Футеровки свода

Свод имеет такое же назначение, как и стена, но работает в более тяжелых условиях: более высокие тепловые нагрузки от дуг и от зеркала ванны из-за больших значений локальных и средних угловых коэффициентов; более резкие колебания температуры внутренней поверхности при открывании печи поворотом свода. Конструкция свода осложняется необходимостью иметь отверстия для электродов (с соответствующей электроизоляцией, если материал свода обладает электрической проводимостью), газоотсоса, кислородной фурмы, ТКГ и т.д.

В зависимости от величины тепловой мощности ДСП свод может быть:

1) кирпичным сферической (купольной) формы на ДСП обычной и повышенной мощности;

2) комбинированным, плоским, водоохлаждаемым на ДСП высокой и сверхвысокой мощности.

Огнеупорная кладка сферического свода, помимо отмеченных особенностей тепловой работы, испытывает постоянную сжимающую механическую нагрузку от распора, возникающего из-за формы кладки свода (так называемая стрела подъема купола). Механические напряжения в футеровке своде:

а) возрастают пропорционально диаметру свода или корпуса ДСП;

б) резко увеличиваются при ;

в) изменяется незначительно при .

Поскольку увеличение влияет на массу (расход материалов) и вес свода, а также на величину площади его теплоотдающей поверхности, целесообразно иметь

в зависимости от механической прочности огнеупорного кирпича.

Своды отечественных ДСП набирают преимущественно из термостойкого периклазохромитового кирпича марки ПХСУТ (ГОСТ 10888–93). Стойкость кирпичного свода зависит не только от условий эксплуатации, но и от способа и тщательности кладки. Свод набирают вне печи, на специальном шаблоне, имеющем форму внутренних очертаний свода с соответствующими «знаками» для необходимых отверстий.

Схема кладки может быть секторно-арочная, кольцевая или комбинированная.

Периклазохромитовые кирпичи создают недостаточную электроизоляцию электродов разных фаз, что приводит к электрическим пробоям между уплотнителями электродных отверстий и механическим повреждениям центральной части свода.

Стойкость периклазохромитовых сводов в зависимости от вместимости ДСП и сортамента выплавляемой стали составляет, по данным Гипромеза, 200–250 плавок на малых ДСП и 50–100 плавок на крупных.

На ДСП высокой и сверхвысокой мощности (третьего и четвертого поколений) применяют комбинированные водоохлаждаемые своды.

Конструкция металлического водоохлаждаемого свода ДСП должна иметь минимальные электрические потери из-за перемагничивания магнитных масс и вихревых токов под влиянием мощных переменных магнитных полей, создаваемых переменными токами до 70…100 кА в графитированных электродах. Потенциальные возможности металлических водоохлаждаемых сводов по повышению стойкости футеровки и снижению затрат на ремонт не удается полностью реализовать из-за проблем эксплуатации таких сводов (наводки токов, дуговые разряды). Желание снизить мощность тепловых потерь, уменьшив площадь тепловоспринимающей поверхности плоского свода по сравнению со сводом сферической (купольной) формы, также осложнило их эксплуатацию, поскольку появилась возможность возникновения электрических дуг между плоским сводом и шихтой на начальном этапе периода расплавления.

Комбинированный свод сверхмощных ДСП состоит из водоохлаждаемого каркаса – опорной рамы, съемных водоохлаждаемых элементов и центральной огнеупорной (т.е. неэлектропроводной во избежание электромагнитной индукции вихревых токов) секции. Опорная рама образует периферийную водоохлаждаемую часть комбинированного свода и состоит из двух или трех концентрически расположенных труб, соединенных радиальными трубами-пилонами. Внутреннее кольцо располагают выше внешнего (наружного) кольца, и таким образом пилоны расположены наклонно под углом 5…20 к горизонтали, формируя каркас в виде усеченной многогранной пирамиды. Число пилонов так же, как и число панелей, зависит от размера печи и может составлять 9–12.

Рис. 44. Конструкция комбинированного свода ДСП вместимостью 150 т: 1 – малое (внутреннее) сводовое кольцо; 2 – огнеупорный свод; 3 – сводовое кольцо – коллектор воды; 4 – панели; 5 – пилоны; стрелками показана схема подачи и отвода воды

Центральную огнеупорную секцию свода набирают в собственном опорном сводовом кольце. С учетом низкой стойкости огнеупорной футеровки центральной секции (120–150 плавок) ее размеры принимают минимально необходимыми. При круглой форме свободного кольца доля неохлаждаемой части свода составляет 0,20…0,25; при дельтавидной форме сводового кольца ее удается уменьшить до 0,05…0,15. При этом с увеличением вместимости печи и диаметра ее свода доля огнеупорной секции снижается.

В случае применения неохлаждаемого опорного сводового кольца центральная секция может быть установлена поверх периферийной части комбинированного свода или во внутреннем кольце его каркаса при условии, что водоохлаждемые панели будут снизу прикрывать опорное кольцо от теплового излучения из рабочего пространства печи.

Водоохлаждаемый свод ДСП ПТ может быть плоским металлическим с необходимой электрической изоляцией электродного отверстия кирпичной кладкой и обмазкой рабочей поверхности панелей огнеупорным бетоном толщиной 50..70 мм (во избежание дуговых разрядов на начальном этапе периода расплавления). При плоской периферийной части длина электрода, находящегося в рабочем пространстве печи, уменьшается на 10…15 %, что снижает расход электродов на 5…10 % за счет уменьшения окисления боковой поверхности.

Масса водоохлаждаемого свода примерно на 30 % меньше по сравнению с огнеупорным (кирпичным) сводом, что снижает механическую нагрузку на его несущую конструкцию. Помимо ранее отмеченных преимуществ водоохлаждаемых элементов комбинированный свод позволяет работать на мощных длинных электрических дугах с высоким коэффициентом использования мощности электропечной установки ДСП и ДСП ПТ.

Расход воды (на 1 м² тепловоспринимающей поверхности свода) составляет 3…6 м³/ч. Для снижения расхода воды можно применить оросительное охлаждение периферии комбинированного свода (конструкция немецкой фирмы BSE).