АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Конвертеры для верхней продувки

В СССР в соответствии с ГОСТ 20067—74 установлен следующий типовой ряд вместимостейконвертеров (по массе жидкой стали): 50, 100, 130, 160, 200, 250, 300, 350, 400 т.

Форма конвертера. Профиль рабочего объема, образованный футеровкой, у отечественных конвертеров обычно имеет вид, показанный на рис. 2. Суживающаяся кверху горловина примыкает к цилиндрической части, ниже которой расположена суживающаяся часть, заканчивающаяся сферическим днищем. Сужение нижней части и сферическая форма днища предотвращают образование застойных зон при циркуляции металла в конвертерах с верхней продувкой. У малых (<130 т) конвертеров днище для упрощения кладки иногда делают плоским; плоское днище имеют конвертеры донной продувки.

Рис. 2. Профиль рабочего объема конвертера

По форме корпуса (кожуха) конвертеры заметно различаются: 1) с цилиндрическим корпусом, к которому примыкает сферическое днище (рис. 3,6); 2) с сужением ниже цилиндрической части в виде усеченного конуса (рис. 3,а) или двух примыкающих друг к другу усеченных конусов (рис. 9); 3) с незначительным (угол наклона стенки к вертикали ~7°) сужением, переходящим в сферу (рис. 3,в). Наиболее простым в изготовлении, не требующим сферических штампованных элементов, является корпус конвертеров ММК (см. рис.9).

Размеры конвертера. Профиль и размеры конвертера должны обеспечить прежде всего продувку без выбросов. Основными параметрами, определяющими возможность работы без выбросов, являются удельный объем (объем рабочей полости, приходящийся на 1 т жидкой стали, м³/т) и отношение высоты рабочего объема к его диаметру Н/ D (см. рис. 2). Для ранее строившихся и эксплуатируемых конвертеров характерно колебание значений этих параметров в неоправданно широких пределах: удельного объема от 0,5 до 1,15 м³/т, отношения Н/Dот 1,17 до 2,1; при этом по мере увеличения вместимости конвертеров эти значения снижаются.

Рис 3. Футеровка кислородных конвертеров:

1. – отъемное днище; 2 – корпус конвертера; 3 – арматурный слой футеровки; 4 рабочий слой футеровки; 5 – блоки из плавленого переклаза; 6 – предарматурный слой; 7 – огнеупорная масса; 8 – вставное днище

При выборе оптимального значения этих параметров необходимо учитывать следующее. Если удельный объем недостаточен, то при продувке возникают выбросы; при чрезмерно большом удельном объеме неоправданно возрастают габариты конвертера, расход огнеупоров на футеровку, высота конвертерного цеха. Учитывают также, что чем выше интенсивность продувки и чем меньше сопл в фурме, тем больше должен быть объем конвертера для предотвращения выбросов. При снижении Н\D стенки конвертера отдаляются от высокотемпературной подфурменной зоны, что способствует повышению стойкости футеровки; возрастает также удельная поверхность ванны, однако уменьшение высоты конвертера может привести к выбросам. При росте Н\ D вероятность выбросов уменьшается, но и увеличение Н/D сверх оптимального уровня нецелесообразно, так как это требует увеличения высоты здания цеха.

Удельный объем сооружаемых в последние годы 100—350-т конвертеров находятся в пределах от 1,0 до 0,8—0,85 м³/т и Н/D от 1,7 до 1,4. Как показывает опыт, в этих пределах выбираемые величины должны снижаться па мере увеличения вместимости конвертера. При проектировании отечественных конвертеров не всегда учитывают эти требования. Так (табл. 8), 80—130-т конвертеры имеют такой же или даже меньший удельный объем, чем большегрузные; отношение Н/Dдля 350-т конвертеров больше, чем для 300-т; незначительно различие значений Н/Dдля 350-т и 80—130-т конвертеров.

Глубина ванны жидкого металла Hв изменяется в пределах 1,0—1,9 м и возрастает по мере увеличения вместимости конвертера. Глубина ванны должна быть достаточной для предотвращения разрушения днища кислородными струями. Минимально допустимую глубину ванны можно определить по формуле, м:

где w_о и p —соответственно скорость (м/с) и плотность (кг/ м³) кислорода на выходе из сопла; Т •— вместимость конвертера, т; J—интенсивность продувки, м³/ (т • мин); n — число сопл в фурме. Вместе с тем следует учитывать, что при слишком большой глубине ванны вследствие недостаточного проникновения кислородных струй затрудняется плавление стального лома.

При выборе диаметра отверстия горловины D_г учитывают, что горловина большого размера позволяет загружать стальной лом в один прием. Вместе с тем при увеличении диаметра горловины возрастают потери тепла излучением и несколько повышается содержание азота в выплавляемой стали, поскольку через большое отверстие в конвертер подсасывается больше воздуха, азот которого растворяется в металле. Исходя из условий загрузки лома в один прием диаметр отверстия горловины определяют из соотношения: D_г = = 0,21 \ Т, м. Угол наклона горловины к вертикали а в существующих кон-вертерах изменяется от 20 до 35°. На основании отечественной практики признано нецелесооб-разным делать этот угол >26°, так как при большом уклоне ухудшается стойкость футе-ровки горловины.

Сужение нижней части рабочего объема необходимо, чтобы предотвратить образование застойных зон при циркуляции металла. С уче-том этого требования диаметр нижней части О_н рекомендуется принимать равным 0,855О или несколько меньшим. Угол наклона об-разующей нижнего усеченного конуса к верти-кали р у отечественных глуходонных конверте-ров (см. рис. 3,6) близок к 20°, у конвертеров с отъемным днищем (см. рис. 3,а) 20—30°, у конвертеров со вставным днищем конструкций ЧерМК и «Азовсталь» (см. рис. 3,в) этот угол равен 35—40° и, соответственно, высота нижне-го усеченного конуса заметно меньше, чем у конвертеров другого типа.

Корпус и днище. Корпус конвертера выполняют либо цельносварным из листовой стали толщиной от 30 до 120 мм (наибольшую толщину имеет центральная часть корпуса и меньшую — горловина и днище), либо с отъемным днищем, либо, в редких случаях, с отъемной горловиной. Обычно материалом для изготовления корпуса служит сталь 09Г2С, срок службы корпуса до замены составляет 4—5 лет.

Симметричное расположение горловины конвертера обеспечивает ввод кислородной фурмы по оси конвертера и равное удаление высокотемпературной подфурменной зоны от стенок конвертера. Благодаря этому достигается равномерный износ футеровки стен и горловины.

Таблица 8. Параметры некоторых кислородных конвертеров

Горловина конвертера в большей степени, чем другие элементы конструкции, подвержена воздействию высоких температур и короблению и может быть повреждена при удалении настылей (застывших выплесков металла) и в процессе слива шлака. В связи с этим верх горловины укрепляют массивным шлемом, причем часть его выполняют из съемных элементов, которые можно заменять. Применяемая в последние годы на отечественных заводах конструкция горловины показана на рис. 4. К кожуху 1 горловины приварена снабженная кольцевым пазом 3 утолщенная литая стальная обечайка 2, на которой закреплены несколько литых сегментов 4. Эти сегменты обычно выполняют из жаропрочного чугуна, который подвержен образованию настылей меньше, чем сталь. Изношенные сегменты можно легко заменить (все или один из них).

Рис. 4. Горловина конвертера:

1 — кожух горловины; 2 — утолщенная обечайка; 3 — кольцевой паз; 4 — литой сегмент; 5 — закладная планка

В редких случаях коническую горловину выполняют отъемной. Однако опыт показал, что замену проводить сложно — затруднено сочленение новой горловины с корпусом работающего конвертера вследствие его деформации от температурных напряжений. Днище конвертеров для верхней продувки чаще выполняют сферическим. Эта форма облегчает циркуляцию металла и способствует снижению износа футеровки. Широко применяют как неотъемные (см. рис. 3,б), так и отъемные днища. Отъемные днища могут быть приставными (см. рис. 3,а) и вставными (см. рис. 3,в). Снятие и установку отъемных днищ осуществляют при помощи домкратных тележек, передвигающихся под конвертером.

Преимуществом конвертеров с отъемным днищем является облегчение и ускорение проведения ремонтов футеровки. После съема днища ускоряется охлаждение и облегчается разрушение изношенной футеровки и подача в полость конвертера огнеупоров для новой кладки по сравнению с подачей через узкую горловину конвертера. Основным недостатком отъемных днищ обычно считают меньшую прочность и надежность конструкции нижней части корпуса конвертера.

Преимуществом конвертера с неотъемным днищем является уменьшение массы и упрощение конструкции вследствие отсутствия устройств для крепления днища, повышение жесткости корпуса в целом и надежности конструкции его донной части, что особенно важно для большегрузных конвертеров.

Цапфы и опорное кольцо. Конвертер цапфами опирается на роликовые опорные подшипники, закрепленные в опорных станинах. Подшипники обеспечивают возможность вращения конвертера вокруг оси цапф; при этом один подшипник фиксированный, а другой «плавающий», что дает возможность перемещения вдоль оси цацф на 15—30 мм.

В первых кислородных конвертерах цапфы крепили непосредственно к корпусу конвертера. При этом, как показала практика, вследствие нагрева и деформации корпуса происходил перекос осей цапф, что вызывало заклинивание опорных подшипников и повышение износа шестерен механизма вращения.

Современные кислородные конвертеры снабжают отдельным опорным кольцом, к которому крепят цапфы и в котором с зазором закреплен корпус. Благодаря зазору возникающие при термическом расширении корпуса деформации не передаются опорному кольцу и перекос цапф не возникает. Внутренний диаметр опорного кольца на 150—200 мм превышает диаметр корпуса конвертера.

Опорное кольцо (рис. 5) представляет собой конструкцию из двух полуколец и закрепленных между ними двух цапфовых плит; полу-кольца и плиты скрепляют сваркой и иногда шпильками. Полукольца сваривают из листовой стали, выполняя их полыми, прямоугольного (коробчатого) сечения, с поперечными ребрами жесткости внутри. У современных отечественных конвертеров опорное кольцо имеет до 12 отверстий для пропуска тяг (шпилек), крепящихся корпус к опорному кольцу.

Рис 5 Опорное кольцо конвертера с подвеской корпуса к кольцу на трех меридиональных тягах:

1 – полукольцо коробчатого сечения; 2 – крепление меридиональной тяги; 3 – цапфа; 4 – цапфовая плита; 5 – ребро жесткости; 6 – окно для циркуляции воздуха 7 – упор.

В стенах кольца и ребрах жесткости предусматривают отверстия для циркуляции воздуха охлаждающего опорное кольцо. Цапфовые плиты, имеющие отверстия для малых и средних конвертеров сплошными, а для большегрузных — сварными из двух половинок.

Цапфы выполняют коваными и на больше-грузных конвертерах водоохлаждаемыми. У конвертеров, предназначенных для донной или комбинированной продувки, вдоль оси цапф предусмотрены каналы (на 'большегрузных конвертерах диаметром до 500 мм) для пропуска труб, подающих газы к донным фурмам. Цапфы крепят к опорному кольцу путем запрессовки в цапфовую плиту.

Для защиты опорного кольца от перегрева и от попадания капель металла и шлака над ним приваривают к корпусу конвертера защитный кожух (рис. 6,з).

Механизм поворота обеспечивает вращение конвертера вокруг оси цапф на 360° с частотой от 0,1 до 1 мин-1. Поворот конвертера необходим для выполнения технологических операций: заливки чугуна, завалки лома, слива стали и шлака и др.

Механизм поворота может быть одно- и двусторонним. Для конвертеров вместимостью 130—160 т и менее выполняют односторонний механизм поворота, в котором одна из цапф соединена с приводом. Наклон большегрузных конвертеров требует приложения значительного крутящего момента, вызывающего большие нагрузки на элементы привода, поэтому для более равномерного распределения нагрузки чаще используют двусторонний механизм поворота большегрузных конвертеров (рис. 6). Этот механизм имеет два синхронно работающих привода, каждый из которых соединен с одной цапфой.

Применяют стационарные и навесные механизмы поворота. Стационарный механизм обычно включает установленные на жестком фундаменте электродвигатели с редукторами, от которых вращающий момент передается цапфе при помощи шпинделя или зубчатой муфты. Недостатком механизма является то, что при жестком креплении редукторов и двигателей на отдельном фундаменте перекосы цапф и ударные динамические нагрузки в момент включения вызывают усиленный износ привода.

Рис 6. Кислородный конвертер с двухсторонним навесным многодвигательным приводом:

1 – опорный подшипник; 2 – цапфа; 3 – защитный кожух; 4 – опорное кольцо; 5 – корпус ведомого колеса; 6 – навесной электродвигатель с редуктором; 7 – ведомые зубчатые колеса; 8 – демпфер навесного электродвигателя; 9 – демпфер корпуса ведомого колеса; 10 – опорная станина; 11 – кронштейн; 12 – упор.

В последние годы применяют более совершенные навесные (закрепленные на цапфе) многодвигательные механизмы поворота. Конвертер вместимостью 300 т с двусторонним многодвигательным механизмом поворота показан на рис. 6. На цапфе 2жестко закреплено ведомое зубчатое колесо 7, закрытое неподвижным корпусом 5. Корпус 5 опирается на цапфу через подшипники и от проворачивания его удерживает демпфер 9. Вращение зубчатого колеса 7 обеспечивают несколько (от 4 до 6) электромоторов с редукторами 6,выходные валы-шестерни которых входят в зацепление с колесом 7. Электромоторы с редукторами навешаны на выходных валах-шестернях, опирающихся на корпус 5 зубчатого колеса и удерживаются от проворачивания демпферами о.

Навесной многодвигательный привод обладает следующими преимуществами: перекос цапф не влияет на его работоспособность; при выходе из строя одного двигателя привод остается работоспособным; демпферы частично компенсируют динамические нагрузки при включениях и торможениях, что снижает износ шестерен привода; в два-три раза уменьшается масса привода; существенно уменьшается площадь, необходимая для его установки (например, габариты вдоль цапф 300-т конвертера с двухсторонним стационарным приводом составляют ~28 м, а с двухсторонним навесным приводом ~ 20 м).

Крепление корпуса в опорном кольце. Система такого крепления должна обеспечить фиксацию (постоянство положения) корпуса в опорном кольце и вместе с тем свободное, независимое от опорного кольца расширение корпуса при его нагреве или охлаждении.

У многих первых отечественных конвертеров корпус крепили при помощи охватывающих опорное кольцо сверху и снизу кронштейнов. Позднее начали широко применять систему с подвеской корпуса к опорному кольцу на трех и реже двух меридиональных тягах. Сооружаемые в последнее время конвертеры имеют систему крепления с подвеской корпуса при помощи четырех групп тяг с общим числом тяг-подвесок до 12. Каждая из этих систем крепления имеет разновидности.

Схема крепления корпуса при помощи кронштейнов показана на рис. 7,а. Через приваренные верхние кронштейны 2 корпус опирается на горизонтальную полку опорного кольца. Нижние кронштейны 6 корпуса имеют скос и соприкасаются с кронштейнами 5, приваренными к опорному кольцу по наклонной плоскости.

Рис. 7. Крепление корпуса конвертера в опорном кольце при помощи кронштейнов:

1 — корпус конвертера; 2 — верхний кронштейн корпуса; 3 — опорное кольцо; 4 — футеровка; 5 — кронштейн опорного кольца; 6 — нижний кронштейн корпуса; 7 — кронштейн для упора; 8 — упор; 9 — цапфа; 10 — цапфовая плита

Такая система обеспечивает свободную деформацию корпуса в вертикальном и радиальном направлениях. Для предотвращения проворачивания корпуса вокруг вертикальной оси служат (рис. 7,б) упоры о, которые приварены к цапфовым плитам и входят в пазы кронштейнов 7, приваренных к корпусу.

Система крепления с использованием меридиональных тяг, одна из разновидностей которых показана на рис. 8, более совершенна и исключает взаимную передачу нагрузок, возникающих в корпусе или опорном кольце вследствие их деформации. Корпус конвертера подвешен к опорному кольцу при помощи трех меридиональных тяг, расположенных под углом 120° относительно друг друга. Для крепления тяг к корпусу служит массивный несущий пояс, приваренный к корпусу ниже опорного кольца в зоне минимальных температур и деформаций корпуса. Пояс состоит из двух плоских кольцевых ребер 4 жесткости, трех кронштейнов 3, 13 для крепления меридиональных тяг и двух кронштейнов 2 для упоров.

Меридиональная тяга 11 имеет два отверстия, в которых запрессованы шаровые шарниры 12. Через верхнее отверстие проходит палец, крепящий тягу в опорном кольце, через нижнее — палец, крепящий тягу в кронштейне опорного пояса. Шаровые шарниры 12 обеспечивают свободную самоустановку корпуса в опорном кольце.

Для предотвращения смещения корпуса перпендикулярно оси цапф и передачи крутящего момента корпусу служат два упора 9, т. е. выступы цапфовых плит, которые входят в пазы кронштейнов 2 несущего пояса. Для предотвращения смещения корпуса вдоль оси цапф одну меридиональную тягу 13 (расположенную с противоположной от летки стороны) делают фиксированной; ее удлиненная нижняя часть закреплена в кронштейне.

Наиболее совершенной в настоящее время считают подвеску корпуса к опорному кольцу при помощи четырех групп тяг, поскольку при большом числе тяг обеспечивается значительно более равномерное распределение нагрузок на опорное кольцо. Конвертер с подобной системой крепления корпуса показан на рис. 9; двенадцать тяг четырьмя группами расположены по периметру опорного кольца.

Рис. 8. Конвертер с подвеской корпуса к опорному кольцу на трех меридиональных тягах:

1 -- опорное кольцо; 2 — кронштейн для упора; 3 - кронштейн для меридиональной тяги; 4 — ребра жесткости; 5 — защитный кожух; 6 - корпус с конвертера; 7 — цапфовая плита; 8 — цапфа; 9 - упор; 10 – палец; 11 – меридиональная тяга; 12 – шаровой шарнир; 13 – кронштейндля фиксирования тяги

Рис. 9. Кислородный конвертер с подвеской корпуса к опорному кольцу на двенадцати тягах:

1 — вставное днище; 2, 3 — поперечные и продольные ребра несущего пояса; 4 — опорная вставка; 5 — опорное кольцо; 6 — тяга; 7 — защитный кожух; 8 — корпус конвертера; 9 — кронштейн; 10 —упор; 11 —цапфа; 12 — кронштейн; 13 — упор; 14 — гайка; 15 — сферическая шайба.

Для соединения тяг с корпусом служит приваренный к нему несущий пояс, включающий два горизонтальных полукольцевых ребра 3, усиленных в районе тяг горизонтальными и вертикальными ребрами жесткости 2и два кронштейна 9. Тяги пропущены через отверстия в опорном кольце и в горизонтальных ребрах жесткости 3и 2опорного пояса. Каждая тяга верхним концом опирается через гайку 14и сферическую шайбу 15 на опорное кольцо, а на нижний конец тяги через гайку и сферическую шайбу опирается корпус конвертера при помощи горизонтального ребра жесткости. Сферические шайбы обеспечивают свободную самоустановку корпуса.

Крутящий момент от опорного кольца передается кожуху при помощи упоров 10,закрепленных сверху и снизу на каждой цапфовой плите. Упоры 10 входят в пазы кронштейнов 9, приваренных к корпусу, и препятствуют сдвигу корпуса в направлении, перпендикулярном оси цапф. Сдвиг корпуса вдоль цапф предотвраща-ют два упора 13, размещенных с противоположных сторон корпуса. Каждый упор 13крепится на опорном кольце и входит в паз кронштейна 12, закрепленного на горизонтальном ребре жесткости корпуса конвертера. При положении конвертера горловиной вниз корпус опирается на опорное кольцо через двенадцать опорных вставок 4, расположенных четырьмя группами (по три в группе) рядом с тягами подвески.

Аналогичную систему крепления имеет конвертер донной продувки, показанный на рис. 14. Для подвески корпуса служат четыре группы тяг 15 (по две тяги в группе). Сдвиг корпуса в горизонтальной плоскости предотвращают упоры 5 цапфовых плит и упоры 4; в положении горловиной вниз корпус опирается на опорное кольцо через двенадцать демпферов 2.

Дата добавления: 2015-09-03 | Просмотры: 1391 | Нарушение авторских прав