Механизмы электротехнологических установок. Учебное пособие

Рис. 3.9. Схема механизма перемещения электрода с гидроприводом

61

Расчет необходимых усилий и мощностей в системе перемещения электродов производится следующим образом:

1) в соответствии с расчетной схемой, изображенной на рис. 3.9, исходными данными для расчета являются вес основных элементов перемещаемой системы и расстояния точек их приложения от оси ко-

лонки электрододержателя: это – вес электрода G1, рукава электрододержателя с механизмом зажима электрода G2 , стойки G3, гибкого кабеля G4 (учитывается вес половины кабельной гирлянды);

2) определяются силы реакции RА в направляющих роликах шах-

ты:

RА G11l G2l2 l G4l4 G5l5 ,

где l – расстояние по осям направляющих роликов;

3) определяется сила сопротивления Fpол перемещению стойки в двух поясах направляющих роликов:

Fpол 2DRА (2f μd)k,

где D – диаметр направляющего ролика; d – диаметр оси ролика; f – коэффициент трения качения роликов по направляющим стоек; µ – коэффициент трения в цапфе ролика (применяются подшипники качения), значения коэффициентов f и µ указаны в табл. 1.1; k – коэффициент, учитывающий дополнительное трение в боковых роликах, k = 1,1…1,2;

4) определяется усилие Fр , которое должен обеспечить привод для равномерного движения электрода вверх:

где G – суммарный вес перемещаемых частей.

62

3.5. МЕХАНИЗМ ПОДЪЕМА ДВЕРЦЫ РАБОЧЕГО ОКНА

Технология плавки стали требует, чтобы рабочее пространство дуговой сталеплавильной печи было снабжено рабочим окном. Через рабочее окно совершаются такие технологические операции, как доплавление шихты с помощью газокислородной горелки, измерение температуры металла, взятие проб металла, скачивание шлака, заправка (восстановление разрушенной футеровки) подины, иногда – введение шлакообразующих и других материалов в рабочее пространство. Рабочее окно располагают со стороны, противоположной сливу металла (см. рис. 3.1 и 3.2). Для уменьшения тепловых потерь излучением из рабочего пространства рабочее окно снабжается дверцей. Бо´льшая часть площади дверцы выполняется водоохлаждаемой. На пороге рабочего окна кладут электродную секцию для стойкости проема при скачивании шлака.

На рис. 3.10 схематично изображен данный механизм. Дверца 1 подвешивается цепями 2 на звездочках 3, насаженных на вал 5. Опоры вала 4 крепятся к кожуху печи над оконным проемом. На валу также насажена приводная звездочка 6. Дверца рабочего окна дуговой сталеплавильной печи имеет гидравлический привод. Корпус гидроплунжера

8

Рис. 3.10. Схема механизма подъема дверцы рабочего окна ДСП:

63

подъема дверцы 7 жестко крепится к кожуху печи. Приводная звездочка соединена со штоком плунжера цепью через ускоряющий блок 8 (см. разд. 1.3). Этот блок увеличивает рабочее усилие в два раза, зато позволяет уменьшить ход плунжера в два раза по сравнению с ходом дверцы. Это уменьшает габариты привода, что облегчает размещение привода на кожухе печи.

Рабочее усилие гидроплунжера должно преодолеть силу тяжести дверцы, потери на трение в подшипниковых узлах, потери на деформацию гибких тяговых органов – цепей, потери в ускоряющем блоке с учетом удвоения усилия. В связи с этим рабочее усилие может быть определено по формуле

где подш – коэффициент полезного действия подшипникового узла, принимаемый равным 0,85 [3]; зв – коэффициент полезного действия направляющего блока, который определяется по формуле зв 1/ k ;уск.бл – коэффициент полезного действия ускоряющего блока, который определяется по формуле (1.9) (см. разд. 1.3).

3.6. МЕХАНИЗМ ВРАЩЕНИЯ ВАННЫ РТП

Ванны некоторых рудно-термических печей (рис. 3.11), работающих непрерывно, имеют механизм вращения для улучшения газопроницаемости и более равномерного схода шихты. Скорость вращения составляет 60…80 ч на один оборот ванны, обычно производится реверсивный поворот в секторе ±30 град. На рис. 3.12 отдельно изображен механизм вращения ванны рудно-термической печи. Ванна устанавливается на бетонную плиту 2, которая через закрепленные на ней опорные ролики 4 опирается на рельс 1. В центре опорной плиты устанавливается подшипник скольжения 3, препятствующий сдвигу плиты. Вращение опорной плиты с ванной осуществляется электромеханическим приводом 6 через коническое зубчатое зацепление 5.

Расчет момента вращения ванны производится по формуле (2.4), так же как для карусельных электропечей. Момент расходуется на преодоление сопротивления трения качения рельса по роликам (или роликов по рельсу), трения в цапфах роликов и центрирующих

64

1 – футеровка; 2 – кожух ванны; 3 – механизм зажима электрода; 4 – кожух самоспекающегося электрода; 5 – устройство для перепуска электрода; 6 – гидроплунжер перемещения электрода; 7 – короткая сеть; 8 – трансформатор; 9 – опорная плита механизма вращения ванны

65

При расчете опорных роликов и рельса следует пользоваться фор-

мулами (1.6)–(1.8).

Исследования механизмов вращения рудно-термических печей показали, что неравномерность нагрузки на опорные ролики достигает 50 %, что объясняется сложностью изготовления и монтажа механизма. Поэтому нагрузка, приходящаяся на ролик, должна определяться как

Gк Gnвр 1,5,

где Gвр – вес вращающихся частей; n – количество роликов.

3.7. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕПУСКА САМОСПЕКАЮЩЕГОСЯ ЭЛЕКТРОДА РУДНОТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕЧИ

По токоподводам РТП протекают токи до 150 кА. Канализация таких токов в рабочее пространство требует электродов диаметром до 2 м, диной 10…15 м, массой до 5 т. Изготовление, транспортировка и монтаж угольных и графитовых электродов таких размеров представляет собой серьезную техническую проблему из-за малой прочности материала. Поэтому в РВП используют самоспекающиеся электроды (электроды Содерберга, названные так по имени их создателя, шведского инженера). Самоспекающийся электрод – стальной тонкостенный кожух, заполненный электродной массой. Кожух изготавливается из отдельных секций длиной в 1,3…1,7 раз больше, чем диаметр электродов. При работе печи электродная масса внутри кожуха нагревается, превращаясь в твердый угольный электрод.

По мере сгорания электродов возникает необходимость перепуска, т. е. удлинения рабочего конца электрода. Перепуск электродов на печах с непрерывным технологическим процессом осуществляется без отключения печи с помощью специального устройства.

Различные устройства для перепуска описаны в работе [10]. Наибольшее применение в настоящее время имеют пружинно-гидрав- лические устройства с дистанционным управлением.

Механизм перепуска электродов (рис. 3.11, поз. 5) состоит из двух полых сварных колец. Нижнее кольцо крепится через изоляцию к подвижной траверсе гидроподъемника (рис. 3.11, поз. 6), верхнее кольцо опирается на штоки трех вертикальных гидроцилиндров, закреплен-

67

ных на нижнем кольце. В кольцах размещены нажимные механизмы, состоящие из набора тарельчатых пружин и гидроцилиндров. Сила сжатия пружин передается на стальную щеку. Для увеличения силы трения между щеками и электродом и, следовательно, уменьшения давления на кожух электрода применяют фрикционные вставки с насечкой, выполненные из инструментальной стали.

К каждому кольцу нажимного устройства закреплено 6…9 щек и установлено столько же нажимных механизмов.

В рабочем положении электрод зажат в обоих кольцах. При необходимости удлинения последовательно производят следующие операции:

а) подается масло в цилиндры нажимных механизмов верхнего кольца. Сжимаются пружины, перепускные щеки, соединенные шарнирно с цилиндрами, освобождают электрод;

б) подается масло в нижние полости вертикальных цилиндров и верхнее кольцо поднимается на заданное расстояние от 20 до 100 мм (шаг или ход перепуска);

в) цилиндры верхнего кольца соединяются со сливом, под действием пружин электрод снова зажимается в щеках верхнего кольца;

г) подается масло в цилиндры зажимных механизмов нижнего кольца, электрод освобождается в нижнем кольце;

д) подается масло в верхние полости вертикальных цилиндров и под действием собственного веса и этого дополнительного усилия электрод продавливается сквозь контактные щеки, опускаясь на величину хода перепуска;

е) электрод снова зажимается в нижнем кольце, в результате устройство приведено в исходное положение.

Так как при операциях перепуска электрод зажимается поочередно в верхнем и нижнем кольце, механизмы каждого кольца должны быть рассчитаны на удержание электрода, а также на обеспечение отжима щек при перепуске.

Силовой расчет устройства зажима электрода механизма перепуска электрода производится аналогично механизму зажима электрода ДСП. Пружинно-гидравлический зажим должен преодолеть усилие пружин, обеспечивающих удержание электрода и отжать их для обеспечения необходимого зазора для освобождения электрода l = 3…5 мм с учетом

поля допуска диаметра электрода dэ 2 мм. Коэффициент трения

между поверхностями зажимных щек и кожуха электрода при применении фрикционных вставок с насечками принимается равным 0,4.

68

3.8. МЕХАНИЗМ НАКЛОНА ИНДУКЦИОННОЙ ТИГЕЛЬНОЙ ПЕЧИ

Для слива металла индукционные печи оборудуются механизмом наклона. Применяются различные конструкции механизмов наклона. При емкости печи 100…200 кг часто печь наклоняют с помощью троса, тянущего за серьгу, прикрепленную к нижней части каркаса. Такой механизм может приводиться в действие ручной или электрической лебедкой. Для печей большей емкости широкое распространение получил гидравлический механизм наклона.

Индукционные печи наклоняются на угол 90…110º. Во время плавки металла на уровне поверхности расплава на стенках тигля образуются настыли, поэтому для полного слива металла необходимо наклонять печь на угол более 90º.

Механизм наклона тигля является ответственной частью установки,

инезависимо от конструктивного исполнения он должен обеспечивать:

надежность и безотказность в работе;

плавный и легкий наклон без толчков на требуемый угол с заданной скоростью;

невозможность опрокидывания печи при наклоне;

удобство осмотра и ремонта привода.

Корпус печи, соединяющий в единое целое все ее узлы, состоит из неподвижной и наклоняющейся частей. Общий вид печи представлен на рис. 3.13.

На неподвижной части, называемой станиной 1 или опорной рамой, крепятся подшипники механизма наклона печи. Наклоняющаяся часть корпуса может иметь различное конструктивное решение: в виде каркаса (поворотной рамы) или в виде кожуха. При большой емкости каркасы печей изготовляют из немагнитных металлов – алюминиевых сплавов, бронзы или немагнитной стали, причем для уменьшения электрических потерь детали каркаса соединяют между собой через изолирующие прокладки, чтобы избежать образования замкнутого витка, охватывающего индуктор. Гидроплунжеры наклона 2 шарнирно крепятся к опорной раме 1 и поворотной раме 3 по одному с каждой стороны печи. Их подвижные элементы давлением жидкости перемещаются вверх и наклоняют печь. Опускание печи осуществляется под действием силы тяжести наклоненных конструкций.

Во избежание опрокидывания печи предусматривают установку конечных выключателей, срабатывающих при достижении предельных

69

положений печи и выключающих механизм наклона. Наклон печей периодического действия ведут при выключенном электропитании. Электропитание может не выключаться только у миксеров, работающих в непрерывном режиме [11].

5 6

4

3

2

1

Рис. 3.13. Общий вид индукционной тигельной печи

Ось наклона печи 4 располагают вблизи сливного носка 5 (летки), чтобы струя расплавленного металла не меняла своего направления в процессе разливки. Это исключает необходимость маневрирования ковшом. Однако из-за далекого расположения центра тяжести от оси вращения толкающие усилия при этом способе наибольшие. У миксеров (копильников) тигель всегда заполнен металлом и при разливке

70