Конструирование машин для металлургических процессов

 

Электромеханические приводы в металлургическом машиностроении

(новый курс лекций).

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Часть I.

Металлургические  процессы

и агрегаты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ВВЕДЕНИЕ

                                                             

    Особенностями  металлургических машин являются: высокие нагрузки и тяжёлые режимы, агрессивная окружающая среда, безотказность работы, легкодоступный и нетрудоемкий ремонт. Неожиданная (неплановая) остановка машины в непрерывном металлургическом процессе вызывает значительные потери из-за недополученной продукции, затрат на ремонт.

Металлургические машины и особенно их приводы требуют  специального внимания на стадиях проектирования, изготовления, испытания и эксплуатации. Прокатные станы, МНЛЗ, конвертеры являются уникальными как по заложенным в них техническим решениям, так и по исполнению.

    В изложенном  материале рассматриваются конструкции  известных металлургических машин  и их приводов, принципы конструирования, анализ и выбор рациональных кинематических схем и конструкций. В книге также рассмотрены технологические процессы и основные параметры, условия эксплуатации и нагрузки, расчеты и конструирование механической части, технологические приёмы изготовления, требования к эксплуатации.

          

        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ  И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

    В металлургическом  производстве используется множество  технологий, начиная от подготовки руды и других исходных материалов и заканчивая производством готовой продукции в  виде проката, используемого в строительстве, машиностроении, приборостроении. В книге, сделан акцент, на конвертерном производстве стали, непрерывном литье заготовок, прокатном производстве. Именно в этих технологических процессах применяются машины и механизмы, представляющие наибольший интерес, так как им присуща максимальная степень уникальности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1 Конвертеры

2.1.1 Общие сведения

                    (рис.1)

                                 

                                                                                                                               

                                                                                                                             Условные обозначения:

                                                                                                                   1- корпус конвертера;

                                                                                                                   2- футеровка из огнеупорного

                                                                                                                                           кирпича;

                                                                                                                   3- ось поворота конвертера;

                                                                                                                   4- фурма подачи кислорода;

                                                                                                                   5- жидкий чугун.

                                                                        

   

   

 

        

Рис. 1 Схема  конвертера

 

Конвертерный способ производства стали отличается высокой производительностью, экономичностью, широкими возможностями по автоматизации технологического процесса и совместимостью с машинами непрерывного литья заготовок.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1.2. Технологический  процесс и основные параметры

 

    Жидкий чугун, который производят в доменной печи, с помощью транспортной системы в специальном ковше подают в конвертерный цех и с помощью мостового крана заливают чугун в конвертер через горловину. Кроме чугуна в конвертер через горловину подают и другие ингредиенты процесса: металлический скрап, известь.

      Чугун – это  сплав “железо – углерод”  в котором углерода > 2%.

       Сталь – это  сплав “железо – углерод”  в котором углерода ≤ 1%.

    Технологический  процесс в конвертере сводится  к “выжиганию” углерода в сплаве “железо- углерод”, что происходит при интенсивной подаче кислорода через фурму на поверхность жидкого чугуна. Образуется газ , который выносится через горловину, газоходы и фильтры в атмосферу. Процесс подачи кислорода называется продувкой.

    Заданный химсостав стали  получают, регулируя количество  подаваемого кислорода, добавляя в виде сыпучих материалов предусмотренные программой химические элементы. Подача материала осуществляется через горловину с помощью специальных поворотных лотков. В процессе плавки на поверхности жидкой ванны образуется шлак, который сливают через горловину, поворачивая конвертер вокруг оси. Готовность стали определяют химическим анализом проб металла в конвертере. Пробу берут с помощью специальной ложки в наклонном положении конвертера. Пробу по пневмопочте, в предназначенном для этого контейнере, отправляют в химическую лабораторию.

    По окончании плавки  сталь сливают, наклоняя конвертер, в сталеразливочный ковш, установленный на сталевозе. Далее этот ковш транспортируется в отделение непрерывной разливки стали. Существуют схемы конвертеров, в которых кислород подают через донную часть.

    Кислород производят  на кислородной станции путем  разделения воздуха на кислород и азот. Между кислородной станцией и конвертером находится накопитель (аккумулятор) кислорода, называемый реципиентной.

    Цикл плавки на конвертере - от начала заливки чугуна до окончания выпуска стали - 45 мин. Конвертеры имеют следующие рабочие ёмкости (по стали): 50 т., 100 т., 130 т.,250 т.,350 т. Внутренний объем конвертера определяется по соотношению:

                                                          ,

где Q- масса плавки [Т];

    - удельный объем конвертера, равный 0.9 1.1 .                                                                

     Расход  кислорода составляет 50-57 на одну тонну выплавляемой стали. Интенсивность продувки составляет 5 6 , расход кислорода- до 2000 . Практически продувка занимает 12 15 мин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1.3 Конструкция

(рис.2)

 

    Конструкция  конвертеров зависит от размеров, однако, общим для них является выполнение отделённого от корпуса опорного кольца, крепление их между собой с обеспечением компенсации упругих термических деформаций, применение сферических подшипников качения в опорах и многодвигательных приводов наклона корпуса. Конверторы малой и средней вместимости (до 200 т.) имеют односторонний привод, большой вместимости - двухсторонний.

                                                                                                    Условные обозначения:

                                                                                                                                 1- корпус;

  2- опорное кольцо;

  3-система шарнирных тяг;                                                                                                                                                                 

                                                                                                                                 4- подшипники;                                             

                                                                                                                                 5- навесные многодвигательные 

                                                          привода;

  6- удерживающее устройство для     

                                                                                                                                      восприятия реактивного                                                                                                   момента редуктора;

                                                                                                                                  7- экран.                                                

                                                                                                                                                                                        

                                                                                                                                                                                        

 

 

 

 

                                                                      

Рис.2 Конвертер большой вместимости

 

 

    Конвертер  большой вместимости приведен  на рис.2. Его корпус 1 закреплен  в опорном кольце 2 системой тяг 3. Опорное кольцо имеет две удлиненные цапфы, на которых смонтированы подшипники 4 и навесные многодвигательные привода 5. Зазор между корпусом и опорным кольцом защищен экраном от выплесков металла и шлака.

 

 

2.1.4 Привод наклона  конвертера

 

    Привод наклона  конвертера должен обеспечивать  поворот корпуса от вертикального положения на слив продуктов плавки, на осмотр футеровки. Для самовозврата корпуса в вертикальное положение его центр тяжести должен быть ниже оси цапф, что приводит к некоторому завышению вращающего момента на приводе, но обеспечивает безопасность эксплуатации.

    В современных конвертерах  применяют навесные приводы наклона, особенность которых состоит в том, что тихоходную ступень монтируют непосредственно на цапфы конвертера, а быстроходные редукторы - на выходных валах ведущих шестерен тихоходной ступени.

                                                                                                                

          

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2 Непрерывная  разливка  стали. Машины непрерывного литья  заготовок (МНЛЗ)

2.2.1 Общие сведения

 

Непрерывная разливка стали, насчитывает в своем развитии более полувека, но и в настоящее время эта технология является прогрессивной и совершенствующейся.

Главное ее достоинство  – увеличение производительности, повышение качества конечного продукта, снижение затрат. Во всех случаях, где  стала появляться непрерывная разливка, затраты на производство конечного продукта снижались не менее чем на 30%. Кроме того, непрерывная разливка стали позволяет автоматизировать процесс получения заготовки, что в свою очередь позволяет создавать автоматизированные металлургические комплексы, включающие производство жидкой стали и проката. В конечном счете, непрерывная разливка стали, позволяет облагородить труд человека, сделав его высококомфортным и высокопроизводительным.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2.2 Технологический процесс  и основные параметры

(рис.3, 4)

 

На рис. 3 приведена  схема машины непрерывного литья  заготовок (МНЛЗ).

Стальковш, наполненный  жидкой сталью, произведенной в конверторе с помощью специального сталеразливочного  крана поднимают на рабочую площадку МНЛЗ и устанавливают на стенд. Открывают шибер и наполняют промковш до заданного уровня, после чего шиберную заслонку закрывают, открывают стопор промковша и подают металл в кристаллизатор.

Предварительно дно  кристаллизатора закрыто головкой затравки, представляющей собой длинный стержень, состоящий из звеньев, соединенных между собой шарнирами. Хвостовая часть затравки удерживается в валках тянуще – правильной машины.

После заполнения кристаллизатора  металлом до заданного уровня включают тянуще – правильную машину на вытягивание затравки и одновременно включают механизм качания, который сообщает кристаллизатору движение по технологической линии машины с малым ходом и большой частотой, что позволяет снизить трение между стенками кристаллизатора и корочкой затвердевающей заготовки.

В кристаллизаторе осуществляется первичное, закрытое охлаждение  слитка через контакт с холодной медной стенкой, интенсивно омываемой водой  по предусмотренным в ней каналам. Постепенно скорость вытягивания доводят  до номинальной. Заготовка в двухфазном состоянии (сердцевина жидкая) попадает в зону вторичного охлаждения, где охлаждается в расчетном режиме открытой подачей воды с помощью форсунок.