УДК 621.747

С.П. Еронько, Е.В. Ошовская, М.В. Ющенко, Б.И. Стародубцев ГВУЗ «Донецкий национальный технический университет»

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ КОМБИНИРОВАННОГО ПРИВОДА СИСТЕМЫ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ ПОДАЧИ ШЛАКООБРАЗУЮЩЕЙ СМЕСИ В КРИСТАЛЛИЗАТОР МНЛЗ

Одним из способов повышения качества поверхности и структуры непрерывнолитой заготовки за счет улучшения условий ее формирования в кристаллизаторе и силового взаимодействия с его рабочими стенками, является дозированная подача в порошкообразном или гранулированном виде шлакообразующих смесей (ШОС) на зеркало кристаллизующегося металла. Эффективность использования таких смесей зависит как от правильно подобранного состава, так и от равномерности их введения в кристаллизатор с постоянным задан-ным расходом и в строгом соответствии со скоростью вытягивания заготовки, что может быть обеспечено только при наличии систем механизированной подачи мелкодисперсных ШОС. Данные системы должны иметь

в своем составе специальные механизмы, обеспечивающие дозированную выдачу из бункера-питателя шлакообразующей смеси, ее устойчивую транспортировку к кристаллизатору и равномерное распределение по поверхности находящегося в нем жидкого металла.

На кафедре механического оборудования заводов черной металлургии Донецкого национального технического университета за последние годы выполнены несколько научно-исследовательских работ, связанных с созданием перспективных образцов оборудования данного класса [1]. С учетом результатов, полученных при их использовании на трех слябовых МНЛЗ двух крупнейших металлургических комбинатов Донбасса, была разработана и запатентована дозирующая система, в которую заложены рациональные технические решения, выгодно отличающие ее от известных аналогов.

При выборе кинематической схемы новой системы ставилась задача совокупного использования достоинств вертикального жесткого и гибкого спирального шнеков, а именно – близкий к единице коэффициент производительности у первого и возможность второго транспортировать сыпучий материал по рукаву, совершающему движение в пространстве по сложной траектории, т.е. имеющему изгибы.

Получение ожидаемого эффекта равномерной и регулируемой подачи ШОС с использованием взаимосвязанных жесткого и гибкого шнеков достижимо только в случае обеспечения строгой согласованности их расходных характеристик, зависящих от геометрических параметров и частот вращения самих шнеков. Из теории шнековых дозаторов известно, что частоты вращения жестких и гибких спиральных шнеков, при которых поддерживается устойчивый режим их функционирования, соответственно находятся в пределах 100 – 200 и 300 – 500 об/мин. Поэтому комбинированный привод системы дозированной подачи смеси при однодвигательной схеме должен одновременно вращать два последовательно размещенных шнека с частотами в указанных пределах. На рис. 1 схематично приведен вариант предложенной дозирующей системы с таким приводом. Она включает бункер 1 с расходуемой смесью 2, жестко закрепленный на металлической конструкции 3 и снабженный в нижней части камерой 4, связанной гибким трубопроводом 5 с наклонным подающим носком 6. Внутри бункера 1 в подшипниковых опорах 7 и 8 установлен вертикальный трансмиссионный вал 9 со шнеком 10, нижняя цилиндрическая часть которого соосно размещена в камере 4, а верхняя коническая часть расположена в полости бункера. Сверху на бункере установлен электродвигатель 11, который с помощью муфты 12 соединен с быстроходным валом редуктора 13, тихоходный вал которого посредством зубчатой пары 14 связан с вертикальным трансмиссионным валом 9. В продольном канале этого вала коаксиально размещен второй вал 15, верхним своим хвостовиком соединенный с помощью муфты 16 с промежуточным валом редуктора 13. К нижнему хвостовику вала 15 жестко прикреплена стальная витая пружина 17, размещенная с возможностью относительного вращения внутри гибкого трубопровода 5 по всей его длине.

Оценку энергосиловых параметров работы предложенного комбинированного привода системы дозированной подачи ШОС выполнили экспериментальным путем. Для этого изготовили ее опытный образец, общий вид которого приведен на рис. 2, а также собрали контрольно-измерительный комплекс, включавший тензорезисторный преобразователь, усилитель переменного тока, АЦП и ЭВМ. Указанные аппаратные средства позволяли в режиме реального времени определять значение крутящего момента, развиваемого приводом при одновременном или раздельном вращении жесткого и гибкого спирального шнеков. Это достигалось тем, что тензорезисторный преобразователь, выполнявший роль муфты, соединяющей быстроходный вал редуктора с валом электродвигателя, конструктивно представлял собой гильзу с наклеенными на ее наружную поверхность под углом 45^о к продольной оси четырьмя фольговыми тензодатчиками, включенными по мостовой схеме.

Гильза размещалась в защитном корпусе и была снабжена изолированными от нее кольцами с подпружи-ненными щетками для съема электрического сигнала во время передачи крутящего момента. Усиленный аналоговый сигнал после преобразования в цифровой код подавался в системный блок ЭВМ для обработки и распечатки.

Контрольные измерения выполнили по заранее подготовленному плану, который предусматривал получение информации как о значениях крутящих моментов, действующих на комбинированный привод системы дозированой подачи ОС в холостом и нагруженных режимах, так и доли составляющих суммарного момента, связанных с раздельной работой жесткого вертикального шнека, выполнявшего дозирующую функцию, и гибкого спирального шнека, осуществляющего перемещение сыпучего материала по рукаву от бункера к кристаллизатору МНЛЗ. Опыты провели для трех фиксированных значений частоты вращения приводного электродвигателя, обеспечивающих устойчивые режимы работы обоих шнеков. При этом последовательно комбинировали работу одного вертикального жесткого шнека с гибкими шнеками с соотношениями диаметра рукава D_р, диаметра d_в и шага S_в витков спирали, составлявшими (в мм ): D_р /d_в = (25 /18; 20/16; 15/11) и S_в/ d_в = (0,5; 0,7 1). Характерный вид регистрировавшихся при этом сигналов приведен на рис. 3 и 4. Установлено, что действующие на гибкий и жесткий шнеки моменты сопротивления составляют соответственно 30 – 35 % и 65 – 70 % от суммарного значения момента, преодолеваемого приводом .

В ходе эксперимента одновременно с контролем параметров работы комбинированного привода дозирующей системы фиксировали обеспечиваемую ею производительность в задаваемых режимах функционирования для каждого из 9 вариантов соотношения размеров гибкого спирального шнека. На основе данных контроля энергосиловых и расходных характеристик предложенной системы дозированной подачи ШОС получили зависимости (рис. 5), позволяющие в брать рациональное конструктивное исполнение гибкого шнека, при котором обеспечивается минимизация энергетических затрат, оцениваемых отношением мощности N привода системы к ее производительности Q. Пределы изменений N/Q составили 0,12 – 0,35 Дж/см³ и в пересчете для насыпной плотности ШОС 1 т/ м³ 0,03 – 0,1 Вт^. ч/т [2].

Результаты выполненных экспериментальных исследований использованы при разработке линейного ряда систем нового поколения дозированной подачи ШОС в кристаллизаторы сортовых, блюмовых и слябовых МНЛЗ [ ]