Краткое описание технологии и оборудования электросталеплавильного производства
Основным способом производства стали в России является конвертерный. Это из-за невозможности переработки в конвертерах 100% лома неизбежно применение мартеновского или электросталеплавильного способов. Из-за рядов недостатков мартеновский процесс выходит из применения, а электроплавка еще десятилетиями сохранит свое значение. Развитие электросталеплавильного производства будет идти параллельно с кислородно-конвертерным.
На металлургических предприятиях с большим объемом производства низколегированной и трансформаторной сталей в основном применяют дуговые трехфазные электропечи вместимостью: 50, 100 и 200т. На специализированных заводах по производству высококачественной и специальных сталей применяют дуговые электропечи вместимостью 3-100т, индукционные электропечи обычных конструкций и вакуумные печи. Высококачественные слитки (по структуре и поверхности) получают в вакуумных электропечах с расходуемым электродом и в печах электрошлакового переплава. В последнее время для получения сталей для атомной и ракетной техники применяют электронно-лучевые и плазменные печи. Ферросплавы выплавляют в дуговых электропечах на специализированных заводах.
Выплавка стали в дуговых электропечах основана на том, что электрическая энергия превращается в тепловую вследствие электрического разряда, протекающего в газовой среде или в вакууме. При электрическом разряде огромные мощности выделяются в небольших объемах металла. Под воздействием высоких температур металл быстро расплавляется.
Создание дуговых электропечей большой вместимостью преследует цель повышения технико-экономических показателей работы электросталеплавильных цехов, т.к. значительно сокращаются капитальные вложения на строительство печей, уменьшается расход электроэнергии и материалов, понижаются эксплуатационные расходы.
Рассмотрим работу механизмов электропечи на примере печи нового поколения ДСП-200.
Дуговая электропечь ДСП-200, разработанная производственным объединением ВНИИметмаш и ВНИИЭТО, оборудована трансформатором мощностью 125 МВ•А и предназначена для выплавки конструкционных углеродистых, низколегированных и легированных сталей. Отличительными особенностями электропечи являются отсутствие механизма поворота корпуса печи, установка гидравлических приводов механизмов перемещения электродов и подъема свода, обладающих рядом преимуществ перед электрическим приводом, применение в механизмах навесных электроприводов и новые конструкции узлов крепления, исключающие возникновение дополнительных напряжений при перекосах и деформациях металлоконструкций. Общая компоновка механизма представлена на рис. 13.
Корпус печи 14 выполнен цельносварной конструкции из листового металла толщиной 40мм. Верхняя часть корпуса изготовлена цилиндрической, средняя - в форме усеченного конуса, нижняя (днище) - сферической. В верхней части корпуса закреплено кольцо жесткости, являющееся одновременно кольцевым желобом песочного затвора. К конической части корпуса приварен пояс жесткости с вставками для крепления сливного носка 10 и рамы рабочего окна 15. Печь опирается на четыре тумбы 13. Узлы соединения корпуса с тумбами обеспечивают свободное тепловое расширение корпуса при нагревании. На люльке напротив днища корпуса, установлен статор устройства для электромагнитного перемешивания металла. Напряжение на электроды подается гибким кабелем 23.
Опорно-поворотная часть печи выполнена традиционной конструкции и состоит на двух опорных сегментов 4, прикрепленных к люльке 5, и двух ходовых балок 11. Механизм наклона печи снабжен двумя зубчатыми рейками 3 и навесными приводами 2, шарнирно соединенными с основанием 1.
Подъем и опускание свода 16 осуществляется механизмам, расположенными на полупортале 17 и состоящим из рычажной системы 18 и двух гидроцилиндров 24. Полупортал сварной конструкции закреплен на поворотной платформе 27 и служит основанием для роликоопор колонн электрододержателей, подвески свода и механизмов перемещения электродов и свода.
Платформа с одной стороны опирается на приводной и непригодной балансиры 30, снабжена двумя коническими колесами каждый, а с другой стороны - на ось 28. Приводной балансир механизма отворота свода снабжен навесным элекпроприводом. Поворот платформы ограничивают упоры 29. Стопорение платформы производят гидравлическим механизмам 6.
Зажатие электродов 19 в электрододержателях 20 осуществляют пружинно-пневматическими механизмами 21. Колонны 22 электрододержателей помещены в раликовы е направляющие, состоящего из нижнего 7 и верхнего 8 рядов продольных и поперечных опорнь+х роликов.
Рис.13. Дуговая электропечь ДСП-200 нового поколения
Механизмы перемещения электродов однотипны. Каждый механизм снабжен гидроцилиндром 26 с подвижным корпусом, закрепленным внутри штанги 25. Последняя прикреплена к электрододержателю и расположена между опорными роликами 9.
Подъем и опускание заслонки рабочего окна 15 производят цепным механизмом с приводом 12, расположенным на люльке.
| Техническая характеристика печи ДСП-200. Вместимость номинальная, т | |
| Продолжительность плавки, ч | |
| Скорость перемещения электродов, мм(с | |
| Ход электродов, мм | |
| Угол наклона печи на слив, град: Металла | |
| Шлака | |
| Продолжительность наклона печи на слив металла, мин | 2-8 |
| Угол поворота свода, град | |
| Продолжительность поворота, мин | |
| Высота подъема свода, м | 0,48 |
| Продолжительность подъема, мин | 0,5 |
| Масса металлоконструкций печи, т |
Кинематические схемы механизмов электропечи показаны на рис.14.
Наклон люльки и печи 18 (рис.14,а) с одновременным посryпательным движением происходит, как и в раннее рассмотренных электропечах, в результате обкатывания опорнь+х сегментов 1 по ходовым балкам 2, расположенным на фундаменте. Печь снабжена двумя однотипными параллельно работающими механизмами наклона с навесными приводами. В состав каждого механизма входят двухсторонняя зубчатая рейка 9, шарнирно прикрепленная к люльке, корпус 4 реечной передачи и четыре привода, состоящие из четырекступенчатых редукторов 7 и электродвигателей б со встроенными тормозами. Корпус по рейке центрируется в плоскости качания четьчрьмя роликами 5. Правильность зацепления рееечной передачи достигнута установкой пo обеим сторонам приводных реечных шестерен 8 роликов, находящихся в контакте с беговыми дорожками на гранях рейки. Попарное расположение приводныых шестерен с противоположньэх сторон рейки исключило ее изгиб. :-авесньье редукторы пусготелььми аедомьвми валами йосаженьв на конические хвостовики валов приводных шестерен и соединены с корпусом реечной передачи пружинными буферами 11 (рис.14, б). Шарнирный узел 3 соединения корпуса рееечной передачи с основанием обеспечивает его поворот отноСительно двух взаимно перпендикулярных осей и создает условия самоустанааливания по рейке.
Применение навесных приводов позволило уменьшить нагрузки, действующие на зубья реечной передачи, обеспечить работоспособностьгие_ ханизма при выходе из строя части электродвигателей и значительно уменьшить нагрузки механизма в период пуска.
Техническая характеристика механизма наклона электропечи
| Скорость движения рейки, м/мин | 2,18 |
| Общее передаточное число редуктора | |
| Электродвигатель: мощность, кВт | 8-12 |
| частота вращения, об/мин | |
| продолжительность включения, % |
Электропечь снабжена тремя однотипными электрсдодержателями и механизмами перемещения электродов (рис. 14,б), объединенными в один общий блок, расположенный на поворотной платформе 38 палупортагоа. Сварной рукав злектрододержателя 26 вь;полнен из маломагнитной стали и жестко соединен с колонной 36, расположенной между двумя рядами продольнык и поперечных роликов 37. К электрододержатепю прикрепггена пустотелая штанга 34 гидравлического механизма перемещения электрода. Два продольных ролика, расположенных в верхней части полупортало, воспринимают горизонтальные нагрузки, возникающие при наклоне печи. Вертикальное перемещение электрододержателя и электрода осуществляется гидравлическим цилиндром 33. Подвижный корпус гидроцилиндра закреплен внутри штанги 34, а неподвижный плунжер связан с платформой стойкой со сферическими шарнирами. Такая конструкция узла крепления обеспечивает самоустанавливание и разгружает гидроцилимадр от действия горизонтальных сил при перекосах.
Механизм зажима электрода (рис.14,б) состоит из хомута 24, двуплеуета рычага 25, тяги 27, набора пружин 28 и пневматического цилиндра 29, Пружимы ломещены в стакан корпуса пневмоцилгвндра. Усилие зажатия электрода 23 создается пружинами, величину сжатия которых регулируют гайками. Пневмоцилиндр служит для освобождения электрода при запуске или замене. Шарнирное соединение корпуса пневмоцилиндра с электрододержателем и применение сферических шарниров в рычажной системе обеспечили компенсацию температурных деформаций и ликвидировали дополнительные нагрузки при перекосах электрода и электрода держателя.
Рис.14. Кинематическая схема механизмов:
а – наклона электропечи; б – зажима и перемещения электродов, подъема свода и заслонки рабочего окна; в – поворота полупортала; г – навесного привода
Подъем и опускание свода 19 (рис. 14,б) производят механизмом, расположенным на полупортале 22 и состоящим из четырех тяг 20, двух рычажных параллелограмных механизмов 21, тяг 30, трехшарнирных рычагов 31 и двух качающихся гидроцилиндров 32 двустороннего действия. Применение гидропривода позволило упростить конструкцию механизма перемещения свода, уменьшить его габариты и массу по сравнению с электроприводным.
Опорно-поворотная часть платформы 38 полупортала (рис. 14,в) состоит из центральной оси 52, непригодного 41 и приводного 51 балансиров. Каждый балансир снабжен двумя безребордными коническими колесами, опирающимися на два концентричных дугообразных рельса 39 и 40. Оси конических колес балансиров заключены в качающиеся обоймы 42 и 51, поворачивающиеся в опорах платформы. Такое устройство опор балансира обеспечивает равномерное распределение нагрузок в паре конических колес. Центральная ось закреплена в люльке печи и соединена с платформой обоймой 53 с двумя взаимно перпендикулярными осями качания, образующими универсальный шарнир. Опорно-поворотная часть платформы рассмотренной конструкции является статически определимой системой, без пассивных связей, в следствии чего опоры разгружены от дополнительных усилий, возникающих из-за неточностей изготовления и монтажа, а также деформации металлоконструкций люльки и платформы.
Приводной балансир механизма отворота свода (рис .14,в) снабжен навесным приводом, состоящим из двух электродвигателей 43 с встроенными тормозами, двух быстроходных трехступенчатых редукторов 44 и тихоходного одноступенчатого редуктора 46 с двумя ведущими валами. Электродвигатели и быстроходные редукторы установлены на качающихся рамах 54, шарнирно соединенных пружинными буферами 55 с корпусом тихоходного редуктора. Пустотелые выходные валы быстроходных редукторов посажены на конические хвостовики валов шестерен 45, а тихоходный редуктор пустотелым валом колеса 47 посажен на конусный участок вала конических ходовых колес. Корпус тихоходного редуктора связан с платформой сферическим шарнирам 56, исключающим поворот корпуса. Помимо отмеченных раннее достоинств (см. многодвигательные приводы конвертеров), применение навесного привода в механизме отворота свода обусловлено необходимостью исключить воздействие на него нагрузок, возникающим при деформации металлоконструкции платформы
| Техническая характеристика механизма отворота а свода. | |
| Передаточное число редуктора: быстроходного | 102,3 |
| тихоходного | 4,56 |
| Электродвигатель: мощность, кВт | |
| частота вращения, об/мин |
Фиксирование поворотной платформы в случае наклона электропечи осуществляется механизмом (рис. 14,в), состоящим из стопора 49 и гидроцилиндра 48 двойного действия. Гидроцилиндр и направляющие стопоры закреплены на металлоконструкции люльки. Стопор входит в гнездо, выполненное в платформе.
Перемещение заслонки 16 рабочего окна (рис. 14, б) производят цепным механизмом, состоящим из двух пластинчатых цепей 15, приводных 12 и направляющих 17 звездочек и двух электроприводов, соединенных с валом приводных звездочек. В состав каждого привода входят электродвигатель 13 и двухступенчатый редуктор 14 [1,2].
Порядок выполнения работы
1. Построить кинематические схемы механизмов модели и реальной печи ДСП-200.
2. Провести сравнительное описание схем.
3. Определить передаточные отношения редуцирующих устройств.
4. Провести анализы полученных результатов и сделать выводы по работе.
Оформление отчета и зачет
По материалам рабочей тетради, методических указаний, личных наблюдений и литературных источников каждый студент составляет отчет по работе. Отчет должен включать:
- Название работы;
- Цель работы;
- Кинематические схемы узлов и механизмов;
- Кинематический анализ;
-Анализ результатов и выводы по работе.
Зачет по лабораторной работе ставится при наличии отчета по результатам беседы преподавателя со студентом.
Библиографический список
1. Машины и агрегаты металлургических заводов: Учебник для вузов в 3-х т /А.И. Целиков, П.И. Полухин, В.М. Гребеник и др. 2-е изд., перераб. и доп..-М.:Металлургия, 1988.432с. Т.2: Машины и агрегаты сталеплавильных цехов.
2. Механическое оборудование сталеплавильных цехов / М.З. Левин, В. Я. Седуш и др. Киев: Вища шк. Головное из-во, 1985. – 165 с.
ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПРОВЕДЕНИЮ РАБОТ И ОФОРМЛЕНИЮ ОТЧЕТОВ
Работы выполняются бригадами студентов, которые формирует староста группы. Лица, не участвовавшие в выполнении работ в плановые сроки, организуются в свободные бригады с целью проведения работ во внеурочное время. Формирование таких бригад обеспечивается старостой группы, он же согласовывает порядок работы этой бригады с преподавателем и заведующим лабораторией.
Отчеты по лабораторным работам оформляют в тетрадях, которые должны быть сброшюрованы в один блок. Предварительно черновые наброски, данные и расчеты выполняют в рабочей тетради. Предварительный отчет утверждается преподавателем и лишь, потом оформляется в чистовом варианте. Текст отчета должен быть кратким, грамотным. Титульный лист блока отчетов должен соответствовать СТП МГМИ 1.07-86 "Лабораторная работа. Оформление отчета".
Если к студенту нет замечаний по выполнению работ и оформлению отчета, то зачет по лабораторному практикуму проставляется "автоматически". В противном случае преподаватель проводит собеседование, в процессе которого проверяются знания студентов по тематике лабораторных работ.