При работе электропечи с трансформатором мощностью 32 МВ А в период плавления тепловой поток на водоохлаждаемый цельнометаллический свод составлял 35-49 кВт/м2, после подвалки 52-58 кВт/м2. При продувке запыленность атмосферы рабочего пространства возрастала и тепловой поток уменьшался. В конце периода плавления, когда атмосфера печи прозрачная, тепловой поток на свод возрастал до 75-87 кВт/м2. Максимального значения тепловой поток на свод достигал после слива плавки из печи, когда излучающая поверхность подины и откосов значительно превышала площадь зеркала ванны (90-110 кВт/м2). В центральной части свода тепловой поток в 1,5 раза превышал среднюю величину потока на всю поверхность свода.
С увеличением вводимой в печь мощности тепловой поток на водоохлаждаемый свод увеличивается. Изменение теплового потока на свод высокомощной 110-т электропечи с трансформатором 75 МВ-А. При незагрязненных осевшей пылью элементах свода отвод тепла в течение всей плавки составлял 5635 кВт ч, что соответствует среднему удельному тепловому потоку 93 кВт/м2. При наличии гарнисажа толщиной 5 мм отвод тепла сводом уменьшался примерно на 22 % (1240 кВт • ч). Однако конструкция сплошного металлического свода не получила применения на сверхмощных электропечах большой вместимости. Дуговые разряды, наводки тока в металлическом своде приводили к тому, что в центральной части свода появлялись трещины и нарушения сплошности. Возникающая при этом течь воды усложняла ведение плавки, ухудшала качество металла и являлась причиной простоев печи. Устранение этих трудностей как в СССР, так и за рубежом было достигнуто в результате применения комбинированного свода, состоящего из водоохлаждаемой периферической части и центрального керамического малого свода, набираемого в собственном сводовом кольце.
Площадь охлаждаемой части стен этой печи составляла 26 м2 (13 элементов) и свода 25 м2 элементов). Тепловые потоки на стены и свод составляли соответственно 80-160 и 115-230 кВт/м2, расход охлаждающей воды 290 м3/ч, давление 0,8 МПа.
Для изготовления трубчатых панелей используют стальные трубы диаметром 76-90 мм с толщиной стенки 14-16 мм. Для изготовления панелей в СССР применяют трубы из стали Г20 по ГОСТ 8731-74.
В конструкции трубчатых панелей фирмы "Krupp" ряд горизонтальных (или вертикальных) труб соединяют штампованными переходами. В конструкции объединения "Сибэлектротерм" панели изготавливают из двух гнутых соответствующим образом змеевиков, вложенных один в другой. Первая конструкция более надежна в работе, обеспечивает минимальные зазоры между трубами и исключает возможность загиба отдельных витков в рабочее пространство. Преимуществом конструкции "Сибэлектротерм" являются простота изготовления и меньшее число сварных швов.
В последние годы для наиболее напряженных участков стен (350- 500 мм нижней части охлаждаемой поверхности стен и участки против дуг).используют медные стеновые панели. При этом обеспечивается гарантированно более высокая стойкой панели.
При наружном расположении панелей появляется возможность отвода воды в случае утечки за пределы печи. Наиболее рациональным способом закрепления панелей является установка их на верхнее кольцо каркаса печи. Для этого панели снабжаются опорными сегментами. При такой установке панелей обеспечивается возможность быстрой их замены при аварийном выходе из строя.
Первые результаты эксплуатации водоохлаждаемых панелей позволили выработать общие требования к конструкции элементов и системе охлаждения стен сферхмощных дуговых печей:
1. Толщина стенки водоохлаждаемых элементов 14-20 мм.
2. Расход охлаждающей воды 6-9 м3/ч на 1 м2 площади стенового элемента.
3. Исключение контакта шлакового и металлического расплава с водоохлаждаемыми элементами (для этого водоохлаждаемые элементы располагали на расстояний 350-600 мм от уровня шлака в печи, при приближении к выпускному отверстию и рабочему окну нижний уровень водоохлаждаемых панелей располагается выше).
4. Скорости истечения воды в водоохлаждаемых элементах 2-6 м/с для обеспечения их стойкости.
5. Выполнение на рабочей поверхности панелей шиповки для удержания обмазки или гарнисажа.
Разработку конструкций водоохлаждаемых панелей вели интенсивно одновременно в нескольких странах. В течение двух лет после появления первых высокомощных ДСП с водоохлаждаемыми панелями сформировались три системы водоохлаждаемых панелей: 1) литые чугунные или. стальные; 2) сварные из стального или медного листа; 3) стальные трубчатые водоохлаждаемые.
На печи обычно устанавливается 9-16 стеновых панелей, подвод и отвод воды к которым осуществляют от общего коллектора. Подключение панелей к коллекторам осуществляется чаще всего металлорукавами при помощи быстроразъемных соединений. Панели обычно занимают от 65 до 75 % всей площади стен выше уровня жидкого шлака. Наибольшую часть стен удается защитить охлаждаемыми панелями на печах с рассмотренными ниже донным или эркерным выпуском стали. Так, на печах с эркерным выпуском площадь, занимаемую панелями, удается увеличить до 87 %.