Розрахунки параметрів робочого простору печі

До основних параметрів печі необхідно віднести (рис.2.16):

- діаметр і глибину ванни (відповідно Дв, hв);

- висоту робочого простору (Нр);

- діаметр робочого простору (Др);

- діаметр зводу (Дзв).

Рис. 2.16. Внутрішній простор печі

До розмірів, що визначають габарити робочого простору печі відносяться: глибина і діаметр ванни на рівні порогу робочого вікна, (hв, Дв), висота робочого простору від рівня порогу до верху стінок - Нр.

Основні розміри, що визначають габарити робочого простору: глибина і діаметр ванни на рівні порогів робочого вікна (Н_В і D_B), висота робочого простору від рівня порога до верху стінок - Н_р (рис.2.16). Розміри сфероконічної ванни визначають розрахунком, задаючись величиною відносин D_B/H_B, і прийнявши Н_сф = 0,2Н_в, виходячи з того, що вона повинна вміщати метал і шлак (~ 15 % від обсягу металу). Причому поріг робочого вікна повинен бути на 20…40мм вище рівня шлаку, щоб останній не витікав через вікно при вспіненні; крім того, як вже зазначалося, верх укосів повинен бути на 70…150мм вище рівня порогу.

Величину відносин Dв/H_Bвибирають з урахуванням наступних міркувань. Збільшення D_B/H_Bведе до зростання поверхні контакту метал-шлак і зменшення глибини ванни, що підвищує повноту процесів рафінування металу і полегшуючи прогрів ванни по висоті. Однак при цьому зростають діаметр кожуха і збільшуються габарити всіх конструкцій печі та її маса; зростає зовнішня тепловіддача поверхнею кожуха і, отже, тепловтрати; збільшується витрата вогнетривів на кладку стін і склепіння; погіршується прогрів ванни у укосів, особливо в зонах між електродами; зростає довжина короткої мережі, що веде до зростання електричних втрат. Враховуючи викладене, величину D_B/H_Bдля нових печей приймають у межах 4,5…5,5, причому нижча межа рекомендується для печей, виплавленої сталі рядового призначення. Для печей з кислою футеровкою, яка зазвичай працює за спрощеною технологією без відновлюючого періоду, величина D_B/H_Bрекомендується в межах 3,5…4,5.

Висоту робочого простору (відстань від рівня порога робочого вікна до верху стін) Н_р вибирають з урахуванням наступних факторів. Збільшення Н_р сприяє підвищенню стійкості склепіння внаслідок його віддалення від високотемпературних електричних дуг і покращує можливості завантаження шихти однією порцією. Разом з тим, при цьому зростає тепловіддача поверхня стінок і, отже, витрата електроенергії, а також довжина робочої частини електродів, що збільшує реактивний опір ланцюга. Зазвичай величина Н_р змінюється в межах 0,4…0,55 D_B, зростаючи в цих межах при зниженні ємності печі.

У печей з похилими стінками кут їх нахилу до вертикали становить 10…20°. У печей з циліндроконічними стінками висота похилої частини стін Н_н складає 0,25…0,40Н_Р, кут нахилу стінок кожуха в цій частині 10…25°, а кут нахилу футеровки 15…30°.

Діаметр склепіння D_CBроблять більше діаметра робочого простору D_p.п,щоб сводове кільце знаходилося над пісочним затвором, розташованим із зовнішнього боку кожуха печі. Величина D_CBзмінюється в межах величини від 1,3D_р.пна малих печах до 1,1D_Р.Пна великовантажних. Стрілу опуклості зводу Н_св вибирають такою, щоб забезпечувалася достатня будівельна міцність зведення в нагрітому стані. Величина Н_СВ не повинна бути менше 1/10D_CB, тому що при меншому її значенні сильно зростають розпірні зусилля, тобто зусилля, що стискають цеглини зводу. Для хромомагнезитового зводу величину Н_СВ в холодному стані приймають у межах (1/7…1/8)D_СВ, а для динасового склепіння - меншою: от 1/9 до l/l0D_СВ, оскільки динас розширюється при нагріванні сильніше, ніж хромомагнезит.

Діаметр розпаду електродів (діаметр кола, проходячи через осі електродів) вибирають, враховуючи те, що при його збільшенні посилюється знос футеровки стінок поблизу електродів, погіршується прогрів металу у подини печі і посилюється нерівномірність прогрівання ванни по периферії. У зв'язку з цим бажано, щоб діаметр розпаду не перевищував 0,3DВ. У існуючих печей цей діаметр змінюється від (0,3÷0,25)D_B на великовантажних до (0,45÷0,5)D_B на малих печах, де зблизити електроди до необхідної величини не дозволяють габарити електродотримачів. Розміри сферо конічної ванни визна-чають розрахунком при заданій величини співвідношення Дв/hв. Прийнявши висоту сферичної частини ванни hсф=0,2hв і виходячи з того,що вона повинна уміщувати метал і шлак біля 15 % від обсягу металу. Причому поріг робочого вікна повинен бути на 20…40мм вище рівня порогу печі.

Величину співвідношення Дв / hв вибирають із наступних міркувань.Для нових печей пропонують Дв/hв =4,5…5,5, причому для печей з кислою футе-ровкою, які звичайно працюють за спрощеною технологією без востановлюючого періоду Дв/hв = 3,5…4,5.

Нижня межа співвідношення застосовується для печей, у яких виплавляються рядові сталі.

Збільшення співвідношення веде до росту поверхні контакту Sш метал-шлаки, і зменшенню глибини ванни:

Sш = πД2/4, (2.7)

де Д –діаметр поверхні контакту метал- шлак.

При цьому поліпшується процес рафінування металу та забезпечується добрий прогрів ванни по висоті. До недоліків можна віднести: збільшення габаритів печі і її маси, підвищєння тепловтрат.

Висота робочого простору (Нв) визначається з врахуванням таких ситуацій: збільшення Нр сприяє підвищенню стійкості зводу внаслідок його віддалення від зони високих температур й дає можливість завантаження шихти в піч однієї порцією. Недоліки: ріст тепловтрат і витрат електроенергії,зростає довжина робочої частини електродів, що підвищує реактивний опір ланцюга.Звичайно використовується Нр=(0,4…0,55)Дв, причому Нр зростає із зниженням ємності печі.

Має практичне значення і кут нахилу печі. В печах з похилими стінками кут нахилу до вертикалі складає 10…20 град. В печах з циліндрично-конусними стінками висота похиленої частини стінки кожуха Нн складає (0,25…0,4)Нр, кут нахилу 20…25 град., а футеровки - (15…30град.).

Діаметр зводу виконується більшим чим діаметр робочого простору Дзв=(1,1…1,3) Др з метою, щоб зводове кільце знаходилось над пісочним затвором, розташованим із зовнішньої сторони кожуху печі. Величина Дзв приймається для малих печей до 1,3 Др, а для великих, з циліндро-конічними стінками - 1,1 Др (табл.2.2).