Пристрій для видалення затверділого шлаку з чаші шлаковозу

Реферат: UA 69206 U UA 69206 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до металургії і може бути використана для збільшення довговічності металургійних чаш, призначених для збору і транспортування розплавлених шлаків. Відомий пристрій для вибивання металургійних козлів і шлаку з чаш (А.с. СРСР № 395375, С21В3/10), що включає копер з поворотною траверсою, на кінці якої шарнірно закріплені ударні елементи. Ударна дія на козли і шлак руйнує зв'язок їх з внутрішньою поверхнею чаші, що сприяє швидкому і ефективному її спорожненню. Недоліком вказаного пристрою є складність конструкції, його висока вартість і проблеми при розміщенні пристрою з боку шлакового відвала на ділянці вибивання чаш шлакового двору. Відомий пристрій для очищення металургійних ковшів (А.с СРСР № 469751, С21В3/10), що включає кронштейн-балку, вібратор і ударник. При роботі пристрою ударна дія на корпус ковша передається через ударник у вигляді високочастотної вібрації. Недоліками вказаного пристрою є його низька ефективність, пов'язана з малою енергією удару інструменту по ємності. Внаслідок цього відшаровування коржів шлаку від ємності не відбувається так само швидко, як у разі одиничних концентрованих ударів з високою енергією, тобто очищення ковша займає значний час. Все це знижує продуктивність процесу очищення ємності і робить його малоефективним. Відомий пристрій для вибивання шлакових чаш і інших металургійних ємностей, вибраний як прототип, що включає масивне ударне тіло (так звану «куля-бабу»), підвішене до механізму його горизонтального і вертикального переміщення (В кн.: А.І. Целіков та ін. «Машини і агрегати металургійних заводів». Том 2. Машини і агрегати сталеплавильних цехів. - М.: Металургія, 1978. - С. 103). Видалення шлаку з чаші досягається за рахунок повороту чаші на 90° і подальшого нанесення одиничних концентрованих ударів по її торцевій або донній частині ударним тілом. При цьому чаша звільняється від шлаку за один або декілька ударів інструмента. Даний спосіб спорожнення чаш є найбільш продуктивним і застосовується до теперішнього часу на більшості металургійних підприємств пострадянського простору. Недоліком даної технології, а разом з нею і пристрою для вибивання чаш, є низька довговічність чаш, що є наслідком руйнування чаші під дією ударного навантаження з боку ударного тіла. Ударні навантаження приводять спочатку до зародження, а потім і розвитку тріщин на корпусі чаші, величина яких (досить часто) може досягати половини висоти чаші. Експлуатація чаш з такими дефектами є небезпечною. Тому чашу виводять з експлуатації раніше нормативного терміну. В основу корисної моделі поставлена задача розробити пристрій для видалення затверділого шлаку з чаші шлаковоза, який за рахунок зміни конструкції ударного тіла дозволить підвищити довговічність і термін експлуатації шлакових чаш металургійного виробництва. Для вирішення поставленої задачі в пристрої для видалення затверділого шлаку з чаші шлаковозу, що містить ударне тіло, встановлене з можливістю ударної дії на чашу шлаковозу, згідно з корисною моделлю, все ударне тіло або, принаймні, його поверхневий шар виконано з матеріалу з твердістю, визначуваною співвідношенням ψТ = (0,5...0,9) ψЧ, де ψТ - твердість матеріалу ударного тіла, ψЧ - твердість матеріалу чаші; причому мінімальна товщина шару матеріалу зменшеної твердості складає 20 мм; крім того ударне тіло виконано округлої форми і закріплено на механізмі його переміщення за допомогою підвісу. В основу корисної моделі встановлений принцип зменшення руйнуючої дії ударного тіла на чашу за рахунок заміни пружного зіткнення цих тіл на пружно-пластичне. Відомо, що при зіткненні двох жорстких тіл (твердих тіл) випуклої форми, контактний тиск в місці удару буде максимальним. Це пов'язано з точковим контактом тіл, що не деформуються, і, фактично, являє собою ударну дію на обидва тіла зосередженої сили. Природно, що (з точки зору можливості руйнування тіл) ці зіткнення будуть більш небезпечними для менш міцного з тіл. Застосовуючи ці положення до технологічної операції вибивання чаш куля-бабою, маємо наступне. Жорстка і міцна масивна куля ударяє по випуклим частинам тонкостінної чаші (як правило верхній торець або днище), викликаючи в останній високі контактні напруги. При багаторазових ударах і супутніх їм термічних напругах (пов'язаних з нагрівом і охолоджуванням чаші), напруги в корпусі чаші можуть перевищити рівень критичних. У цей момент в тілі чаші може з'явитися мікротріщина, що надалі є концентратором напруг і джерелом підвищеної небезпеки, у сенсі подальшого руйнування чаші. Як правило, ці мікротріщини дуже скоро перетворюються на широкі магістральні тріщини, що приводить до вибраковування чаші. Якщо виконати ударне тіло (куля-бабу) з більш м'якого, порівняно з матеріалом чаші, матеріалу, при зіткненні воно буде деформуватися. Це означає, що з'явиться так звана «пляма 1 UA 69206 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 контакту», величина якої збільшуватиметься із зменшенням жорсткості ударного тіла. В цьому випадку ударне навантаження на корпус чаші стає не зосередженим, а розподіленим, що зменшує контактний тиск і напруги в тілі чаші. У свою чергу, зменшення напруг в корпусі чаші гарантує зниження ризику утворення тріщин, що сприяє збільшенню терміну її служби. Виконання всього ударного тіла з більш м'якого матеріалу в пристрої, що заявляється, є доцільним, але не єдиним з можливих конструктивних рішень. Аналогічного ефекту можна досягти, виконавши з більш м'якого матеріалу тільки поверхневий шар ударного тіла, а, точніше, його ударної ділянки. Практично, цей шар можна отримати будь-яким із способів. Наприклад, за рахунок термічної обробки ударного тіла, або методом «заморожування» розплаву на тверду основу, або механічним закріпленням поверхневого шару. В цьому випадку мінімальна товщина шару зниженої твердості для реальних умов технології вибивання чаш повинна складати 20 мм. При товщині поверхневого шару менше 20 мм демпфуюча дія м'якого матеріалу є недостатньою для ефективного захисту чаші від ударного навантаження. Заявлені межі співвідношення між твердостями матеріалів ударного тіла і чаші, а саме, ψТ = (0,5...0,9) ψЧ, де ψТ - твердість матеріалу ударного тіла, ψЧ - твердість матеріалу чаші, визначені шляхом комп'ютерного моделювання втомної міцності корпусу чаші в середовищі ANSYS з використанням теорії подібності. Як вихідні дані, прийняті механічні характеристики матеріалу чаш і параметри устаткування для вибивання чаш одного з металургійних підприємств України. За базу порівняння узятий часовий проміжок до початку утворення макротріщини в тілі чаші, що ударяється, визначений при твердості матеріалів на рівні ψТ =1,0 ψЧ. Розрахунок показав, що при твердості ударного тіла 0,9 ψЧ < ψТ 1,0 ψЧ навіть приводить до більш швидкого її руйнування. При ψТ < 0,5 ψЧ , навпаки, спостерігається ефект «м'якого удару», при якому значна частина енергії удару витрачається на деформацію самого ударного тіла, що зменшує ефективність динамічного очищення ємності від шлаку. В корисній моделі, що заявляється, запропоновано закріпити ударне тіло на механізмі його переміщення за допомогою підвісу. Даний спосіб кріплення ударного тіла є найпростішим і зручним для шлакового двору (ударне тіло звичайно кріпиться до візка мостового крана) і не вимагає використовування додаткового устаткування. Необхідність виконання ударного тіла округлої форми пов'язана з непередбачуваністю його положення у момент зіткнення з чашею (при вільному підвісі ударного тіла до механізму транспортування тіло може обертатися відносно осі, співпадаючої з лінією підвісу). Округла форма в цьому випадку дозволяє зробити ударною ділянкою будь-яку ділянку поверхні ударного тіла. Прикладом конкретного виконання корисної моделі є порівняльні випробування існуючого базового пристрою (№ 1) і двох нових пристроїв (№ 2 і № 3) для вибивання шлакових чаш, проведені на одному з металургійних підприємств України. Кожний пристрій забезпечувався кулеподібним ударним тілом (куля-бабою), яке підвішувалося на гнучкому тросу до візка мостового крана. Вибивання застосовували до шлакових чаш круглого поперечного перерізу, що використовувалися в сталеплавильному виробництві. Згідно з діючою технологією, удари наносили по верхній торцевій поверхні корпусу чаш. Матеріал чаш - Сталь 30 з середньою твердістю НВ 150. Пристрої для вибивання чаш мали наступні параметри: - базовий пристрій № 1 містив куля-бабу типової конструкції (матеріал - Сталь 30, середня твердість НВ 150); - пристрій № 2 мав куля-бабу, що виконана цілком з низьковуглецевої сталі з середньою твердістю НВ 110; - пристрій № 3 мав біметалічну куля-бабу, отриману методом «наморожування» розплаву низьковуглецевої сталі на тверду основу із Сталі 30. Товщина намороженого шару «м'якого металу» складала 25 мм. Таким чином, співвідношення між твердостями матеріалу ударного тіла (або поверхневого шару ударного тіла) і матеріалу чаші склало ψТ=0,73·ψЧ, що відповідає заявленому співвідношенню ψТ = (0,5...0,9) ψЧ. Методика випробувань являла собою почергову експлуатацію кожного з пристроїв спільно з 10-тьма дослідними чашами. В ході експерименту фіксувалося число робочих циклів наливаньспорожнень чаш до моменту початку руйнування, після чого визначали середньостатистичну довговічність (число циклів експлуатації) чаш, оброблених тим або іншим пристроєм. Результати випробувань відображені в таблиці: 2 UA 69206 U № Пристрій для вибивання чаш 1 Пристрій №1 (типова куля-баба, НВ 150) Пристрій № 2 (монометалічна куля-баба, НВ 2 110) Пристрій № 3 (біметалічна куля-баба, НВ 3 пов.шару 110) 5 10 Кількість робочих циклів експлуатації до моменту появи першої макротріщини 356 880 840 Наведені дані свідчать про те, що виконання ударного тіла або його поверхневого шару з матеріалу з меншою твердістю приводить до меншої руйнівної дії інструменту при обробці шлакових чаш вибиванням. Враховуючи, що металургійні підприємства несуть великі витрати на купівлю або виготовлення чаш, впровадження корисної моделі у виробництво може дати значну економію коштів. При цьому загальний час і трудомісткість технологічної операції вибивання чаш новими пристроями практично не збільшується. Таким чином, застосування пропонованої корисної моделі дозволяє за рахунок зміни конструкції ударного тіла підвищити довговічність і термін експлуатації шлакових чаш металургійного виробництва. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 1. Пристрій для видалення затверділого шлаку з чаші шлаковозу, що містить ударне тіло, встановлене з можливістю ударної дії на чашу шлаковозу, який відрізняється тим, що все ударне тіло або, принаймні, його поверхневий шар виконано з матеріалу з твердістю, визначуваною співвідношенням  T  0,5...0,9Ч , де  Т - твердість матеріалу ударного тіла;  Ч - твердість матеріалу чаші. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що мінімальна товщина поверхневого шару матеріалу ударного тіла складає 20 мм. 3. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що ударне тіло виконано округлої форми і закріплено на механізмі його переміщення за допомогою підвісу. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3