Доменное пр-во
Электрометаллургия
Конвертерное пр-во
Разливка стали
Популярные материалы

Параметры рабочего пространства дуговых печей

В идеальном случае геометрия рабочего пространства печи должна обеспечивать минимум тепловых потерь, равномерную тепловую нагрузку всей поверхности огнеупорной футеровки и высокую стойкость футеровки, ее хорошие условия для протекания процессов между металлом и шлаком, позволять осуществлять завалку всей шихты в один прием при любой насыпной массе лома. Полное выполнение этих противоречивых требований одновременно невозможно. Поэтому форму и размеры плавильного пространства выбирают такими, чтобы оптимально сочетались требования и технологии, и теплообмена.

Весь плавильный объем дуговой электропечи делится на три составляющих: ванну, свободное и подсводовое пространство.

рабочее пространство дуговой печи
Рис.1 Рабочее пространство дуговой печи


Ванна представляет часть объема, в которой находятся расплавленные металл и шлак. Размеры ванны должны быть такими, чтобы в ней можно было вместить необходимое количество жидких металла и шлака и чтобы при этом оставался еще небольшой (10 — 15%) резерв объема, необходимый для кипения и перемешивания металла. Форма ванны должна обеспечивать минимум тепловых потерь, хорошие условия для протекания физико-химических процессов между металлом и шлаком и для заправки поврежденных участков футеровки печи.

Ванна теряет тепло в основном теплопроводностью через футеровку. Тепловые потери при прочих равных условиях пропорциональны площади теплоотдающей поверхности, т. е. поверхности раздела металла — футеровка и шлак — футеровка. Минимальную удельную поверхность имеет, как известно, шар, поэтому с точки зрения тепловой работы печи целесообразной формой ванны является сферическая. Однако поддерживать в процессе эксплуатации такую форму ванны трудно, так как магнезитовый порошок, которым после каждой плавки заправляют поврежденные места футеровки по шлаковому поясу, ссыпается под углом примерно 45° (угол естественного откоса магнезита). Поэтому оптимальной формой ванны является сфероконическая с уклоном конической части к горизонтали под углом 45°.

В геометрии ванны важное значение имеет соотношение между глубиной и диаметром «зеркала» металла. Чем меньше глубина и больше поверхность зеркала, тем больше удельная реакционная поверхность металл—шлак, тем быстрее происходит рафинирование металла шлаком. С этой точки зрения ванна должна быть мелкой. Но при одном и том же объеме с уменьшением глубины ванны увеличивается диаметр кожуха и теплоотдающая поверхность печи; соответственно увеличиваются тепловые потери и расход электроэнергии.

Еще сравнительно недавно считали, что высококачественную сталь можно выплавлять в дуговых электропечах с глубиной ванны до 400— 500 мм. По этой причине рекомендовалось придерживаться отношения диаметра ванны к ее глубине, равного пяти-шести. Однако использование различных методов интенсификации физико-химических процессов в печи и внепечное рафинирование металла синтетическим шлаком, продувкой аргоном или обработка металла на установках внепечного вакуумирования позволяют уже сейчас получать высококачественный металл и в крупных электропечах с относительно малой поверхностью раздела металл—шлак. По мере дальнейшего совершенствования процессов внепечного рафинирования и широкого применения методов интенсификации плавки в печи глубина ванны будет, по-видимому, увеличиваться, а отношение диаметра ванны к ее глубине — уменьшаться, приближаясь по величине к отношению, характерному для печей с кислой футеровкой. В кислых электропечах, где удельная поверхность раздела металл—шлак в силу особенностей процесса не имеет такого большого значения, как в основных, это отношение находится в пределах 3,5—4,0.

Диаметр зеркала ванны однозначно определяет и диаметр свободного пространства. Высоту свободного пространства (от зеркала ванны до пят свода) определяют, исходя из необходимости разместить в этом объеме (включая и объем ванны) всю твердую завалку и получить при этом минимум тепловых потерь через боковую поверхность. Высота свободного пространства в значительной мере определяет и интенсивность облучения свода дугами переменного тока, поэтому при определении высоты необходимо исключить опасность чрезмерного перегрева наиболее горячей центральной точки свода.

Удовлетворительное выполнение этих требований соблюдается при отношении HCJDB = 0,4 — 0,5, причем меньшие значения относятся к более крупным печам. Такое соотношение обеспечивает возможность загрузки в один прием лома с насыпной массой 1,6 т/м3. Использование более легковесного лома в электропечах нецелесообразно, так как необходимый для загрузки лома объем свободного пространства увеличивается в обратной пропорции насыпной массе и резко возрастает при уменьшении последней менее 1,6 т/м3.

Стрелу выпуклости свода выбирают из условий получения достаточной строительной прочности свода в разогретом состоянии, так как свод постоянно испытывает сжимающие усилия от распора. Механические напряжения в своде возрастают с увеличением диаметра свода и уменьшаются с увеличением стрелы его выпуклости.

В соответствии с этим выпуклость свода в холодном состоянии определяется диаметром свода (диаметром кожуха печи) и коэффициентом теплового расширения огнеупорного материала: чем сильнее расширяется огнеупор при нагреве, тем меньше выпуклость свода в холодном состоянии. При нагревании сильнее расширяются кислые огнеупоры, поэтому для кислых печей принимают hCB = (1/12+ + 1/10), для магнезитохромитового свода hCB = (1/9+ 1/8) DCB. Практически на одном из отечественных заводов стрела выпуклости магнезитохромитового свода принята для печей емкостью 100, 40, 10 и 5 т соответственно 950, 600, 350 и 310 мм.

Источник [4] → список литературы.

Читайте также:

Вернуться в начало раздела: Электропечи
Вернуться на главную: Черная металлургия