RUS | ENG | ДонНТУ> Портал магистров ДонНТУ

Колесник Екатерина Владимировна

Факультет: Механический

Специальность:Механическое оборудование заводов черной металлургии

Тема выпускной работы:

"Разработка, расчет и исследование работы манипулятора для быстрой замены погружного стакана, который защищает сталь от вторичного окисления во время ее безпрерывной разливки".

Руководитель: доктор технических наук, проф. каф. МОЗЧМ Еронько Сергей Петрович

Реферат

  Технология непрерывного литья заготовок, предполагающая подачу в непрерывном режиме жидкой стали в специализированную водоохлаждаемую бездонную изложницу – кристализатор, совершающую качательные движения, и вытягивание частично затвердевшего слитка, занимает в настоящее время ведущее положение в сталеплавильном производстве по отношению являются исключение из производственного цикла блюмингов и слябингов, снижение в 3-4 раза отходов металла, существенное повышение производительности труда, возможность автоматизации и автоматизации процесса дозированного перелива жидкой стали из ковша в металлоприемник. Благодаря постоянному совершенствованию этого прогрессивного способа получения металлических заготовок стало возможным разливать спокойную сталь практически любого состава.
Идея непрерывной разливки, принципы которой наиболее полно впервые были сформулированы в 1846 г. Г. Бессемером, долгое время не могла найти реального воплощения по целому ряду причин, главной из которых являлось отсутствие возвратно-поступательного движения кристализатора. Лишь спустя восемьдесят лет (1933 г.) в Германии выдается патент, согласно которому в конструкции машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) предусмотрено применение кристализатора, совершающего в процессе разливки качательное движение. Применение машин непрерывного литья заготовок в промышленных масштабах началось в 50-х гг. 20 ст. За прошедшие пятьдесят лет технология непрерывной разливки постоянно совершенствовалось по нескольким направлениям:
- расширялся сортамент выпускаемой продукции;
- повышалась производительность за счет увеличения скорости разливки;
- расширялись технологические возможности применяемого механического оборудования;
-процессы непрерывной разливки и прокатки.
  К началу XXI ст. число эксплуатируемых в мире машин непрерывного литья заготовок превысило 1600, что позволило довести долю стали, разливаемой с их использованием, до 80 % от общего объема производства.
  В настоящее время на многих металлургических предприятиях страны при непрерывной разливке стали для защиты струи металла, истекающей из промежуточного ковша в кристаллизатор МНЛЗ, используются специальные удлиненные стаканы и трубы. Их основные служебные свойства приведены в табл. 1. Поскольку дозирующее устройство должно обеспечивать подвод стали в кристаллизатор хорошо сформированной струей, разъедание или затягивание канала погружного стакана не допускается.

   Эрозия или затягивание канала разливочного устройства зависят, в первую очередь, от физико-химических процессов, протекающих в контактном слое огнеупор-жидкая сталь. При различном соотношении сил адгезии между контактным слоем, огнеупором и сталью может происходить либо вырывание отдельных частиц огнеупорного материала, либо налипание на стенках канала продуктов взаимодействия стали с огнеупором. Если адгезия контактного слоя к стали больше чем к огнеупору, этот слой смывается потоком металла т. е. наблюдается размывание канала. Когда же адгезия вязкого контактного слоя к огнеупору больше, чем к стали, канал стакана затягивается. В случае равновесия указанных процессов разъедание и затягивание канала стакана не наблюдаются. В зависимости от химического состава разливаемой стали применяют кварцевые, высокоглиноземистые, корундографитовые, шамотные и цирконовые стаканы.
Измельченный шликер затем стабилизируют, т. е. непрерывно перемешивают на протяжении нескольких суток в специальной мешалке.

Таблица1.Характеристика погружных стаканов

Ключевые определения кварцевый высоко глиноземистый шамотный цирконовый

1.Открытая пористость,%
10 16 15 28

2.Кажущаяся плотность, кг/м3
- 2700 2300 3000

3.Огнеупорность,°С
1710 1820 1770 2150

4.Содержание окислов, %:

а) А12О3
0,2 - 99,5 -

б) МgО
71,0 0,6 25,2 -

в) SiO2
44,0 0,5 53,1 -

с) ZrO2
3,5 0,3 32,3 63,0

  Кварцевые стаканы обладают высокой термостойкостью хорошо противостоят воздействию агрессивных шлаков однако быстро разрушаются марганцовистыми сталями.
Высокоглиноземистые стаканы применяют обычно при разливке стали с повышенным содержанием марганца. Эти стаканы не размываются металлом, но разъедаются шлаком, а при наличии в разливаемой стали повышенного содержания неметаллических включений часто наблюдается затягивание их каналов. Использование погружных корундографитовых стаканов при непрерывной разливке трубной стали, как показала практика, позволяет повысить стабильность работы МНЛЗ и увеличить выход годного.
В последнее время при разливке стали на МНЛЗ непрерывно увеличивается производство и применение огнеупорных изделий из ZrO2.

Актуальность
  Повышение серийности непрерывной разливки стали и обеспечение ее защиты от вторичного окисления на современных МНЛЗ являются главными условиями повышения технико-экономической эффективности процесса получения качественной непрерывно литой заготовки. При этом особое требования предъявляют к огнеупорным погружным стаканам, используемым в качестве защитных элементов, предотвращающих контакт поверхности истекающей струи стали с окружающей атмосферой на участке промковш-кристаллизатор машины непрерывного литья заготовок. Частая их замена по причине быстрого разрушения или заметалливания не только нарушает нормальный ритм непрерывной разливки, а и снижает выход годного в среднем на 1,5 %, поскольку участок заготовки, сформировавшийся во время замены вышедшего из строя стакана, согласно требованиям действующих технологических конструкций, должен быть вырезан из-за низкого качества структуры и наличия так называемого «пояса», образующегося даже при кратковременном прекращении поступления жидкого металла в полость кристаллизатора.
  Поэтому в настоящее время уделяют много внимания мерам, способствующим повышению стойкости применяемых защитных стаканов и сокращению длительности выполнения технологических операций, связанных с их заменой в процессе непрерывной разливки стали длинными сериями. Для быстрой замены погружных стаканов используют различные системы манипуляторов, конструкции которых должны удовлетворять целому ряду требований, обусловленных условиями их эксплуатации. Главными из них являются компактность и высокая точность позиционирования рабочего органа.

Цель:
  Исследование работы манипулятора для быстрой смены погружного стакана, который защищает сталь от вторичного окисления при разливки стали на слябовой МНЛЗ.

Задачи:
  Усовершенствование параметров и разработка новых конструкций для обеспечения монтажа и эксплуатации конструкции.

Научная новизна
  Для защиты стали от вторичного окисления на современных МНЛЗ используют погружные огнеупорные стаканы. Установка и быстрая замена погружных стаканов при разливке большими сериями осуществляется с помощью стационарных или передвижных устройств (манипуляторов). Существует несколько конструкций манипуляторов: стационарный манипулятор для установки погружного стакана на сталеразливочный ковш, пневматический манипулятор для слябов ой МНЛЗ (состоящий из двух пневмоцолиндров) разработанный сотрудниками ДонНТУ, гидравлический манипулятор фирмы «Интерстоп». Анализ известных технических решений, заложенных в конструктивные схемы манипуляторов, показал, что реализации в них нужной траектории движения защитного элемента используют не менее двух силовых механизмов, согласованная работа которых обеспечивается либо вручную, либо с помощью электрических или пневматических систем управления.
  С целью обеспечения и упрощения эксплуатации устройства, позволяющего осуществить быструю замену защитного огнеупорного стакана в условиях разливки стали на слябовой МНЛЗ, сотрудники и студенты кафедры «Механическое оборудование заводов черной металлургии» Донецкого национального технического университета разработали и запатентовали конструкцию манипулятора, схему и принцип действия которого поясняет рисунок 1.

Рисунок1.Схема манипулятора

   Он включает поворотную колонну установленную на подвижной тележке и снабженную горизонтальной консолью, на которой посредствам двух пар планок подвешены два рычага, образующие два паралеллограмные механизма. На передних концах рычагов закреплена гильза, несущая огнеупорный стакан и с помощью тяги соединенная с корпусом поворотной колонны. Параллелограмные механизмы, приводимые в действие силовым пневмоцилиндром, обеспечивают плоскопараллельное перемещение в вертикальной плоскости рычагов, во время которого защитный огнеупорный стакан, размещенный в гильзе совершает сложное движение по расчетной траектории между стенками кристаллизатора, благодаря чему достигается его перевод из горизонтального положения в вертикальное и стыковка со стаканом-дозатором промежуточного ковша. Предлагаемый манипулятор устанавливается сбоку на рабочей площадке со стороны выпуска стали. Благодаря кинематической схеме, манипулятор в исходном (нерабочем) положении не препятствует работе вспомогательных механизмов, используемых для выполнения операции по ремонту и ломке износившейся футеровки конвертера. В конструкции манипулятора предусмотрена возможность изменение вылета полой штанги, что облегчает предварительную настройку механизма с целью обеспечения совмещения с продольной осью выпускного канала. Продолжительность замены погружного стакана составляет около 10 сек. Управление работой манипулятора дистанционное со стационарного или переносного пульта.
   Разработанный манипулятор имеет один пневмоцилиндр, что в отличии от аналогичных конструкций делает его более экономичным и практичным.
Для обеспечения указанных требований при разработке новой конструкции манипулятора, целесообразно использовать методы математического моделирования и автоматизированного проектирования, позволяющие не только ускорить подготовку технической документации, но и моделировать работу механизма в различных режимах, находить оптимальное соотношение линейных и угловых размеров его структурных элементов с учетом конкретных промышленных условий применения.
  В основу магистерской работы положено исследование работы манипулятора предложенной конструкции, с усовершенствованными параметрами и новыми конструктивными разработками для обеспечения монтажа и эксплуатации. Для этого было исследовано множество манипуляторов различных производителей и конструкций.
  Для расчета параметров разработанного устройства выполнен анализ стержневого механизма, проведены прочностные расчеты валов, выбраны подшипники для поворотной колонны, проведен расчет пневмоцилиндра: ход поршня и усилие давления. Выбрана необходимая маслостанция для смазывания механизма, рассчитаны все рычаги на изгиб и кручение, а также был просчитан угол поворота погружного стакана и все геометрические параметры.
  Тестирование функционирования разработанной механической системы, приводимой в действие лишь одним пневмоцилиндром, показало, что она позволяет с достаточной для промышленного применения точностью осуществлять перемещение погружного стакана в пространстве, ограниченного днищем ромежуточного ковша и верхней частью кристаллизатора МНЛЗ, и его последующую стыковку со стаканом-дозатором.
Данный манипулятор представляет собой оптимальный вариант механизма для данной операции. Этот механизм прост в конструкции и в управлении.

Биография | Библиотека | Ссылки | Отчет о поиске | Индивидуальное задание

Ключевые определения	кварцевый	высоко глиноземистый	шамотный	цирконовый
1.Открытая пористость,%	10	16	15	28
2.Кажущаяся плотность, кг/м3	-	2700	2300	3000
3.Огнеупорность,°С	1710	1820	1770	2150
4.Содержание окислов, %:
а) А12О3	0,2	-	99,5	-
б) МgО	71,0	0,6	25,2	-
в) SiO2	44,0	0,5	53,1	-
с) ZrO2	3,5	0,3	32,3	63,0