yandex.metrica
Электрометаллургия

Конструкции механизмов электродуговых печей

Шихту в современные электродуговые печи загружают сверху с помощью корзины с открывающимся днищем.

В зависимости от способа открывания для загрузки сверху различают печи с поворотным сводом; выкатным корпусом; откатывающимся сводом (рисунок 1).

Схемы устройства электропечей, загружаемых сверху
Рисунок 1 – Схемы устройства электропечей, загружаемых сверху

Печи с поворотным (отворачиваемым) сводом бывают двух типов: с опорой механизма отворота свода на люльку и с опорой на отдельный фундамент. У современных печей первой разновидности (рисунок 1, а) свод подвешен к полупорталу 2, который вместе с электродами 5 и системой их перемещения закреплен на поворотном валу 8, опирающимся на люльку 9. Для загрузки шихты свод поднимают на 150-300 мм, подтягивая к полупорталу, а электроды поднимают, выводя из рабочего пространства.

Затем вращением вала 8 отворачивают свод с электродами на угол 85°, открывая тем самым рабочее пространство. Наклон печи в сторону сливного желоба 11 и рабочего окна 4 обеспечивают качанием люльки.

Печь второго типа (одна из разновидностей, рисунок 1, г) оборудована подвижной колонной 14, которая опирается на фундамент и снабжена приводами ее подъема и поворота. В нижнем положении полупортал 2 вместе с системой перемещения электродов опирается через две стойки 13 на люльку, а свод на печь. Для открывания рабочего пространства колонна 14 движется вверх и, входя в зацепление с полупортал ом, поднимает его со сводом и электродами, а затем, поворачиваясь, отводит свод с электродами от печи; предварительно электроды выводят из рабочего пространства. Люлька наклоняется вместе с печью, сводом и полупорталом с электродами.

У печи с выкатным корпусом (рисунок 1, б) портал 6 жестко закреплен на люльке 9, к порталу подвешен свод 3 и на портале крепятся электроды 5 с системой их перемещения. Кожух 1 печи установлен на тележке 12, которая с помощью ходовых колес 7 может передвигаться по рельсам, уложенным на люльке. Перед загрузкой свод поднимают, электроды выводят из рабочего пространства, после чего кожух выкатывают из под портала в сторону рабочего окна  4. Люлька обеспечивает наклон печи вместе с порталом.

Распространена и другая разновидность печей с выкатным корпусом. В них люлька и портал со сводом и электродами опирается на два отдельных опорных сегмента. Кожух печи закреплен на люльке и выкатавается из-под портала вместе с люлькой. При наклоне печи люльку замковым устройством жестко соединяют с опорными сегментами портала, сегменты люльки и портала имеют одинаковой радиус кривизны, чем обеспечивается совместный синхронный наклон кожуха и портала.

В печи с откатывающимся сводом (рисунок 1, в) портал 6 и кожух 1 опираются на общую люльку 9, причем портал установлен на ходовых колесах 7, и может перемещаться по рельсам уложенным на люльке; к порталу крепиться свод 3 с электродами. Перед загрузкой свод с электродами 5 поднимают, и портал откатывается, съезжая с люльки в сторону желоба 11 или рабочего окна 4. Качанием люльки обеспечивают наклон печи вместе с порталом; портал при наклоне жестко скрепляют с люлькой специальными упорами. В настоящее время печи с выкатным корпусом и откатывающимся сводом считаются устаревшими. В последние годы строят более совершенные печи с поворотным сводом. Ниже рассмотрены механизмы этих печей.

Конструкция опор и механизмов наклона печи

Для опоры корпуса печи на фундамент и для наклона печи при сливе металла служит люлька (рисунок  2). Она выполнена в виде горизонтальной сварной коробчатой плиты с двумя опорными сегментами 3а.

Механизм наклона печи может быть с гидравлическим (рисунок  2, а) или электромеханическим (рисунок  2, б) приводами. В первом случае подаваемая в гидроцилиндры 1 под давлением жидкость вызывает выдвижение или опускание штоков 2, во втором — электродвигатели 6 с редукторами 4 обеспечивают продольное перемещение зубчатых реек 5. При перемещении штоков или реек опорные сегменты люльки перекатываются по горизонтальным фундаментным балкам опорных станин 7 печи,что вызывает качание люльки и наклон печи.

Люлька и механизмы наклона печи с гидравлическим (а) и электромеханическим (б) приводом
Рисунок 2 – Люлька и механизмы наклона печи с гидравлическим (а) и электромеханическим (б)  приводом

На рисунок  3  показана кинематическая схема гидравлического и электромеханического с реечной передачей механизмов наклона печи. В первом из них (рис. 3, а) наклон люльки 7 с печью обеспечивают шарнирно закрепленные на фундаменте гидроцилиндры 5 за счет подачи масла от маслостанции в надпоршневое или подпоршневое пространство гидроцилиндров. Масло к цилиндрам 5 подается от маслостанции, размещенной в отдельном помещении и включающей насос 13, предохранительный клапан 15, манометр 16, распределительный золотник 11, дроссель 12 и фильтры 14. Направление наклона люльки 7 с печью в сторону сливного носка 9 или рабочего окна 8, т. е. подача масла в ветвь 2 или 3 маслопровода, определяется положением золотника 11 путем включения соответствующего электромагнита 10. Скорость наклона регулируется дросселем 12, установленным в сливной магистрали. Угол наклона печи при перекатывании люльки по фундаментным балкам 1 ограничивается конечными выключателями 4. Так как гидроцилиндры при наклоне печи меняют свое положение, в трубопроводы 2 и 3 включены гибкие участки 6 из рукавов высокого давления.

Во втором механизме (рис. 3, б) рейки имеют отдельный привод, устанавливаемый на фундаменте под печью со стороны рабочего окна. В каждом приводе вращение от электродвигателя 2 через зубчатую муфту передается трехступенчатому редуктору 3, соединенному зубчатой муфтой с валом реечной шестерни 5, которая входит в зацепление с рейкой 4. Последняя соединена шарниром 7 с сектором люльки 8. При наклоне печи рейки получают сложное движение: поступательное — от приводных шестерен и качательное — вокруг оси этих шестерен — в результате перемещения люльки. Необходимое прижатие рейки к шестерне, осуществляется с помощью качающейся прижимной обоймы 6. Вал реечной шестерни опирается на два подшипниковых узла 8. Привод снабжен тормозом 1, с включением которого автоматически отключается электродвигатель.

Схема механизмов наклона печей с гидравлическим (а) и электромеханическим с реечной передачей (б ) приводами
Рисунок 3 – Схема механизмов наклона печей с гидравлическим (а) и электромеханическим с реечной передачей (б ) приводами

Конструкции механизмов вращения ванны, подъема и поворота свода с их опорой  на люльку

Большая часть строившихся в последние десятилетия отечественных печей этого типа схожи с устройством 100-т печи, схематически показанной на рисунок 4. Корпус печи (на рисунке не показан) опирается на люльку 8 через четыре опорных тумбы 9. Свод 12 подвешен к полупорталу, состоящему из двух Г-образных стоек 14 с помощью цепей 11, перекинутых через ролики 13. Концы цепей соединены приводом 7 (электродвигатель и червячный редуктор с тяговым винтом), который перемещает цепи, обеспечивая подъем и опускание свода. Два привода 7 соединены синхронизирующим валом  15.

Механическое оборудование печи с опорой механизмов подъёма — поворота свода на люльку
Рисунок 4 – Механическое оборудование печи с опорой механизмов подъёма — поворота свода на люльку

Полупортал закреплен на литой стальной поворотной плите 1, которая одним концом насажена на поворотный вал 4 диаметром 750 мм. Вал закреплен в люльке, опираясь на подпятник 5 и верхний 6 и нижний роликовые подшипники. Вращение вала осуществляет электродвигатель с редуктором 2 через коническую шестерню, входящую в зацепление с коническим зубчатым сектором 3, закрепленным на валу 4.

На поворотной плите 1 между Г-образными стойками закреплены три стойки механизма перемещения электродов (на рисунок 4 не показаны).

При открывании печи для загрузки включают привод 7, приподнимая свод на 150-300 мм, и поднимают электроды, выводя их из рабочего пространства. Далее  включают привод 2, поворачивая вал 4 на угол в 80°; вместе с валом вокруг его оси поворачивается плита 1 и закрепленные на ней портал, свод и электроды, открывая рабочее пространство сверху.

Механизм вращения ванны предназначен для поворота печи вокруг вертикальной оси на 40° в одну и другую сторону относительно нормального положения. Это позволяет во время плавления при трех положениях кожуха проплавлять в шихте девять «колодцев» что сокращает время расплавления шихты. Возможность вращения обеспечивается благодаря тому, что корпус 19 печи посредством прикрепленного к нему кольцевого рельса 17 опирается на ролики 16 опорных тумб 9. Один или два механизма вращения 10 установлены на люльке; каждый из них состоит из электродвигателя с редуктором, выходной вал которого входят в зацепление с закрепленным на корпусе печи зубчатым сектором, благодаря чему вращение вала вызывает поворот корпуса. При включении механизма 10 и вращении корпуса кольцевой рельс 17 катится по роликам 16, а ролики 18 предотвращают боковое смещение корпуса. На высокомощных печах в таком механизме нет необходимости, поскольку в процессе расплавления вокруг трех электродов образуется общая плавильная зона или колодец, а не три отдельных проплавляемых колодца, характерных для невысокомощных печей.

Конструкция печи с опорой механизмов подъема и поворота свода на отдельный фундамент

Печи с опорой механизма поворота на отдельный фундамент эксплуатируются уже много лет. Имеется несколько их разновидностей. Современный вариант устройства рассмотрим на примере отечественной высокомощной печи (ДСП-100И6). Корпус печи жестко закреплен на люльке  1 (рисунок 5). Он включает нижнюю часть 2 (опору ванны) из стального листа, стеновой каркас 3 из труб со стеновыми панелями 4 и рабочим окном 5. Водоохлаждаемый свод 6 с помощью четырех гибких тяг 7 подвешен к двум консолям 8, которые объединены в общую жесткую конструкцию с порталом 13 и шахтой 18. В нижнем положении портал опирается на люльку через закрепленные на ней две тумбы 14, а свод 6 — на корпус печи. В шахте 18 размещены три гидроцилиндра, которые перемещают телескопические стойки 12 электродержателей. Электроды в электродержателе зажимают с помощью хомута 9 и пружинно-гидравлического механизма 10; ток от гибких кабелей 11а к электрододержателям подводят водоохлаждаемыми медными трубами 11.

Печь с опорой механизмов подъёма — поворота свода на отдельный фундамент
Рисунок 5 – Печь с опорой механизмов подъёма — поворота свода на отдельный фундамент

Механизм отворота свода с электродами расположен на отдельном фундаменте и включает поворотную платформу 20 с закрепленными ней двумя направляющими колоннами 15 и перемещаемую по ним вверх-вниз с помощью системы роликов 19 каретку 17. При открывании рабочего пространства печи вначале из него выводят электроды путем подъема стоек 12. Одновременно с помощью двух гидроцилиндров 25 перемещают каретку 17 вверх; при этом конический хвостовик 16 кареткивходит в соответствующее отверстие портала, а выступ 26 входит в зацепление  с шахтой. Движущаяся вверх каретка поднимает портал, консоли и шахту и закрепленные на них свод и электроды. После подъема свода на 200-300мм каретку 17 останавливают и с помощью гидроцилиндра 24 начинают поворот платформы 20 вокруг опорного вала 21; опорные ролики 23 платформы при этом движутся подугообразным рельсам 22. Вместе с платформой вокруг оси 21 поворачивается все приподнятое кареткой оборудование, включая свод и электроды; поворот ведут до полного открывания рабочего пространства печи.
 

Эта печь, как и все новые высокомощные, имеет гидравлические приводы основных печных механизмов, которые являются более быстродействующими, чем электромеханические.

Конструкции механизмов для зажима и перемещения электродов

Каждый из трех электродов имеет свой независимый механизм зажима и перемещения. Механизм состоит из электрододержателя и устройств, обеспечивающих перемещение его с электродом в вертикальном направлении. Применяются механизмы перемещения электродов с кареткой, передвигающейся по неподвижной стойке и с подвижной телескопической стойкой электрододержателя.

В зависимости от типа привода различают механизмы с гидравлическим приводом и электромеханическим, последний может быть реечным или канатным. На рисунок 6 показаны конструктивные схемы механизмов перемещения электродов.

Схема механизмов перемещения электродов
Рисунок 6 – Схема механизмов перемещения электродов а — с электромеханическим канатным приводом; б — с электромеханическим реечным приводом; в — с подвижной стойкой и гидравлическим приводом

В первой схеме (рисунок 6, а) по неподвижной вертикальной стойке 3 перемещается каретка 5, к которой крепится рукав 7 электрододержателя с электродом 8. Передача движения от привода 1 (барабанная лебедка) к каретке осуществляется канатом 4, перекинутым через ролики 6, противовес 2 частично уравновешивает каретку. Кинематическая схема такого механизма и ее описание даны на рис. 2.44 и в пояснениях к нему.

В механизме рисунок 6, б, каретка с электрододержателем и электродом перемещается по неподвижной стойке с помощью рейки 9, приводимой в движение приводом 1 (электродвигатель и редуктор реечной передачи). Здесь также предусмотрен противовес 2, частично уравновешивающий каретку через блок 6.

В механизме рисунок 6, в рукав 7 электрододержателя жестко закреплен на подвижной вертикальной стойке 10, перемещаемой внутри полой неподвижной стойки 3 гидроцилиндром 11 (в результате движения поршня 12).

Электрододержатель служит для зажима и удержания электрода в заданном положении и для подвода к нему тока. Он состоит из рукава и закрепленных на нем головки зажимного механизма и токоподвода. Наибольшее применение получили электрододержатели с пружинно-пневматическим механизмом зажима электрода. Конструктивное исполнение электрододержателей отличается многообразием, но в зависимости от способа зажима электрода в головке их можно свести к двум разновидностям.

Схема электрододержателей
Рисунок 7 – Схема электрододержателей

В одной (рисунок 7, а) головка выполнена в виде кольца или полукольца 1 и подвижной нажимной колодки 3. Электрод 2 в рабочем положении зажат в кольце колодкой за счет усилия пружины 5, установленной на штоке 4- Если нужно освободить электрод, то в пневмоцилиндр 6 подают воздух, поршень и рычажный механизм 7 сжимают пружину, перемещают колодку вправо, освобождая электрод.

Во второй разновидности (рисунок 7, б) головка состоит из неподвижной колодки 3, закрепленной на рукаве 9, и хомута 8, охватывающего электрод 2. Электрод прижат к токоведущей колодке с помощью хомута за счет усилия пружины 5 передаваемого рычажной системой 7. При подаче воздуха в пневмоцилиндр 6 хомут смещается влево, освобождая электрод.

Головка электрически изолирована от рукава 9, на средних и крупных печах элементы головки охлаждают водой. Рукав делают из толстостенной трубы или сварной коробчатой балки. Ток к головке подают с помощью шин или медных водоохлаждаемых труб, закрепленных на изоляторах сверху рукава (см. рисунок 5).

На новых высокомощных печах вместо пружинно-пневматических устанавливают схожие с ними пружинно-гидравлические механизмы зажима электродов (общий вид такого механизма представлен на рисунок 5).

За рубежом широко применяют так называемые токоведущие электрододержатели. В них рукав выполнен в виде полой прямоугольного сечения балки из алюминия, служащей также токоподводом от гибких кабелей до головки электрододержателя, иногда применяют полые стальные балки, покрытые слоем меди (плакированные медью). Медь и алюминий используют в связи с их высокой электропроводностью. При этом не требуются токоподводы из медных водоохлаждаемых труб. Преимуществом алюминиевых токоведущих электрододержателей является их значительно меньшая масса.

На рисунке 8 показана кинематическая схема одной из конструкций механизмов подъема и поворота свода, а также перемещения электродов для печи с опорой этих механизмов на люльку.

кинематическая схема механизмов подъёма, и поворота свода и перемещения электродов для печи с их опорой на люльку
Рисунок 8 – Кинематическая схема механизмов подъёма, и поворота свода и перемещения электродов для печи с их опорой на люльку

Механизм подъема свода

Подъем и опускание свода осуществляют два синхронно работающих механизма, приводом которых являются электродвигатели 25 и червячно-винтовые редукторы 24. Свод 21 подвешен к полупорталу 19 на перекинутых через блоки 5 и 18 цепях 20 и тягах 4, связанных с червячно-винтовыми редукторами. При работе электродвигателя 25 и червячно-винтового редуктора 24 тяговый винт 24а редуктора получает поступательное движение вверх или вниз, перемещая тяги 4 цепи 20 и, тем самым, свод 21 (на высоту до 500 мм). Для синхронизации работы двух механизмов предусмотрен уравнительный вал 31, связанный с редукторами через муфты 32 .

Механизм поворота свода

Для отворота свода от рабочего пространства печи вращают вал 27 с жестко закрепленной на нем плитой 30, являющейся опорой полупортала 19 и подвешенного к нему свода 21; поворотный вал 27 опирается на люльку печи через два радиальных 29 и один упорный 26 подшипники. Приводом поворота являются электродвигатель 22 и трехступенчатый цилиндрический редуктор 23, на выходном валу которого посажена коническая зубчатая шестерня, входящая в зацепление с зубчатым сектором 28, жестко насаженным на вал 27. Получая вращения от привода, зубчатая шестерня вызывает поворот зубчатого сектора 28 и вала 27 вокруг его вертикальной оси и, тем самым, поворот плиты 30 и свода печи.

Механизм перемещения электродов

Приводом этого механизма служит барабанная лебедка, включающая электродвигатель 1, червячный редуктор 2 и барабан 3. Вращение барабана вызывает перемещение вверх или вниз каната 7, перекинутого через блоки 10 и через закрепленный на рукаве 15 блок 13, и тем самым вертикальное перемещение каретки 8 с рукавом 15, несущим электрододержатель 16 с электродом 17. Каретка на ходовых роликах 14 передвигается по колонне 6; блоки 10 называют неподвижными, а перемещающийся в вертикальном направлении блок 13 — подвижным. Груз 9 с помощью перекинутого через блоки 11 каната 12 частично уравновешивает силу тяжести каретки 8.