В настоящее время распространены две различающихся конструкции печей — печи с рабочим пространством из огнеупоров и печи с водоохлаждаемыми сводом

и стенками.

Футеровка пода включает укладываемый на кожух слой листового асбеста, вырав­нивающий слой шамотного порошка, теплоизоляционный слой шамотного кирпича толщиной 70-180 мм и рабочий слой кладки из магнезитовый кирпича (280-575 мм) и выше спекшийся слой из магнезитовый порошок толщиной 100-190 мм. Последний слой играет большую роль: во-первых, он предотвращает возможный уход жидкого металла через швы между кирпичами кладки пода и, во-вторых, его толщину под­держивают постоянной путем заправки — забрасывая после каждой плавки на изно­шенные участки магнезитовый порошок; благодаря этому стойкость пода составляет 1500-6000 плавок (2-3 года). Футеровку стен выполняют из магнезитохромитового, или магнезитового кирпича. Толщина стенок в нижней части составляет 300-570 мм, возрастая с ростом вместимости печи. Стойкость стен 100-т печей составляет 150- 200 плавок.

Свод печи имеет форму купола (в поперечном разрезе — форму арки, рис. 2.31). Такую форму получают за счет использования при выкладке свода клиновых и пря­мых кирпичей. Опорой крайних кирпичей свода служит сводовое кольцо (рис. 2.32); на средних и крупных печах сводовое кольцо делают водоохлаждаемым.

Свод выкладывают из магнезитохромитового кир­пича, в кладке оставляют три отверстия для про­пускания электродов и отверстие для отвода печных газов. Толщина сводов 230-460 мм. Стойкость сводов 60-200 т печей составляет 50-100 плавок.

Свод является съемным. Когда толщина свода уменьшится и возможно его обрушение, свод заме­няют. Мостовым краном его захватывают за сво­довое кольцо и снимают, ставя на его место дру­гой, заранее набранный свод; замена длится 20- 40 миш При заменах свода герметичность его соедине­ния с рабочим пространством обеспечивается песоч­ным затвором. Приваренный снизу сводового коль­ца «нож» (рис. 2.32) в момент опускания свода на печь входит в песок, которым заполнен кольцевой желоб Л (рис. 2.31).

Рабочее окно выполнено в виде выреза в кожухе печи, в котором крепится П - образная водоохлаждаемая металлическая рама. Окно закрывается футерованной заслонкой, которая перемещается вверх и вниз. Против рабочего окна расположено сталевыпускное отверстие, его нижняя кромка находится на уровне порога рабочего окна, т. е. ниже уровня шлака и металла. Поэтому для выпуска металла необходим наклон печи в сторону отверстия на 45°, кроме того необходим наклон на 10° в противоположную сторону для слива шлака через рабочее окно.

Кольцевой зазор между сводом и электродами уплотняют, на малых печах с помо­щью водоохлаждаемых колец (экономайзеров), на больших применяют газодинами­ческие уплотнители — кольцевую конструкцию, подающую в зазор газ под давлением.

Высокомощные печи, т. е. печи с удельной мощностью печного трансформатора 600-900 кВ-А/т имеют водоохлаждаемые стенки и свод, поскольку обычные огне­упоры быстро разрушаются не выдерживая теплового излучения высокомощных электрических дуг. Стенки таких печей делают цилиндрическими, что уменьшает габариты их водоохлаждаемой поверхности, т. е. потери тепла с водой и уменьшает длину токоподвода от трансформатора, повышая электрический к. п.д. печи. Плавка
в таких печах, как отмечалось, включает расплавление шихты в печи с последую­щим выпуском металла (полупродукта) в ковш, где методами внепечной обработки получают ст&ль с нужным составом и температурой. Для эффективной внепечной обработки необходимо предотвратить попадание в ковш печного шлака (из него в металл могут переходить фосфор и кислород), поэтому высокомощные печи обыч­но оборудуют сифонным или эркерным выпуском металла, обеспечивающими слив стали без попадания печного шлака в ковш.

Основные размеры рабочего пространства отечественных 100-т водоохлажаемых дуговых сталеплавильных печей (ДСП) приведены ниже:

* 100И6, 100И7 и 100И8 — печи, соответственно, с обычным выпуском металла, с сифон­ным и с эркерным; БМЗ — печь с сифонным выпуском Белорусского металлургического завода.

У первой отечественной водоохлажлаемой печи, ДСП-100И6 размеры рабочего пространства такие же, как у обычных печей с огнеупорной футеровкой. Созданные позднее печи 100И7 и 100И8, а также печь БМЗ имеют ванну большей глубины при меньшем ее диаметре; величина отношения диаметра к высоте ванны DB/Нв также меньше (< 4,0), чем у печей с огнеупорной футеровкой (4,5—5,5). Это объясняется тем, что в высокомощных печах нет необходимости иметь большую поверхность контакта металл—шлак, поскольку основные металлургические процессы вынесены в ковш.

Отечественная 100-т печь с сифонным выпуском (ДСП-100И7) представлена на рис. 2.33. Сифонный выпуск металла производят через образованное магнезитовыми

трубками (блоками) 9 наклонное отверстие, располагаемое с противоположной от рабочего окна стороны так, что его начало заглублено в металл. В процессе выпуска шлак в отверстие не попадает, т. е. обеспечивается выпуск стали без шлака.

Печь с эркерным выпуском (рис. 2.34) имеет с противоположной от рабочего окна стороны выступ (эркер) 6, в котором во время плавки находятся металл и шлак. В дне эркера размещено сталевыпускное отверстие 7; дно с отверстием расположено на такой высоте, что для слива металла достаточен наклон печи на 10-12° и ме­талл сливается без шлака. Отверстие 7 выполнено из магнезитовых трубок; после выпуска очередной плавки его перекрывают снизу графитовой плитой, а сверху в него засыпают магнезитовый порошок. Сверху эркер закрыт съемным трубчатым водоохлаждаемым сводиком 5, при снятии которого обеспечивается доступ сверху к выпускному отверстию.

Кожух водоохлаждаемых печей (рис. 2.33) состоит из двух частей. Нижнюю часть (рис. 2.33, поз. 1), являющуюся опорой кладки пода, делают как и на обыч­ных печах из стальных листов. Верхнюю часть —опору стеновых водоохлаждаемых панелей, выполняют в виде решетчатого каркаса из стальных труб. Он включает две кольцевые трубы 5 и 6 и ряд вертикальных труб 4, опирающихся на кольцевой фланец 3, служащий для соединения с кольцевым фланцем нижней части кожуха. Отказ от сплошного кожуха стенок вызван необходимостью обеспечить доступ сна­ружи к большому числу подводов и отводов воды к панелям.

На рис. 2.31 показан разрез печи первой разновидности, имеющей цилиндро­конические стенки (верх стенки цилиндрический, низ — конический). При такой форме футеровка стен отдаляется от высокотемпературных электрических дуг, что повышает ее стойкость (по сравнению с цилиндрическими, т. е. вертикальными стен­ками).

Ниже уровня порога рабочего окна находится ванна с расплавленным металлом и шлаком.

В табл. 2.3 приведены основные размеры сооружавшихся в последние годы серий­ных печей с цилиндро-коническими стенками.

Таблица 2.3

С тем, чтобы улучшить рафинирование металла, поверхность контакта металл — шлак должна быть достаточно большой. Поэтому величину отношения DBjНв дела­ют в пределах 4,5-5. Кожух стен и пода сварен из стального листа толщиной 10-40 мм.

Футеровку пода (до верха откосов) выполняют так же, как на обычных печах. Нижнюю часть стен высотой 500-600 мм до панелей делают из огнеупоров, чтобы исключить случайный контакт панелей с жидким металлом.

Стеновые панели. Внутри решетчатого каркаса стен по всему его периметр закреплено от 8 до 16 водоохлаждаемых панелей (рис. 2.33, поз. 8 и рис. 2.34, поз. 5); каждая из них имеет самостоятельные подвод и отвод воды. Панели занимают 65-80 % площади стен печи.

Наиболее распространены трубчатые стеновые панели (рис. 2.35). Панель фирмь «Крупп» представляет собой (рис. 2.35, а) ряд параллельных труб 1, в котором две соседние трубы сверху и снизу соединены приваренными штампованными переход­никами (капами) 2, обеспечивающими поворот воды на 180°; патрубки 4 и 3 служат для подвода и отвода охлаждающей воды.

Отечественную панель конструкции «Сибэлектротерм» (рис. 2.35, б) изготавли­вают из двух труб диаметром 70-90 мм методом гибки без сварных швов. Трубы 5 (на рис. 2.35 отмечена штрихами) и 6 отдельно изгибают по форме прямоугольной спирали с оставлением зазоров между ее ветвями. Далее вставляют трубы друг в друга, получая плоскую панель. Трубы скрепляют с помощью привариваемых накладок 10. Один из вариантов устройства панелей предусматривает (рис. 2.35, б) подвод 8 и отвод 9 воды через периферийные концы труб и соединение концов труб 5 и 6 в центре панели с помощью патрубка 7. Эта панель по сравнению с панелью фирмы «Крупп» обладает меньшим гидравлическим сопротивлением из - за отсутствия поворотов воды на 180°; более проста в изготовлении, так как не требует сварки труб; более надежна в эксплуатации из-за отсутствия сварных швов.

На тепловоспринимающей поверхности панелей формируется (в результате кон­денсации паров) гарниссаж, являющийся теплоизолятором. Для его удержания к по­верхности приваривают большое число шлакодержателей (штырей, уголков, крючков и т. п.).

Воду применяют химически очищенную. Скорость движения воды должна быть более 2 м/с с тем, чтобы не возникали застойные зоны, поскольку в них начинается кипение воды ц выпадают соли жесткости.

Расход воды на оба вида трубчатых стеновых панелей составляет 5-9 м3 на 1 м2 поверхности панели, стойкость панелей достигает 2000-4000 плавок и более.

Водоохлаждаемые своды различаются формой поперечного сечения (плоские, куполообразные, выпуклые в виде усеченной пирамиды), устройством основных водоохлаждаемых элементов (трубчатые, коробчатые с циркуляцией воды внутри коробки, со спрейерным охлаждением рабочей поверхности). Наиболее распростра­нены трубчатые куполообразные своды (рис. 2.36).

Свод имеет водоохлаждаемый несущий каркас из верхнего 4 и нижнего 6 трубча­тых колец, соединенных изогнутыми трубами (радиальными балками) 5. Снизу к кар­касу прикреплены трубчатые водоохлаждаемые панели 7, йа которых снизу образует­ся слой гарниссажа 9, удерживаемый приваренными к панелям шлакодержателями. Одна из панелей выполнена с отверстием 8 для отвода печных газов. Центральная куполообразная часть 2 свода является съемной, она выложена из магнезитохроми­товых кирпичей, удерживаемых водоохлаждаемым трубчатым опорным кольцом 3. В ней имеются три отверстия для электродов. Огнеупоры здесь необходимы, чтобы предотвратить возможное короткое замыкание между электродами и металлической водоохлаждаемой частью свода. Обычно периферийная охлаждаемая часть занимает около 80 % поверхности свода, а центральная часть из огнеупоров — около 20 %.

Расход воды на подобных сводах составляет 6-9м3/ч на 1м2 поверхности; для свода 100-т печи в целом он равен ~400м3/ч. Стойкость водоохлаждаемой части свода на высокомощных печах достигает 2000—4000 плавок, стойкость центральной огнеупорной части около 200 плавок, после чего ее заменяют. Скорость движения воды во избежание выпадения накипи в трубах панелей должна быть более 2 м/с, с этой же целью необходимо применять химически очищенную воду.