Основы расчета теплообмена излучением в дуговых и плазменно-дуговых сталеплавильных печах

    В плавильном пространстве дуговых сталеплавильных печей на любую элементарную площадку поверхностей падают (с учетом поглощения излучения): поток излучения дуг; поток излучения дуг, отразившийся от других поверхностей на элементарную площадку; поток излучения нагретых поверхностей (свод на стены и металл, стены на металл и свод и т.д.); поток излучения электродов; поток излучения газа. Как показывают результаты исследования на световой модели теплообмена излучением в дуговых сталеплавильных печах, плотность потока излучения дуг распределяется существенно неравномерно по рабочим поверхностям плавильного пространства, по стенам, своду, поверхности ванны металла. В связи с этим для каждой из поверхностей плавильного пространства необходимо определять свое, присущее только данной поверхности распределение плотности излучения дуг. В этом проявляется существенное отличие расчета теплообмена излучением в дуговых сталеплавильных печах от ранее существовавшего расчета теплообмена излучением в факельных печах и установках Распределение плотности потоков излучений по поверхностям стен, своду и металлу плавильных печей в период открытого горения дуг и по поверхности шихты в период закрытого горения дуг в колодце зависит от электрических и геометрических параметров дуг.

    Для двух электрических режимов, характеризующихся одинаковым распределением мощности по дугам фаз, но различными значениями токов и напряжений на дугах, распределение мощности дуг на полезное тепло, идущее на расплавление и нагрев металла, и на потерянное, расходуемое на оплавление футеровки, различно. Рациональные с точки зрения электрических параметров режимы работы плавильных печей могут оказаться нерациональными режимами по теплообмену в рабочем пространстве. Следовательно, необходимо согласовывать электрические и тепловые режимы печей с целью повышения производительности без резкого падения стойкости футеровки печей.
    Особенно несогласованность электрических и тепловых режимов сказывается на работе высокомощных крупнотоннажных печей, что приводит к неодновременному протеканию электротехнологического процесса над электродами фаз, появлению "горячих" пятен на футеровке печи.На i–ю площадку (или i–ю зону) свободного пространства падает тепловой поток от собственного излучения дуг. Остальная часть излучения дуг падает на другие поверхности рабочего пространства печи, на стены, свод и металл. Отразившийся от них поток попадает вновь на эти поверхности, и какая-то его часть – в том числе на i–ю площадку. Так будет происходить многократно. Кроме того, все эти поверхности, будучи нагреты, сами излучают тепло на i–ю площадку. Газ, заполняющий свободное пространство, также излучает на i–ю площадку и поглощает часть излучения дуг, поверхностей. Таким образом, на последнюю будут падать как тепловой поток дуг, так и тепловые потоки, вызванные многократным отражением излучения дуг, и потоки излучения самих нагретых поверхностей, а также потоки излучения от газа.