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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Конструкция механизмов загрузки шихты
Шихту в рудовосстановительные печи загружают сверху (рисунок 1), часто из специальных печных карманов (бункеров) 1, расположенных на некоторой высоте над печью и оборудованных затворами. После открывания затвора материал по труботечке 2 ссыпается в печь.
Затворы карманов бывают с ручным, пневматическим или электромеханическим управлением, а также с питателями, предназначенными для регулирования подачи шихты в печь.
В закрытые печи материалы из карманов подают двумя способами. Один из них (рисунок 1, а) предусматривает поступление материала из течки в воронку 3, расположенную концентрически вокруг электрода и далее в печь через кольцевой зазор между отверстием в своде и электродом. Во втором случае (рисунок 1, б) материал из труботечки попадает в печь через воронки 5, размещенные в отверстии свода печи. Воронки (мундштуки) делают водоохлаждаемыми.
В открытые печи шихта из печных карманов также подается по труботечкам (лоткам), но их можно направить в определенное место ванны. Применяют также бросковые машины, передвигающиеся по рельсам вокруг печи; и в частности, ленточные бросковые машины, у которых бросковый механизм (метатель) схож с аналогичным механизмом машины, показанной на рисунке 2.
Машины для обработки колошника
Ранее при работе открытых рудовосстановительных печей колошник обрабатывали вручную. Сейчас операции по обработке колошника — осадку и подгребание шихты к электродам осуществляют специальные машины.
На рисунки 3 показана схема опиковочной машины, сконструированной на Днепровском алюминиевом заводе им. С.М. Кирова. Машина представляет собой самоходную тележку 9, перемещающуюся на колесах 10 по круговым рельсам вокруг печи. Тележка приводится в движение от пневмодвигателя 7 через редуктор 8 и цепную передачу 11. Рабочим органом является пика 1, закрепленная через лоток 2 на несущей штанге 3. Штанга перемещается в направляющих (вертикальных и горизонтальных) роликах; 4, закрепленных на качающейся раме 5, с помощью пневмоцилиндра 6, шток которого выполнен подвижным. Качающаяся рама 5 соединена шарнирно с поворотной колонной 18, закрепленной в опоре 15, и наклоняется с помощью пневмоцилиндра 12. Вращение колонне передается от пневмоцилиндра, на подвижном корпусе 14 которого закреплена рейка 17, через зубчатую передачу 16. Штоки пневмоцилиндра 13 закреплены неподвижно.
Благодаря такому конструктивному решению пике можно сообщить (одновременно или последовательно) поворот в горизонтальной плоскости, наклон в вертикальной плоскости и возвратно-поступательное движение. Рабочая площадка и механизмы машины защищены от теплового воздействия щитами (на рисунке не показаны), а управление машиной осуществляет машинист из кабины. Техническая характеристика машины приведена ниже:
