Развитие основ конструирования и создание промежуточных ковшей машин непрерывного литья заготовок с эффективными системами распределения потоков стали (03.10.2011)

Автор: Точилкин Виктор Васильевич

Среди отечественных разработок по промежуточным ковшам известны разработки Гущина В.Н., Ефимова В.А., Паршина В.М., Куклева А.В., Исаева О.Б., Самойловича Ю.А. и др.

Типовые конструкции промежуточных ковшей с целью интенсификации процесса рафинирования стали оснащают специальными устройствами, интенсифицирующими процессы удаления неметаллических частиц из стали. Чаще остальных гидродинамических устройств, применяются перегородки, о чем свидетельствует большое количество публикаций с описанием конструкций и их принципов работы. Конструкция перегородки с наклонными переливными отверстиями была разработана В.А. Ефимовым и др. и успешно внедрена на ОАО “Азовсталь”. Для промежуточных ковшей с четным числом ручьев типовые конструкции и рекомендации по проектированию этих устройств и систем в научной и технической литературе рассмотрены достаточно широко. Ефимовым В.А., Эльдархановым А.С. представлены отдельные аналитические зависимости для определения параметров перегородок с отверстиями. В тоже время, на МНЛЗ применяются промежуточные ковши с нечетным числом ручьев, форма которых не позволяет установить типовые гидродинамические устройства. Для таких ковшей требуется создание новых конструкций гидродинамических устройств и разработка методик расчета и конструирования перегородок, порогов, металлоприёмников. Наиболее актуально при этом следующее: определение углов наклона переливных отверстий, высоты порогов, расположение отверстий в порогах, расположенных около разливочных отверстий.

При этом одним из наиболее эффективных направлений - использование систем распределения потоков стали, состоящих из различного вида устройств: перегородок, порогов, элементов для продувки металла инертным газом. При создании новых конструкций и модернизации существующих комплектов элементов систем распределения потоков стали возникают трудности, связанные с отсутствием научно обоснованных методик их расчета и конструирования, именно: отсутствуют методики, позволяющие рассчитать основные размеры элементов: порогов, металлоприёмников, перегородок. В настоящий момент наиболее перспективным для металлургических предприятий РФ направлением является создание новых элементов для модернизация существующих типовых промежуточных ковшей МНЛЗ с учетом имеющихся у предприятий ресурсов.

В связи с этим в диссертации была поставлена цель и задачи исследований.

Во второй главе представлены разработки манипуляторов и компонентов автоматизированного комплекса разливки стали для отсечки шлака при выпуске ее из сталеплавильного агрегата.

Рассмотрена особенность функционирования подсистемы отсечки шлака при выпуске стали из сталеплавильного агрегата и рассмотрены новые конструкции манипуляторов и элементов системы.

Современные требования, предъявляемые к качеству металла, а также тяжелые условия работы при разливке, требуют создания и использования автоматических манипуляторов для обеспечения вспомогательных работ, в частности, отсечки шлака при выпуске металла. Применяемые манипуляторы в настоящее время занимают значительные площади и требуют использования ручных операций при загрузке в захватное устройство шара-пробки. При этом манипулятор может работать только в ручном режиме, так как точность его позиционирования определяется действиями оператора.

Разработан ряд конструкций манипуляторов для отсечки шлака при выпуске стали из конвертера. Один из них для отсечки шлака - автоматический стрелового типа с телескопической стрелой (рис. 2) и захватом для шара-пробки, оснащенный системой автоматической загрузки шаров-пробок из обоймы.

Рис. 2. Общий вид автоматического манипулятора

модульного типа

Манипулятор скомпонован в виде законченного модуля коробчатой конструкции с разъемами для систем привода и управления, он может свободно перемещаться между конвертерами, грузоподъемными механизмами. Стрела выполнена из двух секций, которые опираются на элементы направляющих. На конце стрелы установлен захват для шара-пробки. На подвижных элементах манипулятора установлена система встраиваемых датчиков, контролирующих положение рабочих элементов манипулятора, а также сброс шара пробки. Автомат загрузки установлен на боковой поверхности манипулятора, он состоит из кассеты, в которую загружены шары-пробки, и механизма подачи шаров-пробок. Точность позиционирования определяется настраиваемыми упорами.

Работает автоматический манипулятор следующим образом. При включении привода выдвигаются секции стрелы. Захват с шаром-пробкой вводится в конвертер. При полностью выдвинутой стреле срабатывает захват манипулятора и сбрасывается шар-пробка. При обратном движении стрелы обеспечивается автоматическая установка шара-пробки в захватное устройство. Далее цикл повторяется. Полностью загрузочное устройство обеспечивает накопление шаров - пробок для 10...15 плавок. Система управления манипулятора может находиться в защищенном месте. Манипулятор может работать как в ручном, так и в автоматическом режимах. Достоинства манипулятора - точность подачи шара-пробки в зону разливочного отверстия; модульная конструкция; наличие автоматического механизма загрузки шаров. Недостаток – работа в рабочей зоне конвертера.

В настоящее время за рубежом имеются опытные манипуляторы для отсечки шлака при выпуске металла из конвертера, работающие вне его и оснащенные рабочим инструментом - пневматическим шлаковым стопором. Манипуляторы снабжаются, как правило, гидравлическим приводом, что для конструкций, работающих в условиях реального производства, связано с трудностями по подаче рабочей жидкости.

В диссертации представлен опытный манипулятор с гибкими приводными элементами (рис. 3).

Рис. 3. Общий вид экспериментального манипулятора для отсечки шлака с гибкими элементами: 1- рама; 2 - подвижный портал; 3 – приводной элемент;

4 – горловина конвертера

Основные принципы, положенные в разработку конструкции манипулятора:

металлоконструкции выполнены в виде двух встречно установленных порталов, симметрично относительно лётки конвертера;

каждый из порталов снабжен рабочим инструментом – газодинамической головкой;

силовые элементы выполнены в виде гибких приводных элементов, в их конструкциях не используются подвижные элементы с уплотнениями (поршни, плунжеры). Основной частью конструкции гибкого приводного элемента - гибкая стальная лента, изменение кривизны которой обеспечивает перемещение шлакового стопора;

- рабочая среда – сжатый воздух подается в защищенный гофрированный баллон, который размещается между лентой и основанием.

Манипулятор может работать в двух режимах: ручном и автоматическом. Автоматический режим обеспечивается применением специальных информационных систем. В работе представлены схемы пневматического привода для созданного манипулятора.

Эффективное применение гибкого приводного элемента определяется количеством используемых гибких связей – лент. Большее их количество увеличивает силовые возможности приводного элемента, что особенно важно при появлении настылеобразования на кожухе конвертера. В разработанном устройстве решена задача использования двух и более лент в гибком приводном элементе, при одинаковой длине лент. Приводной элемент (рис. 4) содержит встречно установленные гибкие ленты 1 и 2, между которыми находится рабочий баллон 3. Гибкие связи – ленты крепятся в поворотных узлах крепления 4 и 5. Применение поворотных узлов совместно со встречно установленными лентами обеспечивает в процессе работы самоустанавливаемость гибких связей.

Уравнение для определения давления в полости наполнения гибкого элемента с двумя гибкими лентами – связями получено в виде

Уравнение для определения давления в полости опорожнения гибкого элемента с двумя гибкими лентами – связями получено в виде

- функция расхода воздуха.

Движущая сила гибкого приводного элемента, обеспечивающего перемещение поступательной степени подвижности, обусловленная подачей рабочей среды под определенным давлением pi в рабочий баллон Рдв, определяется по зависимостям:

- при использовании одной ленты

- угол между прямой, проведенной через места крепления гибкого элемента на звеньях, и касательной, проведенной к гибкому элементу;

для схемы с m – гибкими связями

В работе рассмотрены вопросы, направленные на создание и исследование манипуляторов с гибкими элементами. По результатам исследований отмечено следующее:

Разработаны принципы - основные положения построения гибких приводных элементов манипуляторов, проиллюстрированные принципиально-конструктивными схемами и проверенные на опытных манипуляторах.

Сформулированы требования, предъявляемые к узлам и системам таких приводных элементов. Обоснован выбор схем гибких приводных элементов и узлов. Выполнен анализ влияния основных конструктивных параметров гибких приводных элементов на их силовые характеристики.

На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны основы методики определения статических характеристик и проведения динамического расчета гибких приводных элементов.

Рассмотрены модели взаимодействия газовой струи, подаваемой из сопла манипулятора.

На разработанные конструкции манипуляторов получены: патент на изобретение РФ № 2005063; патенты на полезную модель РФ №№ 41017, 41463.

По результатам исследований разработаны ряд конструкций узлов и деталей гибких приводных элементов, защищенных авторскими свидетельствами СССР №№ 1021596, 1085802, 1127763, 1283079, 1348164 и другие. А. с. СССР 898180 внедрено на ряде предприятий министерств СССР.

В третьей главе рассмотрены вопросы создания компоновок и элементов систем распределения потоков стали в промежуточном ковше МНЛЗ, на основе общих методов конструирования машин и их развития, определяемых особенностями работы элементов промежуточного ковша с потоками жидкой стали, а также математического описания геометрии конструкций элементов систем.

Определены требования, предъявляемые к конструкциям элементов промежуточного ковша на этапе технического задания, которые позволили разработать основные положения построения компоновок систем распределения потоков стали ковша и конструкций её элементов, которые должны выполняться при создании элементов ковшей на всех последующих стадиях проектирования при разработке и внедрении опытных и серийных образцов, создаваемых изделий, среди которых:

разделение объема промежуточного ковша на камеры: приемную и разливочную;


загрузка...