3. Технические характеристики и основные особенности дуговой печи

Сравнительный анализ проводился на примере дуговой печи пе­ременного тока емкостью 100 тонн.

Дуговая печь "сэт"

Особенностью этой дуговой печи является подогрев скрапа ды­мовыми газами во время этапа плавления. С помощью устройства бо­кового отвода газов газовые потоки направляются радиально и греют скрап, проходя через его объем.

Устройство отличается компактностью и не предъявляет допол­нительных требований к фракционному составу скрапа

Электропечь "СЭТ" выполняется с односторонним и двухсто­ронним отводом газов (рис. 3).

Экономия энергии при использовании устройства бокового от­вода газов следующая: при работе без вдувания ископаемого топлива - вариант 1 - 32 кВт.ч/т, вариант 2 - 39 кВт.ч/т; с вдуванием ископае­мого топлива - вариант 1 - 60 кВт.ч/т; вариант 2 - 85 - 90 кВт.ч/т.

1 - односторонний отвод газов, 2 - двухсторонний отвод газов

Дуговая печь с шахтным подогревателем

Такая дуговая печь оснащена шахтным подогревателем скрапа и представляет собой новое усовершенствование шахтной печи (рис. 4).

В отличие от уже известных шахтных печей, подогреватель этой печи расположен по поперечной оси корпуса и снабжен легкоразъемными уз­лами крепления для быстрого перемеще­ния при техобслужи­вании. Печной свод имеет сегментную форму и перемещается независимо от подогревателя. Новаторской разработкой в конструкции печи является интегрированный выпуск­ной узел, объединивший выпускную втулку и рабочее окно. Благода­ря этому печь наклоняется относительно вертикальной оси в одну сторону.

Экономия энергии при работе шахтного подогревателя состав­ляет 30 кВт.ч/т без применения ископаемого топлива и 70 - 75 кВт. ч/т при использовании топлива.

Дуговая печь с вихревой технологией

Эта печь оборудована сводовой системой вихревого отвода га­зов и устройствами подачи пылеугля и кислорода. В вихревых пото­ках осуществляется дожигание СО, образующегося при горении угля. Тепло от этой реакции излучением передается столбу твердой шихты. В нижней зоне печи за счет горелок также создаются потоки газов, благодаря чему нагрев скрапа интенсифицируется.

При использовании устройства вихревого отвода газов "Вихрь" экономия энергии достигает 40 - 45 кВт.ч/т стали.

Усредненные показатели, рассмотренных выше дуговых печей при использовании в шихте 35 % жидкого чугуна следующие: расход электроэнергии 215 - 260 кВт.ч/т, расход электродов - 1,5 - 1,7 кг/т, производительность - 112 - 125 т/час, время цикла - 48 - 53 минуты.

Конструкция футеровки подины

Футеровка ДСП состоит из подины, стен и свода. Назначение подины — сформировать ванну соответствующей формы и размеров для жидкого металла и шлака, а также обеспечить тепловую изоляцию металла в ванне. Рабочий слой подины испытывает меха­нические нагрузки и резкое охлаждение при загрузке холодной твер­дой металлошихты, активно участвует в физико-химических процес­сах, происходящих в жидком металле, взаимодействует со шлаками, испытывает эрозионный и коррозионный износ в условиях высокой температуры, ферростатического давления и электромагнитного перемешивания жидкого металла. Разрушение подин происходит двумя путями — оплавлением и вымыванием участков футеровки с пониженной огнеупорностью; при охлаждении печи в период ре­монтов возможно рассыпание в порошок поверхностного слоя, содер­жащего двухкальциевый силикат.

Из назначения и условий работы подины вытекают основные тре­бования к ее футеровке:

1) достаточная огнеупорность;

2) устойчивость против резких колебаний температуры;

3) механическая прочность при высокой температуре против уда­ров при загрузке шихты (температура подины не менее 1100—1300 К) и против эрозионного износа при воздействии жидкого ме­талла;

4) достаточно большое тепловое сопротивление.

Подина состоит из двух основных слоев: верхнего — рабочего на­бивного слоя, образующего прочную и плотную чашу для жидкого металла и шлака, и нижнего слоя — кирпичной кладки.

Верхняя часть кирпичной кладки должна обладать высокой огне­упорностью и механической прочностью, чтобы образовать прочное основание для набивного слоя. К нижней части кирпичной кладки, прилегающей к кожуху печи, предъявляются меньшие требования в отношении огнеупорности и механической прочности (более низкая рабочая температура), но от нее требуется более низкая теплопровод­ность.

В ДСП с электромагнитным перемешиванием эквивалентный коэффициент теплопроводности жидкого металла возрастает в 5—7 раз. Поэтому можно работать с допустимым значением Тв (перепад тем-ры по глубине ванны)  5—10 К, а толщину подины уменьшить на 15—25 %:

Для тепловой изоляции днище кожуха ДСП покрывают одним или двумя листами асбестового картона толщиной 10—20 мм, насы­пают выравнивающий слой шамотного порошка толщиной 20—30 мм, на который укладывают один — два ряда шамотного или пеношамотного кирпича на «плашку» толщиной 65—130 мм. Общая толщина теплоизоляции может быть 75—200 мм для ДСП различной вмести­мости.

Огнеупорную кладку основных подин ДСП выполняют из прямых магнезитовых кирпичей марки МУ (ГОСТ 4689—74) размером 230/225х115х65, устанавливаемых на «ребро» в 4—5 рядов со сме­щением каждого последующего ряда относительно предыдущего на 45°, чтобы перекрыть вертикальные швы. Швы кладки заполняют про­сеянным, предварительно нагретым магнезитовым порошком фрак­ции 1—0 мм. Такие меры предотвращают уход жидкого металла сквозь кладку подины.

Рабочий слой подины толщиной 100—200 мм набивают из сухого магнезитового порошка («сухая» подина).

Масса футеровки подин отечественных ДСП численно примерно равна вместимости печи, т. е. удельная масса футеровки составляет около 1 т/т.

Стойкость подины в значительной степени зависит от организации ремонта рабочего слоя. Поэтому одним из важных моментов ухода за футеровкой подины является тщательный осмотр ее после выпуска предыдущей плавки, очистка от шлака и металла с последующим ре­монтом (заправка) разрушенных участков футеровки. Удельный расход заправочных материалов составляет; по данным Гипромеза, 20—30 кг/т.

Подины ДСП служат от одного капитального ремонта до другого, который планируют в связи с необходимостью ремонта электриче­ского и механического оборудования, т. е. стойкость подины, как правило, не лимитирует работы ДСП, составляя 1000—4000 плавок (в течение 2—3 лет).

Конструкция футеровки стен

Назначение стен — сформировать свободное пространство как часть рабочего пространства ДСП для размещения загружаемой металлошихты и обеспечения соответствующей схемы направленного теплообмена. Температурные условия тепловой работы фу­теровки стен значительно тяжелее, чем подины, так как она в период «открытого» горения дуг подвергается непосредственному излуче­нию от них. Скорость изменения температуры внутренней поверхности достигает 30-100 к/мин к концу периода расплавления и даже 150—170 К/мин при скрывании рабочего пространства во время заправки или загрузки металлошихты. В нижних горизонтах стен футеровка подвергается комплексному разрушающему воздействию металла, шлака, печной атмосферы и высоких температур. Разруше­ние огнеупорной футеровки стен происходит в результате оплавления и стекания расплавленной массы с пониженной огнеупорностью или сколов, вызванных термическими или структурными измене­ниями.

Из назначения стен и условий их работы вытекают основные тре­бования к их футеровке:

а) высокая огнеупорность;

б) высокая термическая устойчивость (термостойкость);

в) малое тепловое сопротивление.

Последнее условие исключает требование тепловой изоляции, как противоречащее проблеме снижения максимальных температур на внутренней поверхности футеровки с целью повышения стойкости стен.

В зависимости от величины тепловой мощности ДСП стены могут быть:

1. футерованы огнеупорной кладкой (на ДСП обычной и повышен­ной мощности);

2. Выполнены из водоохлаждаемых панелей (на ДСП высокой и сверхвысокой мощности).

Обычно стены имеют один рабочий слой толщиной р. Во избе­жание повреждения кожуха ДСП при аварийном полном разрушении рабочего слоя целесообразно применять дополнительный, арматур­ный («броневой») слой. Для этого кожух обкладывают хромомагне-зитовым кирпичом марки ХМ (ГОСТ 5381—72) на плашку (65 мм) или на ребро (115 мм). Арматурный слой служит от одного капиталь­ного ремонта до другого.

Кладку выполняют насухо, с пересыпкой швов магнезитовым порошком.

Стойкость футеровки стен зависит от конструкции огнеупорной кладки, вида и качества кирпича, сортамента выплавляемых сталей, размера и мощности ДСП. По данным Гипромеза, стойкость стен малых печей составляет 1500—2000 плавок, крупных 100—150 пла­вок. Низкая стойкость футеровки увеличивает число ремонтов, расход огнеупоров, длительность простоев и т. п., т. е. ухудшает технико-экономические показатели ДСП.

Поэтому на мощных и сверхмощных ДСП вместо огнеупорной кладки применяют водоохлаждаемые панели различной конструкции (рис. 42). Такие стены имеют высокую стойкость, оцениваемую тыся­чами плавок, в результате чего сокращаются простои оборудования и уменьшаются затраты на ремонт. Отсутствие больших масс огнеупор­ных материалов исключает энергозатраты на их нагрев («аккумули­руемая» энергия), оплавление и соответствующее дополнительное шлакообразование. Кроме этого, увеличивается объем рабочего про­странства ДСП при неизменных диаметрах ванны и кожуха, что сни­жает требования к насыпной плотности металлошихты.

Вместе с тем водоохлаждаемые стены неблагоприятно влияют на тепловую работу ДСП:

1) возрастают тепловые потери в системе водяного охлаждения, что требует дополнительного ввода тепловой мощности в рабочее пространство;

2) возможно увеличение удельного расхода электроэнергии на 10—20 кВт-ч/т;

3) снижается температура теплоизлучающих поверхностей сво­бодного пространства, нарушая условие направленного косвенного теплообмена (см. рис. 25);

4) существует опасность соприкосновения жидкого металла с ме­таллическими (медными) водоохлаждаемыми панелями при барботаже ванны в окислительный период и при сливе металла из печи. Поэтому панели устанавливают на некоторой высоте над откосами ванны (не менее двух-трех рядов кладки), уступами поднимая их вблизи вы­пускного отверстия. Такая мера уменьшает поверхность охлаждения до 70—90 % от величины площади внутренней поверхности стен и снижает эффективность применения водоохлаждаемых стен. В неко­торых случаях для увеличения поверхности охлаждения стен при­меняют слив металла через специальное донное отверстие, без на­клона ДСП.

Мощность тепловых потерь можно частично уменьшить, если по­верхность водоохлаждаемых панелей обмазать огнеупорным бетоном толщиной 30—50 мм. Этому способствует также малотеплопроводный гарнисаж ¹, (¹ Гарнисаж (от франц. «garnissage» — защитный слон) — твердый огнеупор­ный слой, образующийся на внутренней поверхности охлаждаемых стен рабочего пространства металлургического агрегата в результате физико-химического взаимо­действия проплавляемой шихты, газов и материала футеровки.) образующийся при работе ДСП за счет брызг шлака и металла. Для крепления обмазки на рабочую поверхность панелей целесообразно наварить короткие крючки из прутков, труб или угольников.

Водоохлаждаемые панели в количестве 8—11 (в зависимости от диаметра кожуха ДСП) навешивают на специальные кронштейны, установленные на внутренней поверхности кожуха. Воду подводят (в нижнюю полость панели) и отводят (из верхней полости) от кольце­вых коллекторов, установленных снаружи, через разъемные фланце­вые соединения. Конструкция крепления и водопровода должна обеспечивать независимый монтаж и демонтаж каждой панели на слу­чай аварийного ремонта.

Как уже отмечалось, для эксплуатации ДСП сверхвысокой мощ­ности применение водоохлаждаемой футеровки является необходи­мым условием. На таких печах в результате значительного сокраще­ния длительности плавки возможно даже уменьшение удельного рас­хода электроэнергии согласно (23), несмотря на увеличение мощности тепловых потерь.

Конструкция футеровки свода

Свод имеет такое же назначение, как и стены, но работает в более тяжелых условиях: более высокие тепловые нагрузки от дуг и от зер­кала ванны из-за больших значений локальных и средних угловых коэффициентов; более резкие колебания температуры внутренней по­верхности при открывании печи путем поворота свода. Конструкция свода осложняется необходимостью иметь отверстия для электродов (с соответствующей электроизоляцией, если материал свода обладает проводимостью), газоотсоса, кислородной фурмы, топливных горе­лок и т. д.

В зависимости от величины тепловой мощности ДСП свод может быть:

1) кирпичным сферической (купольной) формы на ДСП обычной и повышенной мощности;

2) металлическим, плоским, водоохлаждаемым на ДСП высокой и сверхвысокой мощности.

Своды отечественных ДСП набирают преимущественно из термостойкого магнезитохромитового кирпича марки МХС (ГОСТ 10888—76). Стойкость кирпичного свода зависит не только от условий эксплуатации, но и от способа и тщательности кладки. Свод набирают вне печи, на специальном «шаблоне», имеющем форму вну­тренних очертаний свода с соответствующими «знаками» для необхо­димых отверстий.

Схема кладки может быть секторно-арочной (рис. 43, а), кольце­вая (рис. 43, б) или комбинированная. Сферичность кладки достигают сочетанием прямого и клинового («торцевой» клин) кир­пича. Свод имеет один слой кладки, без тепловой изоляции. Толщина футеровки свода св соответствует длине стандартного кирпича и может быть в зависимости от вместимости ДСП м0.

Магнезитохромитовые кирпичи создают недостаточную электро­изоляцию электродов разных фаз, что приводит к электрическим пробоям между уплотнителями электродных отверстий и механиче­ским повреждениям центральной части свода.

Стойкость магнезитохромитовых сводов в зависимости от вмести­мости ДСП и сортамента выплавляемой стали составляет, по данным Гипромеза, от 200—250 плавок на малых ДСП и до 50—100 плавок на крупных.

Рис. 44. Конструкции сводовых водоохлаждаемых панелей:

а — коробчатая; б — трубчатая; в — коробчатая со змеевиком водоохлаждения (конструкция НИИМ); 1 — панель; 2 и 3 — коллекторы подвода и отвода воды; 4 — крючки для гарнисажа 5; 6 — направляющие перегородки; 7 — змеевик

За рубежом применяют высокоглиноземистые и динасовые кир­пичные своды. Высокоглиноземистые огнеупоры обеспечивают более высокую (в 2,5—3 раза) стойкость свода, но имеют и более высокую (в 2—5 раз) стоимость.

На ДСП высокой и сверхвысокой мощности целесообразно при­менять металлические водоохлаждаемые своды. Для уменьшения тепловых потерь рабочую поверхность водоохлаждаемых панелей следует обмазывать огнеупорным бетоном толщиной 50— 70 мм. Конструкция водоохлаждаемого металлического свода должна иметь минимальные электрические потери из-за перемагничивания магнитных масс и вихревых токов под влиянием мощных переменных магнитных полей, создаваемых потоками в электродах. Поэтому металлоконструкцию изготовляют из немагнитных материалов в виде электроизолированных секций (рис. 44). Электродные отверстия выполняют либо в центральной кирпичной сферической секции (см. рис. 42), что снижает эффективность применения водяного охла­ждения свода в наиболее теплонапряженной его части, либо между футерованными фигурными секциями металлического свода.

Характеристика дуговой электропечи.

Емкость : 150 т жидкой стали 5%.

Номинальная мощность печного трансформатора : 90 МВА,

ток фазы не более 80 кА,

максимальный ток электродов 80 кА.

Диаметр корпуса печи 7800 мм.

Высота корпуса печи от порога рабочего окна 2400 мм.

Высота порога рабочего окна над рабочей площадкой 700 мм.

Размер рабочего окна: ширина 1500 мм, высота 1000 мм.

Диаметр электрода 610 мм.

Высота подъема электрода 4500 мм.

Толщина футеровки 300-400 мм.

Время подвода свода около 30 с.

Угол поворота свода около 76 .

Время поворота свода около 50 с.

Корпус печи оборудован водоохлаждаемыми стенными панелями. Расход воды для охлаждения стенных панелей составляет около 400 м³/ч на печь.

Температура воды на входе около 40С.

Среднее повышение температуры около 12С.