Подробный обзор механического оборудования электродуговых печей: корпус, кровля, наклонная конструкция и шлакоотделение.
Большинство дискуссий о технологии электродуговых печей сосредоточены на электрических системах и управлении технологическим процессом. Механическая часть — корпус, крыша, мачта электрода, система наклона, шлакоотделитель и выпускное отверстие — не менее важна, и сделанные здесь конструктивные решения определяют, как печь будет работать в течение следующих 15-20 лет. Я хочу подробно рассмотреть каждый из основных механических элементов, включая конструктивные решения, доказавшие свою эффективность на установках электродуговых печей MONTE INTELLIGENCE на трех континентах.
Конструкция корпуса печи
Корпус печи является несущей конструкцией всей электродуговой печи. Корпус электродуговой печи весом 100 тонн весит от 180 до 250 тонн в пустом состоянии, вмещает от 35 до 50 тонн огнеупорной футеровки и содержит расплавленную ванну из 100 тонн стали при температуре 1600 градусов Цельсия. Корпус должен выдерживать термические циклы от 50 градусов Цельсия (пустой, без огнеупорной футеровки) до 1600 градусов Цельсия (во время работы) без необратимой деформации.
Современные корпуса электродуговых печей изготавливаются из сварной углеродистой стали, как правило, ASTM A36 или A516 марки 70, толщиной от 40 мм в верхней части конуса до 60-80 мм в зоне шлака. Нижний конус и под усилены массивными косынками. Корпус опирается на поворотное цапфовое кольцо, которое передает все вертикальные и горизонтальные нагрузки на фундамент во время работы по наклону.
Оболочки MONTE INTELLIGENCE проектируются с использованием метода конечных элементов для учета термических напряжений и деформации конструкции. Предельная деформация составляет 5 мм по линии шлака при полной рабочей нагрузке. Оболочка, деформирующаяся более чем на 5 мм, преждевременно растрескает огнеупорную футеровку. Мы видели 30-летние оболочки, находящиеся в эксплуатации, которые до сих пор соответствуют этому критерию, поскольку они были изготовлены с более жесткими допусками, чем в среднем по отрасли.
Конструкция крыши и подъемный механизм
Крыша электродуговой печи представляет собой огнеупорный купол, поддерживаемый стальным кольцом. В современных крышах используются огнеупорные кирпичи с содержанием 70-75% глинозема, а вокруг электродных отверстий – высокоглиноземистый заполнитель для обжига. Температура на горячей поверхности крыши во время работы на полной мощности составляет от 1500 до 1700 градусов Цельсия.
Крыша должна подниматься и откидываться в сторону для каждого цикла загрузки ковша. Существуют три основные конструкции подъемных механизмов для крыши: консольный поворотный (наиболее распространенный на небольших печах), параллельный подъем со сдвижной крышей (средние и большие печи) и портальный подъем (очень большие печи). Каждая конструкция имеет свои недостатки с точки зрения времени цикла, механической сложности и доступа для технического обслуживания.
Компания MONTE INTELLIGENCE обычно выбирает консольную поворотную конструкцию для печей весом до 80 тонн и параллельно-подъемную раздвижную крышу для печей весом более 80 тонн. Консольная конструкция обеспечивает более быстрый цикл (от 15 до 20 секунд от подъема до фиксации в открытом положении), но требует большего вертикального зазора над печью. Раздвижная конструкция крыши более компактна и позволяет работать с более тяжелыми секциями крыши, но увеличивает цикл на 5-10 секунд.
Электродная мачта и система зажима
Электродные мачты удерживают графитовые электроды и электродные рычаги, и они регулируют длину дуги посредством вертикального перемещения. Скорость регулирования имеет решающее значение: печи сверхвысокого давления требуется вертикальное перемещение со скоростью от 5 до 10 м в минуту, чтобы компенсировать быстрые изменения уровня расплава во время обрушения пластов металлолома.
Приводы мачт эволюционировали от гидравлических цилиндров к сервоуправляемым двигателям переменного тока с шариковыми винтами. Сервосистема обеспечивает более быструю реакцию, лучшую точность позиционирования и более простую интеграцию с дуговым регулятором на основе модели. Зажим электрода обычно осуществляется пневматическим способом с помощью подпружиненного предохранительного зажима, что позволяет быстро переместить электрод в случае аварийной ситуации.
Механизм наклона
Механизм наклона — это подвижная часть, которой уделяется наибольшее внимание во время планового технического обслуживания. Печь наклоняется на 12–15 градусов вперед для выпуска расплава и на 5–8 градусов назад для удаления шлака. Наклон должен быть плавным, контролируемым и обратимым в пределах установленного времени цикла.
Распространены две системы привода наклона: гидравлические цилиндры (более старые конструкции) и реечный привод с приводом от двигателя переменного тока (более новые конструкции). Реечный привод более надежен в условиях высоких температур и позволяет избежать риска утечек, характерного для гидравлических систем. Компания MONTE INTELLIGENCE рекомендует использовать реечные приводы наклона для всех новых установок грузоподъемностью более 60 тонн.
Механизм наклона опирается на цапфовое кольцо, представляющее собой тяжелую стальную поковку, установленную на платформе печи. В более крупных печах подшипники цапфы охлаждаются водой, чтобы предотвратить перегрев от излучения корпуса печи. Обратная связь по положению наклона обеспечивается резервными абсолютными энкодерами с блокировками безопасности, которые останавливают наклон в заданных точках выпуска и удаления пены.
Система эксцентричного нижнего сливного отверстия (EBT)
В современных конструкциях электродуговых печей (ЭДП) используются системы EBT (Electronic Bottom Technician), поскольку они позволяют выплавлять 95% и более стали с минимальным количеством шлака. Отверстие для выпуска стали через систему EBT расположено в нижней боковой стенке, немного смещено относительно центральной линии ванны. Между плавками отверстие заполняется песчаным наполнителем, а при выпуске открывается кислородной трубой.
На большинстве современных электродуговых печей процесс утрамбовки песка в электролите автоматизирован. Машина для утрамбовки песка позиционирует выпускное отверстие, уплотняет песок под давлением от 4 до 6 бар и формирует профиль выпускного отверстия. Цикл утрамбовки занимает от 60 до 90 секунд. Срок службы выпускного отверстия зависит от химического состава ванны и температуры выпуска, но типичный срок службы выпускного отверстия в электролите составляет от 200 до 400 плавок до необходимости ремонта.
Система удаления шлака
Удаление окисленного слоя шлака после выпуска расплава позволяет очистить ванну для следующей плавки и извлечь железосодержащий шлак для повторного использования. Содержание шлака может составлять от 12 до 18 процентов от массы расплава, и при качественном удалении окисленного слоя удается извлечь от 80 до 90 процентов шлака в виде товарного шлака или сырья для спекания.
В настоящее время преобладают две системы удаления шлака: конструкция с шлаковой дверцей (откидная дверца на боковой стенке печи, открывающаяся для слива шлака) и конструкция со шлаковым поддоном (подвижный поддон, расположенный снаружи печи для сбора шлака при наклоне печи назад). Конструкция со шлаковым поддоном более эффективна и является стандартной для большинства современных электродуговых печей мощностью более 60 тонн.
Панели с водяным охлаждением и горелка/кислородная трубка
На современных электродуговых печах с водяным охлаждением панели покрывают от 70 до 90 процентов шлаковой линии, а остальная часть остается огнеупорной. Поток охлаждающей воды для панелей имеет решающее значение: недостаточный поток приводит к прогоранию панелей, избыточный поток приводит к потере энергии.
Кислородная фурма обычно имеет сверхзвуковую конструкцию с водяным охлаждением и скоростью истечения от 1,5 до 3,0 Маха. Фургона впрыскивает кислород для обезуглероживания, углерод для пенистого шлака и известь для подготовки шлака. В современных электродуговых печах используются две или три фурмы, выходящие через шлаковый люк или боковую стенку, с автоматическим позиционированием для оптимизации точки соприкосновения с ведром.
Собираем всё воедино
Механическая конструкция электродуговой печи определяет ее доступность, производительность и эксплуатационные расходы. Хорошо спроектированная 100-тонная электродуговая печь может производить от 8000 до 9000 плавок в год между капитальными ремонтами. Печь с плохой конструкцией с трудом достигнет 5000 плавок. Разница не в электрических системах или системах управления — они отработаны и проверены. Разница заключается в корпусе, наклоне, крыше и выпускном отверстии.
Компания MONTE INTELLIGENCE потратила 20 лет на совершенствование этих механических элементов. Посетите сайт.www.cnlymonte.com/products-electric-arc-furnace.html Фотографии установки и список использованных материалов доступны по запросу. Для конфиденциального обсуждения вашего следующего проекта по электродуговой печи отправьте электронное письмо на адрес helenxu@cnlymonte.com с темой письма «Механическое проектирование электродуговой печи».
