Modeling the High-Temperature Heating of Scrap Metals
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2019-6-58-63Keywords:
high-temperature heating, heating stand, scrap metal, radiation burner, steel smelting, cost reduction, mathematical modelingAbstract
Reducing the net cost of producing goods is currently among the top-priority challenges. Steelmaking as a high-temperature process has significant reserves to reduce costs.
Predrying and preheating of scrap metal is one of the main methods aimed at reducing the net cost and improving the quality of products in the steel making process. The subjecting of scrap metal to drying and heating allows the following gains to be obtained:
The material and thermal balances of steelmaking units are modified significantly, thus resulting in a reduced net cost due to smaller consumption of electricity in arc furnaces or due to a smaller proportion of cast iron in the converters.
The possibility of steam explosions is eliminated.
A smaller amount of non-metallic inclusions is obtained in the metal. The melting process takes a shorter period of time.
The furnace repair outage time is decreased.
Better productivity of steelmaking processes is achieved.
The objective of improving energy and economic efficiency is set forth taking the electric steelmaking process as an example.
A solution for arranging the preheating of charge in the buckets for feeding scrap metal for smelting steel in an electric arc furnace, which has been patented by the authors and distinguished by using a steel insert with a heat-insulating layer, is presented. The results from calculations of the furnace thermal balances for the versions without heating the scrap and with heating it to 600°C are given. It is pointed out that the heating of scrap to higher temperatures leads to intensive oxidation of the metal, more severe bucket operation conditions, and heat losses with the flue gases. The results of mathematically modeling the high-temperature heating stand in the ANSYS Academic Student Release 19.2 software and computer system are presented. The results of selecting the equipment for high-temperature preheating of scrap metal are summarized, the capital outlays are estimated, and the economic gain from the transition to preheating of scrap metal by using natural gas is evaluated, the value of which for the conditions considered in the article amounted to 43.4 million rubles per annum. The simple and discounted payback periods of using the proposed and mathematically studied technical solution are estimated.
References
2. Бигеев В.А., Столяров А.М., Валиахметов А.Х. Металлургические технологии в высокопроизводительном электросталеплавильном цехе. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорского гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2014.
3. Рябов А.В., Чуманов И.В., Шишимиров М.В. Современные способы выплавки стали в дуговых печах. М.: Теплотехник, 2007.
4. Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. Общая металлургия. М.: Академкнига, 2005.
5. Теория, конструкции и расчеты металлургических печей / под ред. В.А. Кривандина. М.: Металлургия, 1984.
6. Благонравов Б.П. и др. Печи в литейном производстве. Атлас конструкций. М.: Машиностроение, 1989.
7. Ровин Л.Е., Ровин С.Л. Высокотемпературный подогрев шихты в загрузочных бадьях // Вестник ГГТУ им. П.О. Сухого. 2014. № 1. С. 29—38.
8. Qin J., Qi J.L. Analysis on the Refractory Erosion of the Electric Arc Furnace and Study on the Measures of Protecting the Furnace Lining // Advanced Materials Research. 2013. V. 602—604. Рр. 2082—2086.
9. Кудрин В.А., Шишимиров В.А. Технологические процессы производства стали. Ростов-на-Дону: Феникс, 2017.
10. Пат. № 7458 РБ. Бадья-термос / Л.Е. Ровин, С.Л. Ровин, В.А. Жаранов // Бюл. изобрет. 2010.
11. Шевченко Е.А., Шаповалов А.Н, Братковский Е.В. Повышение стойкости футеровки дуговых сталеплавильных печей путем совершенствования шлакового режима с применением магнийсодержащих материалов // Черные металлы. 2018. № 9. С. 16—21.
12. Пат. № 182800 РФ. Устройство (бадья-термос) для предварительной сушки и нагрева лома / А.А. Чаймелов, К.В. Строгонов // Бюл. изобрет. 2018. № 25.
13. Смирнова Е.Ю., Миронова А.Н. Использование тепла отходящих газов ДСП для подогрева шихты // Электрометаллургия. 2003. № 10. С. 13—19.
14. Зуев М.В. и др. Комплекс технологических и технических решений снижения энерго- и материалоемкости процесса выплавки стального полупродукта в современных ДСП // Металлург. 2014. № 7. С. 45—49.
15. Бигеев А.М. Математическое описание и расчеты сталеплавильных процессов. М.: Металлургия, 1982.
16. Чаймелов А.А., Строгонов К.В. Устройство для сушки и высокотемпературного нагрева лома // Энергоэффективные и ресурсосберегающие технологии в промышленности. Печные агрегаты. Экология: Метариалы IX Междунар. науч.-практ. конф. М.: МИСиС, 2018. С. 40—42.
17. Чаймелов А.А. Стенд для сушки и нагрева лома // Энергетики и металлурги настоящему и будущему России: Материалы IXX Всерос. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и специалистов. Магнитогорск, Магнитогорский ГТУ им. Г.И. Носова, 2018. С. 43—46.
18. Иванов Д.В., Доль А.В. Введение в Ansys Workbench. Саратов: Амирит, 2016.
19. Федорова Н.Н., Вальгер С.А., Данилов М.Н., Захарова Ю.В. Основы работы в ANSYS. М.: ДМК Пресс, 2017.
20. Рябчикова Е.С., Рябчиков М.Ю., Парсункин Б.Н. Математическое обеспечение имитационной модели процесса управления технологическим режимом агрегата печь-ковш // Автоматизированные технологии и производства. 2013. № 5. С. 54—66.
---
Для цитирования: Строгонов К.В., Чаймелов А.А. Моделирование высокотемпературного нагрева лома // Вестник МЭИ. 2019. № 6. С. 58—63. DOI: 10.24160/1993-6982-2019-6-58-63.
#
1. Begeev A.M., Bigeev V.A. Metallurgiya Stali. Teoriya i Tekhnologiya Plavki Stali. Magnitogorsk: Izd- vo Magnitogorskogo Gos. Tekhn. Un-ta im. G.I. Nosova, 2000. (in Russian).
2. Bigeev V.A., Stolyarov A.M., Valiakhmetov A.Kh. Metallurgicheskie Tekhnologii v Vysokoproizvoditel'nom Elektrostaleplavil'nom Tsekhe. Magnitogorsk: Izd-vo Magnitogorskogo Gosud. Tekhn. Un-ta im. G.I. Nosova, 2014. (in Russian).
3. Ryabov A.V., Chumanov I.V., Shishimirov M.V. Sovremennye Sposoby Vyplavki Stali v Dugovykh Pechakh. M.: Teplotekhnik, 2007. (in Russian).
4. Voskoboynikov V.G., Kudrin V.A., Yakushev A.M. Obshchaya metallurgiya. M.: Akademkniga, 2005. (in Russian).
5. Teoriya, Konstruktsii i Raschety Metallurgicheskikh Pechey. Pod Red. V.A. Krivandina. M.: Metallurgiya, 1984. (in Russian).
6. Blagonravov B.P. i dr. Pechi v Liteynom Proizvodstve. Atlas Konstruktsiy. M.: Mashinostroenie, 1989. (in Russian).
7. Rovin L.E., Rovin S.L. Vysokotemperaturnyy Podogrev Shikhty v Zagruzochnykh Bad'yakh. Vestnik GGTU im. P.O. Sukhogo. 2014;1:29—38. (in Russian).
8. Qin J., Qi J.L. Analysis on the Refractory Erosion of the Electric Arc Furnace and Study on the Measures of Protecting the Furnace Lining. Advanced Materials Research. 2013;602—604:2082—2086.
9. Kudrin V.A., Shishimirov V.A. Tekhnologicheskie Protsessy Proizvodstva Stali. Rostov-na-Donu: Feniks, 2017. (in Russian).
10. Pat. № 7458 RB. Bad'ya-termos. L.E. Rovin, S.L. Rovin, V.A. Zharanov. Byul. izobret. 2010. (in Russian).
11. Shevchenko E.A., Shapovalov A.N, Bratkovskiy E.V. Povyshenie Stoykosti Futerovki Dugovykh Staleplavil'nykh Pechey Putem Sovershenstvovaniya Shlakovogo Rezhima s Primeneniem Magniysoderzhashchikh Materialov. Chernye Metally. 2018;9:16—21. (in Russian).
12. Pat. № 182800 RF. Ustroystvo (Bad'ya-termos) dlya Predvaritel'noy Sushki i Nagreva Loma. A.A. Chaymelov, K.V. Strogonov. Byul. izobret. 2018;25. (in Russian).
13. Smirnova E.Yu., Mironova A.N. Ispol'zovanie Tepla Otkhodyashchikh Gazov DSP dlya Podogreva Shikhty. Elektrometallurgiya. 2003;10:13—19. (in Russian).
14. Zuev M.V. i dr. Kompleks Tekhnologicheskikh i Tekhnicheskikh Resheniy Snizheniya Energo- i Materialoemkosti Protsessa Vyplavki Stal'nogo Poluprodukta v Sovremennykh DSP. Metallurg. 2014;7:45—49. (in Russian).
15. Bigeev A.M. Matematicheskoe opisanie i raschety staleplavil'nykh protsessov. M.: Metallurgiya, 1982. (in Russian).
16. Chaymelov A.A., Strogonov K.V. Ustroystvo dlya Sushki i Vysokotemperaturnogo Nagreva Loma. Energoeffektivnye i Resursosberegayushchie Tekhnologii v Promyshlennosti. Pechnye Agregaty. Ekologiya: Metarialy IX Mezhdunar. Nauch.-prakt. Konf. M.: MISiS, 2018:40— 42. (in Russian).
17. Chaymelov A.A. Stend dlya Sushki i Nagreva Loma. Energetiki i Metallurgi Nastoyashchemu i Budushchemu Rossii: Materialy IXX Vseros. Nauch.-prakt. Konf. Studentov, Aspirantov i Spetsialistov. Magnitogorsk, Magnitogorskiy GTU im. G.I. Nosova, 2018:43—46. (in Russian).
18. Ivanov D.V., Dol' A.V. Vvedenie v Ansys Workbench. Saratov: Amirit, 2016. (in Russian).
19. Fedorova N.N., Val'ger S.A., Danilov M.N., Zakharova Yu.V. Osnovy Raboty v ANSYS. M.: DMK Press, 2017. (in Russian).
20. Ryabchikova E.S., Ryabchikov M.Yu., Parsunkin B.N. Matematicheskoe Obespechenie Imitatsionnoy Modeli Protsessa Upravleniya Tekhnologicheskim Rezhimom Agregata Pech'-kovsh. Avtomatizirovannye Tekhnologii i Proizvodstva. 2013;5:54—66. (in Russian).
---
For citation: Strogonov K.V., Chaymelov A.A. Modeling the High-Temperature Heating of Scrap Metal. Bulletin of MPEI. 2019;6: 58—63. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2019-6-58-63
