Расчет диаметра распада электродов и размеров электродов

Теоретические расчеты, результаты светового и физического моделирования тепловой нагрузки футеровки свода показывают, что облученность свода зависит от соотношения высоты свода над зеркалом ванны ( и диаметра распада электродов , т.е. , где - стрела выпуклости свода.

Рациональное расположение свода над зеркалом ванны должно обеспечивать [12]:

1. Достаточно малую облученность наиболее горячей (центральной) точки свода, исключающей чрезмерный перегрев и преждевременное разрушение футеровки при нормальном энергетическом режиме плавки.

2. Более благоприятный режим наиболее горячей точки свода по сравнению с наиболее горячими точками стен, что возможно при условии, когда максимальная плотность потока излучения («облученности») свода меньше максимальной плотности потока излучения («облученности») стен.

Рациональное расположение свода характеризуется отношением , что при условии соответствует .

В ДСП обычной и повышенной мощности свободное пространство перекрывают купольным кирпичным сводом, высоту центральной точки которого характеризуют стрелой выпуклости свода. Стрела свода (рис. 4.1) обычно составляет 10–15 % диаметра свода, т.е. верхнего диаметра плавильного пространства .

По данным [19] для кислого процесса при кладке динасовым кирпичом составляет 8–10 % диаметра свода; для основного процесса при кладке магнезитохромовым кирпичом – 13–15 % диаметра свода.

Таким образом, стрела свода может быть определена по формуле, м,

. (4.32)

Толщина свода увеличивается с увеличением диаметра печи, что связано с увеличением емкости печи. Как указывается в [14], на печах СССР применяют своды следующей толщины: 230 мм – на печах от 5 до 40 т; 300 мм на печах от 40 до 100 т; 380 мм – на печах 100 и 200 т.

Так как центральная часть свода изнашивается быстрее, чем периферийная часть, то дольше стоят своды с увеличенной толщиной центральной части. В этой же работе приводится пример повышения стойкости свода за счет увеличения толщины центральной части свода.

Исходный диаметр свода 3160 мм, толщина свода 230 мм. Диаметр утолщенной части свода 1950 мм, толщина утолщенной части свода 300 мм. Стойкость утолщенного свода увеличилась по сравнению со стойкостью обычного свода с 90–100 до 160–185 плавок.

По рекомендациям [3, 13] толщина сводов ДСП (рис. 4.1) зависит от емкости печи и равна:

- м для печей емкостью до 10 т;

- м для печей емкостью от 15 до 30 т;

- м для печей емкостью более 30 т.

В [1] приведены следующие значения толщины сводов:

- м для печей емкостью до 12 т;

- м для печей емкостью 25–50 т

и м для печей емкостью более 10 т.

Диаметр электродного отверстия в своде (рис. 4.1) должен быть больше диаметра электрода [3], м

, (4.33)

где – односторонний зазор между электродом и электродным отверстием.

По рекомендациям [3, 13] м при диаметре электрода м, при м зазор м. В случае, когда м, зазор м. Эти цифры относятся к графитированным электродам. Для угольных электродов значение должно быть удвоено.

Весьма важным является диаметр распада электродов (рис. 4.1) – это диаметр окружности, на которой находятся оси электродов. Этот размер должен быть достаточным для того, чтобы внутри него разместились электрододержатели без риска соприкосновения при движении. При плохой регулировке кареток или стоек электрододержатели могут при подъеме и спуске несколько отклоняться от средних положений. Чтобы избежать их соприкосновения, равносильного короткому замыканию, по данным [3, 13] зазор между электродами должен быть не менее 100–150 мм для небольших печей и 300 мм для средних и крупных печей.

Диаметр распада электродов определяется еще необходимостью обеспечения нужной прочности центральной части свода. При малом распаде перемычка между электродными отверстиями может оказаться слишком тонкой и центральная часть может обвалиться. Расстояние между электродами не должно быть и слишком большим, так как при этом пришлось бы увеличивать размеры плавильного пространства, что приведет к увеличению габаритов и массы печи и ее тепловых потерь.

В [3] указывается, что диаметр распада электродов определяется в функции диаметра электрода . Экспериментальные значения отношения , причем большие цифры относятся к меньшим печам.

В современных ДСП отношение – для печей малой емкости и – для печей средней и большой емкости.

Диаметр распада электродов связан и с диаметром плавильного пространства на уровне откосов , так как для того, чтобы стены печи имели достаточный срок службы, расстояние между ними и дугами должно соответствовать мощности последних.

На основании экспериментальных данных вышеуказанные требования выполняются при условии для небольших печей и для средних и крупных печей.

В [12] указывается, что практически равномерная тепловая нагрузка на футеровку стен обеспечивается при соотношении , а также при этом соотношении обеспечивается более равномерный прогрев ванны.

Сближение электродов при вызывает конструктивные трудности из-за размеров электрододержателей и уплотнителей электродных отверстий в своде, а также ослабляет кирпичную футеровку центральной части купольного свода. Поэтому для сближения дуг над зеркалом ванны до значений электроды наклоняют на угол до 6–8° к вертикали.

По рекомендациям [19], м,

, (4.34)

где – коэффициент, являющийся функцией диаметра электрода.

Для графитированных электродов при м коэффициент ; при м – и при м – .

Для угольных электродов значение выше на 15 %.

Длина электрода в основном определяется высотой рабочего пространства ДСП и может быть представлена в виде, мм,

, (4.35)

где – высота рабочего пространства от нижней точки подины до высшей точки свода, мм;

– толщина свода, м;

– высота выступающей над сводом части уплотнителя электродного отверстия в своде, мм;

– высота корпуса электрододержателя, мм;

– запас длины электрода на одну – две плавки, мм;

- запас длины электрода на случай «роста» футеровки свода при нагревании.

Высота выступающей над сводом части уплотнителя электродного отверстия в своде зависит от высоты холодильника (экономайзера) и от способа его установки (или на своде или с углублением в свод), что оказывает огромное влияние на тепловые потери через холодильник и на стойкость свода. По рекомендациям [12] для небольших диаметров электродов высота холодильника , для больших диаметров .

Размеры корпуса электрододержателя определяют с учетом механической прочности. Корпус работает на разрыв, а при наклоне печи и на скручивание в вертикальной плоскости. Практически высоту корпуса электрододержателя выбирают почти равной диаметру электрода. По данным [1] высота корпуса электрододержателя .

Запас длины электрода на 1–2 плавки можно приближенно определить по выражению [3, 12], м,

, (4.36)

где – расход одного электрода за плавку, кг;

N – число плавок, обычно расчет ведут на 1–2 плавки;

– объемная масса электрода по [12] равна 1550–1600 кг/м³;

– диаметр электрода, м.

Расход электродов в ДСП колеблется в довольно широких пределах в зависимости от их качества и условий эксплуатации, составляя в среднем на отечественных заводах 5–7 кг на тонну жидкой стали.

Общий расход состоит из отдельных статей:

- окисление поверхности – (55–75) %;

- распыление в дуге – (15–25) %;

- огарки и обломки электродов (10–20 ) %.

При определении необходимого усилия зажима электрода следует в первую очередь заботиться о надежном удержании электрода в электрододержателе от проскальзывания в процессе работы печи.

Расчет усилия зажима, необходимого для удержания электрода, производится следующим образом. На электрод, зажатый в корпусе электрододержателя, действует сила тяжести электрода , обусловленная его массой; силы, создаваемые механизмом зажима электрода Р и силы трения .

По условию равновесия усилие зажима электрода должно быть не менее

, (4.37)

где - усредненный коэффициент трения на поверхностях соприкосновения электрода с электрододержателем.

Действительное усилие зажима электрода должно приниматься с коэффициентом запаса .

Вес электрода определяется по выражению, кг,

, (4.38)

где - плотность материала электрода (табл. 2.1).

ПРИМЕР 8

Определить стрелу выпуклости и толщину свода дуговой сталеплавильной печи емкостью 50 т, предназначенной для основного процесса.

Определить диаметры распада электродов, электрода, электродного отверстия, длину электрода.

Определить вес электрода и усилие зажима электрода.

При расчете использовать результаты, полученные в предыдущих примерах.

Решение

Для расчета стрелы выпуклости свода используем выражение (4.32):

.

Принимаем значение верхнего диаметра плавильного пространства м из примера 6; т.к. процесс основной, то может составлять 13 % диаметра свода, м,

.

Толщину свода L принимаем по рекомендации [1], где указывается, что для ДСП емкостью 25 ¸ 50 т толщина свода м.

Диаметр распада электродов можно оценить по соотношению , соответствующему средним и крупным печам.

Диаметр плавильного пространства на уровне откосов м.

Для расчета примем значение отношения .

Диаметр распада электродов м.

Диаметр электрода можно определить из отношения , соответствующему средним и крупным печам.

Для расчета примем значение отношения .

Диаметр электрода м.

Ближайший стандартный размер графитированного электрода (табл. 2.3) мм.

По данным [18] диаметр графитированного электрода для ДСП емкостью 50 т мм, по [3] для ДСП-50 .

Следует отметить, что расчет проведен на основании расчетов основных размеров ванны ДСП с использованием экспериментальных коэффициентов, косвенно учитывающих энергетические параметры реальных печей, поэтому результаты расчетов оказываются достаточно близкими к справочным данным по ДСП емкостью 50 т.

Полученное значение необходимо проверить с использованием электрических расчетов ДСП.

Диаметр электродного отверстия определим по выражению (4.33):

.

Используя рекомендации [3, 13], примем значение м.

Диаметр электродного отверстия м.

Расстояние между электродами должно быть не менее 300 мм для средних и крупных печей.

Величину можно определить по выражению:

мм.

Полученное значение удовлетворяет поставленному условию.

Длину электрода рассчитаем по выражению (4.35).

Высота рабочего пространства от нижней точки подины до высшей точки свода (рис. 4.1):

м = 3276 мм,

где Н – высота сферической части.

Толщина свода м = 300 мм.

В нашем случае для ДСП-50 при установке холодильника на своде мм.

Для ДСП-50 высота корпуса электрододержателя мм.

Запас длины электрода определяем по выражению (4.36) при

м = 370 мм.

Длина электрода

мм.

Принимаем длину электрода мм.

Вес электрода (4.38)

кг/м³ = 2159,8 кг.

Принимаем вес электрода 2160 кг.

Усилие зажима электрода определяем по (4.37):

кг.