Электрометаллургия

Механическое оборудование дуговых печей

Высокопроизводительная работа дуговых печей зависит от состо­яния механического и электрического оборудования. Поэтому со­блюдение графика ремонта агрегатов, своевременная замена изно­шенных деталей и узлов, строгое соблюдение правил по уходу за пла­вильными печами являются важнейшими обязанностями персонала.

Корпус электропечи состоит из днища, кожуха, песочного затвора и сливного носка. Корпус должен иметь достаточную прочность, чтобы выдерживать массу футеровки и металла, динамические удары шихты при загрузке, а также давление кладки печи во время плавки в результате теплового расширения и нагрева до температуры выше 1500°С.

Корпус выполняют сварным из листового железа толщиной 16-40 мм в зависимости от размеров печи (примерно 1/200 диаметра кожуха печи).Части корпуса печи, расположенные ниже и выше порога ра­бочего окна, относят соответственно к днищу и кожуху.

Днище служит основанием для кладки огнеупорной футеровки подины и откосов, образующих ванну для жидких металла и шлака. Нижнюю часть днища выполняют сферической или конической формы.

Кожухи дуговых печей изготовляют различной формы: цилиндри­ческие, ступенчатые, конические, цилиндроконические, бочкооб­разные и др. Для уменьшения деформации кожуха в процессе работы к нему приваривают вертикальные и горизонтальные ребра и кольца жесткости. Последние на печах с загрузкой сверху используют в качестве песочных затворов.Для ускорения ломки изношенной футе­ровки при изготовлении новых стен предусмотрены конструктивно разъемные кожухи.

К днищу и кожуху электропечи крепится постель сливного носка. На печь с разъемным кожухом постель носка крепят только к днищу. Сливной носок, состоящий из желоба и насадки, прикрепляется к постели болтами. На ряде печей используют желоба эркерного типа и осуществляют выпуск метала через отверстие в днище печи. Свер­ху кожух печи закрывают сводом. Металлический каркас свода или сводовое кольцо служит для поддержания огнеупорной футеровки свода и водоохлаждаемых элементов.

Для увеличения стойкости футеровки свода и уменьшения потерь тепла через свод с отходящими печными газами в зазорах между электродами и кладкой свода применяют уплотнители. Из большого числа вариантов существующих уплотнителей наибольшее распространение получили керамические водоохлаждаемые, газодинамиче­ские и механические.

Керамические уплотнители выполняют в виде колец, уложенных на свод колец, или заделываемых с помощью огнеупорно­го бетона в свод для совмещения функций керамического уплотне­ния с охлаждением через змеевик.

Газодинамический уплотнитель  состоит из керамиче­ского кольца, уложенного поверх свода, и металлического короба с тангенциальной подачей в него инертного газа, азота или воздуха.

Механические уплотнители наиболее сложны в изготовлении. Наиболее простой тот, где уплотнение электродных отверстий создано шлаковой ватой и прижимными секторами.Во из­бежание короткого замыкания водоохлаждаемые уплотнители изо­лируют от кладки и металлических частей свода.

Обслуживание дуговой печи как при подготовке агрегата к плавке, так и в течение всего технологического процесса ведется через рабочее (загрузочное) окно, состоящее из водоохлаждаемой арки, рамы, за­слонки, порога, гребенки и механизма подъема заслонки.

Механизм подъема заслонки выполняют с механическим, пнев­матическим и гидравлическим типом привода, с противовесом или без него.

Размеры загрузочного окна должны обеспечивать возможность проведения большого числа операций: осмотр печи, заправка поди­ны и откосов печи огнеупорными материалами, ввод в рабочее про­странство печи мульды завалочной машины с материалами, переме­шивание ванны, отбор проб металла и шлака, замер температуры, вытаскивание из печи обломков электродов, интенсивное скачивание шлака.

Обычно ширина рабочего окна составляет —0,25 диамет­ра плавильного пространства печи, а высота — 0,8 от ширины. Водо­охлаждаемую раму рабочего окна, состоящую из арки и боковых стен, изготавливают сварной из листового железа (16-32 мм) и мон­тируют в вырезе кожуха печи, обеспечивая при этом наибольшую же­сткость конструкции.

Заслонки рабочего окна должны быть водоохлаждаемыми, футерованными или
комбинированными. Они должны плотно прилегать к раме рабочего окна и в закрытом состоянии обеспечивать достаточную герметичность печи. В заслонках крупных печей выполнено отверстие, закрываемое крышкой, для отбора проб металла и шлака, измерения температуры ванны и выполнения других операций. Этим достигаются уменьшение числа открываний заслонки и снижение теплопотерь.В нижней части рабочего окна закреплена чугунная плита, кото­рая служит основанием для ложного порога футеровки печи, изгото­вляемого обычно из огарков электродов. С таких порогов легко уда­ляются скрапины металла и шлак. К раме рабочего окна крепят не­подвижно или на шарнирах опорные гребенки, с помощью которых укладывают перекладины и ролики, облегчающие труд персонала по скачиванию шлака, взятию проб, перемешиванию металла и т. д.

Для слива металла и шлака из печи в разливочный ковш служит сливное отверстие в кожухе и футеровке напротив рабочего окна; от­верстие в футеровке выполняют круглым (∅ 120—300 мм) или прямо­угольным (150×250, 250×350 мм). Продолжением сливного отверстия является основание корытообразной огнеупорной кладки, выполня­емой в металлическом каркасе желоба, прикрепленном к кожуху пе­чи под углом 10-12°.

Перед началом плавки сливное отверстие засыпают огнеупорным материалом (доломитом, магнезитом). Длина желоба зависит от кон­струкции здания и способа слива металла. Выпуск плавки из печи в ковш, установленный на сталевозе, осуществляют через короткий желоб.

Для удержания и перемещения электродов, под­вода к ним электрического тока служат электрододержатели. С уче­том работы в условиях высоких температур они должны обладать до­статочной прочностью, иметь надежно работающие зажимные уст­ройства для электродов, обеспечивать миниматьные электрические потери. Электрододержатель состоит из головки (корпуса), зажима, рукава, каретки или телескопической стойки и жесткой части вто­ричного токоподвода.

Головки электрододержателя изготовляют из стали, бронзы, латуни и биметаллов. Форма и внутренняя поверхность головки должны обес­печивать минимальное контактное сопротивление головка—электрод.

По типу применяемого привода зажимы электродов в головке подразделяют на пружинно-пневматические, пружинно-гидравличе­ские и электромеханические. Применяют зажимы колодкой или хо­мутом.

Электрододержатели, используемые на дуговых печах, имеют ди­станционное управление перепуском электродов. Для большегруз­ных печей рукава изготовляют разъемными с охлаждением водой ча­сти, прилегающей к головке. Рукав соединяют с кареткой, движу­щейся вверх и вниз по неподвижной стойке, или с подвижной колонной в одну Г-образную конструкцию, перемещающуюся внут­ри неподвижной стойки (телескопическая стойка).Ток от гибкой ко­роткой сети к головке электрододержателя подводят плоскими ши­нами или водоохлаждаемыми трубошинами.

Регулирование положения электродов в рабочем пространстве печи и длины дуги осуществляют механизмами перемещения. По типу при­вода механизмы перемещения электродов дуговых печей разделяют на гидравлические и электромеханические. Для предохранения электро­дов от поломок при движении вниз служит реле, обеспечивающее подъем электрода. Использование быстродействующих регуляторов и механизмов для перемещения электродов со скоростью 3—6 м/мин по­зволяет сократить число случаев поломок электродов, снизить их удельный расход и уменьшить продолжительность плавки.

Механизм наклона печи предназначен для плавного, без рывков, наклона агрегата в сторону сливного желоба на угол 40-45° для сли­ва металла в ковш и 10-15° в сторону рабочего окна для скачивания шлака. Механизмы наклона бывают боковые (печи малой емкости) и нижние. Привод боковых механизмов монтируют на стойке с боку печи. При нижнем механизме наклона корпус печи возводится на люльках (опорных сегментах), которые могут перемещаться при на­клоне печи в зависимости от конструкции: по горизонтальной стани­не, по роликам и по станине с выпуклой поверхностью. При перека­тывании люлек по горизонтальной опоре сливной желоб печи значи­тельно выдвигается вперед, т. е. металл может сливаться в ковш, расположенный на сталевозе и на кране разливочного пролета. По типу привода нижние механизмы наклона подразделяют на электро­механические и гидравлические. Последние просты по устройству, несложны в обслуживании и надежны в эксплуатации.

По условиям техники безопасности механизм наклона снабжен ограничителями, отключающими двигатель при достижении пре­дельного угла наклона. Кроме того, установлена блокировка двигате­ля механизма наклона с масляным выключателем, обеспечивающая автоматическое отключение печи от питающей сети при наклоне аг­регата в сторону желоба или рабочего окна.

Обязательной частью дуговой печи является люлька, на горизон­тальную раму которой опирается корпус печи. Рама жестко связана с сегментами люльки, которые выполнены по радиусу.

Свод электропечи перемещается вверх перед завалкой шихты и перед вращением ванны в период плавления. Для подъема свода и его перемещения (поворота) применяют гидравлические и механиче­ские приводы.

Механизм вращения ванны печи вокруг вертикальной оси служит для ускорения проплавления шихтовых материалов и предупрежде­ния повреждения футеровки подины дугами в начале расплавления. Механизмом поворота ванны оборудованы дуговые печи емкостью 25 т и более. С помощью привода поворот осуществляют на 40° в обе стороны от нормального положения печи. При этом электроды в шихте прорезают девять колодцев. Для поворота к опорной части днища печи крепится зубчатый сегмент и кольцевой рельс.

При плавлении шихты в сверхмощных печах, оборудованных то­пливными горелками, образуется один общий колодец и необходи­мость во вращении ванны отпадает. Механизм для отката ванны ду­говой печи или свода перед ее загрузкой чаще всего снабжен гидрав­лическим приводом.

Во время работы дуговых печей в атмосферу выделяется большое количество запыленных газов. При норме содержания пыли в отхо­дящих газах 150 мг/м3, фактический ее уровень в разные периоды плавки может колебаться в пределах 1-10 г/м3. Существуют несколь­ко схем для отвода газов от печи и их очистки от пыли, наиболее про­стой является установка над печью вытяжного зонта. В этом случае дымовые газы разбавляются и охлаждаются холодным воздухом, под­сасываемым из атмосферы цеха. Эффективность схемы недостаточ­на, так как она позволяет очистить от пыли всего 25—30% выделяю­щихся газов. Кроме того, омывание горячими газами электродов, электрододержателей и других металлоконструкций способствует резкому увеличению их износа.

Использование систем местного отсоса газов с помощью газоза­борных патрубков от электродных отверстий, рабочего окна и слив­ного отверстия повышает долю подаваемых газов для очистки до 50-60%.

Более эффективны системы непосредственного газоотсоса из рабочего пространства печи. Получила распространение система, при которой газоотборный патрубок устанавливают над отверсти­ем в своде дуговой печи расположенным по оси среднего электро­да. Между сводовым и стационарным патрубками предусмотрен зазор 50-80 мм для рассоединения газового тракта во время на­клона печи, отворота свода, частичного охлаждения газов и сжи­гания СО.    Использование для очистки отходящих газов, наряду с мокрой, сухих фильтрующих систем, в частности, тканевых фильтров, дезин­теграторов, электрофильтров и др., позволяет снизить содержание пыли в газах до ≤50 мг/м3.