5.2 РАСЧЁТ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ СКИММЕРНЫХ ПЕЧНЫХ ЖЕЛОБОВ

5.2 РАСЧЁТ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ СКИММЕРНЫХ ПЕЧНЫХ ЖЕЛОБОВ

Одним из действенных способов активного влияния на количество шлака, уносимого потоком стали в ковш, следует считать его отсечку в канале печного желоба с помощью стационарных перегородок или специальных устройств. Эффективность отсечки печного шлака зависит, в первую очередь, от правильности выбора конструктивных параметров выпускного желоба и надежности устройств, обеспечивающих отделение шлакового слоя от свободной поверхности потока стали. Поэтому для достижения ощутимых результатов при реализации технологии бесшлакового выпуска стали из электродуговых и мартеновских печей необходима тщательная теоретическая проработка предлагаемых технических решений, подкрепленная результатами лабораторных и промышленных экспериментов о степени влияния различных факторов на характер взаимодействия потоков расплава с элементами конструкций печных желобов.
При получении теоретических зависимостей, позволяющих выполнить проектные расчеты желоба, следует не только учесть особенности его работы, но и четко обозначить условия истечения жидкой стали во время ее выпуска из печи для обеспечения корректности использования известных в гидравлике формул и коэффициентов.

5.3. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ И РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПЕЧНЫХ ЖЕЛОБОВ ДЛЯ БЕСШЛАКОВОГО ВЫПУСКА СТАЛИ

Для оценки эффективности проектных технических решений, направленных на совершенствование конструкции печных желобов, выполняли физическое моделирование процесса выпуска стали с их использованием по методике, приведенной в работе [37]. В ходе моделирования решались следующие основные задачи:
изучался характер движения жидкостных потоков в канале печного желоба с целью уточнения их параметров и сопоставления с данными гидравлического расчета;

проверялись оптимальные соотношения геометрических параметров печного желоба, обеспечивающих наибольшую степень полноты отсечки шлака;

оценивалась действенность предлагаемых мер по повышению эффективности отсечки печного шлака;

моделировались возможные критические ситуации, возникающие во время выпуска стали из-за работы оборудования в нештатном режиме.

Лабораторные эксперименты проводились с соблюдением критерия гомохронности Н0 =vt/l = idem на модели желоба, изготовленной из органического стекла в масштабе 1:10.

В качестве моделирующих жидкостей применяли воду и керосин. Количество керосина, имитировавшего печной шлак, по отношению к воде составляло 10-15 %.

При проведении экспериментов диаметр выпускного канала модели печи изменяли в пределах 15-25 мм. Нижнее предельное значение диаметра соответствовало условиям выпуска стали из печи при плохо разделанном канале, когда продолжительность схода жидкого металла в разливочный ковш увеличивается в 1,6-2,0 раза. При диаметре выпускного канала модели печи 25 мм время выпуска резко снижалось, что характерно для случаев размывания стенок огнеупорных катушек летки печи.

Контроль количества моделировавшего шлак керосина, попавшего за время выпуска в емкости, имитирующие разливочный ковш и шлаковую чашу, показал, что приемлемая степень полноты отсечки печного шлака обеспечивается скиммерным желобом со стационарной перегородкой лишь при незначительных колебаниях (в пределах 5-7 %) диаметра выпускного канала от своего номинального значения, в соответствии с которым рассчитывались размеры проема под отсекающей шлак перемычкой. В противных случаях либо наблюдался частичный проход керосина под скиммерной перегородкой (при малом диаметре канала), либо происходил перелив жидкости через перегородку (при увеличенном диаметре канала). Таким образом, достижение стабильных положительных результатов по отсечке технологического шлака в процессе истечения металла из плавильного агрегата возможно лишь при обеспечении постоянства проходного сечения выпускного канала печи, что на практике трудно осуществимо в силу целого ряда причин (неизбежное размывание потоками расплава огнеупорных катушек, формирующих канал; частое применение кислорода для прожигания этого канала при неудав-шихся попытках механическим путем пробить отверстие в спекшемся слое леточной массы). Подтверждением сказанного могут служить результаты, опубликованные в работе [108], авторы которой после проведения испытаний ским-мерных желобов в условиях Череповецкого и Орско-Халиловского металлургических комбинатов пришли к заключению о необходимости принятия мер по поддержанию в нормальном состоянии сталевыпускного отверстия мартеновских печей, поскольку в случае значительного его износа нельзя добиться требуемой полноты отсечки шлака.

На основании данных исследований процесса отсечки шлака, проведенных на гидравлических моделях, была разработана конструкция печного желоба, схема которого показана на рис. 59.

Корпус желоба включает приемную 6 и сливную 1 части, а также носок 9 для отвода шлака. Для задержки шлака желоб снабжен заслонкой 10, закрепленной на поперечно расположенном валу 11, установленном в подшипниковых опорах 2. Заслонка выполнена из огнеупорного материала и может поворачиваться вместе с валом на угол 90°. Механизм поворота заслонки, смонтированной на наружной поверхности боковой стенки корпуса желоба, включает электродвигатель 5, редуктор 4 и кривошипно-рычажный механизм 3. Желоб имеет цапфы 7 для его наклона с целью слива остатков металла в ковш, а также серьгу 8, предназначенную для выполнения подъемным краном транспортных операций [113].

Принцип работы желоба такой. В начальный период схода жидкого металла из печи в разливочный ковш заслонка желоба находится в верхнем, т. е. в горизонтальном положении и не контактирует с расплавом. IJ момент появления печного шлака заслонку с помощью электромеханического привода поворачивают и устанавливают под оптимальным углом к потоку жидкой стали. Меняя угол установки заслонки в зависимости от массового расхода истекающего металла, добиваются подъема уровня шлака в приемной части желоба до уровня поверхности днища сливного носка, по которому печной шлак отводится в шлаковую чашу.

В отличие от известных аналогов эффективность работы такого желоба не зависит от состояния выпускного отверстия сталеплавильной иечи. Кроме того, предусмотренный принудительный поворот заслонки в обоих направлениях при надлежащей мощности привода исключает возможность ее зависания даже при наличии металлической настыли на внутренней поверхности канала желоба.

Для выполнения рабочего проекта предлагаемой конструкции печного желоба потребовалась разработка методики расчета мощности привода поворота заслонки. При этом возникли трудности, связанные с отсутствием данных о соотношении уровней расплава в приемной и сливной частях желоба, разделенных поворотной заслонкой, в зависимости от угла ее отклонения от вертикальной оси. Такая информация позволила бы использовать известные в гидравлике формулы для определения усилий, действующих на заслонку, и рассчитать значение крутящего момента, которое должен развивать электромеханический привод во время воздействия заслонки на поток яшдкого металла.

Поскольку соотношение линейных размеров отдельных элементов конструкции модели и слоев моделирующей жидкости, очевидно, будет аналогичным для соответствующих величин у геометрически подобного ей натурного образца печного желоба, картина распределения уровней жидкой ванны в его канале при одинаковых углах наклона заслонки в обоих случаях должна быть идентичной. Поэтому определенные путем непосредственных замеров на модели координаты точек приложения сил, вызванных действием на заслонку гидростатического давления жидкости, после несложного масштабного пересчета позволяют найти соответствующие точки для проектируемого желоба. Динамическое давление потока можно не учитывать из-за низкой скорости. Зная координаты точек приложения всех сил, действующих на заслонку в реальных условиях, и рассчитав значения этих сил, можно с достаточной для практических целей точностью определить крутящий момент, требуемый для поворота заслонки на нужный угол.