ДУГОВАЯ СТАЛЕПЛАВИЛЬНАЯ ПЕЧЬ

Полезная модель относится к металлургии, конкретно к устройствам качающихся дуговых печей.
Известно «Наклонное расположение контактных поверхностей крышки и корпуса в дуговой печи» EP 0073538 [1], Дуговая печь с топочным котлом, крышкой и верхней печью, содержащая, устройство для поддержки крышки, причем топочный котел и крышка печи могут перемещаться относительно друг друга примерно на одну ширину топочного котла, разделительные поверхности имеют одинаковую ширину, котел печи и крышка печи наклонены на одинаковый угол по отношению к горизонтали. Дуговая печь снабжена опорой на котле печи и крышке печи, чтобы при открывании котла печи и крышки печи вес крышки печи частично приходился на верхнюю часть печи.
Недостатком известного устройства является повышенная металлоемкость.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является «Качающаяся дуговая печь» RU 2206031 [2], включающая люльку с тремя сегментными опорами. Третья опора воспринимает часть вертикальной нагрузки от веса всей печи и предотвращает опрокидывание печи при повороте свода, так как при повороте свода значительно изменяется положение центра тяжести печи относительно опорных точек.
К недостаткам конструкции относится завышенная металлоёмкость и заниженная эксплуатационная надежность, что связанно, во-первых, со сложностью расчета на механическую прочность, так как расчетная схема представляет собой балку, лежащую на трех опорах – систему статически неопределимую. Во-вторых, установка люльки (балки) на три сегмента (опоры) практически возможна только с учетом упругих деформаций люльки, чтобы обеспечить одновременное касание трех сегментных опор с фундаментными балками. Практическое же изготовление металлоконструкций люльки с учетом допусков на размеры применяемых материалов, точности сварки или литья и последующей мехобработки приводит к тому, что напряжения, возникающие в металлоконструкции люльки, достоверно рассчитать невозможно. Поэтому в расчет механической прочности люльки печи приходится вводить ряд допущений и заведомо завышенные коэффициенты запаса прочности. Естественно, металлоемкость конструкции завышается, а надежность снижается.
Кроме того, к недостаткам конструкции следует отнести увеличенный габарит, что связано с необходимостью физического размещения третьей сегментной опоры.
Технический результат снижение металлоемкости конструкции печи и повышение эксплуатационной надежности.
Технический результат достигается тем, что: дуговая сталеплавильная печь,  содержащая двухсегментную наклоняемую люльку, на которой смонтирована  ванна печи и свод, подвешенный к полупорталу, закрепленному на траверсе с электрододержателями, с  возможностью подъёма и поворота относительно ванны с помощью механизма подъёма и поворота свода, установленного на люльке, характеризуется тем, что механизм подъёма и поворота свода, снабжен гидроцилиндром плунжерного типа, корпус которого, имеет возможность перемещаться относительно люльки.
Шток гидроцилиндра может иметь конусную головку, а в траверсе соответственно коническая выемка. Указанное выполнение позволит сохранить взаимное положение штока и траверсы без дополнительных направляющих, что позволит дополнительно снизить металлоемкость и повысить эксплуатационную надежность.
Корпус гидроцилиндра, а именно его пятка, может располагаться напротив упора фундаментной балки, что дополнительно позволит снизить материалоемкость фундаментной балки и повысить надежность устройства.
Жесткость возвратной пружины должна быть промежуточной, чтобы в пределах рабочего хода усилие пружины поднимало гидроцилиндр, но не поднимало траверсу с присоединенным к ней оборудованием.
Наиболее распространены дуговые сталеплавильные печи со сводом, отворот которого осуществляется с помощью механизма подъема и поворота свода с гидравлическим приводом. Как правило, большинство компоновочных  решений предусматривают  установку механизма подъёма и поворота свода на отдельном фундаменте, благодаря  чему, при работе механизма, полупортал, закрепленный на траверсе и  несущий свод  вместе с системой электрододержателей, представляет собой механическую систему не связанную с основной частью печи – плавильной ванной, установленной на двухсегментной люльке.
Расчет такой печи на механическую прочность состоит из двух частей. Первая часть – расчет основной части печи - плавильной ванны, установленной на двухсегментной люльке при горизонтальном положении печи с полной нагрузкой  от всех наклоняемых частей, куда входит, кроме ванны и люльки, полупортал, закрепленный на траверсе и несущий свод вместе с системой электрододержателей, а также вес загруженной шихты. Расчетная схема, основной несущей конструкции, люльки,  статически определена и представляет собой балку переменного сечения, лежащую на двух опорах. Вторая часть – расчет механизма подъёма и поворота свода от нагрузки, обусловленной приложением силы тяжести всех поднимаемых и отворачиваемых частей, куда входят полупортал, закрепленный на траверсе и несущий свод вместе с системой электродержателей.
Расчетная схема представляет собой вертикальный, защемленный с одной стороны стержень, нагруженный сжимающей силой и изгибающим моментом.
При рассмотренной компоновке печи, при подъеме и повороте свода, нагрузка на люльку уменьшается, так как часть её переносится на механизм подъёма и поворота свода, при этом положения центра тяжести плавильной ванны, установленной на двухсегментной люльке, сохраняется в пространстве между сегментами люльки, что исключает возможность опрокидывания ванны с люлькой.
В силу ряда причин механизм подъёма и поворота свода приходится устанавливать на люльку печи. В этом случае при подъёме и повороте свода происходит изменение положения центра тяжести всей системы: ванна – люлька – свод. Соответственно, изменяется опрокидывающий момент относительно опорных точек двухсегментной люльки и появляется крутящий  момент от подвешенного на консоли свода, для уравновешивания которого, требуется усиливать люльку. В целом, расчет на механическую прочность, потерю устойчивости и надежность значительно усложняется, что приводит к увеличению коэффициентов запаса прочности и, в конечном итоге, увеличению металлоемкости конструкции и снижению надежности.
Осуществление:
На Фиг. 1 схематически показана печь, общий вид;  на Фиг. 2 – сечение А- А на Фиг. 1, правая часть - исходное положение, левая - рабочее, где:
1 – двухсегментная наклоняемая люлька;
2 – ванна печи;
3 – свод с патрубком газоотсоса;
4 – полупортал;
5 – электрододержатели;
6 – траверса;
7 – шток механизма подъёма и поворота свода;
8 – механизм подъёма и поворота свода;
9 – гидроцилиндры поворота механизма подъёма и поворота свода;
10 – гидроцилиндр плунжерного типа подъёма свода механизма подъёма и поворота свода;
11 – фундаментные балки;
12 – плунжер;
13 – корпус;
14 – направляющие;
15 – возвратные пружины.
Дуговая сталеплавильная печь содержит ванну 2, установленную на двухсегментной люльке 1, опирающуюся на фундаментные балки 11, полупортал 4, закрепленный на траверсе 6 и несущий свод с патрубком газоотсоса 3, с электрододержателями 5.  Траверса 6 имеет коническое отверстие, куда заходит конической частью шток 7 механизма подъёма и поворота свода. Механизм подъёма и поворота свода 8 включает в себя поворотную 9 и подъёмную часть 10. Подъёмная часть  представляет собой гидроцилиндр плунжерного типа 12, корпус цилиндра которого 13, установлен в направляющих 14, с возможностью перемещения относительно люльки 1 с помощью возвратных пружин 15.
Дуговая сталеплавильная печь работает следующим образом.
Перед завалкой  шихты  открывается  рабочее пространство ванны, для чего приподнимается и отворачивается в сторону свод 3 с помощью механизма подъёма и поворота свода 8. Сначала подается жидкость под давлением  в плунжерный гидроцилиндр подъёма свода 10.  Жидкость давит во все стороны, но, сначала поднимается шток 7 механизма подъёма и поворота свода, который входит в коническое отверстие траверсы 6. Так как вес траверсы с установленным на ней оборудованием значительно больше, усилия, которое создают возвратные пружины 15 корпуса цилиндра 13, то корпус гидроцилиндра начинает перемещаться вниз, пока не преодолеет технологический зазор и не упрется в фундаментную балку 11,  после чего начинается подъём траверсы с закрепленной на ней полупорталом, сводом и электрододержателями.  Свод приподнимается, а затем отворачивается поворотной частью механизма подъёма и поворота свода. В повернутом положении свода, вертикальная нагрузка от веса поднятых элементов передается непосредственно на фундаментную балку. Металлоконструкция люльки испытывает дополнительно только крутящий момент. После загрузки ванны печи, свод поворачивают в исходное положение, давление в плунжерном цилиндре постепенно уменьшают и свод под действием собственного веса опускается и ложится на ванну печи. При дальнейшем уменьшении давления рабочей жидкости в плунжерном цилиндре, возвратные пружины поднимают корпус цилиндра.
Технический результат снижение металлоемкости конструкции печи достигается тем, что при работе механизма подъёма и поворота свода вертикальная нагрузка воспринимается фундаментной балкой, не создавая изгибающий момент на люльке. Повышение эксплуатационной надежности достигается тем, что прочностной растет от крутящего момента возможен с достоверной точностью. При выполнении элементов в соответствии с расчетом достигается необходимая прочность без превышения металлоемкости.
Промышленная применимость. Изготовление предлагаемой печи может осуществляться посредством известных и широко распространенных устройств.