Такой уплотнитель прошел успешные испытания по 100-и 200-т ДСП ЗКО, УМЗ и ЧМК. В настоящее время такая конструкция уплотнителя внедрена на всех 100-т ДСП ЧМК. Изготовление бетонных корпусов уплотнителей освоено на ЧМК в 1985 г. и с этого времени на всех шести электропечах ЭСПЦ-2 комбината уплотнители находятся в постоянной эксплуатации. В качестве энергоносителя в уплотнителях используют азот и сжатый воздух, расход которых составляет 1000-1200 м3/ч на одну печь.
При указанных расходах энергоносителя применение уплотнителей обеспечивало практически полное устранение пыле-газовых выбросов из электродных отверстий в течение всей кампании печи по своду. Незначительный износ корпуса уплотнителя не приводил к разрушению коллектора, что- обеспечивало эффективную работу уплотнителя в течение всей кампании печи по своду. Устранение пыле-газовых выбросов резко улучшило условия труда в цехе и уменьшило загрязнение воздушного бассейна. Устранение высоконагретых газов улучшает условия службы оборудования печи, расположенного над сводом. Положительные результаты длительной эксплуатации уплотнителей конструкции НИИМ на ЧМК позволяют рекомендовать их для всех дуговых печей большой вместимости, в том числе и для печей, работающих с подкрышными зонтами или расположенных в укрытиях. В таких случаях установка уплотнителей, обеспечивающих практически полное устранение неорганизованных выбросов печей в периоды их работы под током, позволяет уменьшить во много раз общее количество газов, требующих очистки. Это достигается при условии, что интенсивный отсос газов из укрытия или зонта происходит кратковременно при завалке шихты в печь с отведенным сводом при выпуске металла в ковш.
Данные, полученные в результате лабораторных и промышленных исследований, позволили выработать основные рекомендации по конструированию струйных газодинамических уплотнителей электродных отверстий. Для дуговых печей, имеющих электроды 555-610 мм, необходимое число сопл в коллекторе 8-10. диаметр сопл 10-15 мм, сопла должны быть направлены вниз под углом 25-30° к горизонтали, а в плане — по касательной к окружности, проходящей через середину электродного зазора. Наружный диаметр уплотнителя должен превышать максимальный размер электродного отверстия на 100-150 мм, а внутренний диаметр необходимо выполнять больше диаметра электрода на 60- 100 мм.
Промышленными испытаниями было установлено, что для 100- и 200-т ДСП наиболее перспективно применение струйных накладных уплотнителей с керамическим корпусом. В качестве материала корпуса уплотнителя были испытаны периклазохромитовый кирпич, муллитокорундовые набивные массы, магнезитовый порошок на жидком стекле и различного типа высокоогнеупорные бетоны. Наилучшие результаты были получены при использовании огнеупорного бетона на основе высокоглиноземистого цемента марки ВЦ-75 и заполнителя из шлака производства металлического хрома. Технология изготовления такого бетона разработана институтом "УралНИИстромпроект". Бетон заливают в металлический каркас, в котором установлен коллектор с соплами. Уплотнение бетонной смеси производят глубинными вибраторами или на виброплощадках. После затвердевания бетон подвергают термовлажной обработке в пропарочной камере. Для получения бетона с заданными свойствами проведение указанных выше операций обязательно.
Система обеспечивает накопление в памяти следующих данных: производственных (расходы, результаты анализов, информация о неполадках и т.д.), о шихтовых материалах, параметры моделей, тексты диалогов, сообщений протоколов. Система характеризует состояние печи, выдает протоколы о ходе плавки, распечатывает отчеты о плавках. В Японии разработан усовершенствованный комплекс оборудования сверхмощной дуговой печи. Этот комплекс обеспечил повышение производительности печи с 12-13 до 18-20 плавок в сутки.
В состав комплекса входят: универсальные стальные водоохлаждаемые панели для стен и свода печи, увеличивающие срок службы футеровки стен с 150- 200 до 3000-4000 плавок и свода с 200-300 до 500 плавок; стеновые топливно-кислородные горелки, расположенные в холодных зонах у стен и способствующие уменьшению длительности плавления с 70-80 до 45-50 мин; интегрированная система управления с ЭВМ, рассчитывающая оптимальный энергетический режим, обеспечивающая заданный расход электроэнергии для отдельных агрегатов и всего цеха, заданный расход кислорода и топлива, расчет количества легирующих и охлаждающих добавок в процессе плавки стали.
Общая продолжительность плавки в современной сверхмощной печи большой вместимости (100 т) может составлять 80 мин. В таком случае для обеспечения разливки стали, выплавляемой одной печью, могут понадобиться две МНЛЗ. Согласование работы сверхмощной печи и МНЛЗ легко осуществить, имея в рафинировочном пролете средства дополнительного нагрева металла (печь-ковш, нагревательный стенд). В этом случае небольшое рассогласование в работе печи и, МНЛЗ может быть устранено в результате выдержки металла некоторое время на установке подогрева.
Таким образом, имеющиеся данные свидетельствуют об эффективности использования автоматических систем управления технологическим процессом в электросталеплавильном производстве. В СССР также предпринимаются попытки создания и освоения подобных систем.
Было отмечено, что возможная экономия первичного топлива в таком случае существенно зависит от способа нагрева шихты, конструктивных характеристик применяемых горелок и режимов нагрева.
В связи с этим предложен и опробован так называемый двустадийный процесс электроплавки и сформулирована концепция факельно-дуговой сталеплавильной печи. Двустадийный процесс позволяет исключить недожог топлива и увеличить массу лома, нагреваемого горелками, до 100%. При двустадийном процессе на первой стадии плавки работают только высокомощные горелки, обеспечивающие быстрый нагрев всего лома до оптимальной температуры (800- 900 °С). На второй стадии процесса горелки отключаются, и плавление ведется на подогретом ломе с использованием энергии электрических дуг. Работа печи с подвалками шихты не препятствует реализации двустадийного Процесса, применение относительно легковесного лома превышает эффективность работы поворотных горелок.
В двустадийном процессе снижение расходов электроэнергии, первичного топлива и общих энергетических затрат не зависит от степени уменьшения длительности плавления. Теоретические расчеты и результаты опробования на 200-т печи показали, что в двустадийном процессе расход электроэнергии в период плавления может быть снижен на 35-50 %, расход дорогостоящих специальных графитированных электродов на 30-40%, расход первичного топлива на 15-20%. Общая длительность плавления не увеличилась. Содержание оксида углерода в отходящих газах во время работы горелок не превышало 5 %.
Полученные результаты свидетельствуют о перспективности опробования и освоения двустадийного процесса в специально приспособленных для его осуществления факельных, дуговых сталеплавильных печах с применением мощных топливно-кислородных горелок.
В отличие от стеновых горелок, для которых характерно быстрое снижение эффективности при увеличении расхода топлива, поворотные топливно-кислородные горелки в широком диапазоне изменений расхода топлива (до 20 м3/т) обеспечивают уменьшение длительности плавления и расхода электроэнергии пропорционально расходу топлива. В настоящее время ряд отечественных дуговых печей вместимостью 100 и 200 т оборудован поворотными вертикальными горелками.
Целесообразность замены определенной части электроэнергии при плавке стали энергией сжигаемого в рабочем пространстве печи газообразного или жидкого топлива определяется несколькими факторами: установленными ценами на электроэнергию и топливо, получаемой в процессе плавки степенью полезного использования различных энергоносителей, их дефицитом и другими. Следует учитывать также влияние применения топлива на технологию плавки и устройство печи и цеха. В работе утверждается, что в общем случае применять жидкое или газообразное топливо с высокой теплотой сгорания в дуговых печах для замены определенного количества электроэнергии энергетически нецелесообразно. Исходя из этого можно считать, что применение топливно-кислородных горелок на сверхмощной дуговой печи является чисто технологическим приемом, способствующим более быстрому расплавлению шихты в рабочем пространстве печи.
Авторы работы на основании анализа различных факторов пришли к выводу об экономической и энергетической целесообразности возможно более широкого использования топлива для дополнительного нагрева металлической шихты в отечественных дуговых сталеплавильных электропечах.