показали, что в ультразвуковом поле малой интенсивности (до 1 Вт/сиг> увеличение коэффициента теплоотдачи в расплавах алюминия составило до 80 %. меди - до 65 %. свинца - до 55

Энергетический анализ показал, что ультразвуковые колебания вносят в расплав во время процесса нагрева энергию, составляющую но более А.% от энергии, необходимой для нагрева пластины до заданной температуры. Поэтому можно считать,.что ультразвуковые колебания не вносят в расплав дополнительную энергию, а только интенсифицируют процесс теплообмена за счет возникающих в пограничном слое течений,' масштаб которых 6 - ■ и имеющих большой градиент скорости на границе жидкий расплав — твердый металл.

Таким образом, выводы, сделанные на основе теоретического анализа влияния ультразвукового поля на теплообмен, подтвердились. Однако в жидкой ванне сталеплавильных агрегатов большую роль играют также массообменные процессы. Поэтому для изучения влияния ультразвукового поля на массообмен нуяны дополнительные исследования.

В четвертой главе рассмотрены особенности взаимодействия стального лома с расплавом чугуна. Отмечено, что и условиях, когда температура плавления лома выше температуры расплава, интенсивность плавления определяется в основном скоростью науглероживания лома из расплава, т.. е. коэффициентом массоотдачи. Разработана диффузионная модель плавления. В результате получены уравнения, связывающие коэффициенты тепло- и массоотдачи, продолжительность взаимодействия и потерю толщины пластины.

Проведены эксперименты по плавлению стального лома в расплаве чугуна на индукционной полупромышленной печи ичт-60. Б ней расплавлялся передельный чугун и нагревался до температуры Т »

- 1400'с. После отключения печи в расплав погружали предварительно взвешенную сталькуа пластину толщиной 2-Ъ - 10 им и высотой ■£=»

- 100 мм с установленной в центре термопарой ХЛ, концы которой выведены .на самопишущий потенциометр. Пластина нагревалась в жидком чугуне до температуры, близкой к температура расплава, к начинала растворяться. Через 2.5 минуты после начала растворения пластину вынимали из расплава и взвешивали. В процесса взаимодействия пластины с расплавом, в него с помощь» стальных волноводов передавались ультразвуковые колебания от серийного дефектоскопа ДУК-20. В процессе эксперимента Фиксировалось ирамя нагрева пластин« до температуры кристаллизации чугуна и рассчитывался экспериментальный коэффициент теплоотдачи, а такие измерялась потеря массы пластины в процессе ее непосредственного контакта с расплавом. Полученные данные сравнивались с теоретическими.

Результаты эксперимента представлены на рис.б (а,б). Статистический анализ, выполненный по критерию Стьвдента, показал, что математические попали, рассмотренные выае, адекватно отражают процесс взаимодействия тйердых тел и металлических расплавов.

Результаты эксперимента показали, что ультразвуковые колебания. малой интенсивности (до 1 Бт/сма) существенно интенсифицируют тепло- и массоотдачу в расплаве чугуна. Увеличение коэффициента теплоотдачи составило 45«, массоотдачи - 60* при интенсивности ультразвукового поля I - 0,6 Вт/см3 и частоте^ - 100 кГц. Скорость растворения стальной пластины в расплаве увеличилась на 55*.

ÑU

ъо

10

o ÍOO 200 " 300 O 100 200' 200

a 5

• - f - 25 КГЦ; O - / - 60 кГц; л - f- 100 КГЦ;

Рис. 6 (а,б). Коэффициент теплоотдачи (а) и остаточная толщина стальной пластины (б) в расплаве чугуна в ультразвуковом поле.

Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что ультразвуковые колебания могут эффективно использоваться для интенсификации тепломассообмена в сталеплавильных процессах, в которых лимитирующим эвеном является плавление (или растворение), металлического лома в сидкой ванне. Наибольший оФФект кокет быть достигнут в тех плавильных агрегатах, в которых имеется большая поверхность контакта твердой иихты с расплавленным металлом и относительно спокойная жидкая ванна без интенсивного газовыдаления. Такие условия возникают, например, в мартеновских печах без кислородной продувки, в дуговых и индукционных печах.;

D пятой главе дан анализ динамики и перспектив развития плавильных агрегатов, который показал, что совершенствование плавильных ночей идет по пути усложнения их конструкций с целью бо-

лее полного использования энергии продуктов сгорания и повышения степени их очистки, улучшения условия эксплуатации и обслуживания агрегатов, создания возможности автоматизации технологических процессов. Прослезивается стремление более полного использования рабочего пространства почи, совмещения зон тепловоя обработки, технологического процесса и очистки газов, к, развитию непрерывных процессов, 'конструкции тигельных плавильных печей имеет тенденцию к увеличению соотношения высоты к диаметру рабочего пространства и все более приближаются к конструкциям шахтных печей.

На основании данного анализа предложена принципиальная схема шахтной ломоплавильной печи с электроэнергетической интенсификацией плавления (рис. 7), которая заключается в комбинации плазменного и индукционного нагрева и ультразвуковой интенсификации тепломассообмена. Применение плазменного подогрева шихты позволило исключить процесс сжигания органического топлива,- индукционный нагрев обеспечил выделение энергии непосредственно в обрабатываемом материале (в жидкой ванна); ультразвуковое поле, возбужденное в расплаве, позволило привести в неустойчивое состояние гидродинамический и диффузионный пограничные слои, образующиеся на поверхности кусков шихты, существенно уменьшить их толщину и, следовательно, интенсифицировать процессы нагрева и плавления лома в жидкой ванне.

Печь состоит из шахты с плазменным подогревом и плавильного тигля, охваченного многоступенчатым индуктором. В тигель встроены волноводы для передачи ультразвуковых колебаний от генератора в расплав. Печь работает следующим образом. Кусковой лом через узел загрузки подается в пахту сверху и/ непрерывно нагреваясь от печных газов, опускается вниз, под действием собственного веса. Печ-

1 - индуктор;

2 - непрерывный выпуск

металла и шлака;

3 - волноводы;

4 - плазмотроны;

5 - шахтная часть;

6 - загрузочный кон-

тейнер;'

7 - система вентиляции

загрузочной камеры;

8 - система газоочист-

ки;

9 - удаление шлака;

10 - избыток чистого

газа;

11 - свежив присадки;

12 - нагнетатель для

плазмотрона;

13 - узел отбора газов;

14 - выпуск металла и

шлака при остановке на ремонт; УЗ Г - ультразвуковой генератор.

Рис. 7. Плазменно-ин-дукцнонная шахтная плавильная печь.

ние газы нагреваются до температуры плавления плазменными нагревателями, расположенными внизу шахты нал плавильным тиглем. Вместе с: теплоносителем через плазмотрон могут такве вдуваться распыленные Флюсы и присадки. Плавление лома происходит в плавильном тигле в жидкой ванне, в которой возбуждено ультразвуковое пола для'интенсификации тепло- и массообмена. Расплавленный металл через выпускное отверстие непрерывно удаляется.

В данной главе сформулированы современные требования к. плавильным агрегатам, и дана экспертная оценка соответствия их этим, требованиям, которая показала, что предлагаемая печь имеет нан- -большую суммарную рейтинговую оценку.

Рассмотрены различные схемы ввода ультразвуковых колебаний и расплав: 1. водоохлавдаемими стальными волноводами; 2. керами-

шк-

Р''Эре?

ческими волноводами; 3. неохлаядаемыми волноводами из тугоплавких металлов; 4. расходуемыми стальными волноводами. Наиболее перспективным представляется применение стальных расходуемых волноводов, которые обеспечивают высокий к.п.д. передачи звуковой энергии и малые тепловые потери.

Для оценки технико-экономических показателей работы печи выполнен тепловой расчет плазменно-индукционной ломоплавильной печи с электроэнергетической интенсификацией плавления производительность» 50 - .200 т/ч. Расчет показал, что тепловой к.п.д. награда, в кахтной части пьчи производительностью 50 т/ч, равен 97,2%. с учетом тепловых потерь суммарная тепловая мощность плазмотронов составит 6200 кВт, при этом они долины обеспечивать нагрев плаэ-мообразующего газа (азота) до 4110вС при расхода 1,28 кг/с. Применение ультразвуковых колебаний интенсивностью до 1 Вт/см в индукционной части печи увеличивает коэффициент теплоотдачи на 5 -60% (в зависимости от зоны теплообмена), что позволяет приблизительно в 1,5 раза уменьшить объем индукционной части печи, снизить суммарные тепловые потери на 10-12% и удельные затрата энергии на 0,3-0,5%. Суммарная подводимая мощность составит 21880 кВт без ультразвука и 21300 кВт при интенсивности 1 Вт/см

С учетом тс-.'', что средневзвешенный к.п.д. ТЗС и ТЭЦ, вырабатывающих электроэнергию, составляет около О.41. а таккэ с учетом потерь энергии при ее транспортировка, удельный расход топлива в зависимости от емкости печи составит 150 - 160 кг у.т./т стали, что ниже расхода топлива в дуговых печах (170 - 250 кг у.т./т) и в индукционных печах (170 - 230 кг у.т./т), практически такой зе или чуть выше, чем в ваграночном процессе (156 кг У.т./т). а также при получении стали по схеме газовая вагранка -

индукционная печь (140 кг у.т./т).

Качество металла, полученного в плаоманно-индукционной шахтной почк определяется качеством шихты. Металлолом характеризуется небольшим количеством сери, ФосФора, и поэтому его дальнейшая доводка потребует незначительных затрат. Кроме того, данная печь характеризуется небольшими размерами, малыми тепловыми потерями и неболыиим количеством вредных выбросов.

Анализ динамики образования ресурсов лома и перспектив развития сталеплавильного производства, выполненный в главе 1. показал, что для сохранения баланса образования и потребления лома, необходимо довести его долю в и;ихте до 47-48%. Анализ теплового баланса конвертерной плавки показал, что если предварительно расплавить и перегреть до 1500°С около 250 кг лома ка тонну стали. то иоано увеличить долю лома в конвертере до требуемых 48%. Еслл перед загрузкой в конвертер переработать такое, количество лона в пл&зменно-пидукционной печи, то с учетом того, что энергозатраты на расплавление и перегрей стального лона составляют 160 кг у.т./т, общие энергозатраты на выплавку стали составят около 520 кг у.т./т (вмасто 700-730 кг у.т./т при обычном процессе при использовании 25-28% лома). При увеличении доли чугунного лома в . шихто, необходимое количество расплавленного лома на тонну стали уменьшается, но в целом доля загружаемого в конвертер лома, остается такой ке вследствие имевшейся химической энергии углерода. Энергозатраты на производство стали при этой несколько уменьшаются

Таким образом, получение стали по схеме плазиенно-индукцион-нья гшчь - конвертер снизит общио энергозатраты на выплавау стали приблизительно на 28% по сравнению с классической схемой (домен-

ная печь - конвертер).

"СРАТКИЕ ВЫВОДЫ.

1. В условиях постоянного роста металлофонда страны и интенсивного развития конвертерного процесса, характеризующегося ограниченными возможностями по переработке лома, остро встает проблема совершенствования существующих ломоплавильных агрегатов и разработки новых.

2. Традиционные метода интенсификации тепломассообмена в плавильных агрегатах в основном неэкономичны и неэкологичны и практически исчерпали свои возможности. Поэтому возникает необходимость в применении новых методов интенсификации.

3. Имеющиеся в литературных данных сведения экспериментального характера показывают возможность применения ультразвуковых колебания для интенсификации тепломассообмена в жидких средах. Однако механизм влияния звукового поля на тепломассообмен недостаточно изучен, что сдерживает его применение.

4. Разработаны математические модели, учитывающие влияние ультразвукового поля малой интенсивности на важнейшие характеристики интенсивности тепломассообмена - коэффициенты тепло- и массоотдачи. Получены формулы, отражающие качественную связь этих коэффициентов с параметрами ультразвукового поля и внешнего течения.

5. Предложены тепловая модель нагрева металла в расплаве и диффузионная модель плавления стального лома в расплаве чугуна, на основе которых разработана методика экспериментальных исследований . Проведенные эксперименты на лабораторной и полупромышлен-

ной установках позволили подтвердить правильность теоретических выводов и получить аналитические зависимости, связывающие коэффициенты тепло- и массоотдачи с параметрами ультразвукового поля и внешнего течения. Энергетический анализ экспериментальных данных показал, что ультразвуковые колебания, практически не внося в расплав дополнительной энергии, существенно интенсифицируют теп-яомассообменные процессы в нем.

6. Предложена принципиальная схема шахтной плаэменно-индук-ционной плавильной печи с электроэнергетической интенсификацией плавления. Выполненный оценочный тепловой расчет печи производи- , тельностью 50 - 200 т/ч позволил определить основные геометрические размеры печи и теплотехнические показатели ее работы. Удельный расход топлива в зависимости от емкости печи равен 150 -160 кг у.т./т стали.

7. Технико-экономический расчет показал, что если перед загрузкой в конвертер 48% лома от его доли в шихте расплавить в плаэкенно-индукционной печи, то общие энергозатраты на выплавку стали составят около 520 кг у.т./т, в то время как при обычном процессе (25-20% лома) - 700-730 кг/т. Таким образом, получение стали по схеме плаэменно-иидукционная печь - конвертер снизит общие энергозатраты на выплавку стали приблизительно на 23% по сравнении с классической схемой (доменная печь - конвертер).

Список работ автора по так® диссертации:.

1. Интенсификация нагрева металла ультразвуком / Иванов К.И., Вачаев A.B., Воецков A.B.. Булах A.A., Шаацов С.И. //Теплотехнические вопросы применения низкотемпературной плазмы в металлургии. Магнитогорск, МГЫИ, 19S9. - С. 126 -129.

2.•Плавление льда в воде с введением в нее ультазвука / Пулах A.A., Жигалов Д.Г., Дубинец A.B., Логунов О.В. // Теплотехника процессов выплавки сталей и сплавов. Магнитогорск, ЫГКИ, 1989. - С. 146 - 149.

3. Интенсификация теплообмена в кристаллизаторе / Вачаев A.B., Литвинов В.К., Осколков C.B., Булах A.A. // Тезисы докладов ВНТК Интенсификация тепловых, массообмениых и Физико-химических процессов в металлургических агрегатах. Свердловск, 23-25 мая, 1989. - С. 24 - 25.

4. Ультразвуковое измерение запыленности газовых потоков / Вачаев A.B.. Осколков C.B., Горохов A.B., Булах A.A. // Тезисы докладов BHTR Интенсификация тепловых, массообменных и Физико-химических процессов в металлургических агрегатах. Свердловск, 23-25 мая, 1989. - С. 172.

5. Влияние анизотропии теплоФизических характеристик на нагрев кристаллических твердых тел. / Вачаев A.B., Осколков C.B., Булах A.A. // Деп. Черметинформ.20.02.89 N 4971-ЧИ89 Сб. ВИНИТИ N б (212), Ы.. 1989. - 19 с.

6. Нагреч металла с предварительной обработкой его ультразвуком. / Ивано, Н.И., Вачаев A.B., Булах A.A. // Деп. сб. ВИНИТИ К 9, М.. 1989.

7. Ультразвуковое измерение уровня расплавов. / Иванов Н.И.. Вачаев A.B., Булах A.A., Воецков А.Б., Швецов С.Ю. // Сб. Автоматическое управление металлургическими процессами. Магнитогорск, МГИИ, 1990. - С. 8 - 12.

8. Измерение теплотехнических характеристик твердого топлива ультразвуковым методом. / Иванов Н.И., Вачаев A.B., Горохов A.B., Булах A.A. Иутикова В.Ф., Туленков Д.М., Шибаев Б.И. // Журнал

"Энергетика" Н 4. Минск. Б1Ш, 1991. - С. 89 - 91.

9. Патент РФ N 2003011 с приоритетом от 24.10.90. Шахтная печь для получения расплава алюминия из лома. / Булах А.А., Вача-•ев Л.В., Иванов Н.Н. Вюл. N 41-42 от 15.11.93 г.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Ни - безразмерный коэффициент теплоотдачи; бг - число ГрасгоФа; Рг - число Прандтля; йе — число Рейнольдса; 511 - безразмерный коэффициент массоотдачи; Бс - число Шмидта; 1, м - интенсивность и круговая частота ультразвуковых колебаний; С - высота пластины; р - плотность расплава; с - скорость звука в расплаве; О. - коэффициент температуропроводности; V - коэффициент кинематической вязкости; Ъ - коэффициент диффузии.