Пристрій для вдування реагентів у рідкий розплав

1. Пристрій для вдування реагентів у рідкий розплав, що включає металоконструкцію, напрямні, фурмений пристрій, що складається з вогнетривкої фурми та штанги, і гідропривод, який відрізняється тим, що пристрій для вдування містить механізм фіксації фурменого пристрою в нижньому робочому положенні під час вдування, розташованим на індивідуальній опорній основі та виконаним у вигляді двох двоплечих важелів з розведеними осями обертання, розташованими симетрично щодо поздовжньої осі механізму, і двох серг із загальною віссю обертання, з'єднаних зі штоком і поршнем гідроприводу. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що співвідношення між розмірами важелів механізму фіксації, зусиллям фіксації фурменого пристрою 2 (19) 1 3 Винахід відноситься до галузі чорної металургії, зокрема, до позапічної обробки рідкого чавуну в ковшах для його десульфурації. Відомі пристрої для вдування реагентів у рідкий розплав, у тому числі для десульфурації рідкого чавуну в ковшах гранульованим магнієм [1, 2, 3, с.186-187] і [4], що містять металоконструкцію, фурмений пристрій, що складається з вогнетривкої фурми, штанги й привода. Цим пристроям властиві такі недоліки, як експлуатація останніх у важкому динамічному режимі, коли змушені коливання фурмених пристроїв (ФП), обумовлені дією пульсуючих технологічних навантажень, передаються через фурму на її привод, металоконструкцію пристрою, розташоване на ній устаткування та обслуговуючий персонал, який там знаходиться. Це призводить до частих аварій і пошкоджень устаткування, руйнуванню металоконструкцій, а також ускладнює роботу обслуговуючого персоналу. Як найближчий аналог взятий відомий пристрій для десульфурації чавуну меткомбінату ім. Ілліча [5, с.19]. Відомий пристрій містить металоконструкцію, напрямні, фурмений пристрій, що складається з вогнетривкої фурми, штанги і привод ФП. Фурмений пристрій за допомогою гнучкого зв'язку, наприклад, троса з'єднується із приводом і занурюється в рідкий чавун під дією власної ваги. Під час десульфурації фурма перебуває в ковші в підвішеному стані, а в зоні її нижнього зрізу, на неї у вертикальному й горизонтальному напрямках діють змінні за величиною сили, що досягають кілька десятків кілоньютон. Горизонтальні складові цих сил через напрямні сприймаються металоконструкцією цих пристроїв, а вертикальні - тросом і іншими елементами привода ФП. Ці сили діють періодично й викликають поява змушених коливань у ФП, які передаються на металоконструкції, розташоване на ній устаткування, апаратуру й обслуговуючий персонал, а також сприймаються елементами привода ФП. Недоліком відомого пристрою є те, що в результаті дії цих сил і змушених коливальних процесів часто рвуться троса й виходять із ладу деталі й вузли привода ФП, руйнуються зварені з'єднання металоконструкцій, ускладнюється експлуатація устаткування й контрольновимірювальної апаратури, погіршуються умови роботи обслуговуючого персоналу, різко знижується надійність і довговічність устаткування, збільшується кількість аварійних ситуацій і т.д. Завдання, розв'язуване винаходом, полягає в усуненні недоліків згаданих вище, а саме: - виключення передачі технологічних навантажень і змушених коливань на привод ФП й металоконструкції пристрою; - поліпшення умов роботи тросів і інших елементів привода ФП; - виключення руйнувань зварених швів металоконструкції; 92411 4 - поліпшення умов експлуатації устаткування й контрольно-вимірювальної апаратури; - поліпшення умов роботи обслуговуючого персоналу; - підвищення надійності й довговічності устаткування; - зниження кількості аварійних ситуацій. Це завдання вирішується за рахунок того, що пристрій для вдування виконаний з механізмом фіксації фурменого пристрою в нижньому робочому положенні під час продувки, розташованим на індивідуальній опорній основі й виконаним у вигляді двох двоплечових важелів з розведеними осями обертання, розташованих симетрично щодо поздовжньої осі механізму, і двох серг із загальною віссю обертання, з'єднаних зі штоком і поршнем гідроприводу. При цьому співвідношення між розмірами важелів механізму фіксації, зусиллям фіксації ФП й зусиллям, що діє на поршень гідроприводу, визначається залежністю: 2a rB rC L 1 , P T 1 L 2 Cos 2 L де Р - зусилля, що розвивається гідроприводом; Т - зусилля фіксації штанги ФП; L1 і L2 - розміри плечей двоплечового важеля; L - довжина серги; 2 - кут нахилу плечей 10 і 11 двоплечового важеля до горизонталі; rB - радіус осей шарнірів В1 і В2, rC - радіус осі шарніра С; - коефіцієнт тертя; а - відстань між вертикальними осями, минаючими через центри шарнірів В1 і В2 і шарнір С, а величина відстані між вертикальною віссю, що проходить через центри шарнірних з'єднань двоплечових важелів із сергами й вертикальною віссю шарнірного з'єднання двох серг зі штоком гідроприводу обрана такою, що механізм фіксації виконаний самогальмуючим. Кожне плече двоплечового важеля механізму фіксації, взаємодіючого з фурменим пристроєм, закінчується затискачем, шарнірно встановленим на цьому плечі, а відстань між розведеними осями двоплечових важелів механізму фіксації обрано такою, щоб плечі важелів, на яких встановлені затискачі, під час фіксації фурменого пристрою були розташовані паралельно осі механізму. Механізм фіксації розташований на опорній основі, встановленій на консольній площадці автономної колони або на верхній площадці автономного порталу, не пов'язаних з металоконструкцією пристрою. Технічним результатом використання пропонованого винаходу є виключення передачі дії технологічного навантаження й порушуваних нею змушених коливань, які сприймаються фурмою при продувці рідкого чавуну в ковші гранульованим магнієм, на елементи привода фурменого пристрою й металоконструкцію. Одночасно, використання пристрою пропонованої конструкції за 5 92411 6 безпечує замикання дії технологічного навантасхема механізму фіксації в робочому положенні, ження й порушуваних нею змушених коливальних коли ФП зафіксовано під час продувки, а також у процесів прямо на фундамент безпосередньо в вихідному положенні (позначено пунктиром); на місцях їхнього виникнення, що різко поліпшує осФіг.3 зображений фрагмент загального виду приновні техніко-економічні показники цього пристрою, на якому механізм фіксації ФП розташовастрою. ний на опорній основі, встановленій на верхній Порівняння пристрою, що заявляється, із найплощадці автономного порталу. ближчим аналогом показує, що він відрізняється Пристрій для вдування реагентів у рідкий розтим, що пристрій для вдування виконаний з мехаплав включає металоконструкцію 1, фурмений нізмом фіксації фурменого пристрою в нижньому пристрій, що складається з вогнетривкої фурми 2 і робочому положенні під час продувки, розташоваштанги 3, напрямні 4, привод ФП 5, механізм фікним на індивідуальній опорній основі й виконаним сації 6, опорну основу 7, консольну площадку 8 і у вигляді двох двоплечових важелів з розведениколону 9. Механізм фіксації 6 являє собою компакми осями обертання, розташованими симетрично тний важільний механізм, виконаний у вигляді щодо поздовжньої осі механізму, і двох серг із задвох двуплечих важелів 10 і 11, розташованих гальною віссю обертання, з'єднаних зі штоком і симетрично щодо поздовжньої осі механізму. Осі поршнем гідроприводу. При цьому співвідношення обертання двоплечових важелів О1 і О2, розведені між розмірами важелів механізму фіксації, зусилодна від одної на відстань Н. Короткі плечі двоплям фіксації ФП й зусиллям, що діє на поршень лечових важелів через шарніри А1 і А2 з'єднані із гідроприводу, визначається залежністю: затискачами 12 і 13, а довгі плечі, - через шарніри В1 і В2, з'єднані із сергами 14 і 15. Серги, у свою 2a rB rC L1 1 , P T чергу, через загальний шарнір С, шток 16 і порL 2 Cos 2 L шень 17 з'єднані із циліндром 18 гідроприводу. На де Фіг.3 представлений варіант конструктивного виР - зусилля, що розвивається гідроприводом; конання фрагменту пристрою, коли опорну основу Т - зусилля фіксації штанги ФП; 7, механізму фіксації 6 встановлено на порталі, L1 i L2 - розміри плечей двоплечового важеля; верхня площадка 8 якого встановлена на двох L - довжина серги; колонах 9. 2 - кут нахилу плечей 10 і 11 двоплечового Роботу пристрою, що заявляється, здійснюють важеля до горизонталі; у такий спосіб. Ківш із рідким чавуном подають на rB - радіус осей шарнірів В1 і В2; місце обробки. У цей час ФП перебуває в крайrC - радіус осі шарніра С; ньому верхньому положенні над поверхнею розп- коефіцієнт тертя; лаву, двоплечові важелі 10 і 11 механізму фіксації а - відстань між вертикальними осями, минаюрозведені й пристрій підготовлений до початку чими через центри шарнірів В1 і В2 і шарнір С, а роботи. Положення важелів механізму фіксації в величина відстані між вертикальною віссю, що цьому випадку позначено пунктиром. По команді проходить через центри шарнірних з'єднань двопоператора включають привод 5 і ФП під дією влалечових важелів із сергами й вертикальною віссю сної ваги починає опускатися. Коли нижній зріз шарнірного з'єднання двох серг зі штоком гідропдзвону фурми 2 наблизився до поверхнірозплаву, риводу обрана такою, що механізм фіксації виковключають подачу транспортуючого газу й фурма наний самогальмуючим. 2 починає занурюватися в рідкий чавун. Після заКожне плече двоплечового важеля механізму нурення фурми 2 на необхідну глибину, привод 5 фіксації, що взаємодіє з фурменим пристроєм, ФП відключають і включають механізм фіксації 6, виконано із затискачем, шарнірно встановленим що фіксує фурму 2 у робочому положенні. Глибину на цьому плечі, а відстань між розведеними осями занурення фурми 2 регулюють вагою фурменого двоплечових важелів механізму фіксації обрано пристрою. Після фіксації фурми включають подачу такою, щоб плечі важелів, на яких установлені реагенту, наприклад, зернистого або гранульовазатискачі, під час фіксації фурменого пристрою ного магнію. Витрати реагенту повільно збільшубули розташовані паралельно осі механізму. Меють до оптимального й корегують витрати трансханізм фіксації розташований на опорній основі, портуючого газу. Після введення необхідної встановленій на консольній площадці автономної кількості реагенту, його витрати повільно зменшуколони або на верхній площадці автономного порють до нуля, механізм фіксації 6 звільняє фурму 2 талу, не пов'язаних з металоконструкцією приі її витягають із розплаву. Після чого подачу транстрою. Отже пристрій, що заявляється відповідає спортуючого газу припиняють. Всі операції з оброкритерію "новизна". бки чавуну здійснюють у автоматичному режимі за Порівняння з іншими технічними рішеннями в допомогою електронно-обчислювальної машини, в даній галузі техніки не дозволило виявити в них яку перед обробкою чавуну вводять всі необхідні ознаки, що відрізняють пристрій, що заявляється, параметри. Особливість роботи пристрою, що завід найближчого аналога. Отже, має місце відповіявляється, полягає в тому, що, починаючи з момедність критерію "винахідницький рівень". нту подачі реагенту до моменту його повного відкВинахід пояснюється кресленням, де на Фіг.1 лючення, ФП зафіксований спеціальним схематично зображений загальний вид пристрою механізмом 6, завдяки чому фурма займає в ковші для вдування реагентів у рідкий чавун, на якому під час обробки рідкого чавуну чітко певне поломеханізм фіксації ФП розташований на опорній ження. основі, встановленій на консольній площадці авСутність пристрою, що заявляється, полягає в тономної колони; на Фіг.2 наведена кінематична тому, що, виконавши його з механізмом фіксації 7 92411 8 ФП в нижньому робочому положенні під час продва паралельних силових потоки, що передають дувки, вдалося виключити передачу виштовхуюце зусилля до фіксируючого елементу, у нашому чих сил, діючих на фурму в зоні її нижнього зрізу, випадку до штанги ФП. Передача цих силових попід час виконання технологічної операції, на притоків надалі реалізується за допомогою двох сивод ФП. Крім того, усунути дію динамічної складометричних паралельно розташованих двоплечової сили, обумовленої періодичним циклічним хавих важелів з розведеними осями обертання. рактером дії технологічного навантаження, а також Потім ці два силових потоки знову замикаються появою змушених коливань фурми у вертикальній вже безпосередньо у фіксируючому елементі, охоі горизонтальній площинах, викликаних дією цієї плюючи його з двох протилежних сторін. Така сили й передаються на деталі й вузли ФП й елеконструкція важільного механізму дозволяє ствоменти металоконструкції. рити потужний компактний важільний механізм Для більш наочного пояснення позитивного фіксації з гідроприводом і високою твердістю ларезультату (ефекту), одержуваного в результаті нок, що забезпечує створення значного за величипрактичного використання пропонованого технічною зусилля затискача, що досягає 1000кН і більного рішення, розглянемо як відбувається утвоше, і надійну підтримку цього зусилля протягом рення й дія силових потоків, що мають місце на усього часу продувки. існуючому пристрої й пристроях, обладнаних меВибір співвідношення між розмірами важелів ханізмами фіксації ФП, а також зробимо їх порівмеханізму фіксації, зусиллям фіксації фурменого няльний аналіз. пристрою й зусиллям, що діє на поршень гідропНа існуючих пристроях для вдування реагентів риводу, визначається залежністю у рідкий розплав вертикальні сили, що діють на 2a rB rC L 1 , P T 1 фурму, і порушувані ними змушені коливання чеL 2 Cos 2 L рез штангу, підвіску й систему блоків передаються де на несучі балки перекриття й через них поширюР - зусилля, що розвивається гідроприводом; ються по всій металоконструкції. Крім цього, через Т - зусилля фіксації штанги ФП; гнучкий елемент приводу - підвіску, ці навантаL1 i L2 - розміри плечей двоплечового важеля; ження передаються на привод ФП, що представL - довжина серги; ляє собою лебідку, що включає барабан, редуктор, 2 - кут нахилу плечей 10 і 11 двоплечового електродвигун і гальмо, установлену на верхній важеля до горизонталі; робочій площадці. Горизонтальні навантаження, rB - радіус осей шарнірів В1 і В2, які сприймаються фурмою, знакозмінні, а їх зміна rC - радіус осі шарніра С; носить випадковий характер. Через штангу ФП ці - коефіцієнт тертя; навантаження й порушувані ними коливання переа - відстань між вертикальними осями, минаюдаються на напрямні робочих площадок, а через чими через центри шарнірів В1 і В2 і шарнір С. них на устаткування й апаратуру, встановлену на Характерною рисою цієї залежності є те, що цих площадках, а також обслуговуючий їх персовона встановлює зв'язок між геометричними рознал, створюючи тим самим значні незручності при мірами й силовими параметрами механізму фіксароботі. Експериментальними дослідженнями встації, а останній множник цієї залежності, являє соновлено [5], що величина реакцій у напрямних бою величину зворотну величині коефіцієнта опорах досягає 12кН, а наявність зазорів між штапідсилення механізму, що має вигляд: нгою й напрямними при їхньому замиканні створює додатковий динамічний ефект, що підсилює L Ky негативну дію цих сил. 2a rB rC У пропонованому пристрої дія вертикальних і Під коефіцієнтом підсилення (КУ) у цьому вигоризонтальних сил, які сприймаються фурмою, і падку, мається на увазі конкретне число, на яке порушувані ними змушені коливання, після захванеобхідно збільшити зусилля на штоку гідроприту штанги ФП механізмом фіксації, через важільну воду (Р), щоб одержати необхідне зусилля фіксації систему цього механізму, опорну основу 7, консо(T) на штанзі ФП. льну площадку 8 і колону 9 замикають на фундаОсобливість цього виразу полягає в тому, що мент у безпосередній близькості від їхнього виниквикористання його при проектуванні такого механінення. Тому, ні металоконструкція, ні привод ФП зму дозволяє, задаючись необхідною розрахункоцих навантажень у пропонованому пристрої взагавою величиною зусилля фіксації (T), досягати цієї лі не сприймають. Якщо опорна основа механізму величини при невеликих значеннях зусилля (Р), фіксації встановлена на верхній площадці порщо розвивається гідроприводом. З'являється таталу, то дія вищезгаданих сил і змушених коликож можливість керувати процесом регулювання вань замикають безпосередньо на фундамент співвідношення між силами Р и Т, вже на стадії через дві колони. проектування цього механізму. Причому, це регуВиконання механізму фіксації у вигляді двох лювання може здійснюватися в широкому діапазодвоплечових важелів з розведеними осями оберні, наприклад, від 10 до 50 разів і більше. Так, натання, розташованих симетрично щодо поздовжприклад, для одержання зусилля фіксації (T), що ньої осі механізму й двох серг із загальною віссю дорівнює 1000кН, на штоку гідроприводу необхідобертання, з'єднаних зі штоком і поршнем гідропно задати зусилля (Р), що дорівнює всього 20кН. риводу, забезпечує створення найбільш сприятлиТаким чином, у механізму з'являється можливість, вого способу передачі зусилля, формованого його формуючи невелике зусилля на вході, одержувати гідроприводом, спочатку шляхом його поділу, у велике зусилля на виході. місці шарнірного з'єднання двох серг зі штоком, на 9 92411 10 Досягається це в такий спосіб. Визначившись гається з вертикальною віссю, що проходить через із компонуванням механізму, розмірами двоплечоцентр штанги, тобто затискачами забезпечується вих важелів і їх взаємним розташуванням, знаючи одноосьовий напружений стан і виключається поява додаткових дотичних сил. Це поліпшує умови значення коефіцієнта тертя ( ) і величину радіусів фіксації штанги й полегшує умови роботи механізосей шарнірів rB і rC, довжина серг 14 і 15 вибираму. ється такою, щоб у робочому положенні механізму Розташування механізму фіксації ФП на опорфіксації, коли штанга ФП затиснута, величина відній основі, встановленій на консольній площадці стані а не перевищувала 10 20мм. У цьому випадавтономної колони, не пов'язаної з металоконструку механізм забезпечує високий коефіцієнт підсикцією пристрою, забезпечує передачу технологічлення. ного навантаження й викликаних її дією змушених Забезпечуючи високий коефіцієнт підсилення, коливань через опорну основу, консольну площадмеханізм є самогальмуючим. Причому,чим менше ку й автономну колону безпосередньо на фундазастосовується при проектуванні цього механізму мент. Таким чином, у результаті використання тавеличина відстані (а), тим кращий з'являється кого технічного рішення виключається передача ефект самогальмування. Під ефектом самогальвищезгаданої сили й викликаних нею змушених мування в нашому випадку мається на увазі такий коливань на привод фурменого пристрою й метарежим роботи механізму, коли він утримує штангу локонструкцію пристрою. ФП в зафіксованому положенні, навіть якщо зуРозташування механізму фіксації ФП на опорсилля гідроприводу (Р) зменшилося до нуля, тобто ній основі, встановленій на верхній площадці автиск масла в системі гідроприводу повністю відктономного порталу, не пов'язаного з металоконстлючилося, що має місце на практиці. Такий режим рукцією пристрою, забезпечує передачу роботи механізму забезпечується в тому випадку, технологічного навантаження й викликаних її дією коли величина відстані (а) перебуває в діапазоні змушених коливань через опорну основу, верхню від 10 до 20мм. Якщо величина цієї відстані стає площадку порталу й дві колони безпосередньо на менше 10мм, то механізм підлягає ремонту. фундамент. Реалізація на пристрої такої конструкСтійка й надійна робота механізму в такому ції виключає передачу технологічного навантарежимі забезпечується при високій твердості лаження й викликаних нею змушених коливань на нок і відсутності зазорів у шарнірних з'єднаннях. привод фурменого пристрою й металоконструкцію Ця умова є основною вимогою, який необхідно пристрою. дотримувати при проектуванні, виготовленні, Як видно з вищевикладеного, пристрій, що заскладанні й експлуатації таких механізмів. являється дозволяє виключити передачу дії техОсобливість конструкції пропонованого принологічного навантаження й порушуваних нею строю полягає в тому, що вертикальна вісь його змушених коливань, які сприймаються фурмою ФП жорстко не зафіксована, тому воно має тендепри продувці чавуну в ковші гранульованим магнінцію робити коливальні рухи щодо своєї вертикаєм, на елементи привода фурменого пристрою й льної осі навіть занурений в рідкий розплав. Це металоконструкцію. Одночасно, застосування приускладнює процес захвату ФП за штангу затискастрою пропонованої конструкції забезпечує замичами механізму фіксації й утримання його в робокання дії технологічного навантаження й порушучому положенні під час продувки, тому що після ваних нею змушених коливань прямо на захвату не забезпечується надійна взаємодія конфундамент безпосередньо в місця їхнього виниктактних площ затискачів з контактною поверхнею нення, що істотно поліпшує основні технікоштанги через наявність їхніх відносних зрушень і економічні показники цього пристрою. перекосів. Джерела інформації, використані при складанВиконання кожного плеча двуплечового важені матеріалів заявки: ля механізму фіксації, взаємодіючого зі штангою 1. Ю.П. Волков, Н.А, Воронова, М.Л. ЛавренФП, із затискачем, шарнірно встановленим на тьев и др. Промышленная установка для глубокой цьому плечі, забезпечує автоматичну адаптацію десульфурации чугуна в 140-тонных ковшах вдуконтактних поверхонь затискачів до аналогічної ванием порошкового магния на Ждановском завоповерхні штанги ФП, в результаті чого досягаютьде им. Ильича // Повышение качества чугуна и ся кращі умови контакту між затискачами й штанчугунного литья: Сб. ИЧМ. - М.: Металлургия, гою. 1972.- С.15-20. Як шарнірне з'єднання доцільно використову2. Н.А. Воронова, Г.Г. Побегало, И.Я. Емельявати кульовий шарнір, що забезпечує затискачеві нов и др. Установка для глубокой десульфурации додаткові ступені свободи, тобто можливість дочугуна магнийсодержащими смесями на заводе даткового повороту затискача щодо своїх осей на "Запорожсталь" // Повышение качества чугуна и кут, рівний (±1,0-3,0°).Така величина кута повороту чугунного литья: Сб. ИЧМ. - М.: Металлургия, затискача щодо штанги достатня для того, щоб 1972. - С.20-24. забезпечити надійну взаємодію між контактними 3. Воронова Н.А. Десульфурация чугуна магповерхнями затискачів і штанги. нием. - М.: Металлургия. -1980. - С.186-187. Відстань (Н) між розведеними осями двопле4. Черевик Ю.И., Бондаренко А.Г., Лафер чових важелів механізму фіксації вибирається таИ.М., Двоскин Б.В. / Влияние увеличения налива кою, щоб плечі важелів, на яких встановлені затиковшей на работу привода фурмы УДЧ // Металскачі, під час фіксації ФП були розташовані лургическая и горнорудная промышленность. паралельно осі механізму. Виконання цієї вимоги 1991. №3. - С.50-52. забезпечує додаток зусиль фіксації (Т) перпендикулярно осі механізму, а напрямок дії цих сил збі 11 92411 12 5. А.Г. Бондаренко, А.Ф. Шевченко, Н.П. Остаделения десульфурации чугуна с погружаемыми пчук и др. Совершенствование оборудования отфурмами // Металлург. - 1983.0 №3. - С.17-20. 13 Комп’ютерна верстка Т. Чепелева 92411 Підписне 14 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601