4.1.1. Исполнительные механизмы печей
Электрододержатель является наиболее важным узлом руднотермической печи. От его конструкции зависит величина электрических потерь; кроме того, электрододержатель находится в зоне высоких температур, особенно при опускании его близко к колошнику. Ответственная деталь электрододержателя – зажим электрода.
На рудкотермнческих печах применяют кольцевые зажимы, состоящие из кольца, нажимных винтов с гайками и контактных щек. Контактные щеки отливают из меди или сплавов меди – бронзы или томпака, имеющих малое удельное электрическое сопротивление и хорошую теплопроводность, что обеспечивает надежную работу контакта.
На рис. 168 показан общий вид электрододержателя печи мощностью 16,5 MBA.
Кольцо 4 электродного пружинно-гидравлического зажима 6 при помощи трубчатых водоохлаждаемых подвесок 5 крепят к нижнему кольцу несущего цилиндра 1, выполненного из листового металла толщиной 10 – 16 мм и охватывающего электрод по всей его высоте.
Несущий цилиндр, кроме подвески, и перемещения электрода и электродного зажима, обеспечивает заданный режим коксования электродной массы (для самоспекающихся электродов) а также хороший контакт в соединении щека – электрод.
Обдув электрода воздухом предохраняет его поверхность выше щек от скопления пыли и образования диэлектрического слоя, ухудшающего контакт между щекой и электродом.
Рис. 168. Электрододержатель печей мощностью 16,5 МВА
Диаметр несущего цилиндра больше диаметра электрода на 150 – 200 мм; просвет между ними служит каналом для воздуха, нагнетаемого в цилиндр вентилятором; воздух направляется вниз к щекам.
В ряде случаев для улучшения службы электрода к нижнему концу несущего цилиндра крепят полую водоохлаждаемую коробку (щитки 2 несущего цилиндра), состоящую из 4 – 8 секций, выполненных из листовой стали толщиной 4 – 5 мм. Кроме того, к нижней части несущего цилиндра прикрепляют траверсу, охлаждаемую водой, к которой подвешены башмаки 3 и медные токоподводящие трубы.
К верхнему концу несущего цилиндра присоединяют траверсу из профильной стали, на которой устанавливают устройства для перемещения и перепуска электродов.
Механизмы перепуска электродов. По мере сгорания электродов возникает необходимость их перепуска, т. е. смещения электродов вниз относительно контактных щек.
На рис. 169 показана принципиальная схема наиболее распространенного механизма для перепуска обожженных и самоспекающихся электродов. Механизм состоит из двух зажимных колец 3 и 7, одно из которых закреплено на траверсе 2 несущего цилиндра, а другое опирается на штоки 6 гидроцилиндров 5, закрепленных на нижнем кольце. Каждое зажимное кольцо содержит по шесть одинаковых пружинно-гидравлических зажимов, распределенных равномерно по окружности.
Зажатие электрода 1 осуществляется пружинами 10, которые, упираясь одним концом в корпусы 12 гидроцилиндров, жестко закрепленных в зажимном кольце, другим концом через бугели 9 оказывают давление на обрезиненные (для повышения коэффициента трения), шарнирно подвешенные к кольцу щеки 8. От сжимающего усилия электрод освобождают давлением масла, подаваемого под плунжеры 13, которые, выдвигаясь из гидроцилиндров, с помощью тяг 11 отводят бугели 9 от щек 8, дополнительно сжимая пружины 10.
Рис. 169. Принципиальная схема гидравлического механизма перепуска электродов
Перепускают электрод следующим образом. В исходном положении пружины зажимают электрод. Верхнее зажимное кольцо находится в нижнем положении. При включении магнита двухпозиционного золотника 17 масло из напорной линии подается по трубопроводам через гибкие шланги 14, под плунжеры 13 гидроцилиндров 12 отжатия верхнего кольца 7. При срабатывании трехпозиционного золотника 16 масло подается в поршневые полости гидроцилиндров 5. При этом верхнее зажимное кольцо 7 поднимается, а из штоковых полостей гидроцилиндров 5 масло вытесняется на слив через золотник 16 и подпорный клапан 19. Обесточивая управляющий соленоид золотника 17, его возвращают в исходное положение. Тем самым соединяют полости гидроцилиндров 12 со сливом и производят сжатие верхнего кольца 7. Подпорный клапан 18 позволяет удержать рабочую жидкость в трубопроводах, обеспечивая тем самым работоспособность системы. Включением двухпозиционного золотника 15, аналогично золотнику 17, масло, проходя через гибкие шланги 24 и плунжер 4, сжимает пружины нижнего кольца 3, освобождая электрод. Реверсивный золотник 16 перемещается в направлении, противоположном предыдущему. Рабочая жидкость поступает в штоковые полости гидроцилиндров 5, благодаря чему верхнее зажимное кольцо с электродом опускается вниз гидроцилиндрами 5. Из поршневой полости цилиндров рабочая жидкость через золотник 16 и подпорный клапан 19 сливается в бак. Цилиндры нижнего зажимного кольца через золотник 15 сообщаются со сливом, и пружины вновь зажимают электрод,
Масло в систему подается от насоса 22, на всасывающем патрубке которого установлен фильтр 23, а на нагнетающем — обратный клапан 21. Настройка давления насоса осуществляется клапаном 20.
Управляют перепуском электродов дистанционно с пульта управления печи. Положение верхнего кольца механизма перепуска контролируют по сигнальным лампам. Перепуск при нормальном ходе печи осуществляется 2 – 3 раза в сутки и продолжается несколько минут.
В отличие от токоподводящих щек зажимные щеки работают в значительно лучших условиях (нормальная температура, меньшая загрязненность). Не менее важным фактором является и то, что для выбора материала зажимных щек нет ограничений, в то время как в токоподводящих щеках требовалась высокая электропроводность и минимальные потери электроэнергии. Основными требованиями к материалу щек являются достаточно высокие стойкость и коэффициент трения.
В процессе перепуска электрода при отжатии пружин одного из зажимных колец возможно самопроизвольное опускание электрода под действием собственной силы тяжести вследствие повышенного износа щек. Поэтому электрод должен удерживаться в покое под действием зажимного усилия пружин электрододержателя и только одного из зажимных колец (верхнего или нижнего). При расчетах принимают, что 2/3 удерживающей нагрузки должно приходиться на зажимное кольцо и лишь 1/3 – на электрододержатель.
Наряду с гидравлическими механизмами перепуска электродов применяются и пневматические. Пневматический механизм перепуска (рис. 170) состоит из группы неподвижных кольцевых полок 3, между которыми с зазором 20 мм установлены подвижные кольца 2. Сверху и снизу подвижного кольца уложены эластичные резинотка-невые баллоны 4. Каждое подвижное кольцо, охватывающее электрод 1, зажато посредством пружинного механизма 5.
Перепуск электродов осуществляется следующим образом. В нижние баллоны подвижных колец через пневматический распределитель 6 из сети подается сжатый воздух, а верхние баллоны соединяются с атмосферой. По мере наполнения сжатым воздухом нижних баллонов происходит подъем подвижных колец на величину зазора. После выбора зазора распределитель 6 соединяет верхние баллоны с воздушной сетью, а нижние – с атмосферой, и происходит опускание подвижных колец совместно с электродом на величину зазора (20 мм).
Механизмы перемещения электродов. В процессе плавки электроды перемещают с целью поддержания необходимого режима оплавления шихты. В последние годы широкое распространение получили гидравлические устройства перемещения электродов, отличающиеся компактностью, быстродействием и высокой эксплуатационной надежностью.
Рис. 170. Принципиальная схема пневматического механизма перепуска электродов
На рис. 171 показана общая схема системы перемещения электродов современной печи. В рассматриваемом устройстве для перемещения электрода траверса 8 жестко соединена с двумя подвижными гидроцилиндрами 9, которые перемещаются по неподвижным плунжерам 6. Плунжеры своими сферическими (с целью самоустановки при перекосах) головками упираются в опорные стаканы, установленные на перекрытии. Для предохранения загрязнения гидроцилиндров они защищены гофрированными кожухами 7. Вертикальность перемещения несущего цилиндра 3, и, следовательно, электрода 1, обеспечивается направляющим цилиндром 4, имеющим два ряда центрирующих роликов 5. При подаче в гидроцилиндры масла вместе с траверсой 8 будут перемещаться электрододержатель 2 и устройство для перепуска электродов 10.
Рис. 171. Принципиальная схема гидравлического механизма перемещения электродов
Для управления гидроцилиндрами применяют ручные и автоматические системы. На некоторых печах с целью получения высокой надежности предусматривается ручное и автоматическое управление. При ручном управлении в подъеме электрода масло от насоса 28, снабженного на всасывающем патрубке фильтром 30, поступает в гидроцилиндры 9 через обратный клапан 27, реверсивный трехпозиционный золотник 15, дроссель 13 и обратный клапан 11. Слив масла происходит через обратный клапан 12, дроссель 14 и золотник 15. Настройкой дросселей 13 и 14 на определенный расход жидкости получают различные скорости подъема и опускания электрода. Величина давления в гидросистеме настраивается предохранительным клапаном 29.
В последнее время на руднотермических печах применяют гидравлические регуляторы со следящим золотником. Для них характерны небольшие габариты и масса, а также высокое быстродействие, обусловленное малой инерционностью подвижных частей. Рабочую жидкость (масло) подают к следящему золотнику 17 из маслобака насосом 28 через обратный клапан 27 или от аккумулятора 18. Направление и скорость перемещения электродной системы зависит от направления и величины смещения золотника от среднего положения. При соединении цилиндров через золотник с напорной магистралью электрод поднимается, а при соединении со сливной – опускается.
Положение золотника 17 определяется давлением жидкости в цилиндрах 16 (или на концах скалки золотника) питаемых от системы управления (давление 1,0 – 1,5 МПа). Система управления содержит насос 24 с фильтром 25, предохранительный клапан 26, золотник 23, жестко соединенный своей скалкой с зубчатой рейкой 20, шестерню 21 и два управляющих двигателя 19 и 22. Двигатели развивают моменты (в соответствии с величиной поданных на них сигналов), пропорциональные току и напряжению электрической дуги одной фазы печи. При номинальной дуге моменты уравновешены, благодаря чему шестерня 21 и рейка 20 неподвижны, золотники 17 и 23 занимают среднее положение и электрод не перемещается. При появлении разбаланса моменты двигателей становятся неодинаковыми, шестерня 21 поворачивается, рейка 20 со скалкой золотника 23 приходит в движение и перераспределяет давление на цилиндры 16. В результате скалка золотника 17 сместится от среднего положения, соединяя гидроцилиндры 9 с напорной или сливной магистралями и вызывая их перемещение вниз или вверх. Причем, величина сигнала разбаланса влияет не только на направленность движения гидроцилиндров, но и на скорость их перемещения.
Механизмы вращения ванны. Вращающиеся ванны применяют преимущественно там, где вращение помогает эффективно бороться со спеканием шихты и газовыми полостями в реакционных зонах. Вращающаяся основа печи не влияет на конструкцию ванны, за исключением количества выпускных отверстий. Если в стационарных печах число леток не превышает трех, то в печах с вращающейся ванной их число достигает девяти.
В нашей стране наибольшее распространение получили механизмы вращения с железобетонной несущей плитой. Частота вращения ванны крайне мала (от 0,1 мин-1 и ниже). Ванны некоторых печей делают один оборот в течение 150 ч. Механизмы вращения работают в условиях высоких температур, плохого теплоотвода, в запыленной и загрязненной среде. Масса ванны достигает 800 т и более.
На рис. 172 показан механизм вращения ванны печи мощностью 16,5 MBА с цилиндрическими редукторами и открытой конической передачей.
Рис. 172. Механизм вращения ванны печей мощностью 16,5 МВА
Поворотная платформа 1 выполнена из железобетона. Она вращается по круговому рельсу 10 на двухкатковых роликовых опорах 9 со сферическими поверхностями качения. Горизонтальное смещение платформы предотвращается установкой центральной опоры 11. Привод состоит из электродвигателя постоянного тока 8, соединительных муфт 4, трех двухступенчатых цилиндрических редукторов 5, 6, 7 и открытой конической передачи 3, зубчатый венец 2 которой прикреплен к платформе. Приводы с червячными редукторами применяют реже вследствие более низкого к.п.д., повышенного износа и меньшей надежности.
Конический зубчатый венец для удобства отливки изготовляют из отдельных секторов, собираемых после обработки на болтах. Круговой рельс изготовляют также из отдельных кусков стального квадратного профиля. После сварки рельса его рабочая поверхность обрабатывается.