Пристрій дугових печей змінного та постійного струму, Загальний опис дугової електропечі
Загальний опис дугової електропечі змінного струму
Дугова піч (малюнок 1) складається з робочого простору (власне печі) з електродами і струмопідводами та механізмів, що забезпечують нахил печі, утримання та переміщення електродів та завантаження шихти.
Кожух печі повинен витримувати навантаження від маси вогнетривів та металу. Його роблять звареним із листового заліза товщиною 16-50 мм залежно від розмірів печі. Форма кожуха визначає профіль робочого простору дугової електропечі. Найбільш поширеним нині є кожух конічної форми. Нижня частина кожуха має форму циліндра, верхня частина - конусоподібна з розширенням догори. Така форма кожуха полегшує заправку печі вогнетривким матеріалом, похилі стіни збільшують стійкість кладки, оскільки вона розташована далі від електричних дуг. Використовують також кожухи циліндричної форми з водоохолоджуваними панелями. Для збереження правильної циліндричної форми кожух посилюється ребрами та кільцями жорсткості. Днище кожуха зазвичай виконується сферичним, що забезпечує найбільшу міцність кожуха та мінімальну масу кладки. Дно виконують з немагнітної сталі для установки під піччю електромагнітного пристрою, що перемішує.
Для завантаження шихти в печі невеликої ємності та підвантаження легуючих та флюсів у великі, печі завантаження шлаку, огляду, заправки та ремонту печі є завантажувальне вікно, обрамлене литою рамою. До рами кріпляться напрямні, якими ковзає заслінка. Заслінку футерують вогнетривкою цеглою. Для підйому заслінки використовують пневматичний, гідравлічний чи електромеханічний привід.
З протилежного боку кожух має вікно для випуску сталі із печі. До вікна приварений зливнийжолоб. Отвір для випуску сталі може бути круглим діаметром 120-150 мм або квадратним 150 на 250 мм. Зливний жолоб має коритоподібний переріз і приварений до кожуха під кутом 10-12 ° до горизонталі. Зсередини жолоб футерують шамотною цеглою, довжина його становить 1-2 м.
Електродотримачі служать для підведення струму до електродів і затискача електродів. Головки електродотримачів роблять із бронзи або сталі та охолоджують водою, так як вони сильно нагріваються як теплом з печі, так і контактними струмами. Електродотримач повинен щільно затискати електрод та мати невеликий контактний опір. Найбільш поширеним нині є пружинно-пневматичний електродотримач. Затискач електрода здійснюється за допомогою нерухомого кільця та затискної плити, яка притискається до електрода пружиною. Ог-тискання плити від електрода і стиск пружини відбуваються за допомогою стисненого повітря. Електродотримач кріпиться на металевому рукаві - консолі, що скріплюється з Г-подібною рухомою стійкою в одну жорстку конструкцію. Стійка може переміщатися вгору або вниз усередині нерухомої коробчастої стійки. Три нерухомі стійки жорстко пов'язані в одну загальну конструкцію, яка лежить на платформі опорної люльки печі. Переміщення рухомих телескопічних стійок відбувається або за допомогою системи тросів і противаг, що рухаються електродвигунами, або за допомогою гідравлічних пристроїв. Механізми переміщення електродів повинні забезпечити швидке піднесення електродів у разі обвалу шихти в процесі плавлення, а також плавне опускання електродів, щоб уникнути їх занурення в метал або ударів об шматки шихти, що не розплавилися. Швидкість підйому електродів становить 2,5-6,0 м/хв, швидкість опускання 1,0-2,0 м/хв.
Механізм нахилу печі має плавнонахиляти піч у бік випускного отвору на кут 40-45° для випуску сталі і на кут 10-15 градусів у бік робочого вікна для спуску шлаку. Станина печі, або колиска, на якій встановлений корпус, спирається на два - чотири опорні сектори, які перекочуються горизонтальними напрямними. У секторах є отвори, а в напрямних - зубці, за допомогою яких запобігає прослизання секторів при нахилі печі. Нахил печі здійснюється за допомогою рейки та зубчастого механізму або гідравлічним приводом. Два циліндри укріплені на нерухомих опорах фундаменту, а штоки шарнірно пов'язані з опорними секторами колиски печі.
Система завантаження печі буває двох видів: через вікно завалки мульдозавалочной машиною і через верх за допомогою бадді. Завантаження через вікно застосовують лише на невеликих печах.
При завантаженні печі зверху в один-два прийоми протягом 5 хв менше охолоджується футерування, скорочується час плавлення; зменшується витрата електроенергії; ефективніше використовується обсяг печі. Для завантаження печі склепіння піднімають на 150-200 мм над кожухом печі і повертають убік разом з електродами, повністю відкриваючи робочий простір печі для введення бадді з шихтою. Звід печі підвішено до рами. Вона з'єднана з нерухомими стійками електродотримачів в одну жорстку конструкцію, що лежить на поворотній консолі, яка укріплена на опорному підшипнику. Великі печі мають поворотну вежу, у якій зосереджено всі механізми відвороту склепіння. Башта обертається навколо шарніра на катках по дугоподібній рейці. Баддя є сталевим циліндром, діаметр якого менше діаметра робочого простору печі. Знизу циліндра є рухомі гнучкі сектори, кінці яких стягуються через кільця тросом. Зважування та завантаження шихтивиготовляються на шихтовому дворі електросталеплавильного цеху. Баддя на візку подається до цеху, піднімається краном і опускається в піч. За допомогою допоміжного підйому крана трос висмикують з вушок секторів і при підйомі цегли сектора розкриваються і шихта вивалюється в піч в тому порядку, в якому вона була укладена в цебра.
При використанні в якості шихти металізованих окатишів завантаження може здійснюватися безперервно по трубопроводу, який проходить в отвір у склепіння печі.
Під час плавлення електроди прорізають у шихті три колодязі, на дні яких накопичується рідкий метал. Для прискорення розплавлення печі обладнуються поворотним пристроєм, який повертає корпус в один і інший бік на кут 80°. При цьому електроди прорізають у шихті вже дев'ять колодязів. Для повороту корпусу піднімають склепіння, піднімають електроди вище за рівень шихти і повертають корпус за допомогою зубчастого вінця, прикріпленого до корпусу, і шестерень. Корпус печі спирається на ролики.
Малюнок 1. Схема робочого простору дугової електропечі:
1 - куполоподібне склепіння; 2 – стінки; 3 – жолоб; 4 - сталевипускний отвір; 5 – електрична дуга; 6 - сферичний під; 7 – робоче вікно; 8 - заслінка; 9 - електроди
Дугові печі бувають різної ємності (до 250 т) та з трансформаторами потужністю до 125 тисяч кіловат. Джерелом тепла в дуговій печі є електрична дуга, що виникає між електродами та рідким металом або шихтою при додатку до електродів електричного струму необхідної сили. Дуга є потік електронів, іонізованих газів і парів металу і шлаку. Температура електричної дуги перевищує 3000 о С. Дуга, як відомо, може виникати при постійному та змінному струмі. Дугові печі працюють назмінному струмі. При горінні дуги між електродом і металевою шихтою в перший період плавки, коли катодом є електрод, дуга горить, так як простір між електродом та шихтою іонізується за рахунок випромінювання електронів з нагрітого кінця електрода. При зміні полярності, коли катодом стає шихта - метал, дуга гасне, оскільки на початку плавки метал ще нагрітий і його температура недостатня для емісії електронів. При наступному зміні полярності дуга знову виникає, у початковий період плавки дуга горить уривчасто, неспокійно. Після розплавлення шихти, коли ванна покриває рівним шаром шлаку, дуга стабілізується та горить рівно.