5. Механическое оборудование

Механическое оборудование ДСП (рис. 45) включает корпус, свод, опорную конструкцию, механизм наклона, электрододержатель, механизм передвижения электродов, вспомогательные меха­низмы и устройства, систему удаления и очистки газов.

Рис. 45. Дуговая сталеплавильная печь:

1 - электрододержатель; 2 — электрод; 3 — газоотборный патрубок; 4 — кронштейн; 5 — сводовое кольцо; 6 — корпус;. 7 — опорная тумба; 8 — опорная конструкция; S — гидро­цилиндр механизма наклона; 10 — статор электромагнитного перемешивания; II — гидро­цилиндр механизма подъема свода; !2 — гидроцилиндр механизма поворота свода; 13 — гидроцилиндр механизма передвижения электродов; 14 — опорно-поворотный вал; 15 — Г-образная стойка: 16 — гибкие кабели; 17 — трубошины; 18 — сливной желоб; 19 — фун­даментная балка; 20 — опорный сегмент; 21 — рабочее окно; 22 — песчаный затвор; 23 — уплотнитель электродного отверстия в своде

Корпус

Корпус ДСП включает днище, кожух, песчаный затвор, рабочее окно, сливное окно (летка) и сливной желоб (носок).

Днище может быть сферическим или коническим. Сферическое днище придает корпусу наибольшую жесткость. Однако отношение стрелы выпуклости днища к его диаметру ограничено (не более 0,1): чем больше кривизна, тем труднее изготовить сферическое днище. Поэтому откосы ванны приходится располагать в цилиндрической обечайке верхней части составного днища, что увеличивает объем футеровки.

Коническое днище (см. рис. 45) и особенно днище с двойным конусом легче в изготовлении, чем сферическое, создает достаточ­ную жесткость корпуса, требует наименьшего объема футеровки вокруг откосов ванны. Такая форма днища позволяет получить наибольшее подобие между профилем ванны металла и статора для электромагнитного перемешивания, полнее использовать магнитный поток последнего и правильно организовать движение жидкого металла.

На ДСП, оборудованных устройством электромагнитного пере­мешивания, днище изготовляют из немагнитной стали. Поскольку коэффициенты теплового расширения обычной и немагнитной стали различны, немагнитное днище крепят к обечайке не сваркой, а бол­тами или заклепками. Толщина листа днища для ДСП вместимостью 12—100 т составляет 16—25 мм, для ДСП-200 35 мм. Для выхода паров при сушке футеровки подины в днище просверливают отвер­стия диаметром 20—30 мм на расстоянии 400—500 мм одного от другого.

На некоторых ДСП высокой и сверхвысокой мощности для уве­личения поверхности водоохлаждаемых стен металл сливают через специальное отверстие в футеровке подины (ДСП с донным сливом металла). Днище таких ДСП оборудуют откидным или шиберным затвором с дистанционным управлением.

Кожух может иметь цилиндрическую, коническую или комбини­рованную обечайку в зависимости от формы свободного пространства и профиля футеровки стен ДСП. Для увеличения жесткости кожух иногда снабжают вертикальными и горизонтальными ребрами. Для облегчения условий труда при холодных ремонтах футеровки стен корпус ДСП делают разъемным в горизонтальной плоскости на уровне откосов ванны. В этом случае нижний фланец кожуха соеди­няют с верхним фланцем днища штырями, в которых имеются пазы для забивки клиньев с целью ускорения монтажа и демонтажа кожуха.

Кожух сваривают из котельной листовой стали толщиной 16— 40 мм в зависимости от диаметра кожуха. В среднем толщину кожуха можно принять равной 1/200 его диаметра. В обечайке кожуха делают вырезы для рабочего и сливного окна. Для увеличения жесткости вырезы с внутренней стороны усиливают накладными листами такой же толщины. Для возможности частичного ремонта обечайку кожуха можно выполнять из отдельных щитов, соединенных между собой болтами.

Кожух ДСП высокой и сверхвысокой мощности предназначен для крепления водоохлаждаемых панелей (на внутренней стороне) и для монтажа водопроводов системы охлаждения (на наружной стороне).

Песчаный затвор, устанавливаемый на верхнем фланце обечайки кожуха (см. рис. 45), предназначен для уплотнения линии разъема между корпусом и поднимающимся сводом. Песчаный затвор пред­ставляет собой кольцеобразный желоб, заполненный песком. В песок входит кольцевой «нож», прикрепленный к сводовому кольцу. Желоб песчаного затвора также выполняет функцию кольца жесткости для кожуха и опорной плоскости для свода. На некоторых ДСП для улуч­шения условий службы песчаного затвора и верхней части футеровки стен под желобом устанавливают водоохлаждаемое кольцо. На случай ремонта песчаного затвора желоб целесообразно вы­полнять в виде отдельных сегментов и крепить к корпусу ДСП бол­тами.

Рабочее окно необходимо для обслуживания ДСП во время плавки. Поэтому его размеры должны позволять: осматривать все рабочее пространство, включая центральную часть свода; заправлять всю площадь поверхности подины и нижней части стен; извлекать из печи (при необходимости) обломки графитированных электродов; свободно вводить в печь мульду с необходимыми материалами с по­мощью завалочной машины. Ширина окна обычно составляет 0,25— 0,3 диаметра рабочего пространства ДСП; высота окна в зависимости от принятой высоты расположения свода, согласно (61), приблизи­тельно равна 0,8—1,2 ширины окна.

Сливное окно может применяться на крупных ДСП. К его кон­струкции предъявляются такие же требования, как и для рабочего окна. На отечественных ДСП жидкий металл сливают через круглое (диаметром 120—150 мм) или прямоугольное (размером 150—250 мм) отверстие (летку), закрываемое на время плавки огнеупорным мате­риалом. Отверстие формируют кирпичной кладкой столбиков и арочки. Арочку выкладывают в два слоя клинообразным кирпичом. Откосы ванны вблизи сливного отверстия делают под углом 35° к горизонтали, т, е. меньше обычного угла откосов (45°) и угла наклона ДСП при сливе металла (~40—45°).

На некоторых ДСП высокой и сверхвысокой мощности для уве­личения поверхности водоохлаждаемых стен металл сливают через «донное» отверстие.

Сливной желоб (носок) на ДСП с разъемным корпусом крепят к днищу болтами при помощи основания («постели») под углом к горизонтали 8—12° вверх. Желоб имеет корытообразное попереч­ное сечение в форме трапеции или шестигранника. Длина желоба должна быть минимально возможной и составляет 1,5—3 м в зависи­мости от расположения ДСП и ковша (на кране или на ковшевозе). Конец желоба длиной 500.—800 мм, разрушаемый жидким металлом,

делают съемным (насадка). Толщина листа сварного желоба при­мерно равна половине толщины листа обечайки и кожуха.

Сливной желоб футеруют шамотным кирпичом или огнеупорной массой. ДСП с донным сливом металла сливного желоба не имеют.

Свод

Свод, закрывающий рабочее пространство ДСП, устанавливают на корпус. Свод имеет несколько отверстий разного диаметра для ввода графитированных электродов, топливных горелок, кислород­ных фурм и других технологических устройств, а также для органи­зованного отвода печных газов (газоотсос). Поэтому на своде рас­полагают необходимые уплотнители. Свод ДСП высокой и сверх­высокой мощности предназначен для крепления водоохлаждаемых панелей.

Сводовое кольцо необходимо для крепления кирпичной футеровки сферического (купольного) свода. Долговечность футеровки при прочих равных условиях зависит от механической прочности и же­сткости сводового кольца. На современных ДСП применяют сварные водоохлаждаемые сводовые кольца. Несмотря на добавочные тепло­вые потери, водяное охлаждение повышает надежность конструкции свода, устраняя температурное расширение, местные перегревы и коробление кольца, а также охлаждая наиболее нагруженные пятовые кирпичи футеровки свода.

Для уменьшения тепловых потерь применяют сводовые кольца большего диаметра, чем диаметр кожуха. Это позволяет устанавли­вать свод не на кирпичную кладку стен, а на песчаный затвор кор­пуса. Приваренный к сводовому кольцу кольцевой «нож» входит в песчаный затвор, уплотняет стык между сводом и корпусом ДСП. Этот «нож» также выполняет функцию фиксатора, позволяющего точно установить свод на корпус и препятствующего его сползанию при наклоне ДСП.

Наклонная внутренняя стенка сводового кольца позволяет обходиться при кладке сферического (купольного) свода без специаль­ного пятового кирпича, уменьшая число типоразмеров огнеупорного кирпича и снижая трудоемкость изготовления футеровки. Угол наклона этой стенки выбирают равным половине центрального угла главной арки свода.

Обычно ДСП комплектуют двумя сводовыми кольцами, из кото­рых одно в виде готового свода устанавливают на корпус ДСП, а второе находится на шаблоне для выкладки очередного свода.

Сводовое кольцо на ДСП высокой и сверхвысокой мощности, является элементом опорной рамы для водоохлаждаемых панелей (см. рис. 44) и коллектором для подвода и отвода воды. В таком случае сводовое кольцо может быть выполнено в виде двух кольцевых труб или с двухкамерной полостью.

Уплотнители электродных отверстий являются важными элементами эксплуатации свода, влияющими на стойкость его футе­ровки, удельный расход электроэнергии и электродов, Это объяс­няется тем, что обычно диаметр отверстий" для электродов делают на 30—50 мм больше диаметра электрода во избежание заклинивания их при деформации кирпичного свода в процессе разогрева или при-эксплуатации. В образующиеся зазоры могут выбиваться горячие печные газы, создавая неблагоприятные тепловые условия для центральной части свода и для электродов. Поэтому главным требо­ванием к конструкции электродных уплотнителей отверстий является надежная герметизация зазора электрод —»свод. При этом целесооб­разно применение водоохлаждаемых уплотнителей для охлаждения электродов и центральной части кирпичного свода. Охлаждение электрода, выступающего из-под свода, до 700—750 К не только уменьшает окисление (см. рис. 17), но и снижает тепловыделение по закону Ленца — Джоуля из-за минимального электросопротивления, что также способствует улучшению стойкости свода.

За всю историю проектирования и эксплуатации ДСП было предложено много разных конструкций уплотнителей-холодильни­ков, в том числе и с весьма совершенным уплотнением. Однако они не получили широкого распространения либо из-за излишней слож­ности своей конструкции, либо из-за неудобств при эксплуатации, так что в настоящее время общепризнанной конструкции уплотни­телей электродных отверстий в своде ДСП еще нет.

Заслуживает внимания конструкция уплотнителя-холодильника с уплотняю­щими подвижными секторами (рис. 46). Он имеет сварной водоохлаждаемыи кор­пус с верхней конической поверхностью, на которой расположены шесть чугунных уплотняющих, секторов 2 с кольцевыми проточками. Диаметр внутренней расточки равен диаметру электрода. Между соседними секторами имеются зазоры шириной 2—3 мм. Секторы скользят по конической поверхности в радиальном направлении под действием силы тяжести (угол конуса с горизонталью должен быть в пределах 30—35°) и электромагнитных сил, стягивающих ферромагнитные секторы в магнит­ном поле электрода. Таким образом обеспечивается хорошее уплотнение. Чтобы секторы не прилипали к корпусу, его изготовляют из немагнитной стали, предусмотрев воздушный зазор по образующей шириной 10—20 мм. Это позволяет снизить электрические потери на вихревые токи. Если секторы прилипают между собой из-за остаточного намагничивания при большой силе тока, целесообразно в зазоры между ними установить немагнитные прокладки 3. Для предотвращения возможного падения уплотняющих секторов в электродное отверстие при вынутом электроде предусмотрены крючки 4.

Для эффективного охлаждения электрода высоту водоохлаждаемого корпуса принимают (0,3—0,6)Dэд, где меньшие значения—для больших диаметров элек­трода Dэд.

Функцию уплотнения зазора электрод—свод достаточно надежно выполняют газодинамические уплотнители (рис. 47), представляющие собой пневматический затвор. Вокруг электрода установлен стальной немагнитный короб (кольцо) с Г-образным сечением. Внутрь короба тангенциально подают вентиляторный или сжатый воздух. Давление и количество воздуха регулируют так, чтобы воздушный поток препятствовал газовыделению из рабочего пространства ДСП. Для уменьше­ния окисления электродов целесообразно применение нейтрального (азот) или инерт­ного (аргон) газов. Для электрической изоляции уплотнитель устанавливают на керамическое кольцо 2 из огнеупорного бетона, а короб, воздухопровод и вентиля­тор соединяют электроизолирующими фланцами.

Опорная рама водоохлаждаемого свода имеет форму очень пло­ской многогранной (по числу водоохлаждаемых панелей в зависи­мости от размера свода) усеченной пирамиды с углом наклона граней до 5°. Рама состоит из внешнего и внутреннего опорных колец, соединенных радиальными балками. Внешним опорным кольцом служит ранее описанное сводовое кольцо. Внутреннее кольцо в виде многогранника связывает концы балок в жесткую конструкцию. Соединение элементов опорной рамы выполняют с учетом необходи­мости электрической изоляции для разрыва возможных контуров токов, индуктируемых магнитными полями работающей ДСП.

Центральная секция водоохлаждаемого свода может быть плоская металлическая с электрической изоляцией электродных отверстий кирпичной кладкой или огнеупор­ным бетоном (конструкция МВМИ) или сферическая кирпичная (см. рис. 42). Кирпичную кладку центральной секции набирают в специальном водоохлаждаемом сводовом кольце круглой (конструкция Челябинского металлургического ком­бината) или треугольной с закругленными углами формы. Такие так называемые дельтавидные сводовые кольца применяют в зарубеж­ной практике для максимального сокращения доли кирпичной кладки водоохлаждаемых сводов, которая для сводов диаметром 5,5—9,5 м составляет 8—15 % (меньшая цифра — для большего диаметра).

Сводовые водоохлаждаемые панели (см. рис. 44) подвешивают под опорную раму свода.

Механизм наклона

ДСП наклоняют для скачивания шлака в сторону рабочего окна на угол 10—15° и для слива металла в противоположную сторону на угол 40—45° (в соответствие с углом откосов ванны).

Корпус 1 (рис. 48) устанавливают на опорную конструкцию 2 с подвижными опорами в виде двух круговых сегментов 3, перекатывающихся по горизонтальным фундаментным балкам 4 под действием механизма наклона 5. При этом конец сливного носка движется по циклоиде (рис. 48, б). Горизонтальное смещение конца носка вызывает необходимость передвижения ковша по мере наклона ДСП. Механизм наклона является весьма ответственной частью ДСП и должен обеспечить надежность работы и долговечность механизма; легкий, плавный и регулируемый наклон корпуса на соответству­ющий угол и с соответствующей скоростью; возможно малое откло­нение от вертикали конца сливного носка для максимального сокращения маневрирования ковшом при сливе металла; невозможность опрокидывания ДСП при наклоне.

Механизм наклона должен быть защищен от попадания на него жидкого металла в случае проедания подины и от попадания шлака при скачивании последнего.

Основой правильного расчета механизма наклона является опре­деление координат центра масс печи. Это определение приходится делать дважды: предварительно, пока еще конструктивно не раз­работан механизм наклона (детали последнего, будучи составной частью печи, влияют на положение центра масс), и затем оконча­тельно.

Координаты центра масс ДСП должны определяться по трем осям: по вертикальной гг, по горизонтальной поперечной хх и по горизонтальной продольной уу (см. рис. 48, б). Определение каждой координаты производят по обычному правилу статики: принимают какую-нибудь точку за начало координат, подсчитывают массы от отдельных деталей и узлов ДСП и их плечи li относительно принятого начала, а затем определяют положение центра масс всей ДСП по уравнению

где т — масса всей ДСП, состоящей из N деталей и узлов.

Координаты центра масс ДСП по всем трем осям — величины переменные. Положение центра масс зависит от положения электро­дов, степени их окисления, степени разрушения стен и свода, коли­чества металла в печи и материала футеровки. Наибольшее смещение центра масс имеет место по оси гг (по вертикали), где расстояние между наивысшим и наинизшим возможном его положениями может достигать 150—200 и более мм.

Для устойчивости ДСП необходимо, чтобы центр масс был ниже центра вращения опорной конструкции (т. е. центра кривизны сег­ментов) при отсутствии металла в ДСП, так как в крайнем положении при наклоне металл из ДСП уже слит.

Привод механизма наклона ДСП может быть электрическим или гидравлическим. В качестве электропривода применяют трехфазные асинхронные двигатели с фазным ротором, закрытого типа, с тепло­стойкой изоляцией типа МТК, (крановые, допускающие торможение противотокам) мощностью до 28 кВт (на ДСП-100). По данным Н. В. Окорокова, скорость наклона для ДСП различной вместимости составляет: до 6 т 1—2 град/с; 12 и 25 т 0,8—1 и для 100 т 0,7— 0,9 град/с.

Давление рабочей жидкости в гидроприводе порядка 6,5—13 МПа создают специальной насосной станцией, входящей в комплект оборудования современных ДСП. Толкатели механизма наклона крепят на шарнирах к опорной конструкция (люльке) ДСП. Она состоит обычно из двух сегментов, соединенных между собой балками. Каждый сегмент выполняют из стального листа толщиной до 40 мм. Нижнюю опорную часть сегмента шириной до 600 мм также выполняют из листа такой же толщины, усиливая для прочности вертикальными и радиально-расположенными ребрами. Опорная часть сегмента имеет один-два ряда равномерно расположенных отверстий, в которые при наклоне ДСП входят шипы, установленные на фундаментной балке, для улучшения сцепления опорных поверхностей и предотвращения бокового смещения ДСП. В некоторых случаях шипы устанавливают на опорном листе сегмента.

На верхней поверхности горизонтальной рамы опорной конструк­ции в зависимости от типа ДСП может быть установлен портал с шах­той для стоек электрододержателей, а также соответствующие меха­низмы. В проеме между сегментами под днищем корпуса ДСП уста­навливают статор электромагнитного перемешивания (см. рис. 45).

На опорной конструкции ДСП обычной мощности установлены четыре опорных тумбы с роликами, на которых при помощи соответ­ствующего .механизма корпус поворачивают вокруг вертикальной оси на угол ±40° для двух-трехкратного проплавления колодцев во время расплавления твердой металлошихты. ДСП высокой и сверх­высокой мощности механизма поворота (вращения) корпуса не имеют. ДСП с донным сливом металла механизма наклона и опорной конструкции не имеют.

Электрододержатель и механизм передвижения электродов

Электрододержатель служит для крепления графитированного электрода и для подвода к нему электрического тока.

Электрододержатель работает в тяжелых условиях: воздействие горячих печных газов (при недостаточном уплотнении зазора элек­трод — свод), повышенная температура и запыленность окружающей среды, тепловой поток от нагретого электрода, интенсивное тепловыделение по закону Джоуля — Ленца при протекании через электрододержатель тока силой 50—100 кА и более.

Поэтому конструкция электрододержателя должна быть надеж­ной, долговечной, механически прочной и жесткой, обеспечивать хороший контакт с поверхностью электрода, создавать необходимую силу трения для уравновешивания веса электрода и удержания его без проскальзывания в процессе плавки (Электрододержатель фрик­ционного ¹ типа), иметь минимальные электрические потери.

Электрододержатель состоит из корпуса, рукава, механизма зажима электрода и токоподвода.

Корпус имеет две выполняющие разные функции части: подвиж­ную, упирающуюся в электрод при помощи механизма зажима и выполняющую роль зажима, и неподвижную, к которой прижимают электрод, подводят при помощи токоподвода электрический ток и которую, как правило, охлаждают водой для уменьшения окисле­ния контактных щек электрододержателя.

При разной кинематике электрододержателя (рис. 49) подвижная часть корпуса может быть в виде:

1) зажимной скобы (хомута), охватывающей половину периметра сечения электрода. Скоба, выполненная из листовой немагнитной стали- толщиной 20—30 мм, работает так же, как и вся рычажная система, связывающая ее с механизмом зажима, на растяжение, что упрощает конструкцию и уменьшает расход материалов;

2) нажимной колодки, упирающейся в электрод. По конструктив­ным причинам ее контактная поверхность меньше, чем у зажимной скобы. Колодка укреплена на нажимном штоке, который под дей­ствием механизма зажима испытывает продольный изгиб, что услож­няет его конструкцию и крепление в рукаве электрододержа­теля.

Усилие зажима электрода определяют следующим образом:

1) для электродов малых диаметров — из условия минимального контактного сопротивления, при этом сила должна быть не менее Ю-15 кН;

2) для электродов больших Диаметров — из условия создания достаточной силы трения, уравновешивающей силу тяжести элек­трода.

Поскольку коэффициент трения между графитированным электро­дом и корпусом электрододержателя составляет 0,1—0,15 (в зависи­мости от состояния соприкасающихся поверхностей), то сжимающее усилие должно в 6,5—10 раз превышать силу тяжести электрода.

Рис. 49. Схемы электрододержателей:

а — с зажимной скобой; б, в — с нажимной колодкой; 1 — скоба; 2 — электрод; 3 — неподвижная часть; 4 — рукав; 5 — пружина; 6 — пвевмоцилиндр; 7 — влектроизоляция; 8 — ка­ретка; 9 — колодка

Механизм зажима электрода должен создавать постоянное, независимое от внешних условий (например, различное тепловое рас­ширение электрода и корпуса электрододержателя) усилие зажима, обеспечивать ход подвижной части корпуса на 20—50 мм для отжима с целью изменения длины (перепуск) электрода при дистанционном управлении операцией с пульта ДСП. На современных ДСП наиболее распространены пружинно-пневматические (гидравлические) меха­низмы зажима электрода (см. рис. 49): зажим — за счет потенциаль­ной энергии предварительно сжатых пружин, отжим — при помощи пневмо(гидро)-цилиндра, сжимающего пружины. На крупных ДСП, укомплектованных насосной станцией, возможна замена пневмопривода с давлением 0,3—0,4 МПа на гидропривод (давление 6,5 МПа) с целью уменьшения диаметра отжимающего цилиндра,

Рукав электрододержателя является составной частью несущей конструкции, предназначенной для передвижения электрода при помощи соответствующего механизма. На ДСП применяют два типа несущей конструкции:

1) горизонтальный рукав прикреплен в виде консоли к каретке, передвигающейся вверх и вниз по неподвижной вертикальной стойке (рис. 50, а);

2) горизонтальный рукав и вертикальная стойка соединены же­стко в единую Г-образную конструкцию, передвигающуюся вверх и вниз внутри неподвижной шахты по схеме «труба в трубе» (рис. 50, б).

Рис. 50. Схемы несущих конструкций:

а — с кареткой; б — с Г-образной стойкой; I — рукав; 2 — каретка; 3 — стойка; 4 — упорные ролики; 5 — зубчатая рейка; 6 — электропривод; 7 — противовес; 8 — гидроцилиидр

Во втором случае габаритная .высота ДСП получается меньше, но больше масса подвижных металлоконструкций и сложнее меха­нические нагрузки изгиба и кручения на с^йки, особенно при наклоне ДСП.

Рукав изготовляют из немагнитной стали в виде толстостенной трубы большого диаметра, усиленной ребрами жесткости в вертикаль­ной плоскости, или сварной балки коробчатого сечения. Коробчатое сечение при одинаковом моменте сопротивления имеет меньшую массу, т. е. требует меньшего расхода материалов.

Механизм передвижения электродов имеет исключительно важное значение для работы ДСП, так как он в основном определяет качество автоматического регулирования электрического режима плавки, а следовательно, подаваемую в печь мощность К и г\у.

К механизму передвижения электродов предъявляют следующие требования:

1) быстрый разбег и быстрое торможение, чтобы обеспечить своевременное передвижение электродов, исключить их поломки при опускании и т. п.;

2) достаточно большая скорость передвижения электродов (в осо­бенности вверх) для быстрой корректировки электрического режима, а также для сокращения простоев (например, при перепуске элек­тродов);

3) минимальная инерционность движущихся частей механизма;

максимально жесткая кинематическая связь привода механизма с электродом; минимальные зазоры (люфты) между частями меха­низма;

4) невозможность самопроизвольного опускания электродов под действием силы тяжести несущей конструкции;

5) надежность в работе, удобство при обслуживании и ре­монте.

На ДСП применяют механизм передвижения электродов с элек­трическим и гидравлическим приводом.

Несущая конструкция в виде Г-образной стойки удобно соче­тается с гидроприводом (см. рис. 50, б). Гидропривод с давлением рабочей жидкости 6,5—13 МПа обеспечивает скорость подъема электрода 3—6 м/мин (0,05—0,1 м/с). Такая большая скорость необходима для быстрой ликвидации коротких замыканий, особенно в период расплавления твердой металлошихты, что улучшает элек­тротехнические показатели работы ДСП (, э, Wy). Спуск электрода происходит под действием силы тяжести электрода и несущей кон­струкции со скоростью порядка 1—2 м/мин.

На действующих ДСП старой конструкции применен механизм передвижения электродов с электрическим приводом. Электропривод состоит из двигателя постоянного тока мощностью до 12 кВт, червяч­ного или червячно-цилиндрического самотормозящего редуктора и механической жесткой передачи при помощи зубчатой рейки, связанной с несущей конструкцией.

Для уменьшения мощности приводного двигателя в состав меха­низма, помимо несущей конструкции, входит противовес, устанавли­ваемый в полости вертикальной стойки (см. рис. 50, а) или в соответ­ствующей ячейке шахты в случае Г-образной стойки. Для предотвра­щения поломки графитированного электрода, упирающегося в шихту (при ручном управлении) или в неэлектропроводный материал (при автоматическом управлении), предусмотрено принудительное пере­движение несущей конструкции как вверх, так и вниз при помощи пружины-демпфера, установленной в месте крепления зубчатой рейки, с последующим воздействием на путевой выключатель и от­ключением приводного электродвигателя.

Механизмы подъема и поворота свода

Для загрузки металлошихты сверху при помощи загрузочной бадьи (корзины) необходимо открыть рабочее пространство ДСП. Из всех возможных способов (выкат корпуса, откат или наклон свода) на современных ДСП свод поворачивают соответствующим механизмом в сторону трансформаторного помещения (печная под­станция) к разливочному пролету на 60—85° (в зависимости от ки­нематической схемы поворота). На таких ДСП ¹ — наименьшая масса металлоконструкций, нет сотрясений свода и электродов при открывании печи, свободна часть корпуса, противоположная стойкам, и рабочая площадка перед печью, что удобно для ее обслуживания. Однако для поворота свода требуется большее расстояние между корпусом ДСП и стеной трансформаторного помещения и удлинение гибких кабелей вторичного токоподвода.

Поворот свода ДСП связан с необходимостью предварительного его подъема на 100—150 мм, чтобы вывести кольцевой «нож» сводового кольца из песчаного затвора корпуса (см. рис. 45) и создать видимый зазор между сводом и корпусом. Поэтому свод подвешивают к специальному поворотному кронштейну (полупортал). Конструк­ция кронштейна, подвески и механизма подъема зависит от кинема­тической схемы подъема свода:

1) свод поднимают относительно кронштейна;

2) свод поднимают вместе с кронштейном (рис. 51).

Кронштейн свода состоит из двух Г-образных балок коробчатого равнопроч­ного сечения, прикрепленных к станине стоек или шахте ДСП. Балки связаны между собой площадкой для обслуживания электродов. На кронштейне также уста­навливают кислородные фурмы, топливно-кислородные горелки, патрубок газо­отсоса, опорные блоки или рычаги системы подвески свода. Рациональная кон­струкция кронштейна не должна мешать опусканию электрододержателей до уплот­нителей электродных отверстий, чтобы не иметь излишней длины электрода над сводом. В нижних (со стороны свода) и внутренних (со стороны электродов) полостях балок кронштейна, сваренных из стального немагнитного листа толщиной до 20-мм, устанавливают водоохлаждаемые коробки для уменьшения нагрева металлокон­струкции в результате теплопередачи от футеровки свода и за счет вихревых токов, индуктируемых сильными магнитными полями вокруг электродов.

Поворотный кронштейн свода (вместе с несущей конструкцией электрододержа-теля, электродами, гибкими кабелями и различными вспомогательными устрой­ствами) опирается на опорный-поворотный вал, который может быть установлен на опорной конструкции ДСП или на отдельной фундаментной раме независимо от ДСП (см. рис. 51).

В первом случае из-за значительного веса кронштейна и других узлов ДСП на опорную конструкцию действует постоянный опрокидывающий момент относительно ближнего сегмента (особенно при повороте свода), что необходимо учитывать при конструировании ДСП. Во втором случае при подъеме и повороте свода такого не­достатка нет. В опущенном положении кронштейн со всеми связанными с ним узлами-ДСП не связан с опорно-поворотным валом и опирается на корпус и две дополнительные колонны, установленные на опорной конструкции над соответствующим сегментом. Эти колонны также служат фиксаторами положения свода относительно корпуса печи, для чего на нижней плоскости кронштейна устанавливают кониче­ские шипы.

Привод механизма подъема свода может быть электрический и гидравлический.

Гидропривод механизма подъема свода вместе с кронштейном представляет собой гидроцилиндр одностороннего действия. Под давлением масла до 6,5—13 МПа плунжер поднимает опорно-поворот­ный вал, который сначала входит в зацепление с кронштейном, а затем при дальнейшем своем подъеме поднимает кронштейн (со свя­занными с ним узлами и вспомогательными устройствами ДСП) и свод на требуемую высоту. Опускание свода вместе с кронштейном происходит под действием силы тяжести поднятых масс при снятии давления в гидроцилиндре.

Скорость подъема и опускания свода составляет 1—2 м/мин. Поднятый свод поворачивают на опорно-поворотном валу. Гидропривод поворота свода на опорно-поворотном валу, уста­новленном на отдельной фундаментной раме, состоит из двух плун­жерных гидроцилиндров одностороннего действия, расположенных горизонтально и соосно (см. рис. 51). Плунжеры жестко соединены между собой-горизонтальной зубчатой рейкой, в зацепление с кото­рой входит опорно-поворотный-вал при подъеме свода. При подаче масла под давлением 6,5—13 МПа в один из цилиндров рейка пере­мещается в ту или обратную сторону и поворачивает вал и, в конеч­ном счете, свод. Например, на ДСП-25 опорно-поворотный вал диаметром 540 мм поворачивается на угол 75° при рабочем ходе плун­жера поворота 325 мм. В конечном положении свод фиксируют стопорными устройствами: гидравлическая блокировка позволяет поворачивать свод только после подъема его на требуемую высоту.

Электромагнитное перемешивание металла

Установка электромагнитного перемешивания (УЭМП) является необходимым и эффективным технологическим инструментом, применяемым на ДСП вместимостью 25 т и более для управления массо- и теплообменными процессами в ванне.

Электромагнитное перемешивание (ЭМП) влияет на кинетику физико-химиче­ских процессов и способствует интенсификации плавки в ДСП. По данным Н. В. Окорокова, А. И. Пахомова, А. Г. Зубарева и других исследователей, ЭМП увеличивает скорость удаления серы (на 70—100 %) и кислорода, ускоряет растворение леги­рующих добавок, способствует гомогенизации жидкометаллической ванны по хи­мическому составу и температуре. Например, по данным Л. А. Мальцева, перепад температуры по глубине ванны ДСП-25 в восстановительный период снижается с 20—50 К (без ЭМП) до 5—20 К (с ЭМП), т. е. в 4—2,5 раза. Гидродинамическое движение металла при ЭМП ускоряет диффузионное удаление примесей, увеличи­вает «эффективную» поверхность раздела металл—шлак, способствует снижению содержания неметаллических включений. Поэтому возможно сокращение длитель­ности восстановительного периода на 20—30 % без ухудшения качества металла.

Применение ЭМП гарантирует легирование металла по нижнему пределу со­держания легирующего элемента, что дает экономию ферросплавов. УЭМП позво­ляет механизировать такие трудоемкие операции по обслуживанию крупных ДСП, как перемешивание жидкого металла и скачивание шлака (при двушлаковом, про­цессе). Поэтому УЭМП является неотъемлемым элементом АСУ ТП.

В ДСП высокой и сверхвысокой мощности, несмотря на вынос ряда технологи­ческих процессов в специализированные агрегаты внепечной обработки стали, при­менение УЭМП целесообразно для сокращения периода расплавления э за счет интенсификации массообмена и процесса растворения твердой металлошихты в жид­ком металле.

Удельный расход электроэнергии на ЭМП составляет 8—10 кВт-ч/т.

УЭМП состоит из статора, уста­навливаемого обычно под корпусом ДСП вдоль горизонтальной про­дольной оси уу, в проеме опорной конструкции между сегментами (см. рис. 45), токоподвода и источ­ника питания, располагаемого в отдельном помещении печной под­станции. Статор УЭМП (рис. 52) имеет магнитопровод 1 и обмотку, состоящую из трех секций (кату­шек), расположенных на середине магнитопровода (средняя 2) и на краях (крайние 3).

Работа УЭМП основана- на ЭМГД-воздействии бегущего двух­фазного поля на жидкий металл:

1) переменный ток I*₁= Im ехр (w) одной фазы источника пи­тания создает соответствующее магнитное поле Ф1;

2) попадая в ванну ДСП, это переменное магнитное поле индук­тирует ¹ (Индукционное ЭМП на токах промышленной частоты впервые было предло­жено в СССР Л. И. Морозенским (1928 г., статор расположен внутри кожуха, вокруг ванны) и Н. В. Окороковым (1935 г., статор расположен внутри кожуха, под ванной). В 1939 г. шведская фирма ASEA применила УЭМП на пониженной частоте с уста­новкой статора под корпусом ДСП) в данной точке жидкого металла ток, характеризуемый комплексным вектором Jm и отстающий по фазе на /2 от потока Ф1 (и тока I1);

3) переменный ток I2 = Im ехр (w — /2) другой фазы двух­фазного источника питания создает сдвинутый на /2 магнитный поток Ф2, также пронизывающий жидкий металл и характеризуемый в данной точке комплексным вектором магнитной индукции В;

4) в результате взаимодействия индуктируемых токов с магнит­ным полем, пронизывающим жидкий металл, возникают электро­магнитные объемные силы, создающие турбулентное направленное движение металла в объеме ванны. При этом измеряемая скорость движения по зеркалу ванны достигает 0,4—0,6 м/с;

5) величина и направление объемной (в 1 м³) электромагнитной силы Fv, Н/м³, определяется (в среднем за период изменения элек­тромагнитного поля УЭМП с частотой w = 2лf) половиной веще­ственной части комплекса векторного произведения комплексного вектора плотности индуктируемых токов Jm, А/м², и сопряженного комплексного вектора магнитной индукции В*, Тл:

Fv=0,5Re[J,B*].

Поскольку переменное электромагнитное поле в жидкометаллической ванне затухает по глубине металла, частоту f тока статора УЭМП выбирают в зависимости от глубины ванны hm.

По данным Н. В. Окорокова, рациональные значения частоты составляют для ДСП различной вместимости:

Вместимость m0, т ..... 25 50 100 200

Глубина металла Ам, мм ... 700 850 1050 1350

Частота тока f, Гц. ..... 0,95 0,65 0,5 0,3

Для снижения возможного эрозионного износа футеровки откосов ванны при ЭМП рациональная форма статора должна быть подобной профилю ванны ДСП. Поворот вектора В вблизи откосов на 45° обеспечивает согласно (115) направление силы Fv и, следовательно, движения жидкого металла вдоль образующей откосов ванны.

При установке статора УЭМП под корпусом ДСП днище изгото­вляют из немагнитной стали для ослабления экранирования элек­тромагнитного поля. Целесообразная форма днища — в виде двой­ного усеченного конуса с углами образующих с горизонталью 15 и 45°, аналогично профилю статора, что уменьшает воздушный зазор. Футеровку подины делают меньшей толщины, что ослабляет рассеяние магнитного поля в зазоре статор — жидкий металл.

При установке необходим тщательный контроль температуры днища в нескольких точках для предупреждения о возможном аварийном прорыве жидкого металла сквозь футеровку подины, особенно при водяном охлаждении обмотки статора УЭМП.

Размещение крайних и средней катушек вдоль оси статора по­зволяет создать пространственный сдвиг магнитных потоков в виде бегущего электромагнитного поля (помимо ранее отмеченного вре­менного сдвига, создаваемого источником питания):

B=Bm  exp[j(w ± 2py/ lc)], (116)

где В и Bm — комплексная величина и модуль магнитной индукции бегущего магнитного поля; р — число пар полюсов (обычно р = 1);

lс — длина статора; lc / 2p — полюсное деление статора, равное длине полуволны электромагнитной волны вдоль статора.

Подключение одной фазы источника питания к двум крайним катушкам (расщепленная фаза) и реверсивное включение средней катушки ко второй фазе позволяют создать четыре схемы бегущего магнитного поля (рис. 53), расширяющие технологические возмож­ности УЭМП.