Если температура расплава t_ж выше температуры ликвидуса лома, то он будет плавиться независимо от наличия или отсутствия углерода в жидкой фазе. Массовая скорость плавления лома, прогретого до температуры ликвидуса, в этом случае описывается уравнением

(13.3)
где ? = ?/?_т — коэффициент теплоотдачи, Вт/(м² ? К); ? — теплопроводность расплава, Вт/(м • К); ?_т — толщина теплового пограничного слоя, м; S — поверхность куска лома, м²; q_скр — скрытое тепло плавления лома, Дж/кг;— теплоемкость жидкого металла, Дж/(кг • К).

Учитывая, что dМ_лом = dV_лом?_лом = dxS?_лом, получаем уравнение для расчета линейной скорости плавления прогретого лома:

(13.4)
где ?_лом — плотность лома, кг/м³; х = х_нач — ?ч; х_нач — половина начальной толщины пластины (радиус цилиндра или шара), м; ?х — толщина расплавленной части лома, м.

Согласно уравнениям (13.3) и (13.4) ускорению плавления лома способствует увеличение коэффициента теплоотдачи ? за счет роста мощности перемешивания ванны; повышение температуры расплава и понижение температуры плавления контактирующего с жидкой фазой слоя лома; увеличение его поверхности (влияет на массовую скорость, на линейную — не воздействует) и уменьшение плотности.

На основе экспериментальных данных М. А. Глинкова, автора и сотрудников было установлено, что в кипящей ванне ? — величина огромная (на один-два порядка больше, чем в газовой фазе), и в зависимости от интенсивности барботажа колеблется в пределах 5,8— 58,0 кВт/(м² • К).

Пример расчета линейной скорости плавления лома. Исходные данные: t_ж = 1620° С; t_пов = 1500° С; q_скр = 250 кДж/кг;
?_лом = 7800 кг/м³; ? = 11,6 кВт/(м² ? К).

Пользуясь уравнением (13.4), находим, что v_х = 5,65 • 10^–4 м/с. Пластина толщиной 200 мм (х_нач = 100 мм) после ее прогрева до температуры поверхностного слоя расплавится за 2,94 мин.

Результаты лабораторных исследований В. Я. Бакста и автора подтвердили реальную возможность получения высокой скорости плавления лома: в пределах t_ж = 1550—1651° С v_x = 15—50 мм/мин (рис. 85). При t_ж < 1550° С v_x зависит от [% С], т. е. при неизменной температуре жидкого металла с ростом [% С] скорость увеличивается (кривые a—г). Если t_ж ? 1550° С, то [% С] не влияет на величину v_г, в этом случае она прямо пропорциональна температуре расплава, что свидетельствует о постоянстве [% С]_пов и t_пов при любом [% С]. Это интересное явление будет объяснено ниже, после анализа механизма диффузионного плавления лома.

Рис. 85. Влияние [% С] в жидкой ванне и ее температуры t_ванн на скорость плавления v_пл малоуглеродистых стальных цилиндров после размораживания корки при [% С]
а — 3,7; б — 2,8; в — 1,6; г — 0,9 (цифры у точек – число опытов)

Автор и сотрудники определили коэффициент теплоотдачи ? в кипящей ванне по следующей методике. В период доводки 650-т мартеновских плавок слябы известной толщины загружали в участок ванны, расположенный вблизи термопары установки непрерывного замера температуры металла. Это позволило фиксировать заметное снижение последней даже при небольшой массе присаженного лома. На диаграммах самопишущего прибора отчетливо просматриваются отрезки времени, отвечающие изменению t_ж при плавлении лома. Конец плавления соответствовал моменту окончания снижения t_ж и возобновления ее подъема с такой же скоростью, как и до присадки лома (во время опытов сохранились постоянными тепловой и кислородный режимы плавок). Линейную скорость плавления, которое было односторонним, рассчитывали путем деления толщины сляба на время плавления (с небольшой поправкой, учитывающей период существования намороженной корки расплава на слябе).

В результате экспериментов установлено, что в кипящей ванне значение коэффициента теплоотдачи ? колеблется в пределах 11,6— 35,0 кВт/(м² • К).