Романова Галина Сергеевна

Факультет Механический
Специальность: Металлургическое оборудование

Тема магистерской работы:

Проект поворотного затвора с электромеханическим приводом для отсечки шлака при выпуске стали из кислородного конвертера

Научный руководитель: д.т.н., профессор кафедры МОЗЧМ
Еронько Сергей Петрович

Реферат по теме выпускной работы

Цели работы

Основной задачей магистерской работы является раскрытие темы отсечки конвертерного шлака и исследование оборудования для ее реализации, разработка новой конструктивной схемы затвора поворотного типа для отсечки конвертерного шлака, исследование на физическом аналоге энергосиловых и конструктивных параметров поворотного затврора, оценка технико - экономической эффективности предложенной конструкции.

Актуальность

Постоянно увеличивающийся спрос на высококачественные марки стали являются главным вызовом как для металлургов, так и для проектировщиков металлургического оборудования. Одной из важных задач, требующих решение в условиях современного конвертерного производства стали, является сокращение количества конечного технологического шлака, попадающего в разливочный ковш за время выпуска жидкого металла из плавильного агрегата. Эффективность применяемых способов активного влияния на процесс перетекания шлакового расплава в ковш в заключительной стадии выпуска плавки во многом определяется техническими возможностями механических систем, предназначенных для отсечки высокоокисленного шлака [12].

Существуют следующие способы отсечки шлака.

Газодинамическая система (рис.1) обеспечивает отсекание шлакового расплава путем воздействия на истекающую струю потока инертного или нейтрального газа, подаваемого под избыточным давлением через форсунку, подводимое под выходное отверстие выпускного канала конвертера поворотным рычагом, приводимым в действие специальным механизмом. Недостатком данного способа является быстрое изнашивание сопла [1].

Рис.1 - Газодинамическая отсечка шлака

Способ отсечки шлака с использованием отсечных элементов поплавкового типа (рис.2) основан на применении специальных элементов, выполненных из огнеупорного материала. Он вводится с помощью специальных устройств в ванну конвертера, его верхняя часть находится на границе раздела металлической и шлаковой фаз и в момент подхода слоя шлака к входному отверстию выпускного канала кислородного конвертера перекрывает его.

Рис.2 - Отсечка шлака с использованием отсечных элементов

Способ с использованием шиберным затворов (рис.3). Затвор устанавливается на летку снаружи конвертера и в момент появления частиц шлака в потоке металла частично или полностью перекрывает канал конвертера. Сигналом к перекрытию является команда датчика раннего обнаружения шлака. Использование скользящего затвора в качестве системы отсечки конечного технологического шлака предполагает наличие высокочувствительной контрольно - измерительной аппаратуры раннего обнаружения шлаковых включений в струе истекающего в ковш металла. Также привод следует размещать ниже опорного кольца корпуса кислородного конвертера. В противном случае силовой агрегат привода будет поврежден интенсивными тепловыми нагрузками, отрицательно влияющими на его работоспособность. Эксплуатация такой системы требует выполнение работ, связанных с заменой изношенных огнеупорных изделий и ремонтом привода [1].

Рис.3 - Способ с использованием шиберным затворов

Новизна и преимущества новой конструкции

При разработке новой конструкции поворотного затвора ставилась задача создания такого устройства, которое было бы свободно от основных недостатков, присущих известным поворотным затворам. На рис.4 изображена схема поворотного затвора, разработанного ДонНТУ совместно с Енакиевским металлургическим заводом. Затвор содержит обойму 2, в которой установлена неподвижная огнеупорная плита 11 с отверстием, подвижную обойму 8 с установленными в ней подвижной огнеупорной плитой 10 и коллектором 9. Опорное устройство затвора включает корпус, соединенный с неподвижной обоймой с помощью шарнира, нажимного болта и гайки 1. Между подвижной обоймой 8 и корпусом установлен вкладыш 13,причем сопряженные поверхности обоймы 8 и вкладыша 13 выполнены сферическими. Вкладыш установлен на шариках , набранных в сепаратор , и имеет зубчатый венец 14, в зацеплении с которым находится приводная коническая шестерня 6. Вращение от вкладыша 13 передается подвижной обойме 8 при помощи ролика [10].

Рис.4 – Затвор поворотного типа конструкции ДонНТУ

1-болтовая стяжка, 2-неподвижная обойма, 3-сталеразливочный ковш, 4-электропривод, 5-карданный вал, 6-вал-шестрня, 7-подшипник, 8-подвижная обойма, 9-стакан-коллектор, 10-подвижная огнеупорная плита, 11-верхняя огнеупорная плита, 12-коромысло, 13-вкладыш, 14-зубчатый венец

Благодаря сферическим сопряженным поверхностям вкладыша и подвижной обоймы обеспечивается самоустановка подвижной плиты при её вращении, что полностью исключает влияние клиновидности вращающегося узла на нормальную работу затвора. Механизм самоустановки подвижной плиты понятен из рис.5.

Рис.5 - Самоустановка подвижной плиты при её вращении

а)-затвор в начальном положении; б)-затвор после поворота подвижной плиты на 180°

Таким образом, при вращении подвижной плиты отсутствует эффект "заклинивания" подвижной части затвора, который в других конструкциях с "жестким" прижатием плит вызывает резкие измене¬ния величины усилия прижатия. В связи с этим отпадает необходимость установки пружин, которые усложняют конструкцию затвора и затрудняют его эксплуатацию.

Кроме того, в отличии от существующих схем поворотных затворов, зубчатая передача размещена внутри корпуса затвора. Это, во-первых, обеспечивает точное зацепление зубьев конической пары и хорошую их смазку; во-вторых защищает зубья от попадания на них пыли и брызг металла.

Отличительной особенностью конструкции является также то, что вращающийся элемент затвора установлен на подшипнике качения. Благодаря этому предотвращен быстрый износ трущихся металлических поверхностей и уменьшена нагрузка на привод.

Увеличение стойкости огнеупорных плит обеспечено за увеличение числа перекрытий по сравнению с шиберными затворами в 2-3 раза. Это достигается за счет увеличения примерно во столько же раз полезно используемой рабочей поверхности подвижной плиты, перекрывающей сталевыпускное отверстие. Следовательно, сокращается количество остановок оборудования для замены огнеупоров и ремонта оборудования, повышается производительность [5].

Рис.6 - Характер износа плит

а)в затворе шиберного типа; б)в затворе шиберного типа

Также привод поворотного затвора вынесен из зоны действия высоких температур и соединен с конструкцией с помощью карданного вала (рис.7). Таким образом силовой агрегат привода не будет подвержен интенсивными тепловыми нагрузками, отрицательно влияющими на его работоспособность. Эксплуатация такой системы требует меньшего колличества выполнения работ, связанных с заменой изношенных огнеупорных изделий и ремонтом привода. Был произведен расчет энерго - силовых параметров системы, а также сконструирован привод затвора.

Рис.7 - Расположение затвора и привода на конвертере

Для проверки правильности технических решений необходимо провести лабораторные испытания на модели. В лаборатории была разработан и изготовлен физический аппарат промышленного поворотного затвора и испытательного стенда (рис.8), подготовлены контрольно - измерительные средства для проведения эксперимента.

Рис.8 - Физическая модель затвора

Рис.9 - Анимированное изображение трехмерной модели поворотного затвора(6 кадров, задержка 1с, 100 Кбайт, бесконечный цикл, gif-аниматор)

Заключение

В дальнейшем, после исследования функционирования модели затвора и получения результатов стендовых испытаний шиберной системы, будет произведена оценка технико - экономической эффективности предложенной системы. Характер оценки будет включать в себя снижение угара ферросплавов, уменьшение потерь огнеупорных изделий для футеровки сталеразливочных ковшей, расчет ожидаемого экономического эффекта.

Литература

1. http://masters.donntu.ru/2003/mech/kiselev/diss/index.html
2. Винокуров И.Я., Выдрина Ж.А., Баранов В.Н., и др. Освоение разливки стали из ковшей с шиберными затворами. – Сталь 1978, №11, с. 1001-1004.
3. Опоронова Т.И., Барская Н.С.,Чижова Н.И. Скользящие ковшевые затворы. Бюллетень института «Черметинформация», 1973, №1, серия 6. с.
4. Совершенствования способа отсечки конвертерного шлака с помощью плавающих шаровых стопоров / А.Т. Бондаренко, Ю.И. Черевик, Н.А. Маслов и др. // Металлургическая и горнорудная промышленность.– 1992.– №2.– С.8-9.
5. Усатиков И.Ф., Анисимов Т.А., Ксенз И.И. и др. Огнеупоры для бесстопорных затворов. – Огнеупоры, 1975, №6, с.9-11.
6. Зегер Е.И., Тимофеев В.Т., Василивицкий А.В. и др. Ковшевой шиберный затвор с рычажно-пружинным прижатием плит / Тр. Внес.н.-и. и проектно-конструкт. ин-та металлург. машиностр., 1979, с.100-109.
7. 8. Мачикин В.И., Лафар В.В., Шестопалов В.Н. и др. Разливка стали из ковшей с шиберными затворами. – Сталь, 1981, №1,с.36-38.
8. Еронько С.П., Быковских С.В. Физическое моделирование процессов внепечной обработки и разливки стали.– К.: Техника, 1998.– 136 с.
9. Гичев Ю.А., Перцевой В.А. Результаты экспериментального исследования запирающих свойств газовой струи при газодинамической отсечке шлака // Металлургическая и горнорудная промышленность.- 2006.- № 7.- С. 208 – 211
10. Еронько С.П., Быковских С.В. Разливка стали: Оборудование. Технология.-К. «Техника», 2003.-216с.
11. Еронько С. П., Смирнов А.Н., Кукуй Д.П. Разработка эффективных схем отсечки шлака при сливе металла из конвертера // Металлургическая и горнорудная промышленность.- 2003.- №8.- С. 33 – 37.
12. Опыт разработки систем отсечки шлака для сталеплавильных агрегатов / С.П. Еронько, А.Ю. Цупрун, С.А. Бедарев и др. // ОАО «Черметинформация». Бюлл. «Черная металлургия».- 2007.- № 9.- С. 81 – 87.

---

ДонНТУ > Портал магистров ДонНТУ || Биография | Библиотека | Ссылки | Отчет о поиске | |Восточные танцы