Пример расчета ДСП-200. 1Расчет геометрических размеров рабочего пространства сверхмощных дуговых сталеплавильных печей (дсп)

• Название: 1Расчет геометрических размеров рабочего пространства сверхмощных дуговых сталеплавильных печей (дсп)
• Дата: 28.01.2023
• Размер: 104.28 Kb.
• Имя файла: Пример расчета ДСП-200.docx
• Тип: Документы; #909150

1Расчет геометрических размеров рабочего пространства сверхмощных дуговых сталеплавильных печей (ДСП).
1.1 Определение размеров ванны


Рисунок 1  Форма сферической ванны ДСП:

1уровень откосов подины; 2–уровень порога;

3рабочее окно; 4шлаковая ванна
В данной работе обоснованы теплотехнические, рациональные соотношения размеров рабочего пространства ДСП на основе анализа условий теплообмена в ванне жидкого металла и в «свободном» пространстве с учётом практики эксплуатации современных отечественных и зарубежных ДСП обычной, высокой и сверхвысокой мощности. Для ДСП заданной вместимости m₀ необходимый объём металлической ванны V_м определяют по следующей формуле:
V_м= , (1)

где d_ж­­≈6,9..7,2 т/м³–плотность жидкой стали различного химического состава;

≈0,14..0,15 м³/т удельный объём жидкой стали.

=7,2

Принимаем d_ж=7,2 т/м³.
Объём металлической ванны находим (по формуле 1):
V_м=120:7,2=16,67 (м³)


Наиболее распространённым типом ванны трёхэлектродной ДСП является сфероконическая ванна. Объём V_м жидкометаллической ванны находим по следующей формуле:
V_м=V_к+V_ш=3,14h_к(D_м²+D_мD_ш+D_ш²):12+3,14h_ш[(3D_ш²/14)+h_ш²]:6 , (2)

где D_м – диаметр зеркала

h_м – глубина жидкометаллической ванны

V_к – объем усеченного конуса

h_к – высота усеченного конуса

V_ш – объем шарового сегмента

h_ш – высота шарового сегмента

D_ш – диаметр основания

Коническая поверхность ванны образует откосы подины и характеризуется углом Q между образующей и горизонталью. Учитывая угол естественного откоса сухого периклазового порошка, применяемого для заправки футеровки подины ДСП (30..35°) во избежание зарастания подины при эксплуатации ДСП, стремятся к получению угла откоса: Q=45°

Высота (глубина) h_ш шарового сегмента, необходимого для накопления жидкого металла под электродами при проплавлении колодцев в твёрдой металлошихте, является определённой частью глубины h_м металлической ванны, которая находится по следующей формуле:

h_ш=k_шh_м, , (3)

где k_ш может быть 0,2 или 0,25. Принимаем k_ш=0,2.

Глубину металлической ванны находим по следующей формуле:
h_м=k_ф , (4)

где

k_ф= (5)

k_ф – коэффициент, характеризующий форму металлической ванны ДСП;

k_м – соотношение основных геометрических размеров металлической ванны, которое выбирают по теплотехническим и технологическим условиям: для малых ДСП (с кислой футеровкой) 3,54,5; для крупных ДСП (с основной футеровкой) 4,56; при наличии установки для электромагнитного перемешивания (ЭМП) жидкого металла выбирают меньшие значения k_м; d_ж–выражено в т/м³. Принимаем k_м=5.


k_ф находим (по формуле 5):
k_ф=

h_м – высоту (глубину) металлической ванны, м находим (по формуле 4):

h_м=0,228· =1,124 (м)

h_ш – высоту шарового сегмента, м находим по формуле (3):

h_ш=0,2·1,124=0,225 (м)

D_м=k_м·k_ф , (6)

где D_м–диаметр металлической ванны, м.

D_м=5·0,228· =5,620 (м)

Зная основные размеры ванны D_м и h_м, определяют размеры элементов металлической ванны по следующим формула:

h_k=h_м–h_ш; (7)

h_к=1,124–0,225=0,899 (м)

D_ш=(k_м–2·(1–k_ш))·k_ф ; (8)

D_ш=(5–2·(1–0,2))·0,228· =3,822 (м)

Принимаю D_ш=4,5 м

R_сф=0,5·(0,25·D_ш²+h_ш²):h_ш (9)

R_сф=0,5·(0,25·3,8²+0,225²):0,225=8,1 (м)

Объём V_шл шлаковой ванны зависит от количества шлака m_шл и находится по следующей формуле:
V_шл=m_шл:d_{шл ,} (10)

m_шл=0,01·K_шлm_{0 ,} (11)

где d_шл–плотность жидкого шлака, равная в зависимости от состава и температуры шлака 2, 9..3,2 т/м³; К_шл–количество шлака, выраженное в процентах от массы металла m₀ и составляющее 3..7 % в зависимости от марки выплавляемой стали.

Подставив значения в формулу (11) находим массу шлака:
m_шл=0,01·5·120=6 (т)
Подставив значения в формулу (10) найдем объем шлаковой ванны:
V_шл=6:3=2,0 (м³)
Толщину слоя шлака h_шл можно оценить, пренебрегая конусностью шлаковой ванны, найдем по следующей формуле:
h_шл≈ , (12)

Найдем h_шл подставив значения в формулу (12):
h_шл= =0,099 (м)

Принимаем h_шл=0,1 м.

Уровень порога рабочего окна принимают на 20..40 мм выше зеркала шлаковой ванны для создания дополнительного объёма ванны на случай «кипения» металла и шлака в окислительный период плавки:

h_з=0,02..0,04 (м)

Принимаем h_з=0,02 м.

Паспортной характеристикой, т.е. параметром ДСП, является глубина ванны от уровня порога рабочего окна, находим по следующей формуле:

h_п=h_м+h_шл+h_з (13)

Подставив значения в формулу (13) найдём h_п:

h_п=1,333+0,1+0,02=1,453 (м)

Другой параметр ДСП–диаметр ванны на уровне порога рабочего окна D_п можно определить по следующей формуле:

D_п=D_м+2·(h_шл+h_з), (14)

Подставив значения в формулу (13) получим:

D_п=6,667+2· (0,1+0,02)=6,907 (м)

Уровень откосов ванны принимают выше уровня порога рабочего окна на 30..100 мм, во избежание размывания шлаком основания футеровки и возможного аварийного выхода жидкого металла:

h₄=0,03..0,1 (м)

Принимаю h₄=0,05 м.

Суммарная глубина ванны (от уровня откосов подины) определяется по формуле:

h_в=h_п+h₄ (15)

Найдем h_в из формулы (14):

h_в=1,453+0,05=1,503 (м)

Суммарная глубина ванны h_в определяет такой важный параметр ДСП как диаметр рабочего пространства на уровне откосов D₀, являющийся также паспортной характеристикой ДСП вместимостью m₀, м и определяется по следующей формуле:

D₀=k_мk_ф +2·(h_шл+h₃+h₄) (16)

Подставив в формулу (15) значения, найдем D₀: D₀=5·0,228· +2(0,1+0,02+0,05)=7,007 (м)

1.2 Определение размеров свободного пространства



Рисунок 2 - Профиль футеровки ДСП

Профиль футеровки стены определяет тепловую работу ДСП и такие технико–экономические показатели, как стойкость футеровки, удельный расход электрической энергии, расходы по переделу. В отечественных и зарубежных ДСП применяют стены различной конструкции: 1) цилиндрические – для маломощных ДСП первого и второго поколений и для современных высокомощных ДСП четвёртого поколения с водоохлаждаемыми панелями; 2) ступенчатые–на реконструированных ДСП второго поколения (при соответствующей ступенчатой конструкции кожуха); 3)конические–на ДСП фасонно–литейных цехов машиностроительных заводов, работающих с набивной футеровкой стен; 4) сложного профиля – в ДСП третьего поколения, имеющих повышенную электрическую мощность и кирпичную футеровку стен.

Высота свободного пространства ДСП в виде расстояния от уровня откосов подины до верха стен или, то же самое, до пят сферического кирпичного свода определяется из условий теплообмена и возможности размещения металлошихты большего 5 - 7 раз объёма по сравнению с жидким металлом. Найдем по следующей формуле:

h_ст=k_стD₀=(0,35..0,45)·D₀, (17)

Принимая большие значения k_ст для малых ДСП, а меньшие значения – для крупных ДСП. Принимаем k_ст=0,35.

Высоту свободного пространства находим (по формуле 17):

h_ст=0,35·7,007=2,452 (м)



При расчёте геометрических размеров рабочего пространства ДСП необходимо проверить возможность загрузки металлошихты. Объём, занимаемый металлошихтой с насыпной плотностью d_ш, находим по следующей формуле:

V_ш=k_зk_рm₀:d_ш, (18)

где k_з–коэффициент, учитывающий технологию загрузки металлошихты, т.е. k_з=1 при загрузке в один приём, что возможно при d_ш=1,2..1,6 т/м³ и k_з=0,6..0,8 при загрузке металлошихты в два приёма (с подвалкой) более легковесной шихты; k_р–расходный коэффициент, учитывающий угар жидкого, k_р=1,08 (т/т). Принимаем k_з=0,6, d_ш=1,2 (т/м³).

Объем, занимаемый металлошихтой определяем (по формуле 18):

V_ш=0,6·1,08·200/1,2=108 (м³)

Соответствующий объём рабочего пространства ДСП состоит из объёмов ванны V_в и свободного пространства V_св, определяемого в общем виде для стен сложного профиля по формуле:

V_раб=V_в+V_св=V_м+π·(h_шл+h_з+h₄)(D_м²+D_мD₀+D₀²):12+π·(h_ст¹D₀²+h_cт¹D₀D¹+

+h_ст²·(D¹)²+(h_ст²–h_ст¹)D¹D²+(h_ст³–h_ст¹)(D²)²+(h_ст³–h_ст²)D²D³+

+(h_ст–h_cт³)(D³)²+(h_ст–h_ст³)D³D⁴+(h_ст–h_ст³)(D⁴)²):12 (19)

где

D¹=D₀+2h_ст¹tgα¹; (20)

D²=D¹+2(h_cт²–h_ст¹)tgα²; (21)

D³=D²_­­+2(h­­­_ст³–h_ст²)tgα³; (22)

D⁴=D³+2(h_ст–h_ст³)tgα⁴. (23)

Принимаем α¹=27; α²=20; α³=13; α⁴=0.

Высоту каждого яруса (h_cт)_i стены сложного профиля целесообразно выражать через диаметр D₀ при помощи соответствующих формулам:

h_ст¹=k_ст¹D₀; (24)

h_ст²=k_ст²D₀; (25)

h_ст³=k_ст³D₀; (26)

Принимаем: k_cт¹=0,1; k_ст²=0,2; k _ст³=0,3.

Найдём высоту каждого яруса (по формулам 24, 25 и 26):

h_cт¹=0,1·7,007=0,701 (м);

h_ст²=0,2·7,007=1,401 (м);

h_cт³=0,3·7007=2,102 (м).

Найдём диаметры каждого яруса (по формулам 20 – 23):

D¹ = 7,007+2·0,701· tg27=7,721 (м);

D² = 7,721+2·(1,401–0,701) · tg20=8,231 (м);

D³ = 8,231+2(2,102–1,401) · tg13=8,555 (м);

D⁴ = 8,555+2(2,45–2,102) · tg0=8,555 (м).

V_раб=27,78+3,14(0,1+0,02+0,05) · (6,667+6,667·7,007+7,007 ²):12+3,14[0,701 · ·7,007² +0,701 · 7,007 · 7,721+1,401 · 7,721²+0,701 · 7,721 · 8,231+(2,102–0,701) · (8,231)²+0,701 · 8,231 · ·8,555+(2,452-2,102) · 8,555²+(2,452–2,102) · · 8,555² +(2,452–2,102) · 8,555²]:12 = 140,405 (м³)

V_ш< V_раб

108<140,708 (м³). Условие выполняется.

1.3 Определение размеров футеровки



Рисунок 3 - Конструкция многослойной футеровки подины ДСП вместимостью 200т:

1набивной рабочий слой из периклазового порошка;

2периклазовый кирпич; 3шамотный кирпич;4шамотный порошок; 5листовой асбест; 6днище кожуха

Чтобы определить внешние размеры ДСП для уже известных геометрических размеров рабочего пространства, необходимо наметить конструктивные решения футеровки с выбором огнеупорных и теплоизоляционных материалов подины, стен и свода. Толщина многослойной футеровки подины ДСП сравнима с глубиной жидкого металла h_м, вычисляется по формуле:

Δ_п=k_пh_м, (27)

где k_п=1 для ДСП без ЭМП

Δ=1·1,333=1,333 (м)

Днище кожуха покрывают одним или двумя слоями листового асбеста (10..20 мм.), наносят выравнивающий слой шамотного порошка (10..40 мм), на который укладывают один или два ряда шамотного кирпича на плашку (65..130 мм). Общая толщина теплоизоляционного слоя может быть 85..180 мм.

Огнеупорный слой основной подины состоит из нескольких рядов прямого периклазового кирпича размером 230х115х65 мм, с общей толщиной 295..575 мм для ДСП вместимости от 6 до 200 т. Кирпичи каждого последующего ряда смещают на 45 градусов, чтобы перекрыть вертикальные швы. Швы кладки заполняют просеянным периклазовым порошком фракции 1..0 мм. Рабочий слой подины толщиной 100..150 мм, набивают из сухого периклазового порошка без связки (так называемая сухая подина). Нижняя часть днища кожуха ДСП может быть сферическая (отношение хорды к радиусу днища равно 0,8) или коническая. На ДСП с ЭМП днище изготавливают из немагнитной стали, причём для размещения статора ЭМП целесообразно иметь днище с двойной конусностью, чтобы углы образующих с горизонталью были 15 и 45 градусов. Такая конструкция днища позволяет иметь наименьший объём футеровки подины.

Таблица 1  Рекомендуемая толщина элементов футеровки ДСП, ёмкостью 200 т., мм.

Элемент футеровки	Толщина элементов футеровки ДСП, мм
Подина:
Теплоизоляционный слой	180
Рабочий слой (набивной)	150
Общая толщина	905
Стены:
Арматурный слой	115
Рабочий слой	460
Нижняя часть	460
Верхняя часть	380
Свод	380

Конструкцию огнеупорной футеровки стен ДСП обычной или повышенной мощности выбирают в зависимости от характера износа кирпичей, от формы свободного пространства и конуса корпуса. Вследствие особенности тепловой работы ДСП стены имеют не только огнеупорный (рабочий) слой толщиной Δ_р, определяемой длиной применяемого кирпича. Во избежание повреждения кожуха при аварийном полном разрушении рабочего слоя целесообразно применять дополнительный (арматурный) слой толщиной Δ_а. Для этого кожух обкладывают кирпичом на плашку (65 мм) или на ребро (115 мм).

Общая толщина футеровки стены в нижней части находим по следующей формуле:

Δ_ст=Δ_р+Δ_а (28)

Δ_ст=575+115=690 (мм)

Верхнюю часть стен делают меньшей толщины, поскольку с увеличением высоты снижается тепловая нагрузка футеровки. Верхнюю часть стен находим по следующей формуле:

Δ_ст⁴=Δ_а⁴+Δ_р⁴ (29)

Как правило, в верхней части стен арматурный слой не выполняют, т.е. Δ_а⁴=0 мм. Тогда:

Δ_ст⁴=Δ_р⁴

Δ_ст⁴= (575 мм)

При известной толщине футеровки стен определяют внутренний диаметр кожуха на уровне откосов ванны по следующей формуле:

D_к=D₀+2·Δ_cт (30)

D_к=7,007+2·0,69=8,387 (м)

И внутренний диаметр кожуха на уровне пят свода по следующей формуле:

D_к⁴=D⁴+2Δ_cт⁴ (31)

D_к⁴=8,555+2·0,575=9,705 (м)

Диаметр кожуха D_к является паспортной характеристикой и также может служить определяющим параметром ДСП вместимостью m₀. Кожух ДСП изготавливают из котельной листовой стали толщиной Δ_к, исходя из ориентировочного соотношения:

Δ_к=D_к:200

Δ_к=8,387:200=0,0419 (м) Δ_к=41,9 (мм)

ДСП третьего поколения имеют цилиндроконический кожух. Высота конической части от уровня порога рабочего окна находим по следующей формуле:

h_кк=(1:3..2:3)·((0,03..0,1)+(0,35..0,45)·D₀). (32)

h_кк=(1:3..2:3) · [(0.05+0.4)·7]=1,05..2,1 принимаем h_кк=2 м.

Угол наклона конической части определяется по следующей формуле:

tgγ=(D_к⁴–D_к):2h_кк (33)

tgγ=(9,696–8,38):2·2=0,329 γ=19⁰

Угол наклона образующей конической части с вертикалью должен составлять γ=10..26⁰.

В кожухе корпуса ДСП вырезают отверстия для рабочего окна и выпускного (сливного) отверстия. Ширина рабочего окна обычно составляет

0,25 ..0,30 диаметра рабочего пространства ДСП. Высота окна в зависимости от принятой высоты расположения свода приблизительно равна 0,8..1,2 ширины окна. Ширину рабочего окна находим по следующей формуле:

δ ₀=(0,25..0,30)·D₀; (34)

δ₀=(0,25..0,30)7,007=1,752..2,102 (м)

h₀=(0,2..0,36)·D₀; (35)

h₀=(0,2..0,36)7,007=1,401..2,523 (м)

Вырез для рабочего окна обрамляют водоохлаждаемой рамой; футеровку в месте выреза удерживают и защищают от повреждения П–образной водоохлаждаемой аркой. Выпускное отверстие выполняют круглым (диаметром 120..150 мм) или прямоугольным (150250 мм).

Толщина Δ_св кирпичной футеровки свода определяется длиной применяемых огнеупорных кирпичей – периклазохромитовых, высокоглинозёмистых или динасовых. Стрела подъёма h_пс сферического (купольного) свода, выбираемая с учётом строительной прочности футеровки.

Определяет радиус сферы свода по следующей формуле:

r_сф.св=0,5·(0,25·D_св²+h_пс²):h_пс, (36)

где D_св–диаметр свода, практически равный D_к⁴.

h_св=k_св·D₀ (35)

где h_п.с. - стрела подъема кирпичной футеровки над уровнем пят сферического свода (или секции);  - условие рационального расположения свода по теплотехническим условиям.

h_св=0,6·7,007=4,204 (м)

Наибольшая строительная прочность периклазохромитовых сводов достигается при стреле подъема ( ):( ) диаметра свода D_св

h_п.с= h_св- h_ст =4,204-2,452=1,752 (м) (36)

Свод ДСП опирается на песчаный затвор корпуса, размер которого характеризуют диаметром кожуха D_к , поэтому D_св D_к и h_п.с.= k_п.с.∙D_к 

r_сф.св=0,5(0,25∙9,705²+1,752²):1,752=7,596 (м).

1.4 Определение диаметра графитированного расходуемого электрода

В футеровке свода необходимо выполнить ряд отверстий различного диаметра для размещения трёх электродов, патрубка газоотсоса, различных технологических устройств – кислородная фурма, механизированный пробоотборник, загрузочная воронка для подачи шлакообразующих материалов.

Диаметр расходуемого электрода определяется по следующей формуле:

(37)

где d_эл–диаметр расходуемого электрода, см;

Iсила тока, проходящего по электроду, А;

ρудельное электрическое сопротивление электрода при 500°С. Для графитированных электродов марки ЭГОО ρ=8..10 Ом/мм²м;

kкоэффициент пропорциональности. Для графитированных электродов k=2,1 (Вт/см²).

Для расчёта силы тока, протекающего по электроду, определяем кажущуюся мощность печного трансформатора по следующей формуле:

Р_к=(110·D_кн^3,32):τ, (38)

где Р_к – кажущаяся мощность печного трансформатора, кВА; τ–время плавки, ч; D_кн – наружный диаметр кожуха на уровне откосов ванны ,м, определяется по следующей формуле:

D_кн=D_к+D_к:100 (39)

D_кн=8,38+0,0838=8,4638 (м)

Р_к=(110·7,0498^3,32):τ=66050 (кВА)

Значение Р_к принято по ГОСТ 7260-70. Из этой формулы находим время плавки:

(ч)

Верхняя ступень вторичного напряжения печного трансформатора определяется по формуле:

U_л= (40)

где U_эл –верхняя ступень вторичного напряжения, В.

U_л= =606,339 (В)

В этом случае сила тока, проходящего через электрод, определяется по формуле:

I=(1000·Р_к):(1,73·U_л) (41)

I=(1000·66050):(1,73·606,339)=62966,741 (А)

=875,517 (мм)

Согласно ГОСТ 4426–80 принимаем: d_эл=700 (мм)

Диаметр распада электрода определяется по формуле:

D_p=(0,2..0,3)·D₀ (42)

D_р=(0,2..0,3)· 7,007=1,401..2,102 (м).

Диаметр отверстия под электрод определяется по формуле:

D=d_эл+(20..40 мм) (43)

D=700+30=730 (мм)

Полученные размеры рабочего пространства ДСП должны соответствовать размерам действующих печей по ГОСТ 720670. При выборе и расчёте электрической цепи и диаметра электрода ДСП средняя плотность тока и допустимый рабочий ток выбирается по ГОСТ 4426  80, а основные технические характеристики электропечных трансформаторов по ГОСТ 20247  81.

2 Специальная часть
2.1 Дуговая печь для выплавки синтетических шлаков.
Синтетическим (от английского synthetic – искусственный) называют предназначенный для обработки стали в ковше шлак, который получают вне сталеплавильного агрегата.

Синтетические шлаки выплавляют в электропечах, циклонных плавильных установках и других агрегатах. Жидкий шлак в необходимом количестве сливают в сталеразливочный ковш, который подают под выпуск. В процессе выпуска струя падающего в ковш металла эмульгирует шлак и металл с последующим разделением фаз. В результате эмульгирования резко увеличивается площадь поверхности раздела шлак-металл и скорость протекающих реакций. Результаты обработки определяются высотой падения струи металла, массой металла и шлака, физическими характеристиками и составом шлака и др. Обычно при расходах синтетического шлака 30 – 50 кг/т такая обработка позволяет в ходе выпуска плавки получать степень десульфурации стали равную 30 – 70%. Наиболее эффективная десульфурация металла наблюдается при выпуске плавки из крупнотоннажных агрегатов.

Первоначально для внепечной десульфурации стали были разработаны известково-глиноземистые шлаки состава, % масс.: 50 – 55 CaO, 37 – 43 Al₂O₃, < 7 SiO₂, < 7 MgO, < 0,5 FeO. Для выплавки синтетических шлаков такого состава требовались дефицитные материалы с низким содержанием кремнезема.

Впоследствии была показана возможность эффективной десульфурации стали известково-шамотными шлаками состава, % масс.: 48 – 56 CaO, 6 – 10 MgO, 18 – 22 SiO₂, 12 – 16 Al₂O₃, 0,5 CaF₂, < 0,5 FeO.

Широкое использование синтетических шлаков сдерживалось отсутствием возможности размещения в существующих сталеплавильных цехах обору-дования для их выплавки. В связи с этим была разработана технология десульфурации стали в ковше самоплавкими шлаковыми смесями состава, % масс.: 12 – 14 алюминиевый порошок или алюминиевая стружка; 21 – 24 натриевая селитра; 20 флюоритовый концентрат; известь – остальное. Необходимое количество самоплавкой шлаковой смеси загружали в чугуновозный ковш и поджигали. Полученный таким способом жидкий шлак переливали из чугуновозного ковша в сталеразливочный и подавали под выпуск.

Использование самоплавких шлаковых смесей существенно упростило технологию получения синтетических шлаков. Однако, после нескольких крупных пожаров в отделениях подготовки смесей металлургические предприятия СССР от их использования отказались.

В настоящее время для внепечной десульфурации стали успешно используют твердые шлакообразующие смеси из 10 – 30% плавикового шпата и извести. По ходу выпуска плавки смесь вместе с раскислителями и легирующими загружают в ковш, при этом плавление смеси обычно завершается в течение 1 – 2 минут.

Особенность этой технологии заключается в том, что однородный шлак получается при наполнении второй половины ковша, когда мощность перемешивания стали и шлака падающей в ковш струей металла значительно уменьшается. В связи с этим десульфурирующая способность шлака используется не полностью. Поэтому после выпуска плавки целесообразно проводить дополнительное перемешивание шлака и металла продувкой в ковше аргоном.

Для повышения эффективности десульфурации стали на выпуске из сталеплавильного агрегата применяются предварительно переплавленные легкоплавкие шлаковые смеси. Примером может служить рафинирующая смесь ИРС-2 производства ОАО «НПП «Техмет» (г. Донецк) состава, % масс.: < 3 C, 53 – 60 CaO_общ, < 6 MgO, < 16 SiO₂, 4 – 8 F, 4 – 6 (Na₂O + K₂O), 10 – 18 Al₂O₃, < 0,5 S, < 1,5 P₂O₅, < 2 MnO, < 3 FeO. Основность смеси, рассчитанная как отношение концентраций CaO и SiO2, обычно составляет не менее 3,5. Температура плавления смеси не превышает 1320 – 1350^оС.
Широкое распространение в электросталеплавильных, мартеновских и конверторных печах технологии обработки жидкой стали, в ковше синтетическими шлаками вызвало необходимость создания специальной шлакоплавильной электропечи.

Такая печь с заводским индексом ДПСШ – 1 (дуговая печь синтетических шлаков) была создана на Челябинском металлургическом заводе. Высокая температура и агрессивность синтетических шлаков определяют целый ряд особенностей конструкции печи в целом, футеровки и отдельных элементов, отличающих ее от обычных дуговых сталеплавильных печей.

Дуговая печь для выплавки синтетических шлаков выполнена стационарной и работает на трехфазном токе промышленной частоты (4, листы XIII 1-3). Для периодического выпуска шлака печь оборудована желобом и специальным устройством, состоящим из шлакового прибора и стопорного механизма. Летка и второй желоб служат для периодического выпуска металла, накапливающегося на подине в результате восстановления железа и других элементов из шихтовых материалов при их плавлении. Печь имеет цилиндрический кожух и плоское днище, которое опирается на фундаментные балки. Электрододержатели для зажима графитированных электродов крепятся на колоннах, которые вместе с контргрузами устанавливаются в шахте. Колонны с электрододержателями и электродами перемещаются рейкой от электромеханического привода. Скорость перемещения 2,6 м/мин. Зажим электродов пружинно – пневматический. Головка электрододержателя выполнена сваркой из стали. Питание печи от трансформатора ЭТЦЧ5400/10 мощностью 4500 кВА. Подвод тока от трансформатора к головке осуществляется с помощью гибких кабелей МГЭ – 500 и шести трубошин диаметром 60 мм и толщиной стенки 10 мм. На печи применяются графитированные электроды диаметром 500 мм. Свод печи секторно - арочной конструкции выполнен из магнезитохромитового кирпича. Шихтовые материалы загружаются машинами вибрационного типа через рабочее окно. Для эффективной и надежной работы основных охлаждаемых элементов (холодильников) осуществляется бесперебойная подача воды от специальной насосной станции, обеспечивающей постоянство давления воды в магистрали.

Футеровка шлакоплавильной печи новой конструкции показана на листе XIII.2(51). На подину вначале укладывают слой листового асбеста толщиной 20 мм и два ряда шамотного кирпича (на ребро и на плашку) толщиной 180 мм. Поверх теплоизоляционного слоя устанавливают защитную набивку из магнезитового порошка. Набивка препятствует дальнейшему прохождению перегретого металла в случае его проникновения через швы верхних рядов углеродистых блоков и предотвращает прожигание листа днища. На защитный слой набивки укладывают два ряда углеродистых блоков подины сечением 400400 мм. Максимальная длина блоков в центральной части печи составляет 3100 мм, к периферии длина блоков уменьшается. Для перекрытия швов верхний ряд блоков разворачивают относительно нижнего на 90°. Нижний ряд блоков подины укладывают без швов на углеродистой пасте. Клиновые блоки откосов высотой 400 мм и длиной 1000 мм укладывают поверх блоков подины по окружности печи без зазоров на углеродистой пасте. Пространство между блоками подины и кожухом забивают углеродистой массой. На блоки откосов укладывают латунные плитовые холодильники, которые чередуются по высоте с рядами магнезитового кирпича. Холодильники укладываются по всей высоте шлакового пояса (всего шесть рядов). В Одином ряду по окружности печи устанавливают 12 холодильников. Пространство между холодильниками и кожухом заполняют углеродистой массой. Футеровка стен состоит из изоляционного слоя, выполненного из листового асбеста, ряда шамотного кирпича и ряда магнезитохромитового кирпича, уложенных на ребро. Поверхность холодильников, обращенная внутрь печи, покрывается огнеупорной обмазкой.

Верхний кронштейновый холодильник, не соприкасающийся со шлаковым расплавом (4, листы XII.2,4), выполнен из чугуна и служит опорой для кладки стен. В тело холодильника заливают три стальных змеевика. В месте выхода змеевиков в тело холодильника закладывают защитные патрубки. Крепится кроштейновый холодильник за верхнюю часть с внутренней стороны кожуха болтами. После установки холодильников патрубки в месте выхода их из печи приваривают к кожуху. Всего в печи устанавливают 12 кронштейновых холодильников.

Плитовые холодильники из латуни (4, лист XIII.2,4) устанавливаются в зоне шлакового расплава и служат для создания гарниссажа с целью защиты вутеровки от взаимодействия с синтетическими шлаками и увеличения ее стойкости. В плиту толщиной 65 мм заливают медный змеевик. На выходе концов змеевика в тело холодильника заливают стальной защитный патрубок. В кожухе печи вырезают отверстие для его выхода. После установки холодильника к патрубку приваривают шайбу, которую затем обваривают вокруг кожуха. Такое крепление холодильников к кожуху печи позволяет уменьшить давление от веса холодильников на футеровку шлакового пояса и обеспечить герметичностьпечи. Внутренний радиус холодильников выполняется равным внутреннему радиусу шлаковой ванны.

Для выпуска шлака на печи имеется водоохлаждаемая летка, которая образуется чугунным холодильником и вставленной в него медной фурмой

(4, лист XIII.2,4). В тело чугунного холодильника заливается стальной змеевик. Холодильник крепится к кожуху болтами. Фурма представляет собой кольцевую водоохлождаемую полость, выполненную из листовой меди, и крепится к фланцу чугунного холодильника клиньями.

Водоохлаждаемая пробка со стопором является подвижным звеном стопорного механизма (4, лист XIII.5) и связана с рамкой, прикрепленной к кожуху, системой промежуточных рычагов, которые обеспечивают прямолинейное движение пробки при подходе к шлаковыпускному отверстию. Для открывания шлаковыпускному отверстия стопор с пробкой поднимается в крайнее верхнее положение пневмоцилиндром, расположеннымна рабочей площадке, и тяговым тросом через систему блоков. Для открывания летки может быть использован также и электромеханический привод. В крайнем верхнем положении шлаковыпускного отверстия защелка отводится тросом. При этом стопор с пробкой перемещается в крайнее нижнее положение под действием контгруза и собственного веса подвижных элементов.

Летка для периодического выпуска металла показана на (4, листе XIII.2). В двух соседних блоках откосов выполняют продольные пазы таким образом, что образуется квадратное отверстие сечением 200200 мм. Во время работы шлакоплавильной печи летка забивается углеродистой массой, а отверстие в кожухе закрыто фланцем. При необходимости выпуска металла устанавливают желоб, летку разделывают и металл выпускается в специально приготовленный ковш. Выпуск металла за компанию шлакоплавильной печи, которая продолжается 5,5-7 месяцев, производится 2-3 раза.

Загрузка шихтовых материалов в печь производится через рабочее окно

(4, лист XIII. 6). Основными элементами рабочего окна являются: рама, арка, заслонка и механизм ее подъема. Для уменьшения потерь тепла при загрузке шихтовых материалов в заслонке устроено отверстие, размеры которого достаточны для введения загрузочной трубы. Это отверстие закрывается дверцей. Заслонка рабочего окна открывается лишь во время осмотров и ремонтов печи. При загрузке открывается дверца, а наблюдение за ходом плавки ведется через гляделку. Открывание дверцы производится с помощью пневмоцилиндра, закрепленного на кожухе печи. Для подъема основной заслонки подсоединяется серьга. Для уменьшения нагрузки на привод на рычагах устанавливают контргрузы.

Для подачи шихтовых материалов используют напольную загрузочную машину (4, лист XIII. 7). Шихтовые материалы, в качестве которых применяется известь и глиноземнсодержащие материалы (электрокорунд, отходы наждачных кругов и отходы ферросплавной промышленности), с помощью саморазгружающихся контейнеров задают в приемные бункера, установренные на раме. Один из бункеров предназначен для извести, другой для глиноземнсодержащих материалов. Емкость каждого бункера 7,5м³. для предотвращения попадания крупных кусков шихтовых материалов и возможного забивания питателей бункера снабжены решетками из металлических прутьев с ячейкой сечением 9090 мм. Из бункеров шихтовые материалы лотковыми питателями подаются в приемную воронку загрузочной трубы. Привод обеспечивает возвратно – поступательное движение лотковых питателей. Загрузочная труба при помощи шарниров, которые позволяют регулировать положение трубы в вертикальной плоскойти, подвешивается в раме тележка. Труба кронштейном соедена с валом, на оси которого устанавливается эксцентриковая втулка. При вращении вала труба получает сложные колебательные движения. Амплитуда колебания может регулироваться от 0 до

14 мм поворотом эксцентриковой втулки. Загрузочная труба устанавливается наклонно под углом 2..4° к горизонту. Передняя часть вибрационной трубы, вводимой при загрузке в печь, выполнена водоохлождаемой. Отвод и подвод воды к трубе осуществляются гибкими шлангами. Перед началом загрузки открывается дверца рабочего окна, включается привод перемещения загрузочной трубы вводится в рабочее пространство печи. Привод перемещения тележки от электродвигателя через редуктор и открытую зубчатую пару. После установки машины в рабочее положение включается вибропривод загрузочной трубы и привода питателей. Соотношение подоваемых шихтовых материалов регулируется работой лотковых питателей, которые могут работать раздельно или одновременно. Управление приводами передвижения тележки, лотковых питателей и виброприводом загрузочной трубы производится с пульта, установленного на рабочей площадке перед печью. Электропитание к приводам подводится гибкими кабелями.

Шлакоплавильная печь ДСПШ-1 взята за основу при проектировании серии шлакоплавильных печей 6РК3-2,5ФС; 6РК3-4,5ФС; 6РК3-4,5ФСА; 6РК3-9ФС; 6РК3-9ФС; 6РК3-9ФСА и ОКБ-1320 специализированными организациями (ВНИИЭТО и СКБ НЗЭТО).


Библиографический список
1 Егоров, А. В. Расчет мощностей и параметров черной металлургии / А. В. Егоров.  М.: Металлургия , 1984.  160 с.

2 Поволоцкий Д.Я. Электрометаллургия стали и ферросплавов, Москва, Металлургия , 1984.  190 с.

3 Методическое пособие «Конструирование и проектирование электропечей», учебное пособие, издательство ЧГТУ , 1996.  150 с.

4 Зиннуров, И.Ю. Дуговые сталеплавильные печи. Атлас / И.Ю. Зиннуров, А.И. Строганов.  М.: Металлургия, 1974.  180 с.