Sursele de căldură în procesul convertorului de oxigen sunt entalpia fontei lichide și căldura eliberată în procesul de interacțiune chimică dintre oxidant și elementele materialelor de încărcare.
Convertorul de oxigen ca unitate de inginerie termică se referă la cuptoare — generatoare de căldură. Acest lucru se datorează faptului că eliberarea cantității principale de căldură necesară pentru a încălzi metalul la o anumită temperatură de ieșire și pentru a compensa toate pierderile de căldură are loc în principal datorită eliberării de căldură chimică direct în volumul băii de metal a convertorului.
Ecuația generală care caracterizează lucrul termic al convertorului poate fi prezentată sub forma Hzh+Qex = Ht+Nu.g+qпτ, unde Hzh — entalpiile fontei lichide, metalului, zgurii și, respectiv, gazelor care se scurg; Qex — căldura reacțiilor exoterme; Ht — entalpia metalului și zgurii; τ — durata perioadei de topire; Nu.t — entalpia gazelor care se scurg; qп — toate tipurile de pierderi de căldură.
Pierderile totale de căldură ale convertorului de oxigen pot fi scrise ca o sumă a componentelor individuale; qqn=q1 + q2+q1Bz+q4,
unde q1 — pierderi de căldură cu apa de răcire a tuyerei; q2 — aceleași în mediu prin corpul convertorului; q3 — pierderi de căldură pentru încălzirea căptușelii, în procesul de suflare; q4 — pierderi de căldură prin gâtul convertorului. Valoarea totală a pierderilor de căldură depinde de o serie de factori, dintre care principalii sunt: capacitatea convertorului și forma geometrică a acestuia, durata ciclului de topire, gradul de uzură a căptușelii, dimensiunea tuyerei etc. Analiza fiecărei componente permite determinarea cantitativă a valorii pierderilor de căldură prin gâtul convertorului. Analiza fiecărei componente permite determinarea cantitativă a valorii acestor pierderi.
Astfel, pierderile de căldură prin răcirea cu apă a tuyerei depind de durata suflării, de dimensiunea acesteia și de transferul de căldură specific către tuyere. Ținând cont de faptul că consumul de apă pentru răcirea tuyerei în timpul suflării este menținut constant, iar condițiile de transfer de căldură de la baie la tuyere se modifică nesemnificativ de la topire la topire, pierderile de căldură cu apa de răcire sunt de obicei de 0,5 … 0,6% din aportul de căldură la topire.
Pierderile de căldură prin învelișul convertorului sunt determinate de dimensiunile acestuia și de gradul de uzură al căptușelii; în acest sens, amploarea pierderilor de căldură în mediul înconjurător în cursul campaniei convertorului este în continuă creștere. După cum arată practica, rata de încălzire a învelișului convertorului fără împușcarea căptușelii acestuia și în funcție de rezistența stratului de lucru al acestuia este de 0,3 … 1,0°C la o topire. De obicei, suprafața învelișului până la sfârșitul campaniei este încălzită până la 300 … 350° С. Ca urmare, valoarea medie a pierderilor de căldură prin învelișul convertorului către mediu atinge 0,3 … 0,4% din aportul total de căldură, ajungând la 0,7 … 0,9% la sfârșitul campaniei.
Cea mai dificilă este determinarea consumului de căldură pentru încălzirea căptușelii. Acest lucru se datorează periodicității funcționării convertorului și modificării continue a grosimii căptușelii. În procesul de suflare, căptușeala refractară acumulează căldură, iar în perioadele dintre suflări căptușeala se răcește. Având în vedere grosimea sa mare, conductivitatea termică relativ scăzută și nestaționaritatea câmpului său de temperatură, în prezent este imposibil să se estimeze pierderile de căldură prin metode analitice cu un grad suficient de precizie. Prin urmare, estimarea complexă a pierderilor de căldură pentru încălzirea căptușelii se realizează de obicei experimental. În acest scop, se amplasează senzori de temperatură în căptușeală, care permit înregistrarea continuă a variației temperaturii acesteia de-a lungul întregii grosimi pentru o perioadă lungă de timp. Analizele curbelor de temperatură arată că căptușeala se încălzește treptat de-a lungul grosimii sale. În același timp, este posibil să se distingă două zone diferite în ceea ce privește caracterul schimbării temperaturii în timpul procesului de topire — stratul aflat în contact direct cu topitura și stratul îndepărtat de suprafața de lucru.
Stratul adiacent suprafeței de lucru are o grosime de 80 … 120 mm și este caracterizat de condiții termice nestaționare. Temperatura sa depinde de perioadele tehnologice de funcționare a convertorului — perioada de purjare și timpul inter-purjare. Temperatura straturilor adânci ale căptușelii, îndepărtate de suprafața fierbinte la o distanță > 150 mm, variază foarte puțin în timpul unei suflări.
Estimarea cantității de căldură acumulată de zidărie în timpul perioadei de suflare, pe baza datelor experimentale, arată că, în cazul funcționării non-ritmice a convertorului, cu perioade de oprire frecvente și lungi, aceasta poate ajunge la 5% din aportul total de căldură pentru o topire. În cazul funcționării ritmice, aceasta este mai mică și variază între 2…3%, crescând odată cu uzura căptușelii.
Astfel, atât pierderile de căldură prin carcasa convertorului, cât și capacitatea de acumulare a zidăriei cresc în timpul campaniei convertorului. Pierderile totale de căldură pentru diferite condiții reprezintă 2 … 6% din aportul total de căldură în proces.
Baia convertorului este încălzită numai datorită generării de căldură în zona de purjare, a cărei intensitate depinde în principal de rata de alimentare cu oxidant și de compoziția fontei brute.
Regimul de temperatură al topirii în ansamblu depinde de intensitatea epurării, de compoziția fontei brute și de temperatura acesteia, precum și de cantitatea, tipul și ordinea adaosurilor de agenți de răcire și de materiale de formare a zgurii.
Modificarea părții de intrare a bilanțului termic se poate realiza prin postcombustie parțială a monoxidului de carbon în cavitatea convertorului, utilizarea de purtători chimici de căldură, inclusiv introducerea de combustibil solid, utilizarea de diferite tipuri de combustibil pentru încălzirea deșeurilor metalice în cavitatea convertorului, încălzirea deșeurilor sau a fontei brute în dispozitive speciale.
