ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ ПЕЧЬ
ELECTROSLAG FURNACE

Изобретение относится к области специальной электрометаллургии и может быть использовано для электрошлакового переплава расходуемых электродов при производстве слитков различных размеров.
Известна установка ЭШП для выплавления слитков различной величины, которая содержит два поворачиваемых в горизонтальной плоскости электрододержателя 1 и 2, расположенных на двух колоннах 3 и 4, и два кристаллизатора, которые расположены таким образом, что в один из них 5 электроды могут подаваться поочередно обоими электрододержателями, а в другой 6 - только одним электрододержателем (см. патент Австрии №286514, МКИ 316 2/03; B22d 9/00, 1967 г.).
Установка включает две вертикальные колонны, на каждой из которых вертикально перемещаются по две тележки, при этом механизм их перемещения выполнен на тросовой подвеске, а привод неподвижно закреплен на раме.
Такая конструкция не обеспечивает плавного перемещения тележек, т.к. не исключает их вибрацию.
Известна электрошлаковая печь, включающая направляющие колонны, траверсы, электрододержатели с укрепленными в них расходуемыми электродами, кристаллизаторы, кристаллизатородержатели, приводы перемещения и токоподводы, при этом траверсы выполнены в виде площадок, симметрично установленных относительно направляющих колонн, на концах которых по обе стороны от колонны установлены токоподводы, электрододержатели и кристаллизатородержатели (см. А.с. СССР №374021, МКИ С 21С 5/56, 1972 г.).
В известном решении привода перемещения, размещенные на траверсе по обе стороны колонны, в случаях использования электродов разной массы создают крутящий момент, способный в некоторых случаях служить причиной перекоса траверсы, что вызывает рывки и подергивания при подаче расходуемых электродов.
За прототип принята известная электрошлаковая печь УШ-105, включающая две вертикальные колонны, на каждой из которых размещены по две тележки с приводами перемещения (см. «Электрошлаковые печи», Киев: Наукова Думка, 1976 г., стр.237-240, рис.277-281).
В известной печи на каждой колонне крепится зубчатая рейка, а привода вертикального перемещения неподвижно установлены на тележках, перемещаемых по зубчатым рейкам.
Такое техническое решение не обеспечивает плавного перемещения тележек из-за большого шага и большой величины зазоров в реечном зацеплении.
Предложена электрошлаковая печь, включающая две вертикальные колонны, на каждой из которых размещены по две тележки с приводами перемещения, согласно предложению каждая из колонн снабжена винтом, подвешенным в верхней ее части, а тележки размещены с возможностью перемещения по упомянутому винту, при этом тележки выполнены из двух частей: опорной и несущей, соединенных между собой шарнирно, а несущая часть каждой тележки соединена с приводом перемещения шарнирно-рычажной подвеской.
Технический результат предлагаемого технического решения - обеспечение плавного движения тележек без рывков и заеданий, что в свою очередь создает условия для стабилизации режимов электрошлаковой выплавки и обеспечения высокого качества металла выплавляемого слитка.
Между отличительными признаками предлагаемого устройства и техническим результатом существует причинно-следственная связь, заключающаяся в следующем.
Одной из основных технических задач, решаемых при электрошлаковой выплавке слитка, является задача сохранения неизменными электрические параметры, максимально соответствующие карте режимов для выплавляемого слитка.
Для того чтобы выполнить это условие, необходимо обеспечить синхронную и взаимосвязанную работу всех перемещаемых узлов электрошлаковой печи при дифференцированном режиме плавки с изменением по ходу переплава силы тока, напряжения и мощности, что обеспечивается надежным и плавным движением тележек по колоннам.
При движении тележек с неравномерной скоростью, с подергиванием, толчками, зависаниями и перекосами невозможно осуществить сложные технологические требования для выплавления слитков.
Предлагаемое техническое решение обеспечивает возможность выплавления высококачественного слитка за счет устранения вышеперечисленных недостатков.
Снабжение каждой из колонн винтом, подвешенным в верхней ее части, разгружает упомянутый винт от изгибающих моментов, что позволяет обеспечить плавное перемещение тележек.
Выполнение тележек из двух частей: опорной и несущей, соединенных между собой шарнирно, позволяет равномерно нагрузить ролики опорной и несущей частей тележки, что также способствует более плавному их движению.
Соединение несущей части тележки с приводом перемещения шарнирно-рычажной подвеской позволяет устранить рассогласования относительного взаиморасположения между частями тележки, приводом перемещения и винтом, что способствует плавности хода опорной и несущей частей тележек.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, где:
Фиг.1 - общий вид электрошлаковой печи;
Фиг.2 - продольный разрез А-А на Фиг.1;
Фиг.3 - повернутый поперечный разрез Б-Б на Фиг.1;
Фиг.4 - вид В на Фиг.1, где колонна 1 и направляющая 8 условно не показаны;
Фиг.5 - поперечный разрез Г-Г на Фиг.4.
Электрошлаковая печь (Фиг.1, 2, 3) включает две одинаковые вертикальные колонны 1, на каждой из которых размещены по две одинаковые тележки. Каждая из тележек выполнена из двух частей: опорной 2 и несущей 3. Каждая из колонн снабжена винтом 4 (фиг.1-5), а между опорной частью 2 и несущей частью 3 тележек расположен шарнир 5. Винт 4 подвешен между верхней балкой 6 и нижней балкой 7 колонн 1. Тележки, включающие опорные части 2 и несущие части 3, перемещаются по направляющим 8, размещенным на колоннах 1. Шарнир 5, соединяющий опорную 2 и несущую 3 части тележек, может быть выполнен в виде оси 9 (Фиг.2), а опорная 2 и несущая 3 части тежелек перемещаются по направляющим 8, размещенным на колонне 1, на соответствующих роликах 10 и 11, при этом несущая 3 часть тележки соединена рычажно-шарнирной подвеской 12 с приводом перемещения 13, размещенным на винте 4, который подвешен в углублении верхней балки 6 колонны 1, а нижняя часть винта 4 с зазором расположена в отверстии нижней балки 7 колонны 1.
Шарнирно-рачажная подвеска 12 выполнена в виде нескольких шарнирно связанных между собой рычагов 14 (Фиг.3 и 5).
Обе колонны 1, опорные 2 и несущие 3 части тележки, винты 4, шарниры 5, верхние 6 и нижние 7 балки колонн 1, направляющие 8, оси 9, ролики 10 опорных частей 2 тележек, ролики 11 несущих частей 3 тележек, шарнирно-рычажные подвески 12, привода 13 и рычаги 14 - одинаково присущи обеим колоннам 1, которые установлены рядом с возможностью работы как по отдельности, так и совместно.
На несущих частях 3 верхних тележек размещают расходуемые электроды, а на несущих частях 3 нижних тележек размещают плавильное оборудование: кристаллизаторы, дорны, поддоны.
Чтобы не затруднять чтение представленных чертежей, расходуемые электроды, кристаллизаторы, дорны и поддоны не показаны.
Опишем работу электрошлаковой печи, например, для случая движения расходуемого электрода, размещенного на верхней тележке на ее несущей части 3, навстречу перемещаемому кристаллизатору, размещенному на нижней тележке на ее несущей части 3.
Механизм перемещения 13 верхней тележки перемещает вниз по винту 4 опорные 2 и несущие 3 части верхней тележки, а аналогичный механизм перемещения 13 нижней тележки перемещает вверх по винту 4 опорные 2 и несущие 3 части нижней тележки.
Винты 4, подвешенные к балке 6, не вращаются, а изменение направления перемещения опорных и несущих частей 2 и 3 верхних и нижних тележек осуществляется за счет изменения направления вращения механизм перемещения 13.
Винты 4, подвешенные к балке 6, работают только на растяжение, а крутящие моменты передаются через ролики 11 на направляющие 8 и воспринимаются колонной 1.
В этом случае при возникновении неодинакой нагрузки на ролики 11 возможен перекос несущей части 3 тележки, вызывающий ее прерывистое движение или даже зависание.
Для устранения этого явления служит опорная часть 2 тележки с роликами 10 и шарниром 5, который может быть выполнен в виде оси 9, позволяющей в определенных пределах частям 2 и 3 тележек смещаться относительно друг друга и передавать нагрузку с роликов 11 на ролики 10, тем самым устраняется перекос и обеспечивается плавное движение опорных и несущих частей 2 и 3 тележек.
Этой же цели служит и шарнирно-рычажная подвеска 12. В случаях возникновения перекоса и смещения роликов 11 в пределах зазора, обеспечивающего их движение по направляющим 8, возникает горизонтальная составляющая сила, которая может воздействовать на привод 13 и винт 4.
Это явление устраняется шарнирно-рычажной подвеской 12, в которой рычаги 14 соединены между собой шарнирно (Фиг.5), что позволяет изменять расстояние между продольной осью винта 4 и роликами 11, устраняя упомянутое воздействие на механизм перемещения 13, обеспечивая его плавное движение по винту 4 и плавность перемещения опорных и несущих частей 2 и 3 верхних и нижних тележек по направляющим 8, размещенным на колоннах 1.
Винт 4 в некоторых случаях может быть подвергнут воздействию теплового потока, возникающего при плавлении расходуемого электрода, что может вызвать деформацию винта 4 в результате его теплового удлинения.
Для исключения этого явления в нижней балке 7 выполнено отверстие (Фиг.2), в котором размещен с зазором нижний конец винта 4, что позволяет сохранить форму винта 4 при его удлинении и, тем самым, обеспечить плавность движения как верхних, так и нижних частей 2 и 3 тежелек.
Размещение привода перемещения на подвешенном винту позволяет создать не жесткую, как у прототипа, а элластичную взаимосвязь между приводом перемещения, тележками и винтом, что позволяет в определенной степени всем взаимодействующим узлам иметь собственную степень свободного перемещения, не влияющего на перемещение взаимодействующих узлов.
Это способствует каждому узлу корректировать свое перемещение и избегать перекосов, зависаний, толчков и выбрации.
Предложенное техническое решение было выполнено в рамках научно-исследовательской работы «Разработка проектно-конструкторской документации и технологии электрошлаковой выплавки полых и сплошных слитков ответственного назначения».
При этом в лабораторных условиях были проверены на работоспособность и взаимодействие между собой: подвешенный винт, несущая и опорная части тележек и привода перемещения по винту. Получены положительные результаты.
В настоящий момент по данным лабораторных испытаний подготавливаются технические требования на проектирование электрошлаковой печи для выплавки полых и сплошных слитков массой до 20 т на одной колонне и 40 т на двух колоннах при их одновременной работе в один кристаллизатор.
Как уже было отмечено, электрошлаковая печь обеспечивает плавное движение тележек без подергиваний и вибрации, плавное ускорение и замедление, что позволяет осуществлять регулирование процесса выплавки и соблюдение технологических режимов при соответствии строгим требованиям к электрошлаковым печам для выплавления слитков ответственного назначения.