6.2. Визначення основних геометричних параметрів робочого простору дугової печі

Складовими частинами печі є: робочий простір, вогнетривка кладка, механічне й електричне встаткування. Робочий простір печі, обмежене усередині вогнетривкою кладкою, призначено для проведення всіх процесів, пов'язаних з одержанням стали. Робочий простір складається із трьох частин: ванни, вільного простору і подсводового простору.

Частина робочого простору, обмежена знизу подом й укосами, а зверху рівнем укосів, називається ванною. Ванна є вмістищем для рідкого металу й шлаків.

Вільний простір печі, обмежене знизу рівнем укосів, зверху рівнем п'ят зводу, а з боків - стінами, утворить додатковий до ванни обсяг, необхідний для вміщання твердої шихти.

Подсводовое простір, обмежений знизу рівнем п'ят зводу, а зверху зводом, представляє обсяг, необхідний для забезпечення будівельної міцності зводу й відбору технологічних газів СО, СО₂.

У плані найбільш прийнятною формою робочого простору є коло. Відповідальною частиною робочого простору є ванна, конфігурація якої повинна забезпечувати швидкий схід шихти з укосів при її проплавлении, повноту протікання фізико-хімічних процесів, пов'язаних з одержанням сталі заданої марки або групи марок, а також нагромадження достатньої кількості розплавленого металу при підході електродів у нижнє положення після проплавления колодязів".

До числа конструктивних основних параметрів дугової сталеплавильної печі (ДСП), які визначають її експлуатаційні характеристики, технологічні і техніко-економічні показники відносяться форма і розміри робочого простору, діаметр розпаду електродів і будова футерівки. Параметри печі визначають у слідуючому порядку:

1) обєм, який займає метал і шлак у печі;

2) глибина і діаметр ванни;

3) діаметр і висота плавильного простору;

4) розміри футерівки, її склад, діаметр кожуха печі;

5) опуклість і товщина склепіння;

6) потужність трансформатора і ступені напруги;

7) діаметр електродів і їх розпаду.

6.2.1. Структура робочого простору

Робочий простір ДСП складається з ванни, вільного або так званого “плавильного простору і простору під склепінням”.

Ванна для розплавлених металу і шлаку утворюється футерівкою подини і укосів печі, плавильний простір - футерівкою стін і склепіння. Ванна і частина плавильного простору до рівня п'ят склепіння складають об'єм, необхідний для розміщення металевого брухту.

6.2.2. Форма, розміри і об'єм ванни

Оптимальною формою ванни є зрізаний конус, обернений донизу меншою основою. До цього конуса знизу доданий сегмент шару. Такий тип ванни ДСП має назву сфероконічний. Кут нахилу конічної форми дорівнює 45° - куту природного укосу магнезитового порошку. Це забезпечує можливість якісної очистки і заправки подини і укосів. Ескіз ванни показаний на рисунку 6.1^ (тут параметрами h і b позначено робоче вікно ДСП) .

Розміри ванни визначають, виходячи з заданої номінальної місткості печі (m, т). При густині рідкої стали 7 т/м³ необхідний об'єм металевої ванни буде:

. (6.1)

З цього рівняння важко знайти потрібні параметри. Для того, щоб з рівняння (6.1) визначити розміри ванни, задаються відношенням діаметру дзеркала метала до його глибини К= .

Ця величина для діючих печей змінюється в межах від 3,65 до 6,5 і є одним з найважливіших параметрів. Зі збільшенням К покращуються умови рафінування і прогріву металу по глибині ванни в періоді відновлення. Більше значення К відповідає печам з основною футерівкою, менше – з кислою. Потрібно памятати, що зі збільшенням К водночас збільшуються габарити, маса, поверхня, що сприймає тепло, і теплові втрати печі, видаток електричної енергії, довжина струмоведучих шин і електричні втрати, знижується будівельна міцність склепіння. Причому, всі ці недоліки виявляються з ростом місткості печі.

Ситуацію може покращити застосування пристроїв для електромагнітного перемішування металу, продувка знизу нейтральними газами.

Для печей середнього і великого тоннажу при отримання металу електрометалургійного сортаменту (двошлаковим процесом) К зменшують до 4,5.

Для великих ДСП з основною футерівкою при одношлаковому процесі і поєднанні з позапічною обробкою синтетичним шлаком, вакуумом, інертними газами величину К можна зменшити до 4,0.

Для кислих ДСП, де простіший сортамент і технологія, величина К=4-3,5.

В нашому випадку величина К задана окремо для кожного студента. Приймаємо, що h_с=0,2h_м, h_к=0,8h_м, d_с=d_м-2h_к=Кh_м-1,6h_м=h_м(К-1,6). Підставляємо ці співвідношення в (6.1) і вирішуємо отримане рівняння відносно h_м. Отримаємо:

(6.2)

Рис. 6.1 - Форма ванни дугової сталеплавильної печі:

h_c - висота сферичної частини; h_к - висота конічної частини;

h_м - глибина ванни по металу; h_ш - висота шару шлаку;

h_п - висота ванни від рівня порогів (шлаку);

h_у - глибина ванни від рівня укосів; d_c - діаметр сферичної частини;

d_м - діаметр дзеркала металу; d_п - діаметр ванни на рівні порогів;

d_у - діаметр ванни на рівні укосів

Розрахувавши значення h_м, без проблем знайдемо інші параметри - h_с, h_к, d_с.

Приймемо, що шар шлаку являє собою циліндр діаметром d_м. Отже, його обєм дорівнює

. (6.3)

У кислих печах доля шлаку (D_ш) приблизно становить 3-4 %, в основних сягає 15 % від маси металу. Прийнявши потрібне значення D_ш і знаючи, що густина рідкого шлаку становить приблизно 3 т/м³, можна визначити його обєм:

. (6.4)

Таким чином,

. (6.5)

Низ стін на рівні шлакового поясу є одним з найбільш уразливих ділянок футерівки, який визначає в значній мірі стійкість стін. Для того, щоб забезпечити можливість його заправки і створити додатковий об'єм V_дод, який компенсує збільшення V_m в процесі кипіння ванни та дозволяє підвищити його рівень при заростанні подини і укосів та можливих перевантаженнях печі, рівень укосів звичайно піднімається над рівнем шлаку (порога робочого вікна) на 50-200 мм.

Отже, , . Знаючи, що кут нахилу укосів складає 45, знаходимо , .

Повний обєм ванни складе

, (6.6)

де . (6.7)