Расчет электродуговой сталеплавильной печи емкостью 100 тонн

          Имеются  два  способа  загрузки  шихты  дуговых  печей.  Загрузка  мульдами  с  помощью  завалочной  машины  и  загрузка  печей  сверху  (бадьей). 

В  настоящее  время  все  строящиеся  дуговые  печи  имеют  загрузку  сверху.  Этот  метод  признан  наиболее  совершенным  по  следующим  причинам:

     -так  как  загрузка  короче,  то  меньше  охлаждается  футеровка,  сокращается  продолжительность  плавки,  увеличивается  производительность  печи,  снижаются  расход  энергии  и  электродов,  эксплутационные  расходы,  а  следовательно,  и  себестоимость  стали;

   -лучше  используется  объем  печи;  если  принять  за  100 %  объем,  заполняемый  шихтой  при  загрузке  сверху,  то  завалочная  машина  при  скрапе  с  той  же  плотностью  в  состоянии  заполнить 60 %  объема.

     Печь  с  поворотным  сводом  типа  ДСП – 100  имеет  свод,  подвешенный  к  раме – полупорталу.  Полупортал  соединен  с  неподвижными  стойками  в  одну  конструкцию, опирающуюся  во  время  загрузки  на  шток  электромеханического  привода  поворота.

     Печь  с  поворотным  сводом  получила  наибольшее  распространение.  Она  имеет  наименьшую  массу  перемещаемых  частей,  к  печи  имеется  доступ  с  трех  сторон,  возможно  устройство  вспомогательного  рабочего  окна,  возможна  выдача  шлака  в  разливочный  пролет,  и  пространство  под  рабочей  площадкой  может  быть  использовано  рационально.

     Главными  недостатками  конструкции  являются  большие  изгибающие  усилия  на  колонну  поворота  свода,  неблагоприятная  нагрузка  на  люльку  и  ближний  опорный  сектор,  износ  гибкого  участка  токоподвода  вследствие  сильного  закручивания.

         Механизм  подъема  свода  может  быть  гидравлическим  или  электромеханическим.  Электромеханический  привод  печи  ДСП – 100  состоит  из  двух  червячно – винтовых  редукторов,  двух  систем  тяг  и  подвесок,  передающих  усилие  от  винтов  к  четырем  точкам  подвески  свода.

     В  конструкциях  печи  используются  механизмы  поворота  свода.

     В  обычных  печах  в  процессе  плавления  электроды  прорезают  в  шихте  три  колодца.  В  местах,  удаленных  от  электродов,  шихта  плавится  медленно. 

     Для  ускорения  плавления  твердой  шихты  и  предохранения  подины  от  перегрева  дугами,  когда  при  легковесной  шихте  под  электродами  скапливается  мало  металла,  в  конструкции  печей  предусмотрено  вращение  ванны.  С  помощью  поворотного  привода  печь  медленно  поворачивается  сначала  в  одну  сторону  на  40º,  а  затем  в  другую  на  80º;  вместо  трех  электроды  прорезают  в  шихте  девять  «колодцев».  Перед  поворотом  кожуха  приподнимается  свод  и  электроды , настолько,  чтобы  их  концы  поднялись  над  шихтой.

     Современные  крупные  сталеплавильные  дуговые  печи  во  время  работы  выделяют  в  атмосферу  большое  количество  запыленных  газов.  Применение  кислорода  и  порошкообразных  материалов  еще  более  увеличивает  запыленность.

     Наиболее  эффективной  системой  газоотсоса,  принятой  на  большинстве  отечественных  печей,  является  индивидуальный  отсос  из  печи  через  сводовое  отверстие.  Патрубок  крепится  к  сводовому  кольцу  и  заделывается  в  отверстие  свода.  На  электропечах  с  отсосом  газов  от  рабочего  окна  роль  патрубка  газоотсоса  выполняет  водоохлаждаемая  арка.

     Уловленные  газы  по  системе  газоотходов  поступают  на  установку  газоочистки.  Для  очистки  газов  от  пыли  используют  установки  электростатического  осаждения,  пенные   и  тканевые  фильтры,  циклоны,  скрубберы  ударного  действия,  мокрые  скрубберы  и  другие  устройства.  Наибольшее  распространение  на  дуговых  печах  получила  система  газоочистки  с  помощью  мокрых  скрубберов  и  труб  Вентури.

1.2  Теплоизоляционные  и  огнеупорные  материалы,  применяемые  при  кладке  печи

        Плавильное пространство электропечи имеет огнеупорную футеровку, создающую ванну для металла и уменьшающую тепловые потери печи. Основные части футеровки – подина печи, стены, свод.  Производительность электропечи, качество выплавляемой стали, и себестоимость стали в большей мере зависят от службы футеровки.

Температура в зоне электрических дуг достигает нескольких тысяч градусов. Футеровка электропечи отдалена от дуг, но всё же она часто должна выдерживать температуры, близкие к 1700°С, поэтому применяемые для футеровки материалы должны обладать высокой огнеупорностью.

Огнеупорность определяется температурой, при которой стандартный образец деформируется под действием своей силы тяжести.

Огнеупор в футеровке электропечи испытывает значительные напряжения; в этих условиях большинство огнеупоров размягчается при температуре более низкой, чем та, которая характеризует огнеупорность. Поэтому необходимо знать температуру  начала размягчения под нагрузкой.

Огнеупорный материал должен обладать высокой механической прочностью, т.е. сопротивлением сжатию (раздавливанию).

В процессе службы футеровка печи претерпевает частые изменения температуры. Во время заправки она охлаждается в результате притока холодного воздуха, во время загрузки – в результате соприкосновения с холодной шихтой. Поэтому необходимо, чтобы огнеупоры обладали термостойкостью, т.е. способностью сохранять свою цельность и механическую прочность при наличии резких температурных колебаний (тепловых ударов).

Футеровка электропечи соприкасается с металлом, шлаком и газами, нагретыми до высокой температуры. При соприкосновении огнеупорных материалов со шлаком высокая температура способствует их химическому взаимодействию, вследствие чего возможно образование легкоплавких соединений и разъедание футеровки. Поэтому огнеупор должен обладать высокой химической устойчивостью (шлакоустойчивостью).

Продолжительность службы футеровки зависит в значительной мере от величины изменения объёма огнеупорных материалов в результате нагрева и охлаждения, выражающейся в дополнительной усадке или расширении (росте). При выполнении футеровки должно быть учтено изменение объёма, иначе расширение может привести к раздавливанию кирпича, а усадка к потере строительной прочности.

Если футеровка обладает низкой теплопроводностью, то тепловые потери печи и удельный расход электроэнергии невысоки.

Теплопроводность огнеупорных материалов повышается с температурой. Исключениями являются магнезитовые и карборундовые огнеупорные материалы, теплопроводность которых уменьшается при повышении температуры.

Огнеупорные материалы должны иметь низкую электропроводность. Электропроводность огнеупоров, как правило, растёт с повышением температуры.

Для футеровки электрических сталеплавильных печей наибольшее применение в настоящее время нашли магнезит, шамот, магнезитохромит, доломит, динас. В качестве теплоизоляционных материалов применяют асбест, диатомит и легковесный кирпич; вяжущими материалами служат каменноугольные смолы и пек, жидкое стекло.

Капитальный ремонт печи, во время которого удаляется старая футеровка подины и набивается новая, длится 5-8 суток. Следовательно, при хорошей службе подины снижаются простой и увеличивается производительность агрегата. Основным признаком, по которому должна оцениваться пригодность подины, является качество выплавляемой стали. Стойкость подины находится в пределах от 1500 до 5000 плавок.

В печи с новой подиной легко плавить самые ответственные стали. С течением времени из-за невнимательного ухода за подиной или низкого качества заправочных материалов, или вследствие неудачно проведённого процесса, привлекшего за собой повреждение футеровки, монолитность магнезитовой набойки нарушается.

Последовательность выполнения футеровки подины для 100-т печи такова: на днище кладут слой асбеста  10-20 мм, на асбест – 30-40 мм шамотного порошка или молотого доломита. Первый  слой кладки выполняют шамотным кирпичом на “плашку”. Кладку ведут всухую с засыпкой швов шамотным порошком.

Кирпичное основание ванны для печи с основной футеровкой выполняют из магнезитового кирпича. На шамотной кладке располагают 5 слоёв магнезитового кирпича на ребро (575 мм), разворачивая каждый верхний ряд по отношению к нижележащему на угол 45°или 90о. Такое выполнение кладки обеспечивает несовпадение швов по вертикали и затрудняет проход металла вниз в случае местного срыва набойки. Магнезитовые кирпичи укладывают всухую, плотно, с притиркой друг к другу, с присыпкой мелким магнезитовым порошком для заполнения всех швов.

Выполнять стык магнезитовой кладки пода и стен рекомендуется таким образом, чтобы нагрузка от расширения кладки пода передавалась кладке стен, а не кожуху.

При выкладке откосов и стен между магнезитом и шамотом, учитывая расширение кладки при нагреве, оставляют зазор 35–40 мм, засыпаемым шамотным порошком.

На магнезитовой кирпичной кладке набивают рабочий слой из магнезитового порошка со смолой и пеком, толщина которого 130 мм. Вся толщина футеровки пода должна быть примерно равной глубине ванны.

Для выполнения набивной части подины используют металлический магнезитовый порошок в зёрнах размером от 2 до 10 мм. В качестве связующего применяют хорошо обезвоженную каменноугольную смолу и пек в соотношении (по массе) 89% магнезита, 10% смолы и 1% пека. При таком соотношении зёрна магнезита со всех сторон хорошо покрывается плёнкой связующего материала, масса схватывается на воздухе достаточно медленно, есть возможность плотно утрамбовать каждый слой. Перед замешиванием магнезитовый порошок и смолу с пеком подогревают до 50–60°С. Перед нанесением первого слоя набойки магнезитовую кладку необходимо подогреть горячим магнезитовым порошком, т.к. холодная кладка быстро охлаждает смесь, и она не пристаёт к кирпичам.

Основную футеровку стен выполняют из безобжиговых магнезитохромитовых кирпичей в кассетах (обоймах) из листового железа, из магнезитохромитовых кирпичей.

По окончании набивки откосов приступают к кладке стен. Основанием для кладки служит теплоизоляционная и магнезитовая кладка – продолжение  кладки подины. Кожух оклеивают (на жидком стекле) листовым асбестом и к нему приставляют лещядку шамотного кирпича. Для повышения устойчивости кожуха приваривают вертикально угловое железо 30×30 мм. Магнезитовую часть кладки выполняют толщиной 500 мм.

Стены выкладывают из магнезитового кирпича высокой плотности (пористость не более 10%) на высоту 150 мм от уровня шлака. Выше кладут четыре ряда без обжигового магнезитохромитового клина длиной 430мм в кассетах из 1,5-мм железа; верх кладки выполнен из такого же кирпича, но меньшей длины (460 мм). Кладка уступами рациональна, так  как нижняя часть стен под действием тепла электрических дуг изнашивается быстрее. Железные кассеты обеспечивают сваривание отдельных кирпичей в единый прочный блок. Стойкость стен достигает 250 плавок.

Анализ способов выполнения футеровки показал, что оптимальной технологией выкладки стен является кирпичная кладка, обеспечивающая максимальную монолитность.

Столбики и арка загрузочного окна работают в весьма трудных условиях. Лучшим огнеупорным материалом для столбиков и арки является термостойкий магнезитохромитовый кирпич с железными прокладками. На многих заводах заменили кирпичную арку и столбики водо охлаждаемой коробкой.

Свод печи страдает сильнее других частей футеровки. Кладка свода перегревается теплом, отражаемым от стен и шлака.

Существует два способа наборки свода – кольцевая из фасонного кирпича и арочно-секторная из нормального кирпича с некоторым количеством фасонных кирпичей.

Свод набирают из магнезитохромитового кирпича. В своде оставляют пять отверстий – три диаметром 660 мм для электродов, одно диаметром 900 мм для отсоса газа и одно диаметром 300 мм для фурмы.

Большие перспективы в повышении стойкости огнеупорной футеровки печи имеет применение водоохлаждаемых элементов и в первую очередь для сводов. Замена свода, выкладываемого из огнеупорных кирпичей на водоохлаждаемую конструкцию с небольшой долей участия огнеупорного материала, может дать значительную экономию прежде всего трудовых затрат, на выполнение футеровки свода, которая в обычных условиях требует работы бригады высококвалифицированных каменщиков в течение нескольких смен.

Кроме того, стойкость обычных сводов невысока; приходится часто менять их, что, безусловно, отражается на производительность печей. Водоохлаждаемый свод  может иметь стойкость в 10-20 раз  выше обычного. Нельзя не учитывать уменьшение расхода огнеупоров, что отразится на снижении себестоимости стали.

Одним из факторов, способствующих повышению стойкости стен, является переход с цилиндрического на цилиндроконический кожух, при этом увеличивается расстояние между внутренней поверхностью стен и зоной высоких температур под дугами. Кроме того, уменьшается нагрузка в наклонной стенке, поскольку она частично освобождается от нагрузки, создаваемой сводом; при этом также увеличиваются условия ремонта. Стойкость увеличивается с 65-100 до 145-155 плавок.

На степень разрушения нижней части стен большое влияние оказывает расстояние от электродов. Перенос мощности по фазам является одной из причин неравномерного износа футеровки стен. Меры, обеспечивающие выравнивание мощности по фазам, способствуют увеличению стойкости стен.

Одним из резервов повышения стойкости стен электропечей является межплавочный ремонт торкретированием, которое осуществляется горячей или холодной торкет-массой, состоящей из наполнителя (порошка магнезита, хромомагнезита и т.д.) и связки (огнеупорной глины). Торкретирование в горячем состоянии труднее, чем в холодном, вследствие тепловыделения, плохой видимости, часто возникающей необходимости подавать массу под неоптимальными углами, сжатых сроков ремонта. Но все эти трудности компенсируются сокращением простоев.

Повышение стойкости свода возможно как в направлении изыскания новых сводовых изделий, характеризующихся более высокой шлакоустойчивостью, термостойкостью, температурой начала деформации под нагрузкой, так и в направлении улучшения конструкции свода. Применение конструкции, распорноподвесного свода увеличивает его жёсткость, что уменьшает возможность коробления в процессе эксплуатации.