Электрометаллургия

Основные элементы конструкции электропечи

Кожух печи и каркас свода

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° (рис. 60,а). При реконструкции электропечей с цилиндрического на цилиндро-кониче­ский кожух при ограниченных внешних габаритах печи делают кожух с конической вставкой (рис. 60,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)

Кожух выполняют из листового железа толщиной 10—40 мм в зависимости от емкости печи. Для увеличе­ния жесткости кожуха к его верхней части приваривают кольцо, которое одновременно служит коробкой песочного затвора. Ребра жесткости приваривают и в вертикальной плоскости, а часть кожуха, подвергающаяся повышенному нагреву (у рабочего окна и выпускного отверстия), усиливают накладками и плитами из листового
железа толщиной 20 мм и более. Рабочее окно выполняется с водоохлаждаемой аркой и рамой. На электропечах малой емкости арки делают иногда из труб в виде змеевиков, однако в большинстве случаев они имеют вид
П-образной водоохлаждаемой коробки. Рама рабочего окна крепится к кожуху. Рабочее окно закрывается заслонкой, которая может быть футерованной, водоохлаждаемой или комбинированной (водоохлаждаемой и футерованной).

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.

Днище электропечи чаще всего делают сферическим, так как в этом случае наблюдается минимальный расход огнеупорных материалов для изготовления подины.

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 и механизм перемещения электродов

На рис. 62 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

Для уменьшения нагрева корпус головки электродо­держателя часто делается водоохлаждаемым (рис. 63). Для их изготовления используют сталь или цветные ме­таллы (медь, бронза, латунь и т. д.). Если головки электрододержателя стальные, то между корпусом головки и электродом устанавливают контактные щеки из цвет­ного металла.

Головку электрододержателя крепят к несущему ру­каву, который выполняют прямоугольного сечения или из труб. На электропечах большой емкости рукава вы­полняют разъемными и часть рукава, прилегающую к головке, охлаждают водой.

Ток от трансформатора к электрододержателям на малых печах подводится обычно при помощи пакета медных шин или лент, а на больших при помощи водоохлаждаемых гибких кабелей.

Водоохлаждаемая головка электрододержателяВ процессе плавки положение электродов необходимо непрерывно регулировать. Механизм перемещения электродов должен обеспечить быстрый подъем электродов при обвале шихты в процессе плавления во избежание короткого замыкания и замедленное опускание электродов, чтобы при малочувствительной автоматике они не могли упираться в твердую шихту или погружаться в жидкий металл. Кроме того, этот механизм должен осуществлять быстрое торможение электродов для более точного установления
электрического режима и предупреждать самопроизвольное опускание электродов под действием собственной массы. Механизм должен быть надежным в эксплуатации и хорошо доступным при ремонте. Скорость подъема электродов составляет 6 м/мин, а скорость опускания электродов 1—1,5 м/мин.

Вертикальное перемещение рукава электрододержателя с электродом осуществляется либо при помощи каретки, движущейся по неподвижной стойке (рис. 59 и 64,а), либо при помощи подвижной части Г-образной
телескопической стойки (рис. 64, б). Механизм перемещения рукава электрододержателя электродов бывает
двух типов:

  1. электромеханический, когда движение от электродвигателя к Г-образной телескопической стойке
    или каретке передается через редуктор и зубчатую рейку (рис. 64, а) или через гибкую связь (стальные тросы);
  2. гидравлический, когда движение каретки или Г-образной стойки осуществляется в результате давления
    жидкости (рис. 64,6).

При электромеханическом приводе с гибкой связью электроды опускаются под действием собственной массы, а поднимаются тросом, наматываемым на барабан лебе­дки.

Схема механизма перемещения электродов с кареткой (а) и телескопической стойкой (б)

Недостатком гибкой связи является инерция систе­мы в результате упругой деформации троса. Этот недо­статок отсутствует в механизмах с жесткой связью, хотя появляется большая опасность поломки электродов при их опускании.

При использовании гидравлических механизмов пе­ремещения уменьшается холостой ход двигателя, регулирование положения электродов становится более гиб­ким. Поэтому гидравлические механизмы перемещения находят в последнее время широкое распространение.

Механизм наклона и поворота печи

Люлька печи перекатывается по горизонтальным фундаментным бал­кам (рис. 65). Для исключения бокового смещения люль­ки в опорных плоскостях фундаментных балок имеются отверстия, в которые входят шипы сегментов люльки.Механизм наклона печи

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.

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.