Расчет геометрических размеров рабочего пространства дуговых сталеплавильных печей (дсп) § определение размеров ванны

б 12 25 50 100

с общей толщиной 295 — 575 мм для ДСП различной вместимости (см. табл. 2.1). Кирпичи каждого последующего ряда кладки сме­щают на 45°, чтобы перекрьггь вертикальные швы. Швы кладки за­полняют просеянным периклазовым порошком фракции 1 — 0 мм. Такие меры предотвращают уход жидкого металла сквозь кладку подины. 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. Ha ДСП с ЭМП днище изготовляют из немагнитной стали, при­чем для размещения, статора ЭМП целесообразно иметь дншце с двой­ной конусностью, чтобы углы образующих с горизонталью были 15 и 45°. Такая конструкция днища позволяет также иметь наимень­ший объем футеровки подины.

Рис. 2.4. Примеры конструкции огнеупорной футеровки стены ДСП: а, г и ж — без дополнительного (арматурного) слоя; б, д и з — с арматурным слоем; в, e и и - футеровка ступенчатая; 1 - периклазохромитовый кирпич; 2 — хромитопериклазовый кирпич; 3 — периклазовый кирпич на шпинельной связке; 4 — выравнивающая засыпка

пичом на плашку (65 мм) или на ребро (115 мм). Общая толщина футеровки стены в нижней часта составляет:

Верхнюю часть стен делают меньшей толщины (см. табл. 2.1), по­скольку с увеличением высоты снижается тепловая нагрузка футе­ровки. Сохраняя терминологию рис. 2.2 можно записать

50

При известной толщине футеровки стен определяют внутренний диаметр кожуха на уровне откосов ванны с учетом формулы (2.25):

на уровне пят свода с учетом (2.23) и (2.26):

Диаметр кожуха D^ является паспортной характеристикой и так­же может служить определяющим параметром ДСП вместимостью ш₀ с учетом выражений (2.18) и (2.25). Кожух ДСП изготовляют из котельной листовой стали толщиной Д_к, исходя из ориентиро­вочного соотношения:

По форме кожух выполняют (см. рис. 2.4) цилиндрическим, ко­ническим и цилиндро-коническим, а также ступенчатым, с обратной конусностью или бочкообразным. Для увеличения жесткости кор­пуса ДСП на кожух иногда наваривают вертикальные и горизонталь­ные ребра. Верхний фланец кожуха оборудуют песчаным затвором для уплотнения рабочего пространства. Отечественные ДСП повы­шенной мощности имеют цилиндро-конический кожух (см. рис. 2.4, ж - и). Угол наклона образующей конической части с вертикалью составляет у = 10 ^ 26°, высота h _кк можетсоставлять 1/3 — 2/3 вы­соты рабочего пространства ДСП от уровня порога рабочего окна, где обычно делают разъем кожуха, до пят свода, т.е. с учетом (2.17) и (2.19), м:

^џкк = ^_K(^ft4 + »„) * C¹/, * ²/з) [(0,03H-0,1) +

+ (0,35 +0,45)Zy. (2.30)

Соотношение (2.30) должно соответствовать соотношению (2.28), так как

Ф-Вк+ПжЧУ- <²-³¹

B кожухе корпуса ДСП вырезают отверстия для рабочего окна и выпускного (сливного) отверстия, называемого иногда "леткой". Ширина рабочего окна обычно составляет 0,25 — 0,3 диаметра рабо­чего пространства ДСП; высота окна в зависимости от принятой вы­соты расположения свода, согласно выражению (2.19) или (2.22), приблизительно равна 0,8 + 1,2 ширины окна:

A₀ = Kb₀ * (0,8 4- 1,2)Ь_о = k_hD_o ~ (0,2+0,36)D. (2.33)

Вырез для рабочего окна обрамляют водоохлаждаемой рамой; Футеровку в месте выреза удерживают и защищают от повреждений при загрузке материалов в ванну Побразной водоохлаждаемой аркой.
Выпускное отверстие выполняют круглым (диаметром 120 — 150 мм) или прямоугольным (150 X 250 мм). B современных мощных и сверх­мощных ДСП цилиндрический кожух корпуса служит для размещения водйохлаждаемых панелей. Bo избежание возможного контакта по­верхности панелей с жидким металлом (особенно при наклоне ДСП) уровень откосов ванны в сторону выпускного отверстия поднимают на два-четыре ряда огнеупорных кирпичей (до 600 мм), что умень­шает площадь водоохлаждаемой поверхности стен на 20 - 25 %.

Толщина Д кирпичной футеровки свода определяется длиной (см. табл. 2.1) применяемых огнеупорных кирпичей - периклазо- хромитовых, высокоглиноземистых или динасовых. Стрела подъема h _{п с} сферического (купольного) свода, выбираемая с учетом строи­тельной прочности футеровки согласно формуле (2.23a), определя­ет радиус сферы свода:

где £>_св - диаметр свода, практически равный диаметру D^^y со­гласно выражению (2.27) или (2.31).

B футеровке свода необходимо выполнить ряд отверстий различ­ного диаметра для размещения трех электродов, патрубка газоот­соса и различных технологических устройств - кислородная фурма, сводовые ТКГ, механизированный пробоотборник, загрузочная во­ронка для подачишлакообразующихматериа- лов и металлизованных окатышей, если не предусмотрено их размещение на корпусе ДСП. Ha ДСП высокой и сверхвысокой мощ­ности применяют комбинированные своды, имеющие периферийную металлическую сек­цию с водоохлаждаемыми панелями и цент­ральную кирпичную секцию для размещения графитированных электродов по условиям электробезопасности. При диаметре кирпич­ной секции менее 1/2 диаметра D_CB площадь водоохлаждаемой поверхности свода дости-

Рис. 2.5. Блсжчясема алгоритма расчета геометри­ческих размеров рабочего пространства ДСП

гает 80 — 85 %. Расположение графитированных электродов, характери­зуемое в трехзлектродных ДСП с круглым рабочим пространством диаметром окружности, проходящей через оси злектродов (так на­зываемым диаметром распада D_p) , выбирают из условия".

D_v=^_aD₀= (0.2-0,3)Z)_o, (2.35)

где D₀ - диаметр рабочего пространства ДСП на уровне откосов ван­ны согласно формуле (2.18).

Формулы (2.1) — (2.35) позволяют создать алгоритм расчета гео­метрических размеров рабочего пространства ДСП заданной вмести­мости W₀ на ЭВМ (рис. 2.5). Для проверки правильности расчета геометрических размеров целесообразно выполнить эскиз рабочего пространства ДСП (рис. 2.6).


Примерный расчет 2.1

Рассчитать геометрические размеры рабочего пространства ДСП вместимо­стью W₀ = 25 т, оборудованной устройством ЭМП.

Технологические условия: плотность металлошихты с?_ш = 1,2 т/м³ для (2.20); жидкого металла £?_ж = 7,1 т/м³ для (2.1) и жидкого шлака Cl_um = = ЗД т/м^$ для (2.l2a); расходные коэффициенты - к„ = 1,08 т/т для (2.20); к₃ = 1,0 для (2.20); £_шл = 5 % для (2.42a).

Геометрические условия: форма ванны и подины (см. рис. 2.2 и 2.4) - *ш = 0,2 для (2.4); fc_M = 4,5 для (2,5); h ₃ = 30 мм из (2.14); h ₄ = 40 мм из (2.17a); к_п = 0,8 для (2.24); форма стены и кожуха (см. рис. 2.2 и 2.4) -

профиль сложный - а¹ = 27°, а¹¹ = 20°, а^Ш = 13° и a^IV = 0 для (2.2l);

4 = 0,1; tP = 0,2; *¹¹¹^ = 0,35; **^V = к = 0,45 для (2.21); fc =0,45 для. (2.19); толщина футеровки, мм (см. табл. 2Д) - Да - 65 и Д_р = 380 для

(2.25); «А™ = 0 и A^lv_p = 300 для (2.26); *_в=0,25 для (2.32); k_h =0,3 для (2.33); к_КК = 0,6 для (2.30); у = 16° для (2.3l); форма свода - k_CB =0,65 для (2.226); fc_nx = 0,143 для (2.23a); Д_св = 300 мм (см. табл. 2.1); распо­ложение электродов к_эа =0,3 для (2.35).

Результаты расчета по уравнениям (2.1) - (2.35) оформлены в виде эски­за рабочего пространства (см. рис. 2.6) и могут бьиь сопоставлены с данными ВНИИЭТО (приложение 7).

Г л а в а 3. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДСП

§ 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ ЭНЕРГИИ

Определение H⁷_{2y т}

B энергетический период плавки полезный расход энергии H⁷_noji связан с изменением энтальпии при нагреве и плавлении массы загру­женной металлошйхты H⁷_uj = ДЯ_щ m с учетом возможного поступ­ления тепла от нагретой футеровки W^ и при использовании ТКГ W_R, при подогреве массы т_ж жидкого металла до температуры Tp конца энергетического периода (и начала окислительного пери­ода) W⁷_n = Д#_ж т_ж p, при формировании шлака энергетического периода путем загрузки шлакообразующих материалов массы т_м вместе с металлошихтой H⁷_{ujj р}, а также с компенсацией энергоза­трат эндотермических процессов H⁷_3jjn за вычетом тепла экзотер­мических процессов окисления элементов металлошихты И⁷_{ЭКЗ р}:

пол.р Ш ^TV ^ф/ ^т ^ ^rV Щ> шл.р энд.р

учитывая, что энергия W. и H⁷_fj поступает в металлошихту извне, из рабочего пространства ДСП, рассмотрим ту часть полезной энер­гии W_jjojj , которая связана с теплофизическими свойствами ме­таллошихты и физико-химическими процессами при ее расплавлении в энергетический период плавки: