9. Теплообмен в свободном пространстве дсп. Теплотехнические рациональные расположение электродов.

Свободное пространство формируют стены и свод, которые участвуют в лучистом теплообмене.

Из-за малого объема самой дуги (по сравнению с объемом рабочего пространства) и сравнительно большого расстояния от дуги до стен и свода можно принять дугу за сферу малого диаметра (точечный источник излучения)

Поэтому облученность футеровки рассчитывают по формуле:

Формула не дает абсолютной величины облученности поверхностей, но позволяет сравнивать величины плотности падающего теплового потока, для обоснования геометрических размеров свободного пространства.

Эта схема определяет рациональное расположение электродов.

Практически равномерная тепловая нагрузка на футеровку стен обеспечивается при отношении <0.3

Облученность футеровки на уровне дуг неодинаковая – максимальная напротив электродов, и наименьшая – между ними. qmax/qmin – степень неравномерности облученности

Сближение электродов <0.3 вызывает конструктивные трудности из-за размеров электрододержателей, уплотнителей электродных отверстий в своде, а также ослабляется футеровка в центральной части купольного свода. Для сближения до значений 0,2-0,25 – электроды наклоняют по вертикали на 6-8 градусов

10. Теплообмен в свободном пространстве дсп. Теплотехнические рациональные размеры рабочего пространства дсп.

Свободное пространство формируют стены и свод, которые участвуют в лучистом теплообмене.

Из-за малого объема самой дуги (по сравнению с объемом рабочего пространства) и сравнительно большого расстояния от дуги до стен и свода можно принять дугу за сферу малого диаметра (точечный источник излучения)

Поэтому облученность футеровки рассчитывают по ф-ле:

Формула не дает абсолютной величины облученности поверхностей, но позволяет сравнивать величины плотности падающего теплового потока, для обоснования геометрических размеров свободного пространства.

По мере удаления от зеркала ванны плотность теплового потока, падающего от дуг на футеровку стен – убывает.

Наклон образующей тепловоспринимающей поверхности стен к вертикали способствует уменьшению qст

Нагретые поверхности стен и свода имеют собственное излучение – создающее для ванны косвенный радиационный теплообмен, а для футеровки – фон облученности (самооблучение футеровки)

Рациональное расположение свода над зеркалом ванны должно обеспечивать:

1. Достаточно малую облученность, исключающую чрезмерный перегрев и преждевременное разрушение футеровки при нормальном энергетическом режиме плавки

2. Более благоприятный температурный режим по сравнению с наиболее горячими точками стен qсв.max< qст.max

3. Размещение в рабочем пространстве всего объема металлошихты поскольку подвалка шихты затягивает расплавление и увеличивает потери тепла ДСП.

Высота стен связанная с высотой расположения свода определяет также вылечину теплоотдающей поверхности кожуха ДСП, расход огнеупоров на футеровку стен, длину электродов и т.д.

Для купольных сводов:

Для плоских водоохлаждаемых сводов:

11. Футеровка подины дсп. Теплотехническая рациональная толщина подины. Особенности конструкции дсп с донным выпуском.

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.

Математическое описание тепл. Потока:

- температурный поток в ванне (или подине)

- тепловое сопротивление в ванне (или подине)

для 1 кв.м. подины или ванны

- перепад температур 1900К(ж.ме) – 350К(днище)

- не более 30К

=h_м

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.

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 230/225x115x65, 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.

Откосы ванны ДСП выкладывают из прямых и клиновых магне­зитовых кирпичей марки МО (ГОСТ 4689—74) на «плашку», обеспе­чивая угол наклона кладки откосов к горизонтали 50—55°.

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

Масса футеровки подин отечественных ДСП численно примерно равна вместимости печи т₀, 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 ре--монтом (заправка) разрушенных участков футеровки. Удельный расход заправочных материалов составляет 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).

Донный слив применяют в печах сверхвысокой мощности четвертого поколения для устранения следующих недостатков:

1. опасность соприкосновения с жидким металлом (приходится уменьшать высоту панелей, а это снижает их эффективность применения вместо огнеупора);

2. технологическая проблема разделения окислительного шлака от жидкого металла при сливе при переходе на одношлаковую технологию.

При схеме выпуска жидкого металла через отверстие в центре футеровки подины отпадает необходимость наклона печи, т.е. не требуется механизма наклона, и значительно упрощается опорная конструкция. Но сложная эксплуатация центрального выпускного отверстия ограничила применение ДСП такого типа.

Продвинутые гуру металлургии считают более удачной схему эксцентричного выпускного отверстия (отверстие в футеровке под рабочим окном, т.е. вынесено за периметр корпуса, футеровка немного вытянута в этом месте, остальное – как обычно). Печи с такой схемой называют печами с эркерным выпуском металла. Обслуживание ведут через через рабочий люк выступа корпуса или свода. В случае свода изменяется форма свода рабочего пространства, характерная для т.н. овальных печей.

Эркерные печи можно наклонять на 10-15 градусов для полного слива, что очень мало и удобно.

Но тут есть опасность снижения температуры жид.металла в водоохлаждаемом выступе ванны на 50-100 К. Этого избегают путем газовой продувки через футеровку подины или электромагнитным перемешиванием.