» » Расход электродов и огнеупоров при выплавке
04.02.2015

Расход электродов при плавке в дуговых печах слагается из трех составляющих: собственно износа (эрозии) электродов вследствие испарения материала и механической эрозии, окисления и потерь, вызванных растрескиванием или поломками.
Согласно исследованию (179) износ электрода пропорционален количеству прошедшего электричества:
Расход электродов и огнеупоров при выплавке

где ΔМэлк — износ электродов, кг; α — коэффициент износа, равный примерно 5*10в7 кг/ (А*с); I — сила тока, А; τ — время работы под током, с; kτ — коэффициент использования времени; n — число электродов.
Другое выражение для оценки эрозии электродов имеет вид:
Расход электродов и огнеупоров при выплавке

где Δmэлк — интенсивность эрозии, г/с; I — сила тока, кА.
При постоянных напряжении и коэффициенте мощности износ пропорционален расходу электроэнергии и составляет примерно 2,8-3,0 кг/т.
Потери окислением ввиду многообразия действующих факторов аналитически оценить трудно. При хороших условиях эксплуатации для одношлакового процесса они составляют 50-60 % от износа. В сумме по этим деум статьям расход оценивается примерно в 4,3 кг/т, а лучшие достигнутые показатели составляют 4,3-4,7 кг/т. В качестве типичных значений общего расхода можно принять: для одношлакового процесса 4,5—5,4, для двухшлакового 5,4-8,2 кг/т. Из сопоставления приведенных значений видно, что значительная доля расхода электродов приходится на поломки, обусловленные обвалами шихты, вибрацией электродов при резких изменениях силы тока, а также нарушениями технологии хранения, транспортировки и замены.
При плавке металлизованных материалов соотношение составляющих расхода несколько меняется. Возрастание расхода электроэнергии примерно на 15—20 % по сравнению с плавкой лома в такой же мере должно привести к увеличению износа электродов на 0,3—0,45 кг/т. Дополнительной статьей расхода при плавке металлизованных окатышей с непрерывной загрузкой может быть окисление электродов за счет окислов шлака, попадающих на электроды во время интенсивного кипения ванны. Заметно должны уменьшаться потери от окисления и особенно поломок электродов.
Относительно меньшее окисление при плавке металлизованных материалов объясняется следующими причинами:
- ростом производительности, т.е. уменьшением длительности пребывания электродов в окислительной атмосфере;
- уменьшением числа подвалок лома, во время которых электроды подвергаются интенсивному окислению и действию термических напряжений, увеличивающих вероятность растрескивания;
- уменьшением окисленности атмосферы в период плавления из-за выделения повышенных количеств CO из ванны.
Уменьшение поломок электродов связано с уменьшением вероятности обвалов шихты и более равномерным режимом съема мощности с ростом количества металлизованных окатышей в шихте.
Действие указанных выше факторов приводит к тому, что расход электродов при плавке металлизованных материалов равен или несколько ниже, чем при плавке на ломе (табл. 19).
Расход электродов и огнеупоров при выплавке

Абсолютная величина расхода зависит в значительной мере от производительности печи и качества электродов. На рис. 79 приведено изменение расхода электродоз при вы плавке стали на окатышах в 85-т дуговых печах на заводе в Гамбурге. Переход на более качественные электроды с большей плотностью сопровождался снижением их расхода (рис. 79, а). Снижение расхода при увеличении количества окатышей в шихте (до определенного предела) объясняется в основном возрастанием производительности (рис. 79, б), причем наивысшая производительность достигается при применении высококачественных электродов, допускающих повышенную силу тока и соответственно ввод большей мощности.
Расход электродов и огнеупоров при выплавке

Режим работы огнеупоров при плавлении с непрерывной загрузкой металлизованных материалов характеризуется сочетанием следующих факторов, ухудшающих условия службы огнеупоров по сравнению с плавкой лома:
- повышенной тепловой нагрузкой на стены ввиду относительно меньшего времени работы с закрытыми дугами и более высокой средней температурой процесса;
- значительной тепловой нагрузкой на свод и верхнюю часть стен от частичного дожигания в рабочем пространстве окиси углерода, количество которой больше, чем при плавке лома;
- повышенным эрозионным действием пыли, в частности мелких фракций губчатого железа, на огнеупоры свода;
- повышенным эрозионным воздействием кипящих шлаков.
Изучение службы огнеупоров в дуговых печах показало, что из двух механизмов износа — сколами и оплавлением — последний характерен для высокомощных печей. Оплавление огнеупоров обусловлено снижением температуры плавления рабочего слоя при пропитке его легкоплавкими окислами, а также перегревами футеровки стен из-за повышенной мощности дуг и относительно малого расстояния дуга — стенка. Плавление металлизованных материалов с непрерывной загрузкой сопровождается омыванием или забрызгиванием футеровки кипящим шлаком и воздействием на нее потока газа, несущего мелкие частицы шлака и пыли, что служит причиной оплавления огнеупоров в местах наибольшей тепловой нагрузки. Износ сколами при плавке окатышей, по-видимому, не имеет большого значения, поскольку при сокращении числа или полном исключении, подвалок шихты уменьшаются температурные перепады.
Данные об изменении стойкости футеровки свидетельствуют, что она, как правило, при плавке на окатышах несколько ниже, чем при плавке на ломе. Для условий опытно-промышленной выплавки, когда шлаковый и электрический режим плавки не всегда был оптимальным, снижение стойкости по сравнению с обычной практикой достигало иногда 40—80 %, при серийной выплавке показатели стойкости сближаются.
На заводе фирмы "Сидбек-Доско" в Контрекере после освоения электросталеплавильного цеха стойкость футеровки 110-т печей (50 MBA) достигла: стен 115, свода 110 плавок. В процессе освоения возникли затруднения с обеспечением стойкости свода в районе патрубка газоот-соса из-за чрезмерной эрозии огнеупоров окислами, образующимися от окисления выносимой потоками горячих газов мелочи металлизованных материалов. Отсев мелких фракций позволил уменьшить это явление.
На заводе фирмы "Гамбургер Штальверке" стойкость стен в 1974 г. достигла 120 плавок. На новой 100-т печи этого цеха в целях снижения износа свода отверстие для загрузки окатышей было удалено от патрубка газоотсоса.
Указанные выше значения стойкости имеют один порядок со средней стойкостью печей сходной мощности, работающих одношлаковым процессом на шихте из лома, и уступают лучшим показателям, достигаемым при использовании плавленнолитых огнеупоров.
Показатели службы футеровки 40-т печи (18 МВ*А), длительное время работавшей на металлизованных материалах, были те же, что и при плавках на ломе (табл. 20).
Расход электродов и огнеупоров при выплавке

Стены печи футеровали плавленно-спеченными огнеупорами, горячие зоны — литыми магнезитохромитовыми блоками. Снижение стойкости при переходе от разливки в слитки к разливке на УНРС объясняется более высокой температурой выпуска металла в последнем случае: 1670—1675 против 1580—1600 °C.
Изучение скорости износа стен методом радиоактивных индикаторов было выполнено в работе Несмотря на малое число опытов, полученные данные (рис. 80) хорошо отражают общие закономерности процесса. При шихте, содержащей 25 % металлизованных материалов, тепловая нагрузка на стены в период их проплавления получается несколько меньшей, чем в конце периода плавления при 100 % лома, за счет частичного экранирования дуги шлаками. Износ в этом случае практически равен износу при плавке лома. При возрастании доли металлизованных материалов до 50 и 75 % относительная длительность работы на жидкой ванне и тепловая нагрузка на стены возрастают, что приводит к росту износа. При 100 % губки в шихте в случае, когда загрузка велась непрерывно, но жидкая ванна не образовывалась (плавление открытыми дугами на твердой шихте), износ резко возрастал. При работе на жидкой завалке (т.е. когда остается металл от предыдущей плавки) износ наводимым на ранней стадии плавления шлаком ввиду хорошего экранирования дуг был незначительным.
Расход электродов и огнеупоров при выплавке

При современной тенденции повышения удельной мощности печных трансформаторов до 500-600 кВ*А/т такие мероприятия, как работа на коротких дугах, применение специальных видов огнеупоров, не решают проблемы полного использования мощности печи и повышения производительности из-за ограничений, налагаемых стойкостью футеровки. Это относится как к плавке на ломе, так и к плавке на металлизованных материалах. Поэтому перспективным представляется направление, получающее развитие в последние годы: использование в футеровке стен и свода водоохлаждаемых элементов. На работу с водоохлаждаемыми панелями в течение 1975—1978 гг. переведен ряд печей высокой мощности, выплавляющих сталь с применением металлизованных материалов (печи цехов в Гамбурге, Бомонте, Контрекере и др.). Повышенный расход электроэнергии и воды в этом случае компенсируется увеличением производительности от использования полной мощности трансформатора в период плавления и сокращения простоев на ремонтах футеровки.