4.3. Розрахунок геометричних параметрів дугової сталеплавильної печі

Правильно спроектована електросталеплавильна установка повинна забезпечити високу продуктивність, низьку питому витрату електроенергії, вогнетривів і електродів, високу стійкість футеровки, хороші умови протікання металургійних процесів. Сучасна електросталеплавильна установка повинна бути обладнана газоочисним пристроєм. У той же час електропіч повинна бути достатньо надійна в конструктивному відношенні і зручна в обслуговуванні.

Правильний вибір форми та розмірів ванни, плавильного простору - це запорука високої продуктивності печі та хорошої стійкості футеровки.

Плавильним простором або робочим об’ємом печі називається внутрішній об'єм печі, обмежаний вогнетривкою кладкою (рис.4.4).

Ванна являє собою частину робочого об’єму або плавильного простору, в якому знаходиться розплавлений метал і шлак. Вона розташовується нижче рівня порога робочого вікна. Форма ванни печі звичайно сфероконічна, з ухилом конічної частини 45⁰, що забезпечує хороші умови випуску плавки та заправки печі.

Технічна характеристика дугових сталеплавильних печей приведена в таблиці 4.8.

Основні розміри печі визначаються номінальною вагою плавки Р.

Рис. 4.4. Плавильний простір та ванна дугової сталеплавильної печі з ціліндроконічним кожухом:

а – рівень сполучення укосів та стін; б – рівень порогу робочого вікна.

Необхідний об'єм ванни:

, (4.71)

де , – об'єм металу і шлаку відповідно:

(4.72)

(4.73)

– додатковий об'єм на перевантаження печі і кипіння металу, м³.

(4.74)

де – питомий об'єм рідкого металу, прийнято для розрахунку 0,14 м³/т;

– кількість шлаку від кількості металу, змінюється в межах 4…10, прийнято 5%;

– щільність шлаку змінюється в межах 2,8…3,6, прийнято 3,2 т/м³;

– додатковий об'єм, який залежить від місткості печі: чим більше вмісткість печі, тим менше додатковий об'єм. При Р≤20т δ=50…30%, при Р=20…50т δ=30…20%, при Р≥50т δ=20…10%.

Для розрахунку для Р=70т прийнято δ=10%.

Зі збільшенням діаметра дзеркала ванни печі зменшується теплова напруженість стін та зростає термін служіння футеровки, зростає об'єм плавильного простору, що дозволяє використовувати легковагу шихту. Однак з і збільшенням діаметра дзеркала ванни печі зростають теплові втрати через кожух печі.

Таблиця 4.8-

Технічна характеристика дугових сталеплавильних печей

Параметри	ДСП-6	ДСП-12	ДСП-25	ДСП-50	ДСП-100	ДСП-100	ДСП-200
Номінальна місткість, т	6	12	25	50	100	100	200
Номінальна потужність трансформатора , МВ∙А	4	9	15	25	32 (50)	25	45
Межа напруги низької сторони, В	130…281	115…317,5	126…368	131…417	162…478	131…417	150…460
Число ступеней напруги	12	12	23	23	23	24	23
Максимальний струм, кА	9,85	16,37	23,5	34,6	46,2	34,6	43,5
Діаметр електроду, мм	300	350	400	500	555	555	610
Діаметр розпаду електродів, мм	1000	1000	1250	1600	1750	1750	2200
Швидкість переміщення електродів, м/хв.	5	5	4,5	3,5	4,56	2,6	4…5
Діамерт робочого простору на рівні укосів, мм	2230	2740	3540	4550	5600	5400	7100
Відстань від рівня порога до пьят склепіння, мм	1465	1415	1565	2015	2070	2070	3220
Глибина ванни, мм	425	555	755	890	1100	1100	1480
Розміри робочого вікна, мм:
висота	500	680	800	975	1050	1180	1500
ширина	750	980	1000	1200	1180	1050	1450
Внутрішній діаметр кожуха на рівні порога, мм	3000	4260	4690	5800	6900	6525	8500
Кут отвороту склепіння, град.	61	75	75	70	85	85	60
Маса металоконструкцій, т	50	90	170	276	483	484	1194

Задаємося відношенням рівня порогу робочого вікна або діаметра дзеркала ванни D₁ до глибини ванни H:

(4.75)

Значення величини М в залежності від місткості печі коливається в межах 4,0…6,5 і може бути прийнято при Р≤20т М=4,0…4,5, при Р=20…50т М=4,6…5.0, при Р≥50т М=5,1…6.5.

Приймаємо для розрахунку .

Значення розрахункового коефіцієнта можна визначити в залежності від прийнятого значення, він коливається від 8 - для малих печей та до 24 – для надвеликих печей:

(4.76)

Глибина ванни:

(4.77)

Із конструктивних міркувань приймаємо:

(4.78)

(4.79)

Глибина схилу над рівнем порогу робочого вікна Н₃ приймається для малих печей 0,05м, для середніх та великих – 0,10…0,20 м.

Приймаємо для розрахунку

Діаметр дзеркала ванни:

(4.80)

Діаметр робочого простору на рівні сполучення укосів і стін:

(4.81)

Діаметр сферичної частини ванни:

(4.82)

(4.83)

Товщина футеровки подини Н₄ приймається рівною глибині ванни на печах місткістю до 25т. На печах місткістю ≥25т передбачається встановлення установки для електромагнітного перемішування металу в печі. В цьому випадку товщина подини зменшується на 15…30%.

Товщина футеровки подини для розрахунку складає:

(4.84)

Для діючих електропечей висота плавильного простору приймається:

(4.85)

Для розрахунку:

Висота підйому стріли склепіння:

(4.86)

Для розрахунку:

Висота робочого простору від рівня порога робочого вікна до найвищої частини склепіння:

(4.87)

Ширина робочого вікна (0,25 – для великих печей, 0,32- для маленьких):

(4.88)

Для розрахунку:

Висота робочого вікна:

(4.89)

Для розрахунку:

Внутрішній діаметр кожуха печі:

(4.90)

де – максимальна товщина теплоізоляційного і вогнетривкого шару футеровки, яка залежить від садки печі (табл. 4.9).

Таблиця 4.9-

Товщина теплоізоляційного і вогнетривкого шару футеровки

Товщина шару	Садка печі, т
	≤20	20…50	≥50
Теплоізоляційний, м	0,075	0,075	0,075
Вогнетривкий, м	0,230	0,345	0,460

Прийнято для розрахунку 0,075 та 0,46 відповідно.

Товщина стінки кожуха печі:

(4.91)

Зовнішній діаметр кожуха печі:

(4.92)

Максимальний діаметр робочого простору печі або діаметр робочого простору на рівні сполучення стін і п'ят склепіння:

(4.93)

Товщина склепіння приймається в залежності від місткості печі:

при Р≤25т δ₃=0,230м, при Р=25…100т δ₃=0,300м, при Р>100т δ₃=0,460м.

Прийнято для розрахунку для Р=70 т

Для сучасних умов розповсюджені печі з циліндричним кожухом. Це дає можливість збільшувати кут нахилу стін печі і тим самим підвищити термін служіння футеровки (рис. 4.4).

Для прискорення поточного ремонту печі її кожух виконується з двох частей: верхньої – зьємної, нижньої – стаціонарної.

Наявність запасної зьємної частини в ході 2…4 годин дозволяє замінити зношення стін новими.

Висота конічної частини кожуха печі до рівня сполучення укосів і стін:

(4.94)

Для розрахунку:

Діаметр робочого простору на рівні сполучення стін і п'ят склепіння печі з циліндроконічним кожухом:

(4.95)

Значення коливається в межах 20…25º.

Товщина теплоізоляційного і вогнетривкого шару футеровки в циліндричній частині кожуха печі:

(4.96)

Для розрахунку:

Максимальний зовнішній діаметр кожуха печі:

(4.97)

Висота нижньої циліндричної частини кожуха печі визначається конструктивно. При цьому необхідно забезпечувати надійність роботи футеровки печі та мінімальну витрату вогнетривких матеріалів.

У трьохфазній дуговій печі електроди розташовуються по вершинах рівностороннього трикутника. Діаметр окружності, який проходить через центр. Називається діаметром розпаду електродів.

Відношення діаметру розпаду електродів до діаметра дзеркала ванни рекомендується для малих печей рівним 0,25, для середніх та великих печей – 0,3.

Діаметр розпаду електродів:

(4.98)

Приймаємо

Діаметр електрода вибірається в залежності від місткості печі (табл. 4.10).

Приймаємо

Діаметр отвору в склепінні приймається більше діаметра електрода на 40…60 мм. Приймаємо

За результатами розрахунку геометричних параметрів дугової сталеплавильної печі викреслюються плавильний простір та ванна ДСП (рис. 4.4) та виконується аналіз отриманих даних.

Варіанти завдань для виконання розрахунково-графічної роботи на тему “Конструкція дугової сталеплавильної печі” приведені у Додатку В.