5. Проаналізуйте основні елементи конструкції і механізми дугової сталеплавильної печі.

Дуговая сталеплавильная печь представляет собой сложный агрегат, оснащенный большим количеством узлов и механизмов, основными из которых являются: днище печи; кожух печи; сводовое кольцо; опорная конструкция для установки кожуха; механизм наклона печи для слива металла и скачивания шлака; электрододержатели; механизмы зажима и передвижения электродов; механизм подъема свода механизм выката портала со сводом или корпуса печи или механизм

отворота свода; устройство для электромагнитного перемешивания жидкого металла.

Кожух печи и сводовое кольцо

Кожух или каркас печи служит для поддержания огнеупорной футеровки и крепления различных механизмов. По геометрии верхней части кожуха ДСП можно классифицировать на следующие виды: цилиндрические; цилиндроконические; бочкообразные.

Нижнюю часть кожуха печи делают в виде усеченного конуса или сферической. К верхней части кожуха приварено литое кольцо желобчатого типа, которое одновременно играет роль жесткой конструкции и служит песочным затвором печи.

В кожухе предусмотрены два отверстия для рабочего окна и сливного желоба. К нижней части кожуха крепится днище печи - сферическое, плоское или коническое. Наиболее рациональной формой днища является сферическая. На электропечах емкостью более 25 тонн обычно устанавливают устройство электромагнитного перемешивания стали. В этом случае днище печи делают из немагнитной стали. Так как обычная сталь, являясь магнитным экраном, ослабляет магнитное сцепление между статором перемешивающего устройства и ванной. Днище из немагнитной стали крепят к корпусу печи только болтами из-за разных коэффициентов теплового расширения конструкционной стали кожуха и немагнитной стали днища.

Сводовое кольцо

Служит для формирования огнеупорами свода печи, а также для снятия и перемещения свода при завалке печи. В последнее время кроме того служит для крепления водоохлаждаемых секций свода.

Своды на малых и средних печах - обычно распорной конструкции. На крупных печах - распорно- подвесной конструкции с подвеской центральной части.

Как правило сводовое кольцо водоохлаждаемое. К нему приваривается снизу по периметру нож песочного затвора для улучшения герметизации рабочего пространства печи при закрытом своде.

В середине свода имеются:

три отверстия для прохода графитированных электродов, центры которых лежат на окружности с центром в центре свода; одно отверстие для отвода газов из рабочего пространства печи; одно или несколько отверстий для фурм, подающих кислород (не обязательно).

Опорная конструкция для установки кожуха служит для фиксации корпуса печи при ее движениях.

К нижней части кожуха приваривают кольцевой опорный брус, которым кожух опирается на четыре или восемь тумб с опорными и упорными роликами.

Тумбы устанавливают на раме двухсекторной люльки, опирающейся секторами на металлические фундаментные балки. Сдвиг люльки при наклоне печи предотвращается шипами, входящими при наклоне в отверстия фундаментных балок.

Механизм наклона печи

Механизм наклона печи предназначен для наклона печи в сторону сталевыпускного отверстия на угол до 45° для слива металла и шлака в конце плавки и для наклона печи в сторону рабочей площадки на угол до 15° при скачивании шлака или сходе его из печи самотеком

Требования к механизму наклона печи: должен обеспечивать плавный наклон с регулируемой скоростью; должен быть защищен от попадания брызг металла и шлака; должен обеспечить наклон печи в случае прорыва металлом подины. Существуют два типа выполнения механизма: боковой; нижний.

Боковой лучше защищен от брызг металла и шлака и недоступен металлу при прорыве подины. Однако он очень чувствителен к перекосам в конструкции. Нижний тип механизма наиболее распространен. По типу приводов механизмы наклона печи делятся тоже на два типа:

с электромеханическим приводом;

с гидравлическим приводом.

Гидравлический привод проще и надежнее в эксплуатации. В настоящее время он применяется на всех новых печах.

Электрододержатели

Электрододержатели предназначены для удержания электродов на заданной высоте и для подвода к ним электрического тока. Требования к конструкции электрододержателей: должна обеспечивать надежное удержание электродов при всех эволюциях печи: должна обеспечивать минимальные электрические потери в месте контакта с графитированным электродом; должна обеспечить возможность перепуска электродов по вертикали; должна быть достаточно жесткой для исключения прогиба под тяжестью электрода и возникновения вибрации.

Электрододежатель состоит из: головки электрододержателя: зажимающего устройства: рукава; каретки или телескопической стойки; жесткой части вторичного токоподвода; механизма перемещения электрода. Головка электрододержателя состоит из двух частей: механически прочного держателя и токоподводящего устройства с возможно более малым электрическим сопротивлением (как правило из бронзы). Головка электрододержателя водоохлаждаемая.

Механизм зажима

На современных крупных печах применяют трех типов: пружинно-пневматические; пружинно-гидравлические: чисто пневматические.

В первых двух типах зажимающего устройства зажим электрода осуществляется усилием пружины, передаваемым через рычаги и тяги на хомут. Электрод освобождается при подаче в пневмо- или гидроцилиндр воздуха или рабочей жидкости, которые перемещают поршень и сжимают пружину. Усилие пружин достигают 20 тонн.

На малых печах применяют клиновые и клещевые зажимы электродов.

Механизм передвижения электродов предназначен для перемещения всей подвижной части электрододержателя вместе с электродом относительно неподвижной части электрододержателя и, в конечном итоге, относительно корпуса печи, необходимое для поднятия электродов во время завалки шихты и регулировании длины дуги.

Во всех механизмах использован принцип движения электрода вниз за счет собственного веса и используются противовесы для компенсации веса подвижной части электрододержателя вместе с электродом для снижения мощности электромоторов и массы конструкции.

Механизмы по конструкции бывают двух типов: кареточный - подвижная часть передвигается относительно неподвижной с помощью каретки; телескопический - подвижная часть входит внутрь неподвижной. Перемещение каретки электрододержателя по неподвижной стойке или перемещение тепескопической стойки электрододержателя может осуществляться электромеханическим или гидравлическим приводом.

Электромеханический привод бывает двух типов: реечный - усилие электромотора передается через упругую муфту и червячный редуктор на рейку подвижной части электрододержателя; с гибкой связью - усилие электромотора передается на каретку или телескопическую стойку с помощью троса.

Преимущества электромеханического привода - простота конструкции, быстрая замена вышедших из строя элементов. Недостатки электромеханического привода - низкая точность в регулировке хода. Недостатки гибкой связи - длительность времени запаздывания из-за упругой деформации троса, сложность замены троса. Преимущества гидропривода - малая инерционность, плавность хода и малые габариты. Недостатки гидропривода - сложность оборудования, низкий ресурс уплотняющих материалов, присутствие большого объема рабочей жидкости в пожароопасном месте.

Механизмы подъема и отворота свода

Механизм подъема свода предназначен для подъема свода на 120 - 150 мм при выкате ванны или отвода или отворота свода для загрузки шихты или ремонте печи и на 40 - 50 мм при вращении корпуса во время расплавления шихты.

Существуют три конструктивные схемы механизма подъема свода: для подвижного портала - механизм устанавливается на портале, который после подъема свода откатывается в сторону рабочей площадки; для неподвижного портала - механизм устанавливается на неподвижном портале, после подъема свода печь выкатывается на рабочую площадку; на поворотном полупортале - механизм закреплен на мощном поворотном полупортале.

Состоит как правило из одного или двух электромоторов, соответствующего числа редукторов и двух систем соединения редукторов с цепями подъема свода. Свод на цепях Галля подвешен в четырех точках.

4. Проаналізуйте особливості технології плавки в індукційних печах.

Индукционные печи применяют в металлургии и машиностроении для вы­плавки высококачественных сталей и сплавов. Наиболее крупные индукционные печи имеют емкость до 60 т.

Для выплавки стали и сплавов на её основе применяют бессердечниковые печи, в которых используют тепло, выделяемое металлом за счет возбуждения в нем электрического тока переменным магнитным полем. Источником электро­магнитного поля в индукционной печи служит индуктор. Индуктор представляет собой спираль с определенным числом витков из токопроводящего материала, навитых на тигель, в котором располагают шихту для плавки.

Индукционные печи делят на два типа: питаемые током промышленной частоты (50 Гц) и током повышенной частоты (от 50 до 1000 Гц). При этом, по мере роста емкости печи и диаметра тигля, частота питающего тока снижается.

Индукционная плавильная установка состоит из печи с механизмом накло­на и питающего электрооборудования (генератора повышенной частоты, батареи конденсаторов, щита управления и на крупных печах - автоматического регуля­тора электрического режима). Основные элементы печи - каркас, индуктор и ог­неупорный тигель, который иногда закрывают крышкой.

Футеровка индукционной печи (см. рис.2.44) состоит из футеровки тигля, подовой плиты (подины), верхней керамики (воротника) со сливным носком. Подовая плита служит основанием для футеровки тигля и для индуктора. На средних и крупных печах её выполняют из шамотных блоков или кирпичей, ре­же- из огнеупорного бетона. Футеровку тигля делают набивной (при плавке ме­талла она спекается в монолит). На больших печах в ряде случаев футеровку тигля выкладывают из кирпичей. Футеровку выше верхнего витка индуктора (воротника) делают из фасонных кирпичей (шамота, хромомагнезита) или из ог­неупорных масс со связующим. Сливной носок - фасонное изделие из шамота. Футеровка может быть основной и кислой. Стойкость тиглей с кислой футеров­кой выше (20-250 плавок), чем с основной (10-100 плавок).

Металл из тигля сливают через сливной носок, поворачивая установленный на двух цапфах каркас печи на угол 95°. Наклон печи производят с помощью ле­бедок, тельферов, а на крупных печах - гидравлическими механизмами.

Плавку в индукционных печах обычно ведут без окисления примесей и не ставят задачу удаления фосфора и серы, так как из-за «холодных» шлаков де- фосфорация и десульфурация затруднены. Стали и сплавы выплавляют либо из легированных отходов (метод переплава), либо из чистого шихтового железа и лома с добавкой ферросплавов (метод сплавления).

Выбор установки. В печи с основной футеровкой можно выплавлять сталь! любого состава, но стойкость этой футеровки значительно ниже, чем кислой. В печах с кислой футеровкой нельзя выплавлять стали с высоким содержанием марганца, алюминия, титана, циркония, так как оксиды марганца, взаимодейст­вуя с кремнеземом футеровки, быстро разрушают ее, а алюминий, титан и цир­коний восстанавливают кремний из кремнезема футеровки.

Плавка в печи с основной футеровкой. Продолжительность плавки в ин­дукционной печи очень небольшая, что не позволяет многократно проверить со­став металла путем его анализа. Поэтому получение стали с заданным составом базируется на предварительном расчете шихты, для чего необходимы точное знание ее состава и взвешивание. В частности, содержание углерода, серы и

фосфора не должно превышать допустимых в выплавляемой стали пределов. Шихту составляют из мелких и крупных кусков, что обеспечивает плотность ее укладки и сокращение длительности плавления. Наиболее крупные куски укла­дывают у стенок тигля, где плотность токов максимальная. Тугоплавкие ферро­сплавы загружают в нижнюю половину тигля. После включения тока следят за тем, чтобы куски шихты не сваривались в «мосты», препятствующие оседанию плавящихся кусков вниз. По мере оседания шихты догружают ту ее часть, кото­рая не вместилась при завалке. После появления жидкого металла в тигель вво­дят шлакообразующую смесь из извести, плавикового шпата и магнезита в соот­ношении 4:1:1. Назначение наводимого шлака - уменьшить насыщение металла газами из атмосферы и окисление легирующих элементов. Длительность плавле­ния изменяется от 30-40 мин на малых печах (емкостью около 50 кг) до 2 ч на крупных.

После расплавления отбирают пробу металла на анализ и сливают пла­вильный шлак, чтобы предотвратить восстановление из него фосфора, после чего наводят новый шлак, добавляя шлакообразующую смесь того же состава, что и в период плавления. Мощность, подаваемую на индуктор, снижают на 30-40%. После получения результатов анализа проводят легирование, корректировку со­става металла и его раскисление путем введения в тигель соответствующих фер­росплавов, после чего металл сливают из тигля в ковш.

6. Проаналізуйте шихтові матеріали, що використовують під час виплавки сталі в ДСП.

Металлический лом должен иметь определенные габариты. Мелкий лом, как правило, более окислен, замусорен и загрязнен маслом. Малая насыпная плотность мелкого лома не позволяет завалить в печь всю шихту в один прием, вследствие чего после расплавления первой порции шихты приходится производить подвалку. Это снижает производительность печи и увеличивает потери тепла. Особые трудности представляет переплав стружки. Длинная витая стружка затрудняет загрузку; как правило, она сильно загрязнена маслом и уже на месте получения смешивается с отходами стали других марок, а часто и со стружкой цветных металлов. По этим причинам стружку следует переплавлять на заводах Вторчермета и электросталеплавильным цехам поставлять изготовленные из нее болванки с известным химическим составом. Стружка, поставляемая непосредственно в электросталеплавильные цеха, должна быть спрессована и обожжена.Нежелательно, чтобы в шихте были чрезмерно крупные куски (бракованные слитки, недоливки и т. п.). В дуговой печи можно расплавлять крупногабаритный лом, но продолжительность плавления при этом увеличивается, длительное время приходится работать на высокой мощности, что снижает стойкость футеровки. - металлический лом (легированный, нелегированный); - металлическая стружка; - железная руда; - окалина; - газообразный кислород; - известь; - известняк; - плавиковый шпат; - электродный бой.