Расчет ванны. 
Принцип работы и устройства дуговой печи

При расчете ванны дуговой сталеплавильной печи чаще всего [l…5] принимают сфероконической формы с углом откосов 45° и уровнем откосов над уровнем металла на 100 250 мм.

При эксплуатации печей фактическая емкость (завалка) на 1525% больше запроектированной, поэтому уровень шлака и металла поднимается выше уровня откосов. Постепенное размывание откосов и их поплавочная заправка приводят к изменению конической формы, и фактически ванна становится сферической с углом откосов от 25 до 45° к вертикали.

В соответствии с этим более рационально рассчитывать ванну сферической с откосами, образованными касательной к окружности ванны и вертикалью.

Оценивая ванну с точки зрения полноты протекания рафинировочных процессов при ее проектировании, обычно, [1, 2, 5] принимается величина.

(2.1).

Это отношение / является основным параметром ванны, который определяет форму ванны, ее глубину и эффективность расплавления и прогрева металла дугами; определяет диаметр печи, близость стен к дугам и тепловую напряженность на стенах; определяет величину поверхности металла в контакте со шлаком и скорость обменных процессов.

Для кислых дуговых печей, где удельная поверхность раздела шлак металл не имеет большого значения, это соотношение находится в пределах 3,5…4,0 [4, 5].

При проектировании основных дуговых печей малой и средней емкости, выплавляющих высоколегированные стали электропечного сортамента под двумя шлаками, можно рекомендовать / в пределах 5,0…5,5, а для большегрузных ДСП при одношлаковом процессе с внепечной обработкой уменьшить это отношение до 4,5…5,0; для ДСП, работающих на металлизированном сырье, увеличить / до 5,5…6,0, что дает возможность снизить тепловую напряженность футеровки основания стен печи.

Однако при сопоставлении этой величины с другой, характеризующей ванну, а именно с удельной поверхностью ванны (f):

(2.2).

где? поверхность зеркала металла, м2;

? емкость печи, т; оказывается, что при одном и том же значении «а» в печах различной емкости, величина «f» меняется.

Основываясь на этом, а также на показателях работы печей [7], можно принять за определяющую величину ванны ее удельную поверхность, т. е. «f».

Из практических данных значение «f» дуговых печей колеблется от 0,18 до 0,6 /т. Малые значения относятся к крупнотоннажным печам. Наличие на печах емкостью более 25 т устройства электромагнитного перемешивания металла позволяет принимать для расчета ванны значение «f» уменьшенное на 30%.

Основываясь на принятом значении и садке печи (), параметры ванны определяют из выражений:

(2.3).

(2.4).

Для обеспечения стойкости нижней части стен (на стыке с откосами) на уровне шлакового пояса при бурном кипении ванны, возможности заправки откосов, компенсации возможного зарастания подины, в ванне создается дополнительный объем, вмещающий шлак с запасом; т. е. помимо металла ванна должна вмещать шлак с учетом его вспенивания при кипении.

(2.5).

(2.6).

Объем шлаковой ванны зависит от количества шлака и его плотности, составляющей в зависимости от состава и температуры шлака 2,93,2 т/.

Кратность шлака (количество шлака, выраженное в процентах от массы металла) составляет 37% в зависимости от марки выплавляемой стали.

Толщину шлака можно оценить, пренебрегая конусностью шлаковой ванны по выражению:

(2.7).

Дополнительный объем принимают равным 1016%. Уровень порога рабочего окна (рис. 2.1) принимают на 2040 мм выше зеркала шлаковой ванны:

Паспортной характеристикой, т. е. параметром ДСП, является глубина ванны от уровня порога рабочего окна:

Этот параметр для действующих отечественных ДСП может быть описан корреляционным уравнением: .

Другой параметр ДСП? диаметр ванны на уровне порога рабочего окна можно определить по выражению.

.

а для действующих ДСП описать уравнением Уровень откосов ванны (рис. 2.1) принимают выше уровня порога рабочего окна на 30 100 мм во избежание размывания шлаком основания футеровки стен и возможного аварийного выхода жидкого металла. С учетом этого или по отношению к глубине ванны.

.

Суммарная глубина ванны определяет такой важный параметр ДСП как диаметр рабочего пространства на уровне откосов, являющийся также паспортной характеристикой :