Дуговые сталеплавильные печи (ДСП) являются крупными потребителями энергоресурсов, основной из которых – электрическая энергия (до 70 %). Оставшиеся 30 % энергии приходятся на иные источники: природный газ, кислород, жидкий чугун, подогретая шихта, энергия химических реакций и т. п. Удельная мощность современных печных трансформаторов достигла 1 МВ∙А/т и дальнейшее ее увеличение не представляется возможным в связи с ограничением транспортных габаритов трансформаторов. Таким образом, для увеличения производительности печи необходимо применение альтернативных способов введения энергии, различных энергоносителей в процессе плавки [1].
Составление энергетического баланса дуговой печи является непростой задачей, т. к. необходимо рассматривать изменение каждого из параметров в течение всей плавки. Для упрощения разобьем весь процесс плавки на три основных периода (рис. 1).
В данный период основным источником энергии в печи являются электрические дуги. С момента зажигания дуг и до образования ванны жидкого металла электрическая энергия является единственной составляющей энергетического баланса печи. Таким образом, получается, что на данном этапе характерны самые большие потери электрической энергии. Это связано с тем, что электроэнергия расходуется не только на расплавление шихты, но и на прогрев свода печи, футеровки и атмосферы рабочего пространства, что на данном этапе является потерями энергии. Однако следует заметить, что энергия, накопленная футеровкой, при последующей завалке будет передаваться шихте. Это, в свою очередь, положительно сказывается на энергетическом балансе.
На данном уровне развития ДСП разработано множество способов введения дополнительных источников энергии. Одним из них является предварительный нагрев шихты перед загрузкой в печь. Нагрев осуществляется при помощи газовых горелок или теплом отводимых газов из рабочего пространства печи [2].
Другим способом является заливка жидкого чугуна вместе с ломом в печь. В данном случае нижним слоям шихты энергия передается теплопередачей, верхним – конвекционными потоками. Данное мероприятие позволяет сократить количество электрической энергии, расходуемой в печи на прожигание колодцев. Но, в свою очередь, этот способ подвода дополнительного тепла имеет ряд недостатков: