Спосіб очищення шлакової чаші від шлаку

Реферат: UA 78630 U UA 78630 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до металургії і може бути використана при очищенні металургійних ємностей від шлаку і металевих козлів, при ремонтних роботах, заміні футерівки і в інших технологічних операціях з ємностями, що передбачають нанесення ударів по їх корпусу. Відомий спосіб і пристрій для очищення металургійних ковшів (А.с. СРСР № 469751, С21В), в яких ударна дія на корпус ковша здійснюється ударником у вигляді високочастотної вібрації. Недоліком вказаного способу і пристрою є їх низька ефективність, пов'язана з малою енергією удару інструменту по металургійній ємності. З цієї причини відділення шлаку і залишків металу від ємності відбувається не так швидко, як у разі завдання одиничних концентрованих ударів з високою енергією. Це збільшує тривалість технологічної операції очищення ковша і робить описані вище спосіб і пристрій малоефективними. Відомий спосіб і пристрій для вибивання козлів з шлаковозних чаш (А.с. СРСР № 395375, З21В3/10, В25D9/00), в яких залишки шлаку видаляють ударним пристроєм, виконаним у виді копра з поворотною траверсою. Траверса забезпечена ударними елементами і за один оборот здійснює два удари по чаші. Обробку ударами продовжують до повного очищення чаші. Недоліком цього способу очищення чаш є його складність і мала придатність для умов великих металургійних підприємств. Так, на великих підприємствах чаші переміщають по території, як правило, залізничними составами. При стаціонарному положенні копра установка кожної чаші в положення для очищення стає трудомістким завданням. Крім того, відмінності чаш по типах і розмірах вимагають для кожної чаші індивідуального налаштування копра. Усе це призводить до додаткових витрат часу і коштів, що знижує ефективність застосування цього способу і цього пристрою. Відомий спосіб очищення шлакових чаш і інших металургійних ємностей, прийнятий за прототип, в якому використовують масивне ударне тіло (так звану "куля-бабу"), підвішену до механізму її горизонтального і вертикального переміщення (У книзі: 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 або іншої ємності здійснюється завданням по ній одиничних концентрованих ударів масивним ударним тілом після повороту чаші на заданий кут у бік ділянки для приймання шлакових відходів. При цьому відбувається швидке спорожнення чаші (ємності) від шлаку за мінімальний час і при мінімальних простоях транспортного і кранового устаткування. Недоліком цієї технології очищення чаш і інших металургійних ємностей є низька довговічність цих ємностей, яка є наслідком їх руйнування від дії потужних концентрованих ударів. В момент ударів механічні напруги, що виникають в тілі ємності, приводять до зародження і розвитку тріщин, а з часом - до виходу ємності з ладу раніше нормативного строку. В основу корисної моделі поставлено задачу - за рахунок зміни умов здійснення дій, спрямованих на очищення чаші, зменшити механічні напруги в тілі чаші від ударних дій, що дозволить збільшити довговічність і термін експлуатації чаші. Це завдання можна сформулювати інакше - зберегти переваги прототипу (значна енергоємність удару) при усуненні властивих йому недоліків (головний недолік - руйнівна дія ударів, що зменшує термін служби чаші). Для вирішення поставленої задачі в способі очищення чаші від шлаку, що включає ударну дію на чашу ударним тілом, відповідно до корисної моделі, ударну дію здійснюють через додаткове проміжне тіло; крім того, перед завданням удару забезпечують постійність контакту проміжного тіла з тілом чаші; а профіль контактної поверхні проміжного тіла виконують тотожним профілю контактної поверхні чаші; при цьому, твердість матеріалу проміжного тіла визначають із співвідношення НВпром.тіла ≥ 0,8·НВчаші, де НВпром.тіла - твердість матеріалу проміжного тіла; НВчаші - твердість матеріалу чаші. При створенні корисної моделі було використано принцип зменшення механічних напруг в тілі навантаженої конструкції при заміні зосереджених сил, що діють на цю конструкцію, статично (або динамічно) еквівалентними силами, дія яких розподілена по площі. Відомо, що при взаємодії двох контактуючих об'ємних тіл (зокрема, при їх ударній взаємодії), контакт між тілами відбувається по спільних прилеглих поверхнях (ці поверхні називають "плями контакту"). В момент зіткнення чаші з опуклою "куля-бабою" площа плями контакту є незначною. Тобто ударне навантаження при вибиванні чаш можна розглядати як ударну дію зосередженої в точці сили. Також відомо, що зосереджена ударна сила викликає в тілі чаші максимальні контактні і максимальні нормальні напруги від місцевого вигину стінки чаші. У поєднанні з термічними напругами (від нерівномірного нагріву-охолодження чаші) вони разом можуть спричинити появу і розвиток тріщин, які, у свою чергу, призводять до руйнування 1 UA 78630 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ємності. Руйнування чаші може статися не відразу, а через деякий час, коли внаслідок накопичення дефектів і втоми матеріалу його характеристики міцності стануть зменшеними. Зменшити усі види механічних напруг можна шляхом заміни концентрованого в точці удару ударом по поверхні ємності. Це стає можливим, якщо профіль контактної поверхні ударного тіла виконати відповідно до профілю зовнішньої поверхні ємності, що ударяється. Тоді, розподілене по площі ємності ударне навантаження створить в тілі чаші менші контактні напруги і менші напруги від місцевого вигину стінки чаші. Погіршення ефективності очищення ємності не настане, якщо енергію удару, у порівнянні з прототипом, залишити на тому ж рівні. Приведене вище обґрунтування теоретично дозволяє розв'язати проблему довговічності металургійних чаш, що очищаються ударним способом. Проте на практиці, забезпечити ударний контакт тотожних поверхонь ударного тіла і ємності є дуже складним завданням. Ця умова стає і зовсім нездійсненною в технології вибивання чаш із застосуванням шар-баби на тросу (див. прототип). Закріплення за допомогою троса надає ударному тілу три ступені вільності, що не дозволяє забезпечити контроль його положення і потрібну орієнтацію відносно чаші в момент удару. В заявленому способі ударну дію на чашу здійснюють через додаткове проміжне тіло. Проміжне тіло, забезпечене автономним засобом переміщення, може бути легко встановлене у будь-яке положення відносно чаші. Це дозволяє через проміжне тіло завдати удару по чаші точніше, в заздалегідь визначену область чаші, при заздалегідь визначеній орієнтації чаші і проміжного тіла. Ці параметри мають бути вибрані так, щоб при заданій енергетиці удару максимально захистити чашу від можливого руйнування. Руйнування самого проміжного тіла стає другорядним чинником, оскільки витрати на його виготовлення і монтаж значно поступаються витратам на виготовлення або ремонт чаш. Проміжне тіло при цій технології може розглядатися як елемент пристрою, який з часом витрачається і замінюється. Він повинен бути простим у виготовлені і простим при заміні. Заявлена ознака, таким чином, дозволяє за рахунок використання більш дешевих засобів забезпечити захист дорогої чаші (чи іншої ємності) від руйнівної дії удару ударного тіла (шар-баби). Відповідно до заявленого способу перед завданням удару пропонується забезпечити постійність контакту проміжного тіла з тілом чаші. Ця ознака підвищує ефективність способу, оскільки забезпечує гарантоване прилягання ударної поверхні проміжного тіла (з боку чаші) з ударною поверхнею чаші. Наприклад, є можливість обперти плоску поверхню проміжного тіла на плоску поверхню чаші, забезпечивши, таким чином, розподіл ударного навантаження на значну площу контакту. Крім того, вказана ознака є енергетично вигіднішою, оскільки зменшує втрати енергії при передачі ударного навантаження від ударного тіла до чаші (проміжне тіло після зіткнення залишається нерухомим, тобто енергія удару не витрачається на надання проміжному тілу кінетичної енергії і передається чаші в більш повному обсязі). В запропонованому способі профіль контактної поверхні проміжного тіла виконують тотожним профілю контактної поверхні чаші. Ця ознака забезпечує передачу ударного навантаження від проміжного тіла до чаші по значній площі контакту, тобто робить це навантаження розподіленим по площі. Раніше вказувалося, що цей спосіб ударного впливу є менш руйнівним для чаші і сприяє збільшенню її довговічності. Для реалізації способу доцільно використовувати проміжне тіло, виконане з матеріалу з твердістю НВпром.тіла ≥ 0,8·НВчаші, де НВпром.тіла - твердість матеріалу проміжного тіла; НВчаші твердість матеріалу чаші. Заявлені межі зміни твердості обґрунтовуються таким чином. Відомо, що твердість матеріалу є одним з показників для оцінки пластичної деформованості тіла при силовій (у тому числі ударній) взаємодії з іншими тілами. При зменшенні твердості схильність до пластичної деформації зростає і, навпаки, при збільшенні твердості взаємодія між тілами може стати чисто пружною. Відомо також, що енергія, витрачена на пружну деформацію при навантаженні тіла, може бути повернена тілом назад в результаті розвантаження. В той же час, енергія, витрачена на пластичну деформацію тіла, втрачається безповоротно на виконання роботи по формозмінюванню тіла і виділення тепла. Ці обставини можна використати для поліпшення ефективності пропонованого способу очищення чаші від шлаку. Наприклад, якщо твердість матеріалу проміжного тіла зробити менше твердості матеріалу чаші, то в результаті контактної взаємодії цих тіл в першу чергу пластично деформуватиметься більш "м'яке" проміжне тіло. Це дозволить без будь-яких змін в чаші створити при ударі розвинену пляму контакту, тобто забезпечити передачу ударного навантаження з розподілом її по площі. Про позитивний вплив цього на довговічність чаші вже говорилося раніше. В той же час, проміжне тіло не має бути занадто "м'яким", оскільки при значній пластичній його деформації велика частина енергії удару витрачатиметься на формозмінювання і 2 UA 78630 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 розсіюватиметься у вигляді тепла. В цьому випадку проміжне тіло виконуватиме роль амортизатора (демпфера) ударного навантаження, в якому енергія удару в основному поглинається. Експериментально встановлено, що найкращі результати при ударному очищенні чаш мають місце при твердості НВпром.тіла не нижче, ніж (0,8·НВчаші). Таким чином, межі зміни твердості матеріалів (0,8·НВчаші) ≤ НВпром.тіла < НВчаші є обґрунтованими. З іншого боку, збільшення твердості матеріалу проміжного тіла по відношенню до твердості матеріалу чаші також може бути корисним для реалізації заявленого способу. Тоді проміжне тіло не деформуватиметься пластично, що зменшить втрати енергії при ударі і дозволить скоротити час очищення чаші. В цьому випадку, для усунення небезпеки руйнування чаші контактна поверхня "твердого" проміжного тіла має бути виконана тотожній контактній поверхні чаші, що передбачено п. 3 формули. Таким чином, остаточні межі зміни твердості матеріалів можуть бути виражені заявленою залежністю НВпром.тіла ≥ 0,8·НВчаші. Заявлений спосіб працює таким чином. Чаші, призначені для очищення, у вигляді залізничного рухомого складу встановлюють на ділянці вибивання уздовж шлакового відвала. Далі, здійснюють розворот чаш у бік відвала. Козловий кран, оснащений ударним тілом (шарбабою), встановлюють навпроти першої по рахунку чаші. Проміжне тіло встановлюють на тому ж крані або забезпечують автономним засобом переміщення. Конфігурацію і твердість проміжного тіла вибирають заздалегідь відповідно до типу і розміру чаш, що підлягають вибиванню. Профіль контактної поверхні проміжного тіла, також заздалегідь, виконують у відповідності до профілю поверхні чаші в місці передбачуваного удару. За допомогою індивідуального засобу переміщення проміжне тіло переміщають до чаші, встановлюючи його в необхідне положення контакту, коли контактуючі поверхні проміжного тіла і чаші щільно прилягають один до одного. Далі, за допомогою ударного тіла роблять один або декілька ударів по проміжному тілу. Ударне навантаження передається на чашу, що призводить до швидкого спорожнення чаші від козлів і затверділого шлаку. Потім кран переміщають уздовж складу до наступної чаші, очищення якої виконується аналогічно. Прикладом конкретного виконання заявленої корисної моделі може бути випробування дослідної технології очищення чаш на шлаковому дворі конвертерного цеху одного з українських металургійних підприємств. Ударне і проміжне тіла встановлювали на одному козловому крані з можливістю незалежного переміщення від індивідуальних механізмів. Проміжне тіло застосовувалося у вигляді металевої призми із сталі Ст. 35, розмірами 130×2000×1000 мм. Проміжне тіло закріплювалося до механізму його переміщення за допомогою біфілярного підвісу, оснащеного натяжним тросом. У відповідності до рекомендацій щодо нової технології очищення чаш, спочатку спирали проміжне тіло на верхню торцеву поверхню чаші, після чого ударами по проміжному тілу вибивали з чаші залишки шлаку. Чаші були виготовлені із сталі 35Л. Таким чином, проміжне тіло і чаша були виконані з одного матеріалу і НВпром.тіла=НВчаші, що відповідає заявленому діапазону твердостей НВпром.тіла ≥ 0,8·НВчаші. Технологія вибивання відрізнялася від звичайної (типової) тільки використанням проміжного тіла. Як ударне тіло використовували куля-бабу звичайної кулястої форми вагою 4,5 т. Для оцінки результатів випробування дослідної технології очищення чаш була організована реєстрація і облік шлакових чаш, підданих обробці за період 11 місяців. Застосування дослідної технології дозволило отримати наступні порівняльні результати: Вид технології Звичайна (типова) Дослідна 50 Термін дослідження, міс. Глибина деформації чаші в місці удару, мм 11 11 290 112 Середня довжина тріщин в місці удару, мм 395 140 Таким чином, пропонована корисна модель дозволяє за рахунок зміни умов здійснення дій, спрямованих на очищення чаші, зменшити механічні напруги в тілі чаші від ударних дій, що дозволяє збільшити довговічність і термін експлуатації чаші. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 1. Спосіб очищення шлакової чаші від шлаку, що включає ударну дію на чашу ударним тілом, який відрізняється тим, що ударну дію здійснюють через додаткове проміжне тіло. 3 UA 78630 U 5 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що перед завданням удару забезпечують постійність контакту проміжного тіла з тілом чаші. 3. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що профіль контактної поверхні проміжного тіла виконують тотожним профілю контактної поверхні чаші. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що твердість матеріалу проміжного тіла визначають із співвідношення НВпром.тіла ≥ 0,8·НВчаші, де НВпром.тіла - твердість матеріалу проміжного тіла; НВчаші - твердість матеріалу чаші. 10 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 4