5.4. ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИИ МАНИПУЛЯТОРА ДЛЯ ВВОДА ОТСЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ВАННУ КОНВЕРТЕРА И РАСЧЕТ ЕГО ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

  Главная     Учебники - Металлургия      Расчёт и конструирование оборудования для внепечной обработки и разлива стали

 поиск по сайту     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  ..

 

 

5.4. ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИИ МАНИПУЛЯТОРА ДЛЯ ВВОДА ОТСЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ВАННУ КОНВЕРТЕРА И РАСЧЕТ ЕГО ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

Отсечка конечного шлака во время выпуска стали из кислородного конвертера в разливочный ковш имеет важное практическое значение, поскольку обеспечивает повышение срока службы футеровки ковшей, снижение степени рефосфорации, уменьшение угара ферросплавов и раскислителей, а также увеличение выхода годной стали.

Предотвращение попадания большого количества шлакового расплава в сталеразливочный ковш в условиях кислородно-конвертерного производства может быть обеспечено за счет установки на корпус конвертера скользящего затвора, перекрывающего выпускной канал плавильного агрегата в момент появления частиц шлака в потоке выпускаемого металла. Применяются также специальные отсечные устройства, выполненные из огнеупорной массы в виде поплавков, помещаемых с помощью манипуляторов в ванну конвертера, где благодаря правильно подобранной плотности материала они находятся на границе раздела металлической и шлаковой фаз и при подходе слоя шлака к выпускному отверстию перекрывают его. Результаты выполненного анализа данных, приведенных в зарубежной технической литературе за последние десять лет, свидетельствуют о том, что второй способ предотвращения попадания в ковш шлака при выпуске стали из конвертера более распространен чем первый.

Работы по дальнейшему совершенствованию технологии бесшлако-вого выпуска стали из кислородных конвертеров в настоящее время ведутся по трем направлениям. Во-первых, исследуется влияние формы и размеров плавающих стопоров на степень отсечки шлака для разработки технических решений, позволяющих повысить эффективность технологии бесшлакового выпуска стали из плавильного агрегата.

Во-вторых, осуществляется поиск оптимальных составов материалов для изготовления стопоров с целью повышения срока их службы.

В-третьих, ведутся конструкторские работы по созданию надежных и простых в эксплуатации устройств для ввода отсечных стопоров в полость конвертера на заключительной стадии процесса выпуска металла в разливочный ковш.

На рис. 61 показаны варианты геометрической формы отсечных плавающих стопоров, нашедших применение на ряде металлургических заводов известных зарубежных фирм.
 

 

Фирма Rouge Steel для отсечки шлака применяет стопорное устройство в форме тетраэдра (рис. 61, а).

Германской фирмой Insul запатентовано устройство для отсечки шлака во время выпуска стали через летку плавильного агрегата в виде огнеупорной стопорной пробки, нанизанной на стальной направляющий стержень, защищенный огнеупорными катушками и утолщенной огнеупорной головой, наружный диаметр которой больше диаметра сталевыпускного канала (рис. 61, б). Для регулирования степени погружения запорного устройства предложено в утолщенной части огнеупорной головки стержня выполнить полость с несколькими отверстиями для просачивания стали, после затвердевания которой кажущаяся плотность устройства будет увеличиваться, что способствует ускоренному перекрытию выпускного стакана плавильного агрегата.

В США запатентована огнупорная пробка, выполненная из двух усеченных конусов, соединенных между собой основаниями (рис. 61, в). При этом конус большого размера расположен снизу, а меньшего - сверху. Размер конусов подобран таким образом, чтобы нижняя часть пробки частично находилась в жидком металле, а основная часть - в шлаке. Для изготовления пробки используется огнеупорный материал, способный выдержать температуру 1500-1600 °С в течение трех часов.

Фирма Dunaferr наладила выпуск затворного элемента, имеющего форму шара (рис. 61, г), изготовленного из огнеупорного материала с кажущейся плотностью 1,7-5,7 т/м3 и снабженного металлическим стержнем для удержания его манипулятором во время ввода в полость  конвертера. Материал пробки-шара выдерживает максимальную температуру 1700 °С.

Эффективность применения плавающих стопоров для отсечки технологического шлака во многом зависит от надежности работы манипулятора, обеспечивающего введение пробок в полость конвертера. В результате проведенного патентного поиска отобраны три конструкции устройств, отличающихся кинематической схемой рычажных систем, соответствующих различным условиям размещения и эксплуатации манипуляторов.

Манипулятор, представленный на рис. 62, состоит из полой штанги 5, которая вводится внутрь конвертера; рычагов 7, образующих параллелграммный механизм, приводимый в действие гидроцилиндром 6. Пробка 4,

 

изготовленная из огнеупорного материала с плотностью 4-6 т/м3, удерживается на конце полой штанги с помощью фиксатора 2, имеющего возможность поворота на оси под действием усилия, передаваемого тягой 11 от звена 10 при воздействии на последний упора 8 в момент перевода рычажной системы в крайнее левое положение.

Манипулятор работает следующим образом. При наклоне конвертера для слива жидкого металла в разливочный ковш в полость пневмоцилиндра 6 под избыточным давлением подается рабочая жидкость. Шток цилиндра, воздействуя на рычажную систему параллелограммного механизма, повернет его против часовой стрелки на установленный угол. Полая штанга 5 при этом, совершая плоскопараллельное движение, вносит н полость конвертера пробку и располагает ее над выпускным отверстием. В момент достижения параллелограммным механизмом своего крайнего левого положения упор 8, неподвижно закрепленный на одном из звеньев, надавит на выступ 9 звена 10 и повернет его на оси. Усилие от звена 10 через тягу 11 повернет фиксатор 2 и освободит пробку 4, которая под действием силы тяжести упадет в расплав и заблокирует сталевыпускной канал 1 конвертера, когда слой шлака достигнет его входного отверстия. Достоинством данной конструкции манипулятора является то, что в нерабочем положении он занимает мало места, поскольку его можно складывать.

На рис. 63 приведена схема манипулятора, включающего тележку 1, на которой установлен поворотный механизм, несущий штангу 4, снабженную кулачковым зажимом, приводимым в действие пневмоцилиндром.

При работе манипулятора штанга поворачивается относительно тележки и устанавливается вдоль рельсового пути 2. После наклона конвертера тележка перемещается по рельсовому пути до упора, в результате чего штанга входит в полость сталеплавильного агрегата и располагает шар-стопор над выпускным отверстием. При раскрытии кулачкового зажима под действием пневмоцилиндра пробка 3 сбрасывается в расплав. После выхода жидкой стали пробка, плавающая на границе шлак-металл, закрывает выпускной канал конвертера и тем самым предотвращает попадание конечного шлака в разливочный ковш. Конструкция данного манипулятора проста и надежна, однако занимает много места на рабочей площадке.

На рис. 64 приведена схема манипулятора, разработанного фирмой Мопосоп. Он выполнен в виде консольно закрепленной с возможностью поворота в горизонтальной плоскости телескопической балки 5, снабженной системой гидропривода, обеспечивающей выдвижение двух звеньев 4 и 3. На конце последнего звена установлен несущий поворотный элемент 2 с механизмом зажима, удерживающим пробку-стопор 1.

 

 

Рис. 63. Схема манипулятора, смонтированного на самоходной тележке:1 - самоходная тележка; 2 — рельсовый путь; 3 - шар-пробка; 4 - штанга


Манипулятор функционирует следующим образом. Пробкустопор предварительно закрепляют с помощью зажима на конце звена 3. После наклона конвертера пробку-стопор с помощью поворотного элемента переводят в горизонтальное положение для беспрепятственного ввода ее в полость плавильного агрегата через его горловину. При включении системы гидропривода звенья 4 и 3 последовательно выдвигаются из консольной балки 5, в результате чего пробка-стопор располагается над выпускным отверстием конвертера в его полости. После этого пробку-стопор переводят в вертикальное положение и раскрывают зажим. Под действием силы тяжести пробка-стопор опускается в расплав и своим сердечником центрируется относительно отверстия сталевыпускного канала. По мере опускания уровня жидкого металла пробка-стопор также будет опускаться вниз и в момент

приближения слоя шлака к выпускному отверстию заблокирует его.
Основным достоинством данной конструкции мани-
нулятора является наличие системы поворота в вертикальной плоскости стопорного элемента, позволяющей применять пробку-стопор с центрирующим стержнем, благодаря чему устраняется возможность ухода элемента из зоны выпускного отверстия конвертера под действием потоков жидкого металла.

С целью получения информации, необходимой для выбора оптимального технического решения, авторами выполнено физическое моделирование процесса отсечки шлака применительно к производственным условиям кислородного цеха ОАО “Енакиевского маталлургического завода”. Исследования проводились на модели 160-тонного конвертера, изготовленной в масштабе 1:10. В качестве моделирующих сред использовались насыщенный водный раствор соли и очищенный керосин, плотность которых соответственно составляла 1,2 и 0,8 кг/дм3. В ходе лабораторного эксперимента решали три основные задачи: исследовали особенности поведения жидкой панны в момент повалки конвертера с целью определения количества шлака, попадающего в разливочный ковш на разных стадиях процесса выпуска металла; изучали влияние формы и размеров плавающих стопоров на степень отсечки шлака для разработки предложений по повышению эффективности их применения; проверялась работоспособность различных кинематических схем устройств для ввода отсечных стопоров в полость конвертера на заключительной стадии процесса выпуска жидкой стали.

Контрольные замеры объемной доли керосина, попадающего в модель сталеразливочного ковша при переводе модели конвертера из вертикального положения в горизонтальное и обратно в вертикальное, позволяют сделать заключение о том, что количество выливающегося шлакового расплава распределяется следующим образом: 15-18 % - в начале выпуска, 62-65 % - в его конце и 20 % - во время возврата конвертера в рабочее положение.

 

 

При моделировании опробовали четыре варианта отсечных устройств, отличающихся формой и геометрическими параметрами. Модели отсечных плавающих стопоров, изготовленных из пенопласта и древесины, имели форму шара, усеченных конусов, соединенных между собой основаниями, тетраэдра, полусферы, нанизанной на направляющий стержень.

В результате визуального контроля за положением моделей отсечных устройств различной формы, плавающих над выпускным отверстием на границе раздела водного раствора соли и керосина при истечении моделирующей расплав жидкости, а также измерения объемов керосина, остающегося после схода водного раствора в модели конвертера, установлено, что наибольшая степень отсечки шлака может быть достигнута в случае использования стопора, снабженного стержнем. Такой отсечной элемент значительно лучше в сравнении с остальными центрируется относительно выпускного канала модели конвертера, причем вероятность его срабатывания составляла около 90 %, в то время как у других элементов она не превышала 50-60 %.

На основании результатов анализа достоинств и недостатков известных конструкций манипуляторов для ввода отсечных элементов в ванну кислородного конвертера разработан усовершенствованный вариант механической системы манипулятора, кинематическая схема которого приведена на рис. 65.

Основным элементом предлагаемой конструкции манипулятора является двухкоромысловый четырехзвенный механизм, благодаря которому обеспечивается заданный закон движения штанги, удерживающей отсечной стопор.

В качестве исходных данных при проектировании манипулятора было известно, что в начальном положении штанга со стопором должна находится в “сложенном” состоянии (это возможно, когда рычаг 3 перпендикулярен к коромыслу 2), а при повороте коромысла 2 на 180°
 

 

Рис. 65. Кинематическая схема рычажного механизма манипулятора для ввода отсечных элементов;
1 и 3 - рычаги; 2 и 5 - коромысла; 4 - штанга

 

 

 

штанга 4 по отношению к нему должна расположится перпендикулярно ндоль оси конвертера. При этом коромысло 2 и рычаг 3 выстроятся в одну линию.

Задача синтеза рычажного механизма предлагаемого манипулятора сводится к воспроизведению заданного плоского движения отрезка, закрепленного на рычаге, т. е. механизм в данном случае выступает как генератор плоского движения.

Геометрические размеры кривошипа 2 и шатуна 3 были выбраны исходя из конструктивных соображений с учетом размеров горловины конвертера и расположения манипулятора в пролете конвертерного цеха. Они составили: длина коромысла 2 а = 4000 мм , длина рычага 3 b = 500 мм. Поэтому на первом этапе задачей проектирования являлось определение длины с коромысла 5 и расположения шарнира С.

Как известно, для решения задач синтеза рычажных механизмов могут использоваться аналитический, геометрический, эвристический и статистический методы. В данном случае решение поставленной задачи выполнялось аналитическим методом и заключалось в составлении уравнений, описывающих траектории движения шарниров четырехгранника. Начало отсчета системы координат принято в точке О.