Proiectarea mecanismelor cuptoarelor electrice cu arc

În cuptoarele moderne cu arc electric, încărcătura este încărcată de sus cu ajutorul unui coș cu fundul deschis.

În funcție de modul de deschidere pentru încărcarea de sus, se disting cuptoare cu o boltă rotativă, o carcasă rulantă și o boltă rulantă (figura 1).

Există două tipuri de cuptoare cu boltă rotativă: cu mecanismul de deschidere a bolții sprijinit pe un leagăn și cu sprijin pe o fundație separată. În cazul cuptoarelor moderne de primul tip (figura 1, a), bolta este suspendată de semiportalul 2, care, împreună cu electrozii 5 și sistemul de deplasare a acestora, este fixat pe arborele rotativ 8, sprijinit pe leagănul 9. Pentru încărcarea încărcăturii, bolta este ridicată cu 150-300 mm, trăgându-se până la semipalet, iar electrozii sunt ridicați din spațiul de lucru.

Apoi, prin rotirea arborelui 8, se deșurubează bolta cu electrozii la un unghi de 85 °, deschizându-se astfel spațiul de lucru. Înclinarea cuptorului către jgheabul de scurgere 11 și fereastra de lucru 4 este asigurată prin balansarea leagănului.

Cuptorul de tipul al doilea (una dintre variante, figura 1, d) este echipat cu o coloană mobilă 14 , care este susținută pe fundație și echipată cu mecanisme de acționare pentru ridicarea și rotirea acesteia. În poziția inferioară, semiportalul 2 împreună cu sistemul de deplasare a electrozilor este susținut prin intermediul a doi stâlpi 13 pe leagăn și a bolții pe cuptor. Pentru a deschide spațiul de lucru, coloana 14 se deplasează în sus și, angajându-se în semipalet, îl ridică împreună cu bolta și electrozii, apoi, prin rotire, îndepărtează bolta cu electrozii de cuptor; în prealabil, electrozii sunt îndepărtați din spațiul de lucru. Leagănul se înclină împreună cu cuptorul, bolta și semiportul cu electrozi.

În cazul cuptorului cu carcasă basculantă (figura 1, b), portalul 6 este fixat rigid pe suportul 9, bolta 3 este suspendată de portal, iar electrozii 5 cu sistemul lor de mișcare sunt fixați pe portal. Învelișul 1 al cuptorului este montat pe un cărucior 12 care, cu ajutorul roților de rulare 7, se poate deplasa pe șinele așezate pe leagăn. Înainte de încărcare, bolta este ridicată, electrozii sunt scoși din spațiul de lucru, după care leagănul este rulat de sub portic spre fereastra de lucru 4. Leagănul înclină cuptorul împreună cu portalul.

Un alt tip de cuptor cu o carcasă rulabilă este, de asemenea, obișnuit. Leagănul și portalul cu bolta și electrozii sunt susținute pe două segmente de suport separate. Carcasa cuptorului este fixată pe consolă și se rostogolește de sub portal împreună cu consolă. Atunci când cuptorul este înclinat, leagănul este conectat rigid la segmentele de suport ale portalului printr-un dispozitiv de blocare. Segmentele leagănului și ale portalului au aceeași rază de curbură, ceea ce asigură o înclinare sincronă a leagănului și a portalului.

În cuptorul cu boltă rulantă (figura 1, c), portalul 6 și carcasa 1 sunt susținute pe un leagăn comun 9, cu portalul montat pe roțile de deplasare 7, și se pot deplasa pe șine așezate pe leagăn; portalul este fixat de bolta 3 cu electrozi. Înainte de încărcare, bolta cu electrozi 5 este ridicată, iar portalul este rulat în jos, deplasându-se de pe suport în direcția toboganului 11 sau a ferestrei de lucru 4. Prin balansarea leagănului se asigură înclinarea cuptorului împreună cu portalul; portalul în timpul înclinării este fixat rigid de leagăn cu ajutorul unor opritori speciale. În prezent, cuptoarele cu corp de laminare și boltă de laminare sunt considerate învechite. În ultimii ani, se construiesc cuptoare mai avansate cu boltă pivotantă. Mecanismele acestor cuptoare sunt discutate mai jos.

Proiectarea suporturilor și a mecanismelor de basculare a cuptorului

Un leagăn (figura 2) este utilizat pentru a susține corpul cuptorului pe fundație și pentru a înclina cuptorul în timpul evacuării metalului. Acesta este realizat sub forma unei plăci orizontale sudate cu două segmente de susținere 3a.

Mecanismul de înclinare a cuptorului poate fi acționat hidraulic (figura 2, a) sau electromecanic (figura 2, b). În primul caz, lichidul sub presiune furnizat cilindrilor hidraulici 1 determină extensia sau coborârea tijelor 2; în al doilea caz, motoare electrice 6 cu cutii de viteze 4 asigură deplasarea longitudinală a șinelor dințate 5. Pe măsură ce tijele sau șinele se deplasează, segmentele de susținere ale leagănului se rostogolesc peste grinzile de fundație orizontale ale cadrelor de susținere ale cuptorului 7, ceea ce determină balansarea leagănului și înclinarea cuptorului.

În figura 3 este prezentată schema cinematică a mecanismelor de transmisie hidraulică și electromecanică cu cremalieră și pinion a înclinării cuptorului. În primul dintre acestea (fig. 3, a), înclinarea leagănului 7 cu cuptorul este asigurată de cilindrii hidraulici 5 articulați pe fundație datorită alimentării cu ulei de la stația de ulei în spațiul supra-piston sau sub-piston al cilindrilor hidraulici. Alimentarea cu ulei a cilindrilor 5 se face de la stația de ulei, situată într-o încăpere separată și care include o pompă 13, o supapă de siguranță 15, un manometru 16, o bobină de distribuție 11, o clapetă de accelerație 12 și filtre 14. Direcția de înclinare a leagănului 7 cu cuptorul spre vârful de scurgere 9 sau spre fereastra de lucru 8, adică alimentarea cu ulei a ramificației 2 sau 3 a conductei de ulei, este determinată de poziția bobinei 11 prin pornirea electromagnetului 10 corespunzător. Viteza de înclinare este reglată de regulatorul 12 instalat în conducta de scurgere. Unghiul de înclinare a cuptorului atunci când leagănul rulează peste grinzile de fundație 1 este limitat de comutatoarele de limită 4. Deoarece cilindrii hidraulici își schimbă poziția atunci când cuptorul este înclinat, în conductele 2 și 3 sunt incluse secțiuni flexibile 6 realizate din furtunuri de înaltă presiune.

În al doilea mecanism (fig. 3, b), strungurile au o transmisie separată instalată pe fundația de sub cuptor, pe partea ferestrei de lucru. În fiecare acționare, rotația de la motorul electric 2 este transmisă printr-un ambreiaj dințat la o cutie de viteze cu trei trepte 3, conectată printr-un ambreiaj dințat la arborele pinionului cremalierei 5, care se angrenează cu cremaliera 4. Aceasta din urmă este conectată printr-o balama 7 la sectorul leagănului 8. La înclinare, pânzele cuptorului primesc o mișcare complexă: de translație — de la angrenajele de acționare și de oscilație — în jurul axei acestor angrenaje — ca urmare a mișcării leagănului. Presiunea necesară a cremalierei asupra angrenajului este asigurată de colierul de prindere oscilant 6. Arborele cremalierei este susținut de două unități de rulmenți 8. Acționarea este echipată cu o frână 1, cu includerea căreia se oprește automat motorul electric.

Modele de rotație a băii, mecanisme de ridicare și rotire a bolții cu susținerea lor pe leagăn

Majoritatea cuptoarelor domestice de acest tip construite în ultimele decenii sunt similare cu cuptorul dispozitivului 100-t, prezentat schematic în figura 4. Corpul cuptorului (neprezentat în figură) este susținut pe leagănul 8 prin intermediul a patru bolțuri de susținere 9. Bolta 12 este suspendată de un semiportal format din două rafturi în formă de L 14 prin intermediul lanțurilor 11 aruncate peste rolele 13. Capetele lanțurilor sunt conectate la acționarea 7 (motor electric și cutie de viteze cu șurub de tracțiune), care mișcă lanțurile pentru a ridica și a coborî bolta. Cele două acționări 7 sunt conectate printr-un arbore de sincronizare 15 .

Semiportalul este fixat pe o placă rotativă 1 din oțel turnat, care este montată la un capăt pe un arbore rotativ 4 cu diametrul de 750 mm. Arborele este fixat în leagăn, sprijinindu-se pe rulmentul axial 5 și pe rulmenții cu role superior 6 și inferior. Rotirea arborelui este asigurată de un motor electric cu un reductor 2 prin intermediul unei roți dințate conice, care intră în angrenare cu un sector dințat conic 3, fixat pe arborele 4.

Pe placa rotativă 1, trei posturi ale mecanismului de deplasare a electrozilor sunt fixate între posturi în formă de L (neindicate în figura 4).

Atunci când cuptorul este deschis pentru încărcare, acționarea 7 este pornită, ridicând bolta cu 150-300 mm, iar electrozii sunt ridicați din spațiul de lucru. Apoi, se pornește acționarea 2, care rotește arborele 4 cu un unghi de 80°; împreună cu arborele, placa 1 și portalul, bolta și electrozii fixați pe aceasta se rotesc în jurul axei lor, deschizând spațiul de lucru de sus.

Mecanismul de rotație a băii este conceput pentru a roti cuptorul în jurul axei verticale cu 40° într-o parte sau alta față de poziția normală. Acest lucru permite cuptorului să topească nouă „puțuri” în încărcătură în timpul topirii în trei poziții ale carcasei, ceea ce reduce timpul de topire a încărcăturii. Posibilitatea de rotație este asigurată de faptul că corpul 19 al cuptorului, prin șina inelară 1 7 fixată pe acesta, se sprijină pe rolele 16 ale bolțurilor de susținere 9. Pe leagăn sunt instalate unul sau două mecanisme de rotație 10, fiecare dintre acestea fiind alcătuit dintr-un motor electric cu un reductor, al cărui arbore de ieșire este în angrenaj cu sectorul dințat fixat pe corpul cuptorului, astfel încât rotația arborelui determină rotația corpului. Atunci când mecanismul 10 este pornit și carcasa se rotește, șina inelară 17 se rostogolește pe rolele 16, iar rolele 18 împiedică deplasarea laterală a carcasei. În cazul cuptoarelor de mare putere, acest mecanism nu este necesar, deoarece procesul de topire formează o zonă sau un puț de topire comun în jurul celor trei electrozi, în locul celor trei puțuri de topire separate caracteristice cuptoarelor de mică putere.

Proiectarea cuptorului cu mecanisme de ridicare și rotire a bolții sprijinite pe o fundație separată

Cuptoarele cu mecanism pivotant sprijinit pe o fundație separată sunt utilizate de mulți ani. Există mai multe varietăți ale acestora. Să luăm în considerare varianta modernă a dispozitivului pe exemplul unui cuptor domestic de mare putere (DSP-100I6). Corpul cuptorului este fixat rigid pe leagănul 1 (figura 5). Acesta include partea inferioară 2 (suportul băii) din tablă de oțel, cadrul de perete 3 din țevi cu panouri de perete 4 și fereastra de lucru 5. Bolta răcită cu apă 6 este suspendată de patru tije flexibile 7 de două console 8, care sunt unite la o structură rigidă comună cu un portal 13 și un arbore 18. În poziția inferioară, portalul este susținut pe leagăn de două borne 14 fixate pe acesta, iar bolta 6 este susținută pe corpul cuptorului. În arborele 18 se află trei cilindri hidraulici, care deplasează montanții telescopici 12 ai suporturilor pentru electrozi. Electrozii din suportul de electrozi sunt prinși cu ajutorul clemei 9 și al mecanismului hidraulic cu arc 10; curentul de la cablurile flexibile 11a la suporturile de electrozi este furnizat de conductele de cupru 11 răcite cu apă.

Mecanismul de întoarcere a seifului cu electrozi este amplasat pe o fundație separată și include o platformă rotativă 20 cu două coloane de ghidare 15 fixate pe aceasta și un cărucior 17 care se deplasează în sus și în jos pe acestea cu ajutorul unui sistem de role 19. La deschiderea spațiului de lucru al cuptorului, electrozii sunt mai întâi scoși din acesta prin ridicarea coloanelor 12. În același timp, cu ajutorul a doi cilindri hidraulici 25, căruciorul 17 se deplasează în sus; în același timp, tija conică 16 a căruciorului intră în deschiderea corespunzătoare a portalului, iar proiecția 26 intră în contact cu arborele. Căruciorul care se deplasează în sus ridică porticul, consolele și arborele, precum și bolta și electrozii fixați pe aceasta. După ce bolta este ridicată cu 200-300 mm, căruciorul 17 este oprit și, cu ajutorul cilindrului hidraulic 24, platforma 20 este rotită în jurul arborelui de susținere 21; rolele de susținere 23 ale platformei se deplasează de-a lungul șinelor subangulare 22. Împreună cu platforma, toate echipamentele ridicate de cărucior, inclusiv bolta și electrozii, sunt rotite în jurul axului 21; rotația se efectuează până când spațiul de lucru al cuptorului este complet deschis.

Acest furnal, ca toate furnalele noi de mare putere, are acționări hidraulice pentru mecanismele principale ale furnalului, care sunt mai rapide decât acționările electromecanice.

Proiectarea mecanismelor de prindere și deplasare a electrozilor

Fiecare dintre cei trei electrozi are propriul său mecanism independent de prindere și deplasare. Mecanismul constă dintr-un suport de electrod și dispozitive care asigură deplasarea verticală a acestuia împreună cu electrodul. Mecanismele de deplasare a electrozilor sunt utilizate cu un cărucior care se deplasează pe un montant fix și cu un montant telescopic mobil al suportului de electrod.

În funcție de tipul de acționare, există mecanisme cu acționare hidraulică și cu acționare electromecanică, aceasta din urmă putând fi cu cremalieră și pinion sau cu cablu. Figura 6 prezintă scheme constructive ale mecanismelor pentru deplasarea electrozilor.

În prima schemă (figura 6, a), pe o cremalieră verticală fixă 3 se deplasează căruciorul 5, la care este fixat manșonul 7 purtător de electrozi cu un electrod 8. Transferul mișcării de la motorul 1 (troliu cu tambur) la cărucior se realizează cu ajutorul unei frânghii 4 aruncată peste rolele 6, contragreutatea 2 echilibrând parțial căruciorul. Diagrama cinematică a unui astfel de mecanism și descrierea sa sunt prezentate în figura 2.44 și explicațiile sale.

În mecanismul din figura 6, b, căruciorul cu suportul pentru electrod și electrodul este deplasat pe un suport fix cu ajutorul unei cremaliere 9 acționată de acționarea 1 (motor electric și cutie de viteze cu cremalieră și pinion). De asemenea, aici este prevăzută o contragreutate 2, care contrabalansează parțial căruciorul prin intermediul unui bloc 6.

În mecanismul din figura 6, brațul 7 al suportului de electrozi este fixat rigid pe o cremalieră verticală mobilă 10, deplasată în interiorul cremalierei fixe goale 3 de un cilindru hidraulic 11 (ca urmare a mișcării pistonului 12).

Suportul pentru electrod servește la fixarea și menținerea electrodului într-o anumită poziție și la alimentarea cu curent a acestuia. Acesta constă dintr-un manșon cu un cap al mecanismului de strângere și o sursă de curent atașată la acesta. Suporturile de electrozi cu mecanism de prindere a electrodului cu arc-pneumatic sunt cele mai utilizate. Designul suporturilor de electrozi este divers, dar în funcție de metoda de fixare a electrodului în cap, acestea pot fi reduse la două varietăți.

Într-unul dintre ele (figura 7, a), capul este realizat sub forma unui inel sau a unui semianel 1 și a unui tampon de presiune mobil 3. Electrodul 2 în poziția de lucru este fixat în inel de tampon datorită forței arcului 5 montat pe tija 4 — Dacă este necesar să se elibereze electrodul, se alimentează cu aer cilindrul pneumatic 6, pistonul și mecanismul pârghiei 7 comprimă arcul, deplasează tamponul spre dreapta, eliberând electrodul.

În a doua variantă (figura 7, b), capul este format dintr-un tampon fix 3 fixat pe manșonul 9 și o clemă 8 care acoperă electrodul 2. Electrodul este lipit de plăcuța purtătoare de curent de către clemă datorită forței arcului 5 transmisă de sistemul de pârghii 7. La alimentarea cu aer a cilindrului pneumatic 6, clema se deplasează spre stânga, eliberând electrodul.

Capul este izolat electric de manșonul 9, la cuptoarele medii și mari elementele capului fiind răcite cu apă. Manșonul este confecționat din țeavă cu pereți groși sau din grinzi de cutie sudate. Alimentarea cu curent a capului se face prin intermediul unor bare colectoare sau țevi de cupru răcite cu apă, fixate pe izolatori deasupra manșonului (a se vedea figura 5).

La cuptoarele noi de mare putere, în locul celor cu arc pneumatic, se instalează mecanisme similare de prindere a electrozilor cu arc hidraulic (o vedere generală a unui astfel de mecanism este prezentată în figura 5).

Așa-numitele suporturi de electrozi purtătoare de curent sunt utilizate pe scară largă în străinătate. În cazul acestora, manșonul este realizat sub forma unei grinzi rectangulare goale cu secțiune transversală din aluminiu, care servește și ca conductor de curent de la cablurile flexibile la capul suportului de electrod; uneori, se utilizează grinzi goale din oțel acoperite cu un strat de cupru (placate cu cupru). Cuprul și aluminiul sunt utilizate datorită conductivității lor electrice ridicate. Acest lucru nu necesită tuburi de cupru răcite cu apă. Avantajul suporturilor de electrozi purtători de curent din aluminiu este greutatea lor considerabil mai mică.

Figura 8 prezintă diagrama cinematică a unuia dintre modelele mecanismelor de ridicare a bolții, de întoarcere a bolții și de manipulare a electrozilor pentru un cuptor sprijinit pe un leagăn.

Mecanism de ridicare a bolții

Bolta este ridicată și coborâtă de două mecanisme care funcționează sincron, acționate de motoare electrice 25 și de reductoare cu șurub fără sfârșit 24. Bolta 21 este suspendată de semi-portalul 19 pe lanțuri 20 și tije 4 aruncate peste blocurile 5 și 18, conectate cu reductoare cu șurub fără sfârșit. La acționarea motorului electric 25 și a reductorului cu șurub fără sfârșit 24, șurubul de tracțiune 24a al reductorului primește o mișcare de translație în sus sau în jos, deplasând tijele 4 lanțurile 20 și, astfel, bolta 21 (la o înălțime de până la 500 mm). Pentru a sincroniza funcționarea celor două mecanisme, este prevăzut un arbore de egalizare 31, conectat la reductor prin intermediul cuplajelor 32 .

Mecanismul de rotire a bolții

Pentru a roti bolta din spațiul de lucru al cuptorului se rotește arborele rotativ 27 cu o placă 30 fixată rigid pe acesta, care este suportul semiportalului 19 și al bolții 21 suspendate de acesta; arborele rotativ 27 se sprijină pe leagănul cuptorului prin doi rulmenți radiali 29 și unul axial 26. Motoarele de rotație sunt motorul electric 22 și reductorul elicoidal cu trei trepte 23, pe arborele de ieșire al căruia este plantată o roată conică, care intră în angrenare cu un sector dințat 28, montat rigid pe arborele 27. Primind rotația de la acționare, roata dințată determină sectorul dințat 28 și arborele 27 să se rotească în jurul axei sale verticale și, prin urmare, să rotească placa 30 și bolta cuptorului.

Mecanism de deplasare a electrozilor

Acest mecanism este acționat de un troliu cu tambur compus dintr-un motor electric 1, o cutie de viteze fără sfârșit 2 și un tambur 3. Rotirea tamburului determină mișcarea ascendentă sau descendentă a cablului 7, aruncat peste blocurile 10 și peste blocul 13 fixat pe brațul 15, și astfel mișcarea verticală a căruciorului 8, brațul 15 purtând suportul de electrod 16 cu electrodul 17. Căruciorul pe rolele de deplasare 14 se deplasează pe coloana 6; blocurile 10 se numesc fixe, iar blocul 13 care se deplasează vertical se numește mobil. Greutatea 9 cu ajutorul frânghiei 12 aruncată peste blocurile 11 echilibrează parțial forța de greutate a căruciorului 8.

Proiectarea mecanismelor de încărcare a încărcăturii

Încărcarea încărcăturii în cuptoarele de recuperare a minereurilor se face de sus (figura 1), adesea din buzunarele speciale ale cuptorului (buncăruri) 1, situate la o anumită înălțime deasupra cuptorului și echipate cu porți. După ce poarta este deschisă, materialul este turnat în cuptor prin conducta 2.

Porțile buzunarelor pot fi acționate manual, pneumatic sau electromecanic, precum și cu alimentatoare concepute pentru a regla aportul de încărcătură în cuptor.

În cuptoarele închise, materialele din buzunare sunt introduse în cuptor prin două metode. Una dintre acestea (figura 1, a) prevede curgerea materialului din scurgere în pâlnia 3 plasată concentric în jurul electrodului și mai departe în cuptor prin spațiul inelar dintre orificiul din boltă și electrod. În al doilea caz (figura 1, b), materialul din tub se scurge în cuptor prin pâlnii 5 plasate în deschiderea bolții cuptorului. Pâlniile (gurile) sunt răcite cu apă.

În cuptoarele deschise, încărcătura din buzunarele cuptorului este de asemenea introdusă prin fluxurile de tuburi (tăvițe), dar acestea pot fi direcționate către un anumit loc al băii. Se utilizează, de asemenea, mașini de aruncat, care se deplasează pe șine în jurul cuptorului, în special mașini de aruncat cu bandă, la care mecanismul de aruncare (aruncător) este similar cu cel al mașinii prezentate în figura 2.

Mașini pentru tratarea grătarului

Anterior, la exploatarea cuptoarelor cu vatră deschisă, grătarul era tratat manual. În prezent, mașinile speciale efectuează operațiile de tratare a grătarului — decantarea și greblarea sarcinii la electrozi.

Figura 3 prezintă schema mașinii opikovochnaya proiectată la uzina de aluminiu Dneprovsky, numită după S.M. Kirov. Combinatul de aluminiu S.M. Kirov. Mașina este un cărucior autopropulsat 9 care se deplasează pe roți 10 pe șine circulare în jurul furnalului. Căruciorul este acționat de un motor pneumatic 7 prin intermediul unui reductor 8 și al unei transmisii cu lanț 11. Organul de lucru este o lopată 1, fixată prin intermediul unei tăvi 2 pe o tijă de susținere 3. Tija se deplasează în rolele de ghidare (verticale și orizontale) 4, fixate pe cadrul oscilant 5, cu ajutorul unui cilindru pneumatic 6, a cărui tijă este mobilă. Cadrul oscilant 5 este articulat la coloana rotativă 18, fixată în suportul 15, și este înclinat cu ajutorul cilindrului pneumatic 12. Rotația coloanei este transmisă de cilindrul pneumatic, pe corpul mobil 14 pe care este fixată șina 17, prin intermediul transmisiei prin angrenaje 16. Tijele cilindrului pneumatic 13 sunt fixe.

Datorită acestei soluții constructive, știuca poate primi (simultan sau secvențial) rotație în plan orizontal, înclinare în plan vertical și mișcare alternativă. Platforma de lucru și mecanismele mașinii sunt protejate de impactul termic prin scuturi (neindicate în figură), iar mașina este controlată de șofer din cabină. Specificațiile tehnice ale mașinii sunt prezentate mai jos: