Metallurgy.zp.ua
Главная » Электрометаллургия » Основные элементы конструкции электропечи

Основные элементы конструкции электропечи

Работающие в настоящее время на металлургических и машино­строительных заводах дуговые сталеплавильные электропечи даже одинаковой емкости довольно часто существенно отличаются друг от друга. Эти отличия обусловлены разным способом загрузки шихты, различной системой опор печи на фундамент, применением разных способов открывания рабочего пространства для загрузки шихты, неодинаковым расположением и использованием разнотипных меха­низмов и другими особенностями.

Основным фактором, определяющим главные конструктивные особенности печи, является способ загрузки металлического лома.

Существуют два способа загрузки шихты: через рабочее окно мульдами и сверху через открытый свод загрузочными корзинами (бадьями). Загрузка сверху имеет ряд преимуществ, поэтому все современные печи приспособлены для загрузки шихты сверху. Муль­довая загрузка сохранилась на некоторых заводах в старых цехах. Способ загрузки в определенной степени влияет на выбор системы опор печи на фундамент.

Системы опор печи на фундамент

Печи небольшой емкости с загрузкой шихты мульдами устанав­ливают на опорных секторах, которые крепят непосредственно к ко­жуху печи (рисунок 1, а).

При загрузке сверху печь монтируют на несущей люльке, которая опирается на секторы. Портал может крепиться на люльке вместе с печью (рисунок 1, б) или опираться на отдельные секторы (рисунок 1, в).

Схематическое изображение опор печей на фундаменты:
Рисунок 1 — Схематическое изображение опор печей на фундаменты а, б — установки на секторах, катающихся по роликам; в — установка на опорных секторах, перекатывающихся по горизонтальной станине

В зависимости от схемы опор на фундамент печи с загрузкой сверху подразделяют на четыре типа:

  • Печи с выкатным корпусом (рисунок  2). В печах этого типа меха­низмами, укрепленными на портале, свод приподнимается, а корпус печи с помощью гидравлического или электромеханического привода, расположенного на фундаменте печи, выкатывается в сторону печ­ного пролета под загрузку или для ремонта футеровки. Портал пе­чей такого типа опирается на два отдельных сектора.

    Печь с выкатным корпусом
    Рисунок 2 — Печь с выкатным корпусом
  • Печи с откатным порталом (рисунок 3), который перемещается для загрузки или ремонтных целей либо в сторону печного, либо в сторону разливочного пролетов. Откат портала осуществляется с помощью электромеханического привода по специальным рельсам — направляющим. В печах такого типа портал опирается на общую люльку.
Печь с откатным порталом.
Рисунок 3 — Печь с откатным порталом. 1 — кожух, 2 — откатной портал; 3 — механизм наклона

  • Печи с наклоняющимся сводом. Приподнятый свод наклоняется вместе с порталом в сторону разливочного пролета. Для этого портал должен опираться на один или два сектора, независимых от печи.
  • Печи с отворачивающимися сводами. Приподнятый свод вместе со стойками и полупорталом поворачивается в горизонтальной пло­скости вокруг вертикальной оси на 80—90°, открывая рабочее про­странство. В этом случае полупортал монтируют на люльке вместе с печью или он опирается на отдельный сектор.

В зарубежной практике последних лет электросталеплавильные печи строят только с поворотным сводом. В СССР получили распространение в основном печи с выкатным корпусом (серия ДСВ) и с по­воротным сводом (серия ДСП). В шестидесятых годах и у нас в стране взят курс на строительство дуговых печей преимущественно с пово­ротным сводом. Поэтому в дальнейшем при изложении материала основное внимание будет уделяться главным образом печам серии ДСП.

Техническая характеристика печей этой серии приведена в таблице 1.

Техническая характеристика дуговых печей
Таблица 1- Техническая характеристика отечественных дуговых печей

По емкости все электропечи условно подразделяют на печи малой, средней, большой емкости. В серии ДСП печи емкостью 12,25 и 50т относят к печам средней, а печи 100 и 200 т — к печам большой ем­кости.

Для удобства организации работ в цехе дуговые электропечи изготавливают в левом или правом исполнении, что позволяет груп­пировать вспомогательное оборудование на две печи. Исполнение печи определяется расположением токоподвода от шин трансформа­тора до электрододержателей, если смотреть на печь со стороны сливного желоба.

Кожух печи и каркас свода

Кожух (каркас) печи служит для поддержания огнеупорной футеровки и крепления различных механизмов.

Форма кожуха опреде­ляет форму плавильного пространства печи. Поэтому важно выбрать такую форму кожуха, которая обеспечит максимальную стойкость футеровки и удобство ее изго­товления и ремонта при минимальных затратах огне­упорных материалов.

На отечественных заводах большое распространение получили дуговые печи с цилиндро-коническими кожу­хами с углом наклона конической части к вертикальной оси в пределах 15—20° (рисунок 4,а). При реконструкции электропечей с цилиндрического на цилиндро-кониче­ский кожух при ограниченных внешних габаритах печи делают кожух с конической вставкой (рисунок 4,б). При цилиндро-коническом кожухе возрастает расстояние ме­жду стенами и дугами, улучшаются условия ремонта фу­теровки, что в целом обеспечивает увеличение стойкости стен.

Кожух электропечи цилиндро-конический (а) и с конической вставкой (б)
Рисунок 4 — Кожух электропечи цилиндро-конический (а) м с конической вставкой (б)

Кожух 100-т печи (рисунок  28) изготавливают сварным из листовой стали марки Ст 3 (толщина листа 32—40 мм) и усиливают вертикаль­ными и горизонтальными ребрами жесткости. Верхнюю часть кожуха выполняют цилиндрической, нижнюю — в виде усеченного конуса.

К верхней цилиндрической части каркаса печи приварено литое кольцо желобчатого типа, которое одновременно играет роль жесткой конструкции и служит песочным затвором печи. Подобная конструк­ция каркаса печи позволяет передавать нагрузку от силы тяжести свода не на кирпичные стены, а на металлический кожух.

Для удобства изготовления, транспортировки и монтажа каркас печи выполняют разъемным по вертикали и горизонтали. Горизон­тальный разъем кожуха делают на уровне порога рабочего окна.

Составные части кожуха в процессе монтажа соединяют между собой по горизонтальному разъему пальцами с клиньями, что позволяет легко отсоединять и снимать верхнюю часть кожуха во время ремонта футеровки стен. Составные части кожуха по вертикали (две полустенки) соединяют болтами с накладками.

Электропечь ДСП-100
Рисунок 5 — Электропечь ДСП-100 1 — устройство для ввода кислорода в электропечь; 2 — графитированный электрод; 3 —патрубок газоотсоса; 4 — свод; 5 — кожух; 6 — окно рабочее; 7 — механизм вращения ванны; 8, 9 — приводы наклона; 10 — люлька с механизмами; 11 — механизм поворота свода, 12 — механизм подъема свода; 13 — механизм перемещения электрода; 14 —- портал; 15 —установка вентилятора; 16 — экономайзер;  17 — токоподвод

Для рабочего окна и сливного отверстия в кожухе печи пре­дусматривают два выреза, которые для усиления кожуха обрамляют сварными или литыми рамами (рисунок 6). Нижнюю часть рабочего окна выполняют в виде литого или сварного металлического порога, который футеруют магнезитовым кирпичом и в процессе работы под­варивают заправочным магнезитовым порошком или дробленым обожжен­ным доломитом.

Водоохлаждаемая арка рабо­чего окна
Рисунок 6 — Водоохлаждаемая арка рабо­чего окна

Наиболее рациональной формой днища является сферическая. Сфери­ческое днище состоит из двух поло­вин, соединенных между собой бол­тами. На электропечах, оборудован­ных механизмами электромагнитного перемешивания металла, днище изго­тавливают из немагнитной стали, так как обычная сталь, являясь магнит­ным экраном, значительно ослабляет магнитное сцепление между статором перемешивающего устройства и ванной. Коэффициенты теплового расширения немагнитной и обыч­ной стали неодинаковы, поэтому сварка их недопустима. В этом случае днище крепится к ко­жуху болтами.

К нижней части кожуха приваривают кольцевой опор­ный брус, которым кожух опирается на четыре или во­семь тумб с опорными и упор­ными роликами. Тумбы уста­навливают на раме двухсекторной люльки (рисунок 5), опирающейся секторами на металлические фундаментные балки. Сдвиг люльки при на­клоне печи предотвращается шипами, входящими при на­клоне в отверстия фундамент­ных балок.

Сварное водоохлаждаемое сводовое кольцо имеет в поперечном сечении форму прямоугольной трапеции (рисунок 7). Такая конструкция кольца позволяет выполнять футеровку свода без специального пятового кирпича.

К нижней поверхности сводового кольца приваривают кольцевой нож, входящий при опускании свода в кольцеобразный желоб, при­варенный к верхней части кожуха и заполненный магнезитовым по­рошком или мелким песком. Этим достигается герметичность соеди­нения свода с кожухом. В своде печи имеются отверстия для уста­новки патрубка системы газоотсоса и для ввода кислорода через сводовую фурму (рисунок 5).

Сводовое кольцо
Рисунок 7 — Сводовое кольцо

Сечение сводового кольца и песочного затвораВ заслонках предусматриваются закрываемые крышкой отверстия («гляделки») размером 200—300 мм, через которые производят отбор проб, замер температуры металла и т. д.

К днищу и кожуху электропечи с противоположной рабочему окну стороны крепится футерованный шамотным кирпичом сливной желоб, для удобства транспортировки кожух печей большой емкости делают иногда разъемным. При монтаже отдельные части кожуха соединяют болтами и дополнительно места соединения заваривают.

Для повышения герметизации печного пространства между верхним торцом кожуха и сводовым кольцом устанавливают песочный затвор. Заполняемую песком коробку изготавливают из железного листа и приваривают к кожуху, а сводовое кольцо своим ножом при установке свода врезается в песок. На кожух электропечи, оборудованной механизмом поворота, наваривают зубчатый сектор, который входит в зацепление с зубчатой шестерней механизма поворота.

Основным элементом каркаса свода является сводовое кольцо, на которое и опирается свод. Сечение сводового
кольца может быть различным. На печах емкостью >30 т хорошо зарекомендовали себя сварные водоохлаждаемые кольца (рис. 61). Для транспортировки на кольце предусмотрены проушины, а для выпуска воды имеются отверстия, закрываемые пробками.

Электрододержатель, механизмы зажима  и механизм перемещения электродов

Электрододержатели предназначены для удержания электродов на заданной высоте и для подвода к ним электрического тока. Кон­струкция электрододержателей должна удовлетворять ряду требований. Для уменьшения электрических потерь в контакте и предот­вращения проскальзыва­ния электродов конструк­ция электрододержателей должна обеспечивать плот­ный зажим электродов.

Электрододержатели дол­жны быть достаточно жест­кими, чтобы не прогибаться под действием силы тяже­сти электродов и исклю­чить возможность вибра­ции. При длине дуги в несколько сантиметров вибрация или перемещение электрода на несколько миллиметров существенно влияют на стабильность горения дуги.

На рисунке 8 представлена схема электрододержателя с пружинно-пневматическим зажимом. Электрод прижимается к головке электрододержателя пружиной. Для освобождения электрода она сжимается поршнем пневмоцилиндра. Шток поршня соединен с головкой электрододержателя системой рычагов.

Электрододержатель с торцовым пру-жинно-пневматическим зажимом электродов
Рисунок 8 — Электрододержатель с торцовым пружино-пневматическим зажимом

Электрододержатель (рисунок 9) состоит из го­ловки, зажимающего уст­ройства, рукава, каретки или телескопической стой­ки, жесткой части вторич­ного токоподвода и механизма перемещения электрода.

Электрододержатель
Рисунок 10 — Электрододержатель 1 — электрод,  2 — рукав электрододержателя, 3 — токоподвод, 4 — подвижная стойка 5 — неподвижная стойка; 6 — привод

Головка электрододер­жателя состоит из двух, выполняющих разные функции, частей: механически прочного держа­теля и то ко подводящего устройства с возможно более малым элек­трическим сопротивлением. На печах ДСП-100 подвод тока к по­верхности электрода осуществляется бронзовой водоохлаждаемой щекой, к которой электрод прижимается хомутом из немагнитной стали (см. рисунок 5).

На печах средней емкости электрод зажимается в неподвижном хомуте перемещением токоведущей щеки (рисунок 11). Токоведущие щеки изготовляют из красной меди, хромистой бронзы (1% Сr) или латуни (80% Си, 20% Zn). Поверхность контакта должна обеспечивать плот­ность тока в контакте, не превышающую допустимых значений. В част­ности, для контакта медь — графит рекомендуется, чтобы плотность тока не превышала 2,6 А/см2.

Головка электрододержателя
Рисунок 11 — Головка электрододержателя 1 — консоль; 2 — зажим; 3 — охла­дительная коробка

В процессе работы контактная поверхность щек окисляется, что значительно увеличивает контактное сопротивление и потери мощности в контакте. Для удаления окисной пленки контактную поверхность головки необходимо периодически очищать металличе­скими щетками. Окисление контактной поверхности тем меньше, чем ниже температура контактирующих поверхностей и чем плотнее контакт между ними. Поэтому головку электрододержателя выполняют водо­охлаждаемой и используют зажимные устройства, обеспечивающие постоян­ное давление в контакте.

В настоящее время практически повсеместно применяют пружинно­-пневматические зажимные устройства (рисунок 12). Зажим электрода осуществ­ляется усилием пружины, передаваемым через рычаги и тяги на хомут. Элек­трод освобождается при подаче в пневмо­цилиндр сжатого воздуха, который пе­ремещает поршень и сжимает пружину.

Пружинно-пневматическое зажимное устройство
Рисунок 12 — Пружинно-пневматическое зажимное устройство 1 — головка электрододержателя; 2 — рукав; 3 — токоподвод; 4 — пневмоцилиндр; 5 — пружинный зажим

Пружинно-пневматическая конст­рукция зажима обеспечивает постоян­ство контактного давления независимо от внешних условий—различного тепло­вого расширения материала электрода и головки, давления воздуха в воздухопроводе и др. и позволяет с пульта печи дистанционно управлять зажимом электрода.

На печах с трансформаторами большой мощности применяют и чисто пневматические зажимные устройства, так как для зажимания электродов большого диаметра требуются очень мощные пружины. При падении давления в воздухопроводе пневмоцилиндр такого устройства автоматически подключается к резервному баллону, обес­печивающему нормальную работу устройства в течение суток.

Зажимные устройства на большегрузных печах располагают свер­ху, а на средних печах — внутри рукава, представляющего собой консоль коробчатого типа, сваренную из углового и листового железа и усиленную ребрами жесткости. К одному концу рукава крепят головку электрододержателя, другим рукав прикрепляют к каретке или подвижной стойке. На электропечах ДСП-100 участок рукава длиной 1,3 м от головки, работающий в особо тяжелых тепловых условиях, выполняют водоохлаждаемым.

В конструкциях электрододержателя с кареткой подвижные части перемещаются вдоль вертикальных неподвижных стоек прямоуголь­ного сечения. Для жесткого и точного перемещения электрода на необходимые расстояния поверхности стоек, по которым перекаты­ваются 8 или 16 направляющих роликов каретки, должны быть строго параллельными. Перемещение каретки вверх и вниз осуществляется по схеме полиспаста на тросах либо каретку опирают на рейку; последняя приводится в действие специальным приводом (см. рисунок 5).

Для обеспечения необходимой жесткости все три стойки печи ДСП-100, опирающиеся на поворотную консольную площадку, внизу скреплены между собой раскосами, а вверху связаны общей площад­кой. Значительная часть массы подвижных частей (электрода, ру­кава, каретки) уравновешивается контргрузом, размещенным внутри стоек.

Рукава электрододержателей печей средней емкости связаны с особой подвижной «телескопической» стойкой в одну Г-образную конструкцию, перемещающуюся вниз и вверх внутри неподвижной стойки (рисунок 13). Неподвижные стойки представляют собой три пусто­телых колонн , связанные в одну общую конструкцию и покоящиеся на одной общей платформе. Вдоль неподвижных стоек в направляю щих перемещаются противовесы, частично уравновешивающие силу тяжести телескопической стойки и электрода.

Электропечь ДСП-12
Рисунок 13 — Электропечь ДСП-12 1 — кожух печи; 2 — свод; 3 — портал; 4 — газоотсос; 5 — электрод; 6 — гибкие кабели; 7 — механизм подъема и поворота свода; 8 — при­вод наклона печи; 9 — привод вращения ванны; 10 — футеровка

В электрододержателях с телескопической стойкой упрощается расположение зажимного устройства и токоведущих шин, однако заметно возрастает масса подвижных частей и расход металла.

Ток к головке электрододержателя подводится шинами, за­крепленными на изоляторах сверху рукава. На печах ДСП-100 ис­пользуют 6 трубчатых водоохлаждаемых шин внутренним диаметром 60мм на каждую фазу. Для уменьшения потерь на гистерезис и вихревые токи в стойках и каретках шины располагают симметрично с двух сторон каретки, и поэтому наводимые в каретках и стойках магнитные поля, будучи направлены в противоположные стороны, взаимно ослабляются.

Перемещение каретки по неподвижной стойке или перемещение телескопической стойки, необходимое для поднятия электродов во время завалки шихты и регулирования длины дуги, осуществляется электромеханическим или гидравлическим приводом.

Электромеханический привод механизма перемещения электро­дов печи ДСП-100 (см. рисунок 5) состоит из электродвигателя постоян­ного тока, упругой муфты, червячного самотормозящего редуктора, зубчатых шестерни и рейки. Привод с жесткой реечной связью обес­печивает принудительный подъем и опускание электрода. При опу­скании электрода возможна поломка в случае попадания под него нетокопроводящих материалов. Чтобы предотвратить поломку, рейка воздействует на каретку не непосредственно, а через пружину. Дав­ление рейки ограничивается конечным выключателем, отключающим двигатель при уменьшении длины пружины до определенного предела.

На некоторых печах применяют электромеханический привод с гибкой связью, когда перемещение каретке или телескопической стойке передается тросом, наматываемым на барабан лебедки. В этом случае опускание электрода осуществляется под действием собствен­ного веса, вызывающим сматывание троса. Это исключает опасность поломки электрода при попадании под него не электропроводных ма­териалов.

Недостатками гибкой связи является длительность времени за­паздывания из-за упругой деформации троса и сложность замены троса.

На печах средней емкости серии ДСП использован гидравличе­ский привод. Подъем электрода в этом случае осуществляется под действием давления рабочей жидкости в гидроцилиндре, а опускается он под действием собственного веса.

Использование гидропривода позволяет до минимума свести хо­лостой ход двигателя и уменьшить таким образом запаздывание при ликвидации коротких замыканий. Основное затруднение при
использовании гидроприводов — сложность надежного и долговеч­ного уплотнения его.

Экономайзеры

Через зазоры между электродами и огнеупорной кладкой свода из печи выходят печные газы, нагретые до высокой температуры. Если не принимать специальных мер по уплотнению этих зазоров, то цех окажется загазованным и в то же время из печи с газами будет уноситься много тепла. Это увеличит расход электроэнергии, приведет к подсосу в печь холодного атмосферного воздуха через рабочее окно. В результате атмосфера в печи может стать окислительной, что затруднит проведение восстановительных процессов. Особенно сильно газы, выбивающиеся через неплотности у электродов, влияют на расход электродов: за счет тепла газов и вследствие передачи тепла теплопроводностью от погруженной в печь части электрода его вы­ступающая над сводом часть разогревается до температуры, превы­шающей 500° С, и интенсивно окисляется. При этом непосредственно у свода электрод быстро утоняется и в этом сечении возрастают плот­ность тока и потери на сопротивление, что вызывает прогрессирую­щий разогрев электрода и его окисление.

Для предотвращения интенсивного окисления электродов, пони­жения температуры выступающей над сводом части электродов, умень­шения количества проходящего через печь воздуха и уменьшения тепловых потерь с газами электродные отверстия уплотняют при помощи специальных устройств — экономайзеров.

На заводах опробован ряд конструкций уплотнителей, однако единой общепризнанной до сих пор нет. Одни экономайзеры не обес­печивают необходимую герметичность уплотнения, другие не находят широкого применения вследствие сложности конструкции.

Наиболее простой конструкцией уплотнителя для электродных отверстий на печах с большим диаметром электрода (ДСП-100) яв­ляется экономайзер Ново-Липецкого металлургического завода (рисунок 14), представляющий собой металлическую коробку, в которую тангенциально подается сжатый воздух. На других заводах электрод­ные отверстия печей ДСП-100 герметизируют уплотнителями из огнеупорного кирпича, заключенного в металлическую обойму.

Экономайзер Ново-Липецкого металлургического завода:
Рисунок 14 — Экономайзер Ново-Липецкого металлургического завода 1 — кольцо уплотнительное верхнее; 2 — кольцо уплотнительное нижнее

На печах средней и малой емкости применяют водоохлаждаемые экономайзеры в виде змеевика, кольца или цилиндра (рисунок 15).

Экономайзеры для электродов:
Рисунок 15 — Экономайзеры для электродов а — холодильник с уплотнением шлаковой ватой; 1 — водоохлаждаемое кольцо; 2 — ме­таллическое кольцо; 3 — шлаковая вата; 4 — уплотняющий груз; б — змеевик, заделанный в кладку свода; в — сварной коробчатый холодильник

Эко­номайзер конструкции Златоустовского металлургического завода (рисунок 16) состоит из водоохлаждаемого цилиндра, в верхней части которого имеются затягивающие секторы из жаропрочной стали, плотно прилегающие к электродам. Секторы установлены на асбесто­-цементной изолирующей прокладке между фланцами. Для зажима секторов служат грузики. Нижний фланец изготовлен вместе с во­доохлаждаемым цилиндром; верхний фланец крепится к нему бол­тами через изолирующие втулки. Уплотнения в собранном виде уста­навливают на теплоизолирующее кольцо свода. Для разгрузки свода предусмотрен противовес, опора которого закреплена на листе ме­жду балками портала.

Экономайзер Златоустовского металлургического завода:
Рисунок 16 — Экономайзер Златоустовского металлургического завода 1 — электрод; 2 — верхний фланец с уплотнительными кольцами; 3 — саль­никовое уплотнение; 4 — противовес; 5 — свод

Внедрение экономайзеров этой конструкции позволило уменьшить расход электродов на 30—35% и на 25% снизить угар легкоокисляющихся легирующих элементов (алюминия, титана).

Однако экономайзер конструкции Златоустовского завода сложен в изготовлении. Применение экономайзеров змеевикового типа при­ водит к большим тепловым потерям, частым прогораниям и попада­нию воды в рабочее пространство печи. Более просты и надежны в эксплуатации экономайзеры с уплотнением из шлаковой ваты и огнеупорной глины, но пользование ими из-за большой механической нагрузки на свод несколько снижает его стойкость.

Большое значение имеет способ установки экономайзеров. По­груженные в зазоры между электродами и сводом холодильники охлаждают не только электрод, но и свод, благодаря чему увели­чивается стойкость свода. Однако глубоко погруженный экономайзер может соприкасаться с сильно нагретым слоем свода, а при высоких температурах хромомагнезитовые и магнезитохромитовые огне­упоры электродопроводны. Чтобы уменьшить опасность прогорания холодильника, электродные отверстия выкладывают высокоглино­земистым кирпичом, сохраняющим большое электрическое сопро­тивление и при высоких температурах; экономайзеры погружаютв зазоры не на всю толщину свода, а лишь на часть ее.

Масса экономайзера с водой может достигать нескольких сотен килограммов. Чтобы разгрузить свод, холодильники целесообразно подвешивать к сводовому кольцу или к специальным балкам, напри­мер так, как показано на рисунки 17.

Механизм наклона, поворота и перемещения корпуса и свода печи

Механизм наклона печи

Механизм наклона печи предназначен для наклона печи в сторону сталевыпускного отверстия для слива металла и шлака в конце плавки и для наклона печи в сторону рабочей пло­щадки при скачивании шлака или сходе его из печи самотеком. Полный слив металла и шлака из печи обеспечивается при наклоне печи на угол 40—45°. Поэтому механизм наклона должен обеспечи­вать плавный наклон печи желательно с регулируемой скоростью в сторону разливочного пролета на угол 40—45° и в сторону рабо­чего окна — на угол 10—15°. Расположение механизма должно исключать засорение его брызгами металла и шлака и гарантиро­вать возможность наклона печи в случае прорыва металлом подины.

Эти требования могут быть удовлетворены при установке двух независимых друг от друга механизмов наклона, расположенных сбоку печи под рабочей площадкой.

Печи большой емкости серии ДСП оборудованы двумя электро­-механическими приводами (см. рисунок 5). Каждый привод состоит из электродвигателя переменного тока, электромагнитного тормоза, трехступенчатого цилиндрического редуктора, вала с шестерней и подшипниками в направляющей коробке, зубчатой рейки, находя­щейся в зацеплении с шестерней и шарнирно связанной с сектором люльки.

Наклон печи осуществляется одновременным (параллельным) включением двух приводных электродвигателей. В случае выхода из строя одного из двигателей имеется возможность осуществить наклон печи одним двигателем с его кратковременной перегрузкой. В этом случае необходимо ослабить тормоз на аварийном двигателе.

Время для наклона на 45° составляет 1,4 мин, ход рейки при этом равен 4250 мм, скорость перемещения зубчатой рейки наклона равна 3 м/мин.

Печи малой и средней емкости серий ДСП и ДСВ оборудованы гидравлическим приводом механизма наклона (см. рисунок 13). Два цилиндра укреплены на опорах фундамента, а штоки шарнирно со­единены с секторами люльки.

Гидравлический привод проще и надежнее в эксплуатации. Но на печах большой емкости его применение ограничивается необхо­димостью использовать гидроцилиндры большой длины, обусловлен­ной большими размерами печи, а также необходимостью создавать очень большие давления в цилиндре для наклона печи с большой садкой. Такие гидроцилиндры трудно изготавливать, а в процессе эксплуатации в местах сочленения скользящих поверхностей быстро изнашиваются уплотнения. Поэтому гидравлический привод меха­низма наклона получил широкое распространение лишь на печах малой и средней емкости.

Механизм наклона печи
Рисунок 17 — Механизм наклона печи

Люлька печи перекатывается по горизонтальным фундаментным бал­кам (рисунок 17). Для исключения бокового смещения люль­ки в опорных плоскостях фундаментных балок имеются отверстия, в которые входят шипы сегментов люльки.

К механизму наклона печи предъявляют следующие требования:

  • плавный и регулируемый по скорости наклон печи в сторону сливного желоба для слива металла и шлака в ковш и в сторону загрузочного окна для скачивания шлака;
  • обеспечение по возможности вертикального напра­вления струи металла в ковш, что способствует меньше­му размыву футеровки ковша и требует меньшего мане­врирования краном в момент выпуска металла из ковша;
  • надежность работы при минимальных размерах. Привод механизма наклона печи может быть гидравлическим (рис. 65, а) или электрическим (рис. 65,б). Круп­ные электропечи имеют два привода. Вращение от элек­тродвигателя через зубчатую муфту передается цилин­дрическому редуктору и зубчатой рейке, которая шар­нирно соединена с сегментом люльки печи.

Гидравлические механизмы наклона применяют на печах емкостью 3—60 т. Эти механизмы просты по устройству, несложны в обслуживании и надежны в работе.

Механизм наклона печи обязательно снабжается ог­раничителями (выключателями тока), автоматически выключающими ток, когда наклон печи достигает пре­дельной величины. На горизонтальных станинах со стороны сливного желоба должны быть дополнительно установлены башмаки-упоры, а на нижних концах толкающих реек должны быть упорные кольца, исключа­ющие возможность выхода реек из зацепления с ведущими шестернями.

При оборудовании печи механизмом поворота на лю­льке монтируются опорные и упорные ролики, а к днищу крепится кольцевой рельс, который при вращении корпуса катится по опорным роликам. Корпус враща­ется при помощи зубчатого сегмента, закрепленного на днище и входящего в зацепление с редуктором электро­двигателя.

Механизм поворота корпуса

Механизм поворота корпуса предназначен для поворота корпуса печи вокруг вертикальной оси на угол 40° в одну и другую сторону относительно нормального положения. Такой по­ворот позволяет прожигать не три, а девять колодцев под электро­дами, что ускоряет плавление металла, особенно при использовании легковесной шихты в печах большой емкости.

Принципиальная схема механизма поворота корпуса (ванны) показана на рисунки 18. Для поворота ванны со скоростью 0,17 об/мин (градус в секунду) установлены электродвигатель, косозубчатый трех­ступенчатый редуктор, соединенный с двигателем при помощи зуб­чатой муфты, и тормозное устройство. Коническая шестерня с рас­положенным под ней зубчатым диском насажены на приводной вал редуктора. Диск находится в зацеплении с зубчатым сектором, закрепленным на ко­жухе печи. Кожух печи с кольцевым рель­сом на нижнем торце опирается на тумбы с опорно-упорными роликами, установлен­ными на люльке в вертикальных и горизон­тальных плоскостях и вращающимися в под­шипниках скольжения.

Схематическое изоб­ражение механизма поворота печи
Рисунок 18 — Схематическое изоб­ражение механизма поворота печи 1 — привод: 2 — упор­ные ролики; 3 —опорные ролики

Механизмами поворота оборудованы прак­тически все печи серий ДСП и ДСВ. Однако опыт эксплуатации печей малой и средней емкости ставит под сомнение целесообраз­ность поворота ванны, так как увеличение длительности плавления, вызванное необхо­димостью поднимать электроды и свод при повороте ванны и дополнительными потерями тепла от поднятых электродов и свода, часто не компенсируется преимуществами прожи­гания девяти колодцев вместо трех. По этой причине механизмы поворота ванны на многих действующих печах малой и средней емкости либо демонтированы, либо не используются.

Механизм выката ванны

Механизм выката ванны предна­значен для выката ванны печей серии ДСВ в сторону печного пролета для загрузки шихты бадьей. Этот механизм представляет собой гидроцилиндр, жестко закрепленный на фундаменте печи между опорными секто­рами, шток которого шарнирно соединен с опорами секторов печи (рисунок 19). Для защиты гидроцилиндра от брызг металла и шлака сверху его накрывают металлическим кожухом.

Механизм выката ванны ДСВ
Рисунок 19 — Механизм выката ванны ДСВ 1 — балка; 2 — рама; 3 — гидроцилиндр; 4 — упор; 5 — ролик

Выкат ванны осуществляется по рольгангу, на который устанав­ливают секторы печи. Передняя часть рабочей площадки, мешающая выкату, опускается при помощи специального механизма и вместе с печью откатывается, заходя под остающуюся часть рабочей пло­щадки. Масса перемещаемых частей печи с выкатным корпусом после загрузки шихты составляет сотни тонн, в связи с чем требуется при­менение мощной тележки, массивных и длинных фундаментов. Ото­двигаемая часть рабочей площадки и фундаменты загромождают пространство под рабочей площадкой и затрудняют уборку шлака.

Портал должен опираться на два индивидуальных сектора, а для наклона печи опорные секторы печи и портала должны жестко со­единяться с помощью замковых устройств.

В последнее время предпочтение отдают более простым и более удобным в эксплуатации печам серии ДСП, у которых рабочее про­странство для загрузки шихты сверху открывается, для чего под­нимается и отворачивается в сторону свод.

Механизм подъема свода

Механизм подъема свода предназначен для подъема свода на 120—150 мм при выкате ванны или при отвороте свода и на 40—50 мм при вращении корпуса.

Механизм подъема свода печи ДСП-100 состоит из двух электро­двигателей, двух червячно-винтовых редукторов, промежуточного вала и двух систем соединения редукторов с цепями подъема свода (рисунок 20). Свод на цепях Галля подвешен в четырех точках к Г-образному полупорталу. Каждая из цепей перекинута через два блока с выступами для цепей. Средние части цепей, не перемещающиеся по блокам, заменены пластинчатыми тягами. Регулировка натяжения цепей и величина подъема свода над кожухом осуществляются с по­мощью стяжных гаек. При включении контроллера подъема свода одновременно при­ходят в движение оба двигателя. Двигатели через зубчатые муфты передают вращение однозаходным червякам редукторов. Червяки передают крутящий момент червячным колесам, в ступицах которых закреплены бронзовые гайки. Вращаясь, гайки опускают вниз вин­ты, вращение которых предотвращается шлицами, нарезанными на верхней части винтов и входящими в пазы шлицев на втулке верх­него стакана. При движении вниз винты редукторов увлекают за собой рычажно-цепную систему, перекинутую через блоки, к концам которой при помощи подвесок подвешен свод. Свод поднимается со скоростью 0,85 м/мин. Опускание свода происходит при включении двигателей в обратную сторону.

Механизм подъема свода печи ДСП-100
Рисунок 20 — Механизм подъема свода печи ДСП-100 1 — привод; 2 — вал; 3 — пластинчатые цепи; 4 — направляющие блоки; 5 — крепление цепей к сводовому кольцу

На печах серии ДСВ подъем свода осуществляется при помощи гидроцилиндра, расположенного вертикально на боковой стороне портала.

На печах средней емкости серии ДСП свод подвешен к несущей траверсе, состоящей из полупортала и шахты (см. рисунок 13). Траверса во время плавки четырьмя коническими штырями сочленяется С двумя опорными тумбами из листовой стали, установленными на люльке печи со стороны трансформатора.

Траверса вместе со сводом поднимается гидравлическим ци­линдром одностороннего действия с помощью толкателя, переме­щающегося в текстолитовых подшипниках корпуса, установленного на отдельной фундаментной раме. Поднимаясь, толкатель своей верх­ней конической частью и боковым упором входит в сочленение с ко­ническим гнездом и наклонной опорной накладкой шахты и подни­мает вверх траверсу.

Механизм поворота свода

Открывание рабочего пространства печей ДСП для загрузки шихты осуществляют отво­ротом свода в сторону разливочного пролета на угол 80—85°.

Полупортал печи ДСП-100 опирается на поворотную консольную площадку, которая в свою очередь опирается на вертикальный вал диаметром 750 мм, вращающийся в двух радиальных роликовых под­шипниках и опирающийся на шариковый упорный подшипник. На валу закреплен стальной сектор с коническими зубьями, находя­щимися в зацеплении с зубьями шестерни, насаженной на выходной вал трехступенчатого редуктора. Поворот вала со скоростью 0,44 об/мин осуществляется электродвигателем. На отворот свода требуется 30с. В положении, когда свод находится над ванной печи, поворотный вал фиксируется стопорным устройством.

Недостатком такой конструкции является то, что вся осевая на­грузка (порядка 200 т) и нагрузка от изгибающего момента (около 500 т) воспринимаются подшипниками.

На печах средней емкости поворот системы вокруг оси толкателя механизма подъема свода осуществляется горизонтальной зубчатой рейкой, находящейся в зацеплении с телом толкателя. Рейка жестко соединена со штоками двух гидроцилиндров одностороннего дей­ствия. При подаче жидкости в один из цилиндров рейка переме­щается в ту или обратную сторону и поворачивает свод. В конечном положении свод фиксируется стопорными устройствами. Гидравли­ческая блокировка позволяет производить поворот свода только после подъема его на требуемую высоту.

Водяное охлаждение

Водоохлаждаемыми элементами дуговой печи являются эконо­майзеры, рукава электрододержателей. П-образная арка и заслонка рабочего окна, сводовое кольцо, кислородная фурма, патрубок газоотвода, токоведущие трубы и гибкие кабели вторичного токоподвода. В некоторых случаях применяют охлаждение свода, кладки стен, верхнего пояса жесткости, кожуха у сталевыпускного отверстия.

Система водоохлажден и я состоит из распределителей, сливных воронок и труб. Сечение отводящих труб на случай парообразования должно быть несколько больше, чем подводящих. С целью предот­вращения образования паровых «пробок» и для более интенсивного охлаждения наиболее горячих участков экономайзеров и фурм вода подается в нижнюю часть водяной рубашки, а отводится с самого высокого места. На трубах, отводящих воду из коллекторов (распре­делителей), устанавливают вентили, с помощью которых можно ре­гулировать подачу воды в каждый водоохлаждаемый элемент. По­ступление воды регулируют таким образом, чтобы температура ее на выходе не превышала 50°С. При более высокой температуре в во­доохлаждаемых элементах образуется накипь, ухудшающая отвод тепла. Гибкие кабели и токоведущие трубы вторичного токоподвода охлаждают химически очищенной водой.

На сливных ветвях системы охлаждения устанавливают электро-контактные манометры, сигнализирующие о падении давления в си­стеме. В стоке воды из всех элементов в водосборную воронку предусматривают участок открытой струи, чтобы можно было визуально следить за движением воды и исключить замыкания тока через нее.

Уплотняющие кольца

Для предотвращения поломки электродов при деформации свода в процессе разогрева и эксплуатации отверстия в своде под электроды делают обычно на 30—50 мм больше диаметра электрода. В образующиеся зазоры будут выбиваться нагретые до высокой температуры печные газы, что, с одной стороны, увеличивает потери тепла в рабочем пространстве печи и, с другой, приводит к значительному нагреву электродов и интенсивному их окислению. Это следствие неплотности между электродами и кладкой свода можно уменьшить, применяя уплотняющие кольца, получившие в литературе различные названия: экономайзеры, сводовые холодильники, охладительные устройства и т. д.

Уплотнительное сводовое кольцо (а) и экономайзер (б)

На больших электропечах хорошо зарекомендовали себя газодинамические уплотняющие кольца (рис. 66, а). На кольцо из огнеупорного бетона в этом случае устана­вливают металлическое кольцо прямоугольного сечения, к которому тангенциально подводится воздух. Воздуш­ный поток препятствует выбиванию газов из печи вок­руг электродов. Уплотняющие кольца и подводящие к ним воздух трубки изолируют от каркаса свода и одно от другого во избежание короткого замыкания.

На печах малой и средней емкости находят широкое . распространение уплотняющие кольца с водяным охлаждением (экономайзеры). Для большего уплотнения зазора между сводом и экономайзером иногда предусма­тривается дополнительное уплотнение шлаковатой (рис. 66,б).

Установка электромагнитного перемешивания

В элек­тропечах большой емкости перемешивание металла, осо­бенно в восстановительный период, ухудшается. Для улучшения перемешивания металла в ванне, обеспечи­вающего равномерное распределение примесей в ванне, и равномерный ее нагрев, применяют электромагнитное перемешивание.

Электромагнитное перемешивание металла в ванне осуществляется благодаря взаимодействию движущего­ся магнитного потока с наводимым им вихревыми тока­ми в жидком металле. Движущееся магнитное поле соз­дается статором, размещаемым под днищем печи. Ста­тор имеет две обмотки, одна из которых разделена на две части, питание осуществляется от двух однофазных генераторов переменного тока низкой частоты. Обе части разделенной обмотки находятся по краям статора, а не­разделенная обмотка — посередине между ними. Переключая обмотки, получают различные результирующие магнитные потоки, создаваемые статором: бегущий маг­нитный поток и поток перемешивания. При бегущем магнитном потоке результирующий магнитный поток обеспечивает направленное движение металла, а следо­вательно, и шлака, что улучшает удаление шлака из пе­чи. Поэтому подобный режим называется режимом ска­чивания. При перемешивании возникают противополож­но направленные в жидком металле магнитные потоки, что заметно улучшает перемешивание металла.

Мощность статора для 100-т электропечей составляет 560 кВ·А, для 200-т печей — 1100 кВ·А. На отечествен­ных заводах электропечи емкостью >25 т оборудуют установками электромагнитного перемешивания.