СВОД ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ ПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ Российский патент 1995 года по МПК F27D1/02 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к конструкциям сводов электродуговых плавильных печей.

Известен свод электродуговой печи, имеющий кольцевую кладку периферийной части и секторно-арочную в зоне газоотсосного и электродных отверстий, что способствует увеличению стойкости центральной части свода печи.

В данной конструкции свода электродуговой печи центральная зона выполнена кольцами, где каждый огнеупорный кирпич зажат двумя соседними кирпичами, и при разгаре свода, т.е. при уменьшении его толщины в результате оплавления или отколов одного только кирпича свод разрушается. Основным недостатком такой кладки свода электродуговой печи является ограниченное применение огнеупоров с низкой термостойкостью, но имеющих высокую механическую прочность, меньшую огнеупорность и стоимость.

Известны своды электродуговых печей с пятовыми однорядовыми кольцами из муллитового кирпича с центральной частью свода, выложенной из динасовых огнеупоров (Кайбичева М. Н. Футеровка электропечей. М. Металлургия, 1975, с. 25-26). Однако, однорядовое кольцо свода из муллитового кирпича не охватывает всей зоны кладки свода, лежащей ниже температуры 700^оС, являющейся опасной для динасовых огнеупоров, из-за растрескивания их и образования сколов, так как они находятся в зоне защищенной футеровкой стенки электропечи от прямого воздействия высоких электрических дуг и тепла расплавленного металла.

В связи с рядом особенностей работы литейных цехов машиностроительных предприятий и черной металлургии, которые оборудованы электродуговыми печами с динасовыми сводами, они работают по прерывистому графику с образованием межплавочных размеров и простоев, которые приводят к значительному снижению температуpы в огнеупорном слое кладки. Резкие нагревы и охлаждения вследствие сравнительно низкой теплопроводности огнеупорных материалов вызывают в огнеупорной кладке напряжения, превышающие предел прочности огнеупоров, поэтому происходит разрушение кладки. Опыт эксплуатации такого вида электродуговых печей показывает, что в процессе плавки преждевременно разрушается огнеупорная кладка свода у водоохлаждаемых опорных колец.

Целью изобретения является повышение стойкости сводов электродуговых плавильных печей.

Это достигается тем, что с целью повышения стойкости свода его периферийная часть выполнена из четырех круговых сегментов, соединенных между собой четырьмя кольцевыми секторами при соотношении общей площади огнеупорной кладки свода к площади центральной части 1,5-1,8, при этом периферийная часть свода выполнена из шамота, а центральная из динаса и имеет форму восьмигранника, причем шамотная кладка по всему периметру восьмигранника отделена от динасовой демпфирующим двойным слоем высокоогнеупорной кремнеземной ткани КС-11-ЛА толщиной 2-3 мм, а вся кладка свода выполнена в перевязку.

На фиг. 1 изображен свод электродуговой печи; на фиг. 2 то же, план.

Свод дуговой электропечи состоит из четырех круговых сегментов, примыкающих к сводовому металлическому водоохлаждаемому кольцу 2, соединенных четырьмя кольцевыми секторами 4, образующих кольцевую периферийную зону кладки вокруг сводового кольца и центрального участка 3 в виде восьмигранника, описанного вокруг центральной части свода, выкладываемого из динаса.

Сегментные и секторные участки 1 и 4, примыкающие к внутренней поверхности сводового кольца 2, выкладываются из термостойкого при 300-700^оС материала-шамота, на расстоянии 0,5-0,8 ширины кладки стен данной дуговой печи от сводового кольца по радиусу к центральной части на 3-5 рядов кирпичей, каждый ряд шириной 113 мм на печах марок ДСП-3 и 3-4 ряда кирпичей шириной 291 мм (65+ 113+ 113) мм на печах ДС-6Н1 с максимальной производительностью не более 10 т за плавку.

Кладка центральной части свода в виде восьмигранника выполняется из динасового кирпича в перевязку. На печах ДСП-3 применяют шамотный и динасовый кирпич с одинаковыми размерами 65х113х230 мм, 230х113х102х65х55, 230х113х102х65 мм по ГОСТ 8691-73, 1566-71, динасовый кирпич марок ДО-1 N 5, ЭД N 2,5,7,9 по ГОСТ 4157-79 и шамотный кирпич ША-1 N 5,6 ГОСТ 390-83. Повышение стойкости сводов дуговых электропечей с кислой и основной футеровками ванн получено за счет изменения конструкции кладки сводов и замены в огнеупорной кладке динасового кирпича на шамотный кирпич, имеющего высокую термостойкость в низкотемпературной зоне, применение разделяющих прокладок 5 (фиг.1) из ткани КС-11-ЛА. Установка разделяющих прокладок из ткани КС-11-ЛА в своде показана на фиг.2.

Характеристика ткани КС-11-ЛА приведена в таблице.

Низкая термостойкость динасовых огнеупоров в интервале температур от 300 до 700^оС и в зоне воздействия наибольших термоциклических нагрузок объясняется переходом при этих температурах кварца в тридимит и кристабалит с увеличением объема огнеупора. Увеличение объема динасовых кирпичей и изменения их структуры при 300-700^оС вызывает образование трещин, сколов и разрушение огнеупоров, поэтому кольцевая зона, образованная сегментами и секторами, с соотношением площади свода F к площади центральной части кладки F₁, как F F₁ 1,5-1,8, около охлаждаемого опорного устройства, выполнена из термостойкого материала шамота, обладающего высокой термостойкостью и прочностью в интервале температур от 300 до 700^оС.

Кладка свода у водоохлаждаемого опорного устройства из шамотного кирпича шириной 0,5-0,8, взятой от толщины стен печи, защищена футеровкой стен и песчаным затвором от прямого воздействия высокой температуры электрических печей (4000-6000^оС) и расплавленного металла (1500-1750^оС).

Периферийная кольцевая кладка свода из шамота шириной стен печи 1,2-1,4 приводит к расширению зоны кладки из динаса, который входит в зону низких температур (ниже 700^оС) и разрушаются в процессе эксплуатации.

Теплопроводность шамотных изделий (0,37-0,5 Вт/м^оС) в четыре раза меньше данного показателя динасовых огнеупоров (1,34-1,48 Вт/м^оС), а коэффициент термического расширения динасовых изделий (1,18-1,37 при 1000^оС х 10^-6) в 2-3 раза превышает термическое расширение шамотных кирпичей (0,4-0,6 при 1000^оС х 10^-6). Дополнительные изменения линейных размеров динаса больше в два раза шамота. В результате возникают напряжения в огнеупорной кладке от большого расширения динаса и давления динасовой кладки на шамотную, которые снижаются прокладками из ткани КС-11-ЛА в своде.

Расширение площадки кладки свода из шамотного кирпича от опорного кольца к центру свыше площади, ограниченной отношением площадей F:F₁ 1,9-2,0, приводит к оплавлению шамота от воздействия электрических дуг и расплавленного металла и преждевременному оплавлению сводов из-за более низкой температуры плавления шамотных изделий, чем динасовых.

Применение сводов с новой конструкцией огнеупорной кладки на дуговых электропечах ДСП-3, ДС-6Н1 при выплавке высокопрочных чугунов с шаровидной и пластинчатой формой графита увеличило их стойкость в 1,5 раза на печах с основной футеровкой и достигло 60-70 плавок, на электродуговых печах ДСП-3 с кислой футеровкой в 2 раза и достигло 90-100 плавок, на печи ДС-6Н1 с кислой футеровкой в 3 раза и увеличилось до 160 плавок.

Сущность изобретения: свод дуговой электропечи набирается на шаблоне из огнеупоров таким образом, чтобы кладка периферийно-кольцевой зоны, примыкающая к водоохлаждаемому сводовому кольцу, была выполнена в виде огнеупоров, состоящего из четырех круговых сегментов, соединенных четырьмя кольцевыми секторами, образующих совместно, периферийную кольцевую зону вокруг опорного устройства с соотношением общей площади огнеупорной кладки свода F в виде шарового сегмента к центральной зоне F₁ , как F: F₁= 1,5:1,8 . При этом периферийная кольцевая зона огнеупорной кладки, примыкающая к водоохлаждаемому опорному кольцу, выполнена из термостойкого огнеупорного материала в интервале температур 300 - 700°С, например шамота. Для снижения давления центральной части и термического расширения огнеупоров шамотная кладка отделена от динасовой демпфирующим двойным слоем высокоогнеупорной кремнеземной ткани КС-11-ЛА толщиной 2 - 3 мм, по периметру восьмигранника, описанного вокруг центральной части свода F₁ , центральная же восьмигранная зона выполнена из динаса, а вся огнеупорная кладка свода выполнена в перевязку. 2 ил.

СВОД ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ ПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ, содержащий водоохлаждаемое сводовое кольцо, центральную и периферийную огнеупорные части, отличающийся тем, что, с целью повышения стойкости свода, периферийная часть свода выполнена из четырех круговых сегментов, соединенных между собой четырьмя кольцевыми секторами при отношении общей площади огнеупорной кладки свода к площади центральной части 1,5 1,8, при этом периферийная часть свода выполнена из шамота, а центральная из динаса и имеет форму восьмигранника, причем шамотная кладка по всему периметру восьмигранника отделена от динасовой демпфирующим двойным слоем высокоогнеупорной кремнеземной ткани КС-11-Ла толщиной 2 3 мм, а вся кладка свода выполнена вперевязку.