книги из ГПНТБ / Строганов, А. И. Производство стали и ферросплавов учебник для металлургических техникумов

Емкость печи, т

Рис. 101. Зависимость глубины ванны от емкости электропечи

Емкость печи, т

Рис. 102. Зависимость диаметра рабочего пространства (/) и кожуха (2) на уровне порога рабочего окна от емкости печи

Объем шлака обычно принимают равным 15% от объема металла, т. е.

Ушл = 0,15 VM. (ХХХП-З) Металл и шлак занимают объем ванны до уровня порога рабочего

Его высота равна 50— 150 мм в зависимости от емкости печи. Глубина ванны hB до уровня порогов рабочих окон может быть

принята по диаграмме рис. 1 0 1 , где приведены данные по отечест­ венным электропечам. Угол образующей конуса с верхним основа­ нием по практическим данным равен 45°. При этом угле на откосах достаточно хорошо удерживается заправочный материал. Высота сегмента hc составляет У5 глубины ванны hB. Тогда высота кониче­ ской части ванны Нк равна 4/5/гв. Диаметр ванны на уровне порога

Таким образом, все размеры ванны определены. После этого делается проверочный расчет. Объем ванны VB до уровня порога рабочих окон складывается из объема шарового сегмента высотой hc и объема усеченного конуса высотой К

При равенстве левой и правой частей или несколько большем значении правой части размеры ванны приняты правильные. В слу­ чае, если правая часть оказалась меньше левой, необходимо не­

Основными параметрами плавильного пространства печи яв­ ляются диаметр ванны на уровне порога рабочего окна и высота от уровня порога до пяты свода Н0. С увеличением высоты свода по­ вышается его стойкость, одновременно возрастает удельная поверх­ ность печи и увеличивается удельный расход электроэнергии. Од­ нако увеличение стойкости свода экономически перекрывает до­ полнительные расходы электроэнергии. Поэтому до определенного предела желательно стремиться к увеличению высоты свода. Этот параметр принимается по диаграмме рис. 103, построенной по дан­ ным отечественных заводов. Целесообразно принимать значение Н ближе к верхнему пределу (кривой АВ). Например, для 100-т элек­ тропечи величину Н0 следует принять равной 2 2 0 0 мм.

Стрела выпуклости hCT составляет для динасового свода V9 —Vio его диаметра, а для основного свода соответственно 1/а — V9. Для

372

свода 100-т электропечи диаметром 5600 мм стрелу выпуклости можно принять равной hCT= 5600-Vg = 620 мм.

От верхнего уровня откосов стены необходимо делать наклонными под углом 15—30° к вертикали. При таком угле наклона стен их

# н = 1U— 1k\.H0— (50— 150)] мм.

Верхняя часть рабочего пространства до пяты свода на вели­ чину 3/4—2/3[Яс— (50— 150)] мм цилиндрическая.

Размеры рабочего окна необходимо выбирать такими, чтобы мульда свободно входила в печь, размеры окна должны также обес­ печивать возможность осмотра и заправки печи. Обычно ширину окна принимают равной 0,3 диаметра плавильного пространства на уровне порога рабочих окон, а высоту окна около 0 ,8 — 1 ее ши­ рины. Для крупнотоннажных печей, загружаемых сверху, ширина окна может быть уменьшена до 0 ,2 D 0.

3. ЕМКОСТЬ ПЕЧИ И ДИАМЕТР КОЖУХА

Внешние параметры электропечи определяются ее внутренними размерами, толщиной футеровки и металлического кожуха. Диа­ метр кожуха на уровне порога рабочего окна равен

373

где D 0 — диаметр плавильного пространства на уровне порога рабочего окна, мм;

Sp — толщина рабочего слоя на уровне порога рабочего окна

(70— 100 мм); 5 К— толщина кладки на уровне порога рабочего окна равна

350—450 мм (большая толщина — для печей емкостью более 30 т);

SH— изоляционный слой, состоящий из слоя шамотного кир­ пича толщиной 65 мм и 25-мм слоя асбеста;

5 КЖ— толщина кожуха, равная 2 0 мм для печей емкостью до 30 т и 30—40 мм для печей большей емкости.

Таким образом, общая толщина футеровки на уровне порога рабочего окна составляет 560—615 мм. В работающих электропе­ чах при реконструкции с увеличением емкости иногда изоляцион­ ный слой исключают.

На рис. 102 представлена зависимость диаметра кожуха DK на уровне порога рабочего окна от емкости печи (кривая 2) по дан­ ным отечественных заводов. Угол наклона конической части ко­

совпадает с углом наклона стен. Поэтому толщина стен в кониче­ ской части остается постоянной на всю высоту. В случае меньшего угла наклона конической части кожуха по сравнению с внутренней поверхностью стен толщина стен в верхней конической части де­ лается меньше (за счет уменьшения толщины рабочего слоя), чем на уровне порога рабочих окон на 80— 100 мм.

Верхняя цилиндрическая часть стен выполняется из рабочего

Толщина футеровки подины составляет 650—800 мм и включает следующие слои: 1 ) теплоизоляционный слой (асбестовый картон 10 мм; шамотный порошок 30 мм; два ряда шамотного кирпича на плашку, 65x2 = 130 мм); 2) слой магнезитового кирпича (один

Необходимо иметь в виду, что в процессе работы размеры рабо­ чего пространства, так же как и размеры ванны, непрерывно ме­ няются в основном в сторону увеличения.

4. МОЩНОСТЬ ТРАНСФОРМАТОРА И ДИАМЕТР ЭЛЕКТРОДОВ

На рис. 104 представлена зависимость мощности трансформатора от емкости электропечей, по данным отечественной и зарубежной практики.

При выборе мощности трансформатора необходимо иметь в виду следующие соображения:

374

1. Мощность трансформатора наиболее полно используется в пе­ риод плавления. Поэтому для обеспечения быстрого расплавления необходимо устанавливать трансформатор по возможности с высо­ ким значением удельной мощности, т. е. с высоким отношением PIG, где Р — мощность трансформатора; G — емкость печи. Однако

в окислительный и восстановительный периоды мощность трансфор­ матора используется неполностью, в среднем на 30—50%. Поэтому при большой длительности этих периодов, что имеет место при вы­ плавке легированных сталей, использование трансформатора в сред­ нем за плавку будет невысоким. Мощные трансформаторы при этой же емкости печи целесообразно устанавливать на печах, выплавляю­ щих углеродистые стали. Наиболее мощные трансформаторы не­ обходимо устанавливать на тех печах, которые предназначены только для расплавления шихты с последующей доводкой и рафинировкой металла в ковше.

375

2. С повышением мощности трансформатора повышается сила тока в короткой сети, что ухудшает электрические характеристики электропечи: снижается cos ср до 0,65—0,7, возрастает явление пере­

в электродах, что не всегда возможно в применяемых в настоящее время электродах.

Учитывая сказанное, при реконструкции действующих электро­ печей можно рекомендовать выбирать мощность трансформатора по верхнему пределу области 2 (рис. 100). В этом случае мощность трансформатора для 100-т электропечи составит 40 MBA. При строи­ тельстве новых электропечей целесообразно предусматривать мощ­ ность трансформатора согласно кривым 5 и 6. Мощность трансфор­ матора для 100-т электропечи тогда окажется равной 50 и 80 MBA. При установке подобных трансформаторов необходимо предусмо­ треть мероприятия по повышению cos ср, уменьшению явления пере­ носа тока и повышению плотности тока в электродах. В частности, можно рекомендовать для повышения cos ср включение параллельно трансформатору батареи статических конденсаторов, чем подав­ ляется реактивная составляющая. Для уменьшения явления пере­ носа фаз участок короткой сети на самой печи необходимо выпол­ нять симметрично с расположением фаз по углам равностороннего треугольника.

В табл. 53 приведена характеристика трансформаторов согласно разработанному в 1972 г. ГОСТу с учетом рекомендаций Совета Экономической Взаимопомощи (СЭВ) по стандартизации.

Диаметр электродов рассчитывают по допустимой силе тока.

по току в период плавления на 20% .

2. Допускаемое отклонение напряжения низкой стороны трансформаторов не должно быть более — 5% , а отклонение высокой стороны не должно превыш ать ± 5 % .

3 7 6

5. МАТЕРИАЛЬНЫЙ И ТЕПЛОВОЙ БАЛАНСЫ ЭЛЕКТРОПЛАВКИ

При проведении плавки в электропечь загружают исходные шихтовые материалы: металлический лом, ферросплавы, окисли­ тели, шлакообразующие и т. д. Основная масса металлической части шихты переходит в готовый металл. Меньшая часть теряется

шлака и т. д.). Задачей эксплуатационного персонала является обеспечение минимальных потерь металла. Составление материаль­ ных балансов плавок позволяет оценить долю каждой статьи при­ хода и расхода.

с корольками. Металл теряется также в виде скрапин со спускаемым шлаком. При теоретических расчетах эту статью потерь обычно не учитывают, хотя фактически она иногда составляет значительную долю (0,5—1,5%). Снижение этой статьи потерь может быть до­ стигнуто путем осторожного скачивания шлака, особенно в периоды плавления и окисления.

Металл, вылитый из печи в ковш, в дальнейшем разливают либо по изложницам, либо на МНЛЗ. В процессе разливки происходят дополнительные потери металла в виде литников при сифонной

377

разливке (0,5—1,5%), скрапин в ковше (до 0,5%) и недоливков (0—1,5%). Таким образом, выход годных слитков на 1—4,5% ниже выхода жидкого металла. Технико-экономические показатели ра­ боты электропечи и цеха в целом относятся к годным слиткам.

Тепловой баланс показывает распределение прихода и расхода тепла на плавку по статьям. Зная тепловой баланс плавки, можно правильно наметить пути снижения потерь тепла и улучшить тех­ нико-экономические показатели процесса. Тепловой баланс состав­ ляют на основании материального баланса плавки.

В табл. 55 приведен тепловой баланс плавки стали ШХ15 в 100-т электропечи.

Т А Б Л И Ц А 55

И т о г о . . . 23,6

В с е г о . . . 100,0

378

Абсолютный расход тепла и его относительное распределение по статьям будет зависеть от продолжительности плавки, соотно­ шения продолжительности отдельных периодов, состояния футеровки и т. д.

Рассмотрение отдельных статей теплового баланса позволяет наметить и меры по их уменьшению. Так, некоторые элементы элек­ тропечи для увеличения их стойкости подвергают водяному охлажде­ нию, на что расходуется до 15% от подводимой энергии. Для умень­ шения этой статьи теплопотерь необходимо защищать огнеупорным материалом охлаждаемые элементы, например, поверхность за­ слонки рабочего окна, обращенную в печь, следует покрывать огне­ упорным бетоном. При налаживании водяного охлаждения того или

до минимума частоты открывания окна. Заслонку необходимо подни­ мать только на такую высоту, которая обеспечивает нормальное про­ ведение операции. При загрузке печи мульдой следует закрывать окно после загрузки каждой мульды.

Потери с уходящими газами в значительной степени определяются количеством подсасываемого воздуха. Поэтому поддержание герме­ тичности печи — путь к уменьшению теплопотерь по этой статье. Особенно тщательно необходимо следить за уплотнением электрод­ ных отверстий.

Потери в трансформаторе и токопроводе пропорциональны силе тока. Правильное использование ступеней напряжения, своевремен­ ное шунтирование дросселя, симметричное расположение шин ко­ роткой сети, бифилярная проводка — все это позволяет повысить коэффициент мощности установки (cos <р). Применение водоохлаждае­ мых кабелей вместо шин на крупных печах уменьшает нагрев ко­ роткой сети и снижает потери электроэнергии в ней. Особенно важ­ ным моментом является поддержание хорошего контакта между электрододержателем и электродом и сокращение длины рабочего конца электрода.

И АВТОМАТИЗАЦИЯ В ЭЛЕКТРОСТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ЦЕХАХ

Строительству нового металлургического завода предшествуют всесторонние технико-экономические исследования. Проектные орга­ низации прорабатывают многие варианты технико-экономических решений по заводу на основании последних достижений науки и тех­ ники и выбирают самый целесообразный, в наибольшей степени удовлетворяющий народное хозяйство, вариант. Во всех цехах, в том числе и электросталеплавильных, закладываются определенные

379

Технические решения с учетом отечественного и зарубежного опыта. Поэтому проект цеха в значительной степени предопределяет буду­ щую организацию производства. В процессе эксплуатации электро­ печей и оборудования выявляются более удачные решения, совершен­ ствуется технология выплавки стали, внедряется новая техника, например газо-кислородная продувка, обработка стали синтетиче­ ским шлаком и т. д. Все это способствует повышению производи­ тельности печи и улучшению качества стали. За последние годы больше половины прироста выплавки стали в сталеплавильных цехах достигнута за счет увеличения производительности сталеплавильных агрегатов.

Электросталеплавильный цех возглавляет начальник, под руко­ водством которого работают его заместители и отделы (диспетчер­ ская служба, плановое бюро, бюро организации труда, хозяйствен­ ная служба и т. д.). Функции различных служб в электросталепла­ вильном цехе сложны и требуют высокой квалификации.

Производственная бригада имеет коллективную форму труда. Внутри бригады точно регулируется разделение труда и за каждым членом бригады закрепляется определенный круг обязанностей. В то же время необходимо добиваться взаимозаменяемости персо­ нала бригады. Первый подручный сталевара электропечи обязан знать и уметь выполнять работу второго и третьего подручного,

апри необходимости должен и подменить сталевара. Электросталеплавильные цехи работают по годовым, кварталь­

ным, месячным, недельным и суточным планам. Месячные и недель­ ные планы определяют деятельность в цехе по укрупненным показа­ телям, в том числе составляются планы ремонта печей. В ежеднев­ ных плановых заданиях конкретно указывается график работы каждой электропечи, а суточный график электропечей служит осно­ вой для составления графиков работы всех отделений цеха.

Перед работой на всех участках разъясняется суточный график работы цеха, смены и ставятся задачи для каждого участка и смены. Важно, чтобы каждый исполнитель знал конкретно свои задачи. После окончания смены проводятся итоговые совещания и обсужде­ ния работы в прошедшую смену с вызовом мастеров и при необходи­ мости конкретных исполнителей.

Координация работы отдельных участков цеха осуществляется диспетчерской службой. Дежурный диспетчер ведет исполнительный график работы агрегатов и отдельных участков цеха на основании информации ответственных исполнителей: мастеров, сталеваров

ит. д.

Всовременных крупных сталеплавильных цехах составление графиков работы электропечей связано со значительными труд­ ностями, так как на ход процесса оказывает влияние большое число переменных, иногда случайных, факторов. Поэтому в настоящее время ведутся работы по автоматизации управления работой стале­ плавильных цехов. Автоматизация электросталеплавильных цехов повышает технико-экономические результаты их работы за счет выбора оптимальных условий работы агрегатов, уменьшения не­

380