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.
Температура лома достигала 760 °С. Установка могла обслуживать только две корзины из пяти-шести, т.е. нагревали 40 % лома на плавку. Расход электроэнергии на плавку снизился с 450 до 420 кВт • ч/т стали, уменьшение длительности плавки составило 7-8 %.
Поскольку интенсивность теплопередачи сравнительно небольшая, то этот процесс требует значительного времени. По данным, на нагрев одной корзины с 20-25 т шихты необходимо 60-80 мин.
Заготовок, полученных от одной 35-т плавки, достаточно для нагрева лома для двух плавок; температура нагрева 480-600 °С.
Большую интенсивность теплопередачи удается обеспечить на установках конвейерного типа в результате повышения температуры и скорости потока горячих газов, а также уменьшения толщины слоя нагревающейся шихты. Но такие установки сложнее конструктивно. Длительность нагрева 70-т корзины до 500 °С составляет 110 мин.
Довольно широкое распространение за рубежом получили установки подогрева лома в загрузочных корзинах газовыми горелками. Такие установки экономичны и обычно не требуют применения кислорода. До 400°С лом можно подогревать в обычных бадьях. Для нагрева лома до более высоких температур (500-600°С) требуются специальные бадьи, изготовленные из жаростойкой стали. Нагрев лома до более высоких температур требует использования бадей, футерованных огнеупорным кирпичом, что дорого, сложно и неудобно.
Для повышения к.п.д. установок продукты сгорания топлива просасывают через слой лома сверху вниз. Обычно приходится снижать начальную температуру продуктов сгорания до 800-115Q°C, разбавляя их холодным воздухом, чтобы не допустить местных перегревов шихты, ведущих к значительному окислению металла и даже свариванию между собой отдельных кусков лома.
В самых совершенных установках подобного типа температура нагрева шихты обычно не превышает 300 °С. По данным, это обеспечило снижение расхода электроэнергии в 80-т дуговой печи на 30- 50 кВт ч/т и уменьшение длительности плавки на 8%.
Возможны и другие схемы использования тепла отходящих печных газов для подогрева лома. По данным, на одном из японских заводов подогрев лома в бадьях до 200-400 °С производится горячим воздухом, нагретым в специальных теплообменниках отходящими из электропечи газами. При этом удельный расход электроэнергии снижается на 40-50 кВт — ч/т, длительность плавки соответственно уменьшается на 8-10 %.
Недостатком метода подогрева шихты отходящими печными газами является необходимость сооружения сложных газоотводящих трактов, связывающих дуговые печи с установкой подогрева лома. Этого недостатка не имеют установки, в которых для нагрева лома используется тепло остывающих после разливки слитков и заготовок. Такие установки состоят обычно из двух секций: нижней -для остывающих слитков или заготовок и верхней — для бадьи с ломом, который нагревается в результате естественной конвекции воздуха. Одно из первых сообщений о таких установках имеется в работе. В нижней части газоплотного контейнера помещали горячие заготовки, а сверху над ними — одну или две корзины с ломом. Горячий воздух проходил через дно корзины и омывал лом. Остывший воздух опускался вниз, подогревался, и цикл повторялся до тех пор, пока не устанавливалось равновесие между горячим металлом и подогреваемым ломом. Процесс испытывали в цехе с 25-т дуговыми печами высокой мощности.
В стадии формирования плавильной зоны необходимо обеспечить устойчивую работу дуг и защиту свода и стен в начальной фазе плавления, выбрать оптимальное соотношение скоростей расплавления металла дугами и рабочего перемещения электродов, чтобы наплавить в кратчайший срок достаточное количество жидкого металла, устранив тем самым возможность перегрева подины, и повысить эффективность использования вводимой в печь энергии.
После погружения дуг в "колодцы", выплавленные в шихте (через 3-7 мин от начала плавления) в стадии формирования ванны, выгодно работать на возможно более длинных и мощных дугах при высоком значении печной установки. Нерасплавившийся лом и торцы электродов достаточно хорошо экранируют стены и свод. Большая часть энергии дуг излучается в стороны и плавит окружающий дуги лом. Передача энергии лому, находящемуся под электродами, происходит менее интенсивно, поэтому лом под дугами плавится медленнее. Скорость рабочего перемещения электродов вниз сравнительно невелика. К моменту опускания электродов в крайнее нижнее положение на подине печи образуется достаточно глубокая ванна, предохраняющая футеровку подины от перегрева и разрушения дугами.
Работа сверхмощной сталеплавильной печи с оставлением "болота" от предыдущей плавки значительно упрощает проведение первой стадии плавления, избавляет от необходимости корректировать скорость опускания электродов в зависимости от количества наплавленного и стекшего на подину металла, позволяет эффективно работать и на очень легком неплотном ломе. По данным, первые отечественные высокомощные печи ДСП-100НЗА во время формирования зоны плавления работали с коэффициентом мощности, равным 0,74-0,78.
Управление запирающим устройством осуществляется с пульта, расположенного внизу под печью. С этого же пульта управляют наклоном печи, присадкой добавок в ковш и движением сталевоза. После обслуживания отверстия затвор закрывают и сверху в. отверстие засыпают огнеупорную смесь. На печи БМЗ для засыпки отверстия используют смесь магнезитового порошка с порошком кокса. Операция обслуживания выпускного отверстия продолжается не более 3 мин.
Срок службы внутренней кладки отверстия составляет 200 плавок. Срок службы графитовых колец, установленных непосредственно на выпуске в нижней части отверстия, 20-30 плавок. Срок службы колец увеличивается, если они изготовлены из смеси магнезита с графитом. Замена футеровки отверстия проводится в течение 2 ч, замена колец на выходе — в течение 20 — 30 мин. Полное опорожнение печи с эркерным выпуском для осмотра и заправки подины осуществляется один раз в неделю.
На заводе "Danish Steel Works" в результате перевода 110-т сверхмощной печи с сифонного на эркерный выпуск снизились вдвое затраты на футеровку стен печи, увеличились стойкость футеровки ковша на 20 %, уменьшился расход энергии на плавку и существенно увеличилась производительность печи.
Учитывая, что в большинстве случаев печь с эркерным выпуском выгоднее других конструкций, такая печь перспективна для новых отечественных электросталеплавильных цехов. Перевод одной из двух печей БМЗ с сифонного на эркерный выпуск стали улучшил показатели работы.
Современные дуговые сталеплавильные печи работают преимущественно на графитированных электродах, ежегодное мировое производство которых превышает 1 млн. т.