Разработка эффективных разливочных систем промежуточных ковшей машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ)

Еронько С.П. /д.т.н/, Яковлев Д.А., Орлов И.А., Бедарев С.А., Дубойский К.В., Науменко А.В. 

Донецкий национальный технический университет

Источник: научно-технический журнал "Металлургические процессы и оборудование".2009. №2(16). С. 39—48.

        Промежуточный ковш является одним из важнейших структурных элементов оборудования МНЛЗ, поэтому от надежности его функционирования во многом зависят показатели технико-экономической эффективности, достигаемые при непрерывной разливке стали длинными сериями [1]. 
        Повышение серийности разливки металла на сортовых и слябовых МНЛЗ требует решения ряда задач, связанных с обеспечением стабильности скорости истечения жидкого металла из промежуточного ковша в кристаллизаторы и экранирования струи расплава от окружающей атмосферы. При этом постоянство расхода стали поддерживают либо за счет использования стаканов-дозаторов с калиброванным каналом, либо применяя стопорные системы в комплексе с погружными стаканами. В процессе длительной разливки форма и размеры каналов дозирующих и защитных стаканов по ряду причин могут существенно изменяться, что приводит к ухудшению условий формирования струи и нарушению скоростные режимов истечения стали [2]. 
        В связи с этим в последние годы зарубежными фирмами активизированы работы по созданию разливочных систем, позволяющих выполнять дозированный перелив стали из промежуточных ковшей и защиту ее от вторичного окисления во время получения непрерывно литой заготовки из объема металла 50 и более плавок. В Украине такие разработки ведутся на кафедре механического оборудования заводов черной металлургии Донецкого национального технического университета. 
        Процесс создания новых образцов разливочного оборудования включает несколько стадий, последовательность которых обозначена на рис. 1. 

Рис.1 — Порядок подготовки к запуску в производство новой разливочной системы промежуточного ковша МНЛЗ

        При этом уровень выполняемых технических разработок напрямую зависит от наличия информации о предшествующем опыте использования в производстве данного вида оборудования, имеющихся в распоряжении специалистов методов расчета проектируемых разливочных систем, совершенства материально-технической базы экспериментальных исследований в лабораторных и промышленных условиях надежности их функционирования [3]. Поэтому научно-практическая деятельность, связанная с расчетом, проектированием, изготовлением и освоением перспективных разливочных устройств, была скоординирована по следующим основным направлениям: поиск сведений о конструктивных особенностях отечественных и зарубежных аналогов, анализ их достоинств и недостатков, разработка и предварительная проверка на физических моделях новых оригинальных решений, определение энергосиловых параметров опытного образца и подготовка к нему технической документации, выпуск базовой модели и тестирование ее в лабораторных и промышленных условиях. 
        С целью унификации элементов разливочного оборудования и использования в нем керамических изделий отечественного производства с учетом результатов сопоставительного анализа достоинств и недостатков известных зарубежных аналогов разработаны и спроектированы системы быстрой смены дозирующих и защитных стаканов, имеющие конструктивные отличия, благодаря которым упрощаются и облегчаются обслуживание и эксплуатация устройств дозированного перелива стали для промежуточных ковшей сортовых и слябовых МНЛЗ. 
        Как известно, в указанных системах важнейшей конструктивной частью является узел прижатия сменного стакана к базовому огнеупорному блоку. Данный узел в разливочных устройствах зарубежных фирм включает две группы коромысел, установленных на осях симметрично по обе стороны огнеупорного стакана вдоль направления его возможного перемещения. При этом каждое коромысло одним концом давит на тыльную часть стального кожуха стакана за счет силы сжатия витой или тарельчатой пружины, воздействующей на противоположный конец коромысла. Такая схема узла прижатия подвижного огнеупорного элемента требует тщательного подбора всех устанавливаемых пружин для обеспечения постоянства их упругих характеристик, которое необходимо регулярно контролировать на специальных стендах, предварительно выполняя при этом полную разборку разливочного устройства. 
        Система быстрой смены стаканов-дозаторов, разработанная сотрудниками ДонНТУ, в этом отношении выгодно отличается от зарубежных аналогов. Она включает (рис.2) сборный металлический корпус, снабженный средствами крепления в виде винтов 4 к фланцу 2, привариваемому к наружной поверхности днища промежуточного ковша. Корпус устройства состоит из монтажной плиты 3, имеющей центральное отверстие, в котором размещена нижняя часть огнеупорного гнездового блока 1 со сталевыпускным стаканом промежуточного ковша. С монтажной плитой жестко связаны расположенные симметрично ее продольной оси две направляющие опоры 13, несущие сменный огнеупорный стакан-дозатор 12 в металлической обойме, примыкающий снизу к гнездовому блоку 1 и имеющий возможность перемещения вдоль опор съемным силовым гидроцилиндром 5. Прижатие к гнездовому блоку 1 стакана-дозатора 12 осуществляется поворотными элементами 11, установленными по обеим его сторонам на осях 10, закрепленных в направляющих опорах 13. Требуемая сила прижатия обеспечена пружинами 8, размещенными на центрирующих стержнях 9 в горизонтальных цилиндрических каналах, выполненных в блоках 6. На внутренних поверхностях этих каналов нарезана резьба для ввинчивания пробок 7, обеспечивающих регулирование степени сжатия пружин. Каждая из пробок своей задней торцевой поверхностью выходит наружу направляющих опор. Для вращения пробки на ее наружной торцевой части имеется шестигранное отверстие под ключ. 

Рис.2 — Устройство для быстрой смены стаканов-дозаторов при разливке стали на сортовых МНЛЗ

        Во время дозированного перелива стали из промежуточного ковша в кристаллизаторы МНЛЗ при необходимости замены вышедшего из строя стакана-дозатора резервным, осуществляют запуск гидропривода, силовой цилиндр которого проталкивает дозирующие элементы на расчетное расстояние, в результате чего новое огнеупорное изделие занимает место отработанного. 
        Благодаря усовершенствованию конструкции опорного узла разливочной системы, отпала необходимость в ее полной разборке при осуществлении контроля силы, развиваемой каждой из пружин, или в случае их замены. Кроме этого, удалось расширить допустимые пределы отклонения жесткости упругих элементов от заданного значения, так как предлагаемая конструкция позволяет выполнять индивидуальное регулирование силы воздействия пружины на дозирующий стакан, не снимая разливочное устройство с ковша. 
        При обслуживании разливочной системы для контроля жесткости пружин в отверстие каждого из поворотных элементов поочередно вводят хвостовик динамометрического ключа и, поворачивая элемент на оси на небольшой угол, определяют обеспечиваемую пружиной упругую силу. В случае отклонения этой силы от заданного значения, необходимо повернуть в нужном направлении пробку, сжимая или ослабляя пружину. Если после такой регулировки все же не удается достичь желаемого результата, пришедшую в негодность пружину заменяют новой, вывинтив полностью из резьбового гнезда пробку [4]. 
        Защита струи металла от вторичного окисления в процессе непрерывного литья слябовых заготовок является обязательным технологическим приемом. При этом огнеупорные погружные стаканы, используемые в качестве защитных элементов, предотвращающих контакт поверхности истекающей струи с окружающей атмосферой на участке промежуточный ковш – кристаллизатор, должны обладать повышенной стойкостью к тепловым и механическим нагрузкам. Частая их замена в процессе разливки не только нарушает нормальный ритм работы МНЛЗ, но и снижает выход годного в среднем на 1,5%, так как металл заготовки на участке, сформировавшемся во время проводившейся смены вышедшего из строя керамического изделия, считают некондиционным [5]. 
        Несмотря на значительные успехи, достигнутые за последние годы в области производства огнеупоров, даже высококачественные керамические изделия, используемые в устройствах дозированной подачи жидкого металла в кристаллизаторы, не могут нормально функционировать в течение всего периода использования футеровки промежуточного ковша. Поэтому для поддержания высокой ритмичности процесса непрерывной разливки стали на слябовую заготовку и решения задач, связанных с гармонизацией сроков службы футеровки промежуточных ковшей и огнеупорных частей их разливочных устройств, необходимы новые технические разработки, которые позволили бы минимизировать длительность операций по смене отработанных погружных стаканов. 
        В системах, предлагаемых потенциальному потребителю зарубежными фирмами, замена погружного стакана осуществляется в два этапа. Вначале предварительно разогретый резервный стакан вручную или с помощью специального манипулятора устанавливают на приемные салазки разливочного устройства за отработанным огнеупором по ходу его возможного перемещения. После отвода захватного устройства манипулятора в сторону в замковой части разливочной системы фиксируют силовой гидроцилиндр, центрируя его шток относительно продольной оси сменного огнеупора. В нужный момент, подав из гидроаккумулятора в полость силового цилиндра под избыточным давлением рабочую жидкость, в течение долей секунды осуществляют одновременное перемещение обоих погружных стаканов на заданное расстояние, в результате чего резервный огнеупорный элемент практически без прерывания струи занимает рабочую позицию и выталкивает изношенный, который затем удаляют из-под ковша. По завершению операции смены погружного стакана силовой гидроцилиндр отсоединяют от замкового узла разливочного устройства. При такой конструктивной схеме процесс замены погружного стакана не может быть осуществлен сразу же после размещения резервного огнеупорного изделия на исходной позиции из-за необходимости предварительного выполнения нескольких дополнительных операций по установке силового гидроцилиндра, требующих определенных затрат рабочего времени. 
        С целью устранения отмеченного недостатка авторами был разработан комплекс (рис. 3), включающий разливочную и манипуляционную системы, согласованно функционирующие по заданной программе. 

Рис.3 — Система быстрой замены погружных стаканов для слябовой МНЛЗ: 1 — промежуточный ковш; 2 — манипулятор; 3 — разливочное устройство; 4 — новый погружной стакан; 5 — замененный стакан

        Механическая часть предложенной разливочной системы отличается от зарубежных аналогов тем, что силовой гидроцилиндр непосредственно с нею не связан, а размещен стационарно на манипуляторе. Кроме того, внесены изменения в конструкцию узла прижатия погружного стакана к базовой огнеупорной плите. Стакан своей металлической обоймой опирается на ролики, поджимаемые пружинами, размещенными в наклонных каналах, в которые снаружи ввинчены резьбовые пробки. Применение тел качения в опорном узле позволило уменьшить силу сопротивления перемещению погружного стакана и снизить интенсивность износа контактных поверхностей взаимодействующих элементов разливочного устройства. 
        Манипуляционная система изображена на рис. 4. Она включает поворотную колонну 2, установленную на тележке 1 и снабженную горизонтальной консолью 3, на которой посредством двух пар планок 4 и 5 подвешены два рычага 6, образующие параллелограммные механизмы и удерживающие платформу с размещенным на ней силовым цилиндром 7. На передних концах рычагов 6 шарнирно закреплена скоба 8, несущая защитный огнеупорный стакан 9 и с помощью тяги 10 соединенная с корпусом гидроцилиндра 12, приводящего в действие параллелограммные механизмы. Корпус этого цилиндра шарнирно соединен с поворотной колонной 2, а его шток при помощи пальца 11 прикреплен к планкам 5 параллелограммных механизмов. Тележка 1 имеет возможность перемещения в направлении продольной оси кристаллизатора, находящегося под промежуточным ковшом соосно с его разливочной системой. 

Рис.4 — Манипуляционная система для быстрой смены погружных стаканов

        Замену погружного стакана осуществляют в следующем порядке. Предварительно разогретый резервный погружной стакан 9 устанавливают в горизонтальном положении в скобу 8 и фиксируют с помощью специального зажима. Затем, переместив тележку 1 в направлении кристаллизатора, включают подачу жидкости под давлением в полость цилиндра 12. При этом его шток, выдвигаясь вперед и воздействуя на палец 11, поворачивает планки 5 относительно консоли 3. Поскольку эта консоль, планки 4 и 5, а также подвешенные на них рычаги 6 образуют параллеграммные механизмы, размещенная на рычагах платформа с силовым цилиндром 7 будут совершать плоскопараллельное движение в вертикальной плоскости. Во время этого движения скоба 8, шарнирно закрепленная на концах рычагов 6 и с помощью тяги 10 соединенная с корпусом цилиндра 12, повернется вместе со стаканом против часовой стрелки относительно рычагов. В результате реализации одновременного переносного и относительного движений скобы 8 стакан 9 совершит перемещение относительно кристаллизатора по сложной траектории и займет вертикальное положение, при котором его опорная плита будет находиться на уровне приемных салазок разливочной системы. Быструю замену погружного стакана выполняют силовым гидроцилиндром 7, шток которого проталкивает резервный стакан на рабочую позицию, в результате чего вышедший из строя огнеупор вытесняется из-под базовой плиты и может быть беспрепятственно удален из рабочей зоны. После этого осуществляют реверсирование гидравлических приводов манипуляционной системы и отводят ее от промежуточного ковша [6]. 
        Расчет и конструирование промышленных образцов разработанных разливочных систем требовали достоверной информации о технологических нагрузках, действующих на их элементы и приводы. Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований показали, что в процессе эксплуатации разливочных устройств в их узлах возникают статические и динамические нагрузки, численные значения которых могут существенно изменяться в зависимости от условий функционирования системы быстрой смены стаканов. 
        Статические силы, препятствующие перемещению стаканов, обусловлены трением, возникающим между контактными рабочими поверхностями керамических частей разливочного устройства, металлической обоймой подвижного огнеупорного изделия и прижимными элементами опорного узла, а также дополнительной нагрузкой, связанной с разрушением слоя отложений оксидов алюминия или настыли на стенках сталевыпускного канала. 
        Результаты измерений, проведенных на лабораторном стенде по методике, подробно освещенной в работе [7], позволили установить, что в механических системах, подобных устройствам быстрой замены дозирующих и защитных стаканов, доля энергии, затраченной на преодоление сопротивления перемещению несвободного тела, в зависимости от силы его прижатия, составляет 30-50 %. При этом ударная нагрузка в момент выведения системы из состояния покоя достигает 25-30% от суммарной силы технологического сопротивления. 
        Поэтому полученные расчетные значения суммарной технологической нагрузки, включающей силы трения в узлах разливочной системы и усилие, требуемое для разрушения слоя отложений в ее канале, необходимо скорректировать в сторону увеличения путем введения поправочного множителя, учитывающего установленные потери подводимой энергии, затрачиваемой на деформацию соударяющихся элементов исследуемого устройства [8]. 
        Результаты стендовых испытаний, проведенных в лаборатории кафедры механического оборудования заводов черной металлургии ДонНТУ, подтвердили правильность принятых технических решений и расчетных нагрузок, действующих на элементы спроектированных разливочных систем [9]. 
        Предложенные конструкции разливочных устройств защищены патентами Украины [10, 11] и приняты Новокраматорским машиностроительным заводом для использования на промежуточных ковшах в типовых проектах сортовых и слябовых машин непрерывного литья заготовок [12]. 
        Как уже было отмечено, при непрерывной разливке стали закрытой струей регулирование расхода металла, истекающего из промежуточного ковша, осуществляют с помощью стопора-моноблока, погруженного в ванну расплава и совершающего вертикальные соосные перемещения относительно канала разливочного стакана, осуществляемые ручным, гидравлическим или электромеханическим приводами. 
        Опыт эксплуатации такой дозирующей системы показал, что наиболее уязвимым ее элементом является стопор-моноблок, непосредственно контактирующий с жидкой сталью и агрессивными шлаками, а также подвергающийся воздействию давления газа, подаваемого через его внутреннюю полость; механических нагрузок, возникающих во время перекрытия выпускного канала промежуточного ковша; а также вибрации, вызываемой неустановившимися газо- и гидродинамическими процессами протекающими в зоне расположения головки стопора при взаимодействии пузырьков вдуваемого инертного газа и формирующейся струи металла на входе в канал разливочного стакана. 
        Результатом длительного воздействия указанных факторов могут стать прогрессирующая эрозия корпуса стопора-моноблока, вызывающая ослабление его стенок; разрушение поверхности огнеупорной части стопора, контактирующей с металлическими элементами узла его крепления; ослабление затяжки резьбового соединения стального стержня с вилкой, а также нажимной гайки, фиксирующей опорную шайбу относительно верхнего торца моноблока [13]. 
        Особого внимания заслуживает поломка стопора-моноблока, вызванная появлением продольных или поперечных трещин в верхней части его корпуса в месте запрессовки элементов, обеспечивающих сочленение огнеупорного и металлического стержней. Результаты выполненного сопоставительного анализа основных конструктивных схем крепления стопора-моноблока свидетельствует о том, что главными предпосылками возникновения растрескивания огнеупорного изделия являются наличие в нем высоких концентраций напряжений в зоне заделки крепежных элементов (расклинивающих втулок, гаек или фиксирующих стержней), а также превышение допустимого усилия затяжки нажимной гайки при сборке стопорной системы. Поэтому для снижения уровня напряженно-деформированного состояния узла крепления стопора-моноблока необходимы новые технические решения, направленные на совершенствование его конструктивного исполнения, при котором бы устранялись концентраторы напряжений в сопрягаемых элементах и обеспечивалась их относительная самоустановка, исключающая перекосы при подготовке к работе разливочного устройства. 
        С учетом достоинств и недостатков известных конструктивных схем узла крепления стопора-моноблока к несущему стержню и полученных данных физического и математического моделирования условий их функционирования разработали и запатентовали два варианта системы стыковки огнеупорного и металлического элементов разливочного устройства. 
        Согласно первому варианту, узел крепления (рис. 5), размещенный в верхней части огнеупорного корпуса 1 стопора-моноблока, включает вертикальный цилиндрический стержень 2, с помощью наружной резьбы связанный своей верхней частью с прижимной гайкой 3, которая опирается на металлическую шайбу 4, примыкающую к верхнему торцу корпуса 1. 

Рис.5 — Схема узла крепления стопора-моноблока с использованием разрезной металлической втулки

        В нем размещена металлическая вставка 5 в виде пустотелого усеченного конуса, внутри которого расположена нижняя часть разрезной втулки 6, жестко связанной верхней частью с металлической шайбой 4. Нижняя часть вертикального стержня 2 снабжена фиксатором, размещенным внутри разрезной втулки 6 и представляющим собой хвостовик 7 в форме усеченного конуса, у которого диаметры верхнего и нижнего оснований соответственно равны внутреннему и наружному диаметрам разрезной втулки. На верхней части стержня выполнены лыски для удержания его от проворота при навинчивании нажимной гайки 3. 
        Подготовку стопора-моноблока к работе осуществляют в следующей последовательности. Предварительно на вертикальный цилиндрический стержень 2 надевают разрезную втулку 6 с металлической шайбой 4 и навинчивают нажимную гайку 3 с таким расчетом, чтобы нижний торец разрезной втулки контактировал с верхним основанием конического хвостовика 7. Затем нижнюю часть вертикального стержня вводят в полость металлической вставки 5 до упора шайбы 4 в верхний торец корпуса 1 стопора-моноблока как показано на рис. 5 б. Затем, удерживая от проворота стержень 2, продолжают навинчивать гайку 3. При этом стержень 2 будет перемещаться вверх относительно корпуса 1, а его конический хвостовик 7 разведет лепестки нижней части разрезной втулки 6, в результате чего произойдет расклинивание металлической вставки 5 и будет обеспечена жесткая фиксация стержня 2 в корпусе 1 стопора-моноблока (рис. 5 в). 
        После завершения эксплуатации стопора-моноблока гайку 3 свинчивают с вертикального стержня 2, который перемещается вниз относительно корпуса 1 стопора-моноблока. В результате этого конический хвостовик 7 выйдет из нижней части разрезной втулки 6, лепестки которой благодаря своим упругим свойствам сомкнутся, что позволит свободно вытащить стержень вместе со втулкой из металлической вставки 5. Таким образом, элементы узла крепления стопора-моноблока пригодны для повторного использования [14]. 
        В соответствии со второй конструктивной схемой, приведенной на рис. 6, стопор-моноблок содержит корпус 1 из огнеупорного материала со сквозным каналом 2. Для крепления стопора-моноблока к механизму подъема служит узел, включающий стержень 3 с центральным газоподводящим каналом 4. Стержень 3 своей верхней частью с помощью наружной резьбы связан с нажимной гайкой 5, опирающейся на металлический диск 6, который примыкает к верхнему торцу корпуса 1. 

Рис.6 — Схема узла крепления стопора-моноблока с использованием эластичных уплотнительных элементов

        В верхней части стержня 3 выполнены лыски для удержания его от проворота, а в аксиальном канале нарезана коническая резьба, обеспечивающая герметическое подключение газоподводящего трубопровода. Нижняя часть стержня 3 изготовлена в виде цилиндра и оснащена опорным буртиком 7. В верхней части аксиального канала 2 корпуса 1 жестко закреплена цилиндрическая втулка 8, а между ее внутренней поверхностью и внешней поверхностью нижней цилиндрической части стержня 3 коаксиально размещен уплотнительный элемент, выполненный составным из колец 9, изготовленных из упругого термостойкого материала. Между кольцами размещены разделительные металлические шайбы 10. 
        Предлагаемый стопор-моноблок работает следующим образом. При его сборке предварительно на нижнюю цилиндрическую часть стержня 3 последовательно надевают кольца 9 из упругого термостойкого материала и металлические шайбы 10, а на верхнюю часть – металлический диск 6 и навинчивается нажимная гайка 5 с усилием, обеспечивающим отсутствие зазоров между буртиком 7, металлическим диском 6 и размещенными уплотнительными кольцами 9. После этого нижний конец стержня 3 вводится в верхнюю часть аксиального канала 2 упора металлического диска 6 в верхнюю торцевую поверхность корпуса 1. При этом уплотнительные кольца 9 и разделительные металлические шайбы 10 коаксиально размещены между внутренней цилиндрической поверхностью втулки 8 и наружной поверхностью цилиндрической части стержня 3, как показано на рис. 6 а. Затем, удерживая от проворота стержень 3, на его верхнюю резьбовую часть продолжают навинчивать нажимную гайку 5. При этом стержень 3 перемещается вдоль аксиального канала 2 к верхнему торцу корпуса 1, в результате чего расстояние между буртиком 7 и металлическим диском 6 уменьшится, что вызовет деформацию уплотнительных колец 9, которые благодаря наличию разделительных шайб 10, одновременно уменьшат свой внутренний и увеличат внешний диаметры. В этом случае (рис. 6 б) внутренняя и внешняя поверхности уплотнительных колец будут плотно прилегать соответственно к внешней поверхности цилиндрической части стержня 3 и внутренней цилиндрической поверхности втулки 8, что обеспечит высокую герметизацию аксиального канала 2 и предотвратит выход из него через узел крепления инертного газа, подаваемого во время разливки в стакан-дозатор промежуточного ковша. 
        После завершения выпуска металла и свинчивания гайки 5 с резьбовой верхней части стержня 3 уплотнительные кольца 9, благодаря упругим свойствам своего материала, при снятии нагрузки со стороны металлического диска 6 примут свою первоначальную форму, что позволит извлечь их вместе со стержнем из аксиального канала стопора-моноблока для повторного использования [15]. 
        Результаты стендовых испытаний предложенных конструкций узлов крепления стопоров-моноблоков подтвердили их работоспособность и были учтены при изготовлении опытно-промышленного образца (рис. 7) огнеупорного изделия, переданного для испытаний в условиях сталеплавильных цехов отечественных металлургических предприятий [16]. 

Рис.7 — Опытно—промышленный образец стопора—моноблока с разработанным узлом крепления

        Развитию трещин, образующихся в огнеупорном стержне стопора, способствуют вибрационные явления, периодически возникающие в системе стопорного механизма во время регулирования в ручном режиме скорости истечения жидкой стали из промежуточного ковша в кристаллизатор. 
При исследовании факторов, способных вызвать вибрацию отдельных элементов стопорного разливочного устройства, установлено влияние на них гидродинамических явлений, возникающих в жидкой ванне промежуточного ковша при взаимодействии потоков металла со стержнем стопора-моноблока и элементами футеровки. Как было установлено в ходе физического моделирования и промышленных экспериментов, уровень вибрации стопорного механизма промежуточного ковша существенно снижается при обеспечении оптимального соотношения между объемными расходами истекающего в кристаллизатор жидкого металла и вдуваемого через стопор – моноблок инертного газа [17]. 
        В связи с этим разработали и запатентовали систему вдувания аргона в сталевыпускной канал промежуточного ковша (рис. 8 а), которая включает огнеупорный стопор моноблок со сквозным центральным каналом 2, закрепленный посредством стального стержня 3 с резьбой и двух гаек 4 и 5 с шайбами 6 к консольной вилке 7, имеющей возможность вертикального перемещения. В верхней торцовой части стержня 3 в его канале выполнено резьбовое гнезда для подсоединения переднего конца газоподающего трубопровода 9, задний конец которого подключен к блоку контроля интенсивности вдувания газа, состоящему из отсечного клапана 10, ротаметра 11, предохранительного клапана 12, универсального манометра 13, электрического дифференциального манометра 14, включенного в электронную схему управления отсечным клапаном 10 и средствами сигнализации 15. 

(a)

(б)

Рис.8 — Конструктивная схема системы вдувания аргона через стопор-моноблок в канал стакана-дозатора промежуточного ковша (а) и обеспечиваемые с ее помощью режимы истечения жидкой стали и инертного газа во время разливки (б)

        Между передним и задним концами газоподающего трубопровода 9 установлен регулятор расхода газа 16, выполненный в виде клапана, корпус которого неподвижен в пространстве и имеет внутреннюю вертикальную полость в форме перевернутого усеченного конуса с нижним входным и верхним выходным отверстиями для подключения к трубопроводу 9, а также размешенную в ней коаксиальную пробку 17. Пробка прикреплена к стержню 18, кинематически связанному с консольной вилкой 7 и имеющему возможность совместного синхронного перемещения с нею в вертикальном направлении. Контур и размеры внутренней вертикальной полости корпуса регулятора 16 и коаксиально расположенной в ней пробки 17 рассчитаны из условия обеспечения оптимального соотношения объемных расходов жидкой стали, истекающей из канала стакана 19, и инертного газа, вдуваемого в него через сквозной центральный канал 2 стопора – моноблока 1 при подъеме или опускании последнего с целью регулирования скорости разливки жидкого металла. 
        Оптимальное соотношение объемных расходов стали и инертного газа в зависимости от высоты подъема стопора – моноблока относительно стакана 19 должно изменяться в соответствии с графиком, приведенным на рис. 8 б. При этом перелив жидкой стали из промежуточного ковша МНЛЗ в кристаллизатор будет протекать без вибрационных явлений в зоне входного отверстия канала стакана 19. В момент зарастания входного отверстия сквозного канала стопора – моноблока и увеличения давления в нем по сигналу электрического дифференциального манометра 14, включенного в электронную схему управления, срабатывают звуковая и световая сигнализация 15 и отсечной клапан 10, который перекроет подачу инертного газа. При нарушениях в работе электронной системы сброс давления газа будет осуществлен предохранительным клапаном 12, настроенным на предельно допустимое его значение. 
        В случае утечки инертного газа из-за разгерметизации системы, когда в ней произойдет падение давления, дифференциальный манометр 14 подаст сигнал на включение сигнализации, а также команду на увеличение подачи газа за счет изменения пропускной способности отсечного клапана 10. За счет отмеченных конструктивных особенностей разработанная система вдувания газа в сталевыпускной стакан промковша МНЛЗ позволяет улучшить условия функционирования стопора-моноблока и стабилизировать скорость разливки, что в конечном счете положительно сказывается на качестве отливаемой заготовки [18, 19 ]. Таким образом, разработанные устройства, благодаря новизне заложенных в них технических решений, направленных на упрощение эксплуатации и повышение надежности разливочных систем промежуточных ковшей машин непрерывного литья заготовок, могут составить достойную конкуренцию зарубежным аналогам, поставляемым на рынки металлургического оборудования стран СНГ.

Литература

  1. Процессы непрерывной разливки / А.Н. Смирнов, В.Л. Пилюшенко, А.А. Минаев и др.- Донецк: ДонНТУ, 2002.— 536 с.
  2. Еронько С.П., Быковских С.В. Разливка стали: Технология. Оборудование. — К.: Техніка, 2003.— 216 с.
  3. Еронько С.П., Быковских С.В., Ошовская Е.В. Расчет и конструирование оборудования для внепечной обработки и разливки стали.— К.: Техніка, 2007.— 344 с.
  4. Совершенствование конструкции устройства для быстрой смены стаканов-дозаторов промковша МНЛЗ / С.П. Еронько, А.Н. Смирнов, Д.А. Яковлев и др. // Металлургическая и горнорудная промышленность.— 2006.— №8.— С. 107 — 109.
  5. Аксельрод Л.М. Повышение стойкости графитсодержащих стаканов для МНЛЗ // Огнеупоры.— 1996.—№ 6.— С. 27 — 30.
  6. Еронько С.П., Сотников А.Л., Седуш В.С. Исследование кинематики манипулятора для быстрой замены погружных стаканов при непрерывной разливке стали // ОАО «Черметинформация». Бюл. «Черная металлургия».— 2006.— № 8.— С. 34 — 37.
  7. Исследование характера передачи ударной нагрузки между подвижно сопряженными элементами механической системы / С.П. Еронько, Е.В. Ошовская, Д.А. Яковлев и др. // Металл и литье Украины.— 2008.— № 6.— С. 18 — 22.
  8. Расчет энергосиловых параметров системы быстрой смены стаканов- дозаторов промежуточного ковша МНЛЗ / С.П. Еронько, Е.В. Ошовская, Д.А. Яковлев и др. // Металлургическая и горнорудная промышленность.— 2008.- № 6.— С. 76 — 79.
  9. Исследование энергосиловых параметров системы быстрой замены стаканов-дозаторов промежуточного ковша сортовой МНЛЗ / С.П. Еронько, Е.В. Ошовская, Д.А. Яковлев и др. // Металл и литье Украины.— 2009.— № 1—2.— С. 25 — 28.
  10. Патент 74507. Украина. Устройство для замены стакана-дозатора промежуточного ковша машины непрерывного литья заготовок / С.П. Еронько, А.Н. Смирнов, А.Ю. Цупрун и др. // Бюл. № 12. 2005.
  11. Патент 75844. Украина. Манипулятор для замены погружного стакана на слябовой машине непрерывного литья заготовок / С.П. Еронько, А.Н. Смирнов, А.Ю. Цупрун и др. // Бюл. № 5. 2006.
  12. Опыт разработки шиберных устройств для технологических переливов стали / С.П. Еронько, А.Ю. Цупрун, С.А. Бедарев и др. // ОАО «Черметинформация». Бюл. «Черная металлургия».— 2008.— № 8.— С. 28 — 36.
  13. Смирнов А.Н.. Еронько С.П., Абакумов Д.В. О причинах выхода из строя стопоров промковшей МНЛЗ // Современная металлургия начала третьего тысячелетия. Сб. научн. трудов. Т.2.—- Липецк: 2001.— С. 43 — 47.
  14. Патент 74461. Украина. Стопор-моноблок. / А.Н. Смирнов, С.П. Еронько, И.А. Орлов и др // Бюл. № 12. 2005.
  15. Патент 74462. Украина. Стопор-моноблок. / А.Н. Смирнов, С.П. Еронько, И.А. Орлов и др // Бюл. № 12. 2005.
  16. Смирнов А.Н., Еронько С.П., Орлов И.А. Совершенствование конструкции узла крепления стопора-моноблока промежуточного ковша МНЛЗ // Металлургическая и горнорудная промышленность.— 2006.- № 4.— С. 70 — 72.
  17. Исследование условий стабильности функционирования системы дозирования стали в промковше / С.П. Еронько, И.А. Орлов, Д.А. Яковлєв и др. // Металлургическая и горнорудная промышленность.— 2004.— №8.- С. 126 — 129.
  18. Патент 79549. Украина. Система вдувания газа в сталевыпускной стакан промежуточного ковша машины нерерывного литья заготовок / С.П. Еронько, Смирнов А.Н., А.Ю. Цупрун и др // Бюл. № 4. 2007.
  19. Повышение стабильности работы системы привода стопора промковшей МНЛЗ / А.Н. Смирнов, С.П. Еронько, А.Ю. Цупрун и др.// Наукові праці Дон НТУ. Сер. Металургія.— 2004.— Вип.. 73.— С. 94 — 99.