Конвертер
Иллюстрации
Реферат
Союз Советских
Социалистических
Республик
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТЬРСКЬМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
<о872566
l6QQ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 030380 (21) 2888805/22-02 с присоединением заявки Мо.— (23) Приоритет—
Опубликовано 15,1081. Бюллетень М 38
Дата опубликования описания 1 5.1081 (51)М. Кл З
С 21 С 5/42
Государственный комитет
СССР по делан изобретений и открытий (53) УДК 66. 041. .498 (088 ° 8) (72) Авторы изобретения
Ф.В.Крайзингер, А.В.Мацафей, A.È.Çèíñêèé, С.М.Кленин, С.С.Еременко и В.П.Попов
3
Производственное объединение "Ждановтяжма (71) Заявитель (54) КОНВЕРТЕР
Изобретение относится.к черной металлургии.
Известен конвертер, включающий корпус, закрепленный в опорном кольце посредством элементов крепления, выполненных в виде цельнометалличес-ких тяг, расположенных равномерно ,по окружности и установленных посредством сферических опорных элементов е предварительным напряжением растяжения, кроме этого, корпус конвертера содержит радиальные кронштейны, охватывающие выступы, расположенные на опорном кольце (1).
При эксплуатации корпус конвертера и опорное кольцо разогреваются до 250-300 С, что приводит к их значительным тепловым деформациям в радиальном направлении и вдоль вер- 20 тикальной оси конвертера. Деформация в радиальном направлении компенсируется наклоном тяг в опорных сферических элементах и перемещением радиальных кронштейнов корпуса 25 конвертера по выступам опорного кольца. Деформация вдоль вертикальной оси конвертера вызывает дополнительные нагрузки на тяги, опорное кольцо и корпус конвертера, вызывающие 30 критические напряжения, действующие в тягах, и их разрушение.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является конвертер, включающий корпус, закрепленный в опорном кольце посредством предварительно напряженных тяг и сферических опорных элементов, причем каждая тяга содержит устройство для регулирования действующих в ней напряжений растяжения, выполненное заодно с тягой в виде гидроцилиндра .j23 .
Недостаток известного конвертера заключается в его низкой надежности и долговечности в связи с тем, что изменение усилия растяжения тяг осуществляется механическим путем с помощью гидравлического привода, являющегося недостаточно надежным и долговечным при работе в зоне высоких температур и вблизи расплавленного металла, а также в значительной трудоемкости по подводу рабочей жидкости к гидроцилиндрам и организации их охлаждения. Низкая надежность и долговечность известного конвертера заключается в невозмож ности продолжительного удержания гидроприводом тяги в нагруженном сос872566 тоянии вследствие утечки рабочей жидкости из гидроцилиндра.
Цель изобретения — повышение надежности и долговечности конвертера.
Поставленная цель достигается тем, что в конвертере, содержащем корпус, закрепленный в опорном кольце посредством предварительно напряженных тяг и сферических опорных элементов, тяги снабжены нагревательными элементами. 10
Тяги могут быть снабжены тензодатчиками, связанными с нагревательными элементами через систему управления.
Тяги и опорное кольцо могут быть снабжены термопарами, связанными с нагревательными элементами через систему управления.
На фиг.1 схематически изображен предлагаемый конвертер, общий вид, на фиг.2 — узел крепления корпуса конвертера в опорном кольце, на фиг,З схема системы управления регулирования температуры тяги, на фиг.4 — ва-. риант конструктивного исполнения узла крепления корпуса конвертера в опор- 25 ном кольце, на фиг. 5 — вариант схемы системы управления регулирования температуры тяги.
Конвертер включает корпус 1, установленный в опорном кольце 2 с 30 равномерным радиальным зазором. Система крепления корпуса 1 в опорном кольце 2 состоит из тяг 3, размещенных равномерно по окружности корпуса 1. Корпус 1 выполнен с радиальными кронштейнами 4-6, охватывающими выступы 7-9, размещенные на опорном кольце 2 вдоль и перпендикулярно оси цапф 10 и 11.
Тяги 3 установлены с предваритель- » ным напряжением растяжения.. Усилия предварительного напряжения выбираются из условия превышения максимально возможных нагрузок на тяги 3 от
45 массы груженого корпуса 1 конвертеТяги 3 опираются на опорное кольцо 2 посредством гаек 12 через сферические опорные элементы: шайбы
13 и 14, а на опорный пояс 15 корпуса 1 — посредством гаек 16 через 50 сферические шайбы 17 и 18. При этом между опорным кольцом 2 и опорным поясом 15 -..îðïóñà 1 установлены сферические шайбы 19, 20 или другие эле)менты, обеспечивающие постоянный ко йгакт корпуса 1 и опорного кольца 2 с возможностью радиального перемещения тяг 3 с предварительным напряжением растяжения.
Каждая тяга 3 снабжена нагревательным элементом 21, установленным на электроизоляционной прокладке
22 по наружной поверхности тяги 3 и выполненный в виде спирали из материала с высоким электросопротивле-, нием, например из вольфрама, и подсоединенного к источнику питания
23. Кроме этого каждая тяга 3 может быть снабжена тензодатчиком 24, измеряющим напряжения, действующие в тяге 3, и размещенным между элементами крепления тяги 3 к опорному кольцу 2 и опорному поясу 15 корпуса 1. Нагревательный элемент 21 и тензодатчик 24 функционально связаны между собой через систему управления регулирования температуры.
Система управления регулирования температуры тяги 3 состоит из тензодатчика 24 с мостовой схемой включения и с индивидуальным источником питания 25, посредством которого измеряются напряжения, действующие в тяге 3, усилителя 26 сигнала тензодатчика 24 и исполнительного механиз-. ма 27, выполненного, например, в виде подвижной рейки и связанного с реостатом 28, регулирующим подачу напряжения от источника питания 23 нагревательный элемент 21 тяги 3.
Кроме этого,по одному из вариантов конструктивного исполнения, на тяге 3 и опорном кольце 2, в месте непосредственной установки тяг 3, могут быть установлены термопары 29 и 30 соответственно, функционно связанные с -нагревательным элементом
21 через систему управления. При этом система управления регулирования температуры тяги 3 состоит из термопар 29 и 30, посредством которых измеряются температуры нагрева тяги 3 и опорного кольца 2 в месте непосредственной установки тяг 3, сумматора 31, определяющего среднюю температуру тяги З.и опорного кольца 2, выдающего разницу этих температур на усилитель 32, и связанный посредством исполнительного механизма 33, выполненного, например, в виде подвижной рейки, с реостатом
34, и регулирующего подачу напряжения от источника питания 23 на нагревательный элемент 21 тяги 3. В этом случае дополнительные напряжения, действующие в тягах 3 от разницы температуры деформаций тяги 3 и опорного кольца 2 определяются косвенным (расчетным) путем по разнице температур тяги 3 и опорного кольIlail 2
По любому из двух описанных вариантов конструктивного выполнения системы управления регулирования температуры нагрева тяг она может быть выполнена как с ручкой регулировкой оператором с пульта управления работы конвертера, так и с автоматической регулировкой при помощи ЭВМ, запрограммированной на динамический контроль и управление.
В положении конвертера "горловиной вверх" корпус 1 конвертера подвешен в опорном кольце 2 на установ872566 ленных с предварительным напряжением растяжения тягах 3, при этом усилие приходящееся на каждую из тяг 3 от массы груженого корпуса 1 конвертера меньше усилия предварительного напряжения. От смещения вдоль и перпендикулярно оси цапф 10 и 11 опорного кольца 2 корпус 1 удерживается радиальными кронштейнами 4-6 корпуса
1, охватывающими выступы 7-9 опорного кольца 2.
° При наклоне конвертера в горизонтальное положение корпус 1 удерживается в опорном кольце 2 на радиальных кронштейнах 4 и 5 корпуса 1, охватывающих выступы 7 и 8 опорного кольца
2. При этом тяги 3 нагружены усилием предварительного напряжения. От смещения в опорном кольце 2 вдоль цапф 10 и 11 корпус удерживается радиальными кронштейнами 6 охватывающими выступы 9 опорного кольца 2. 20
В положении конвертера "горловиной вниз" корпус 1 удерживается в опорном кольце 2 посредством опорного пояса 15 корпуса 1, стянутого с опорным кольцом 2 усилием предварительного напряжения тяг 3. От смещения вдоль и перпендикулярно оси цапф 10 и 11 опорного кольца 2 корпус 1 удерживается радиальными кронштейнами 4-6, охвытывающими выступы 7-9 опорного кольца 2.
Во время эксплуатации, при превышении тепловыми деформациями опорного кольца 2 тепловых деформаций тяги З,на тягу 3 действуют дополнительные нагрузки от опорного кольца 2, т.е. тяга 3 дополнительно растягивается опорным кольцом 2, что вызывает повышенные напряжения, действующие ,в тяге 3, превышающие напряжения предварительного растяжения. Эти напря- 40 жения фиксируются тензодатчиком 24, подающим сигнал повышенных напряжений, действующих в тяге 3, через усилитель 26 и исполнительный механизм
27 на реостат 28, регулирующий пода- 45 чу напряжений от источника питания 23 на нагревательный элемент 21 тяги З,который увеличивает температуру тяги З,т.е. увеличивает температурные деформации тяги 3. Это продолжается до тех щ пор, пока температурные деформации тяги 3 не будут равны температурным деформациям опорного кольца 2, что исключает дополнительные нагрузки, действующие на тягу 3, опорное кольцо 2 и корпус 1 конвертера, и приводит напряжения, действующие в тягах
3, к напряжениям предварительного растяжения. Последующее нагревание тяги
3 влечет за собой превышение тепловыми деформациями тяги 3 тепловых 60 деформаций опорного кольца 2, что, в свою очередь, снижает напряжения, действующие в тягах 3, до величины, меньшей, чем величина напряжений пред варительного растяжения, выбранных 65 из условий того, что усилия предварительного напряжения превышают максимально возможные нагрузки на тягу
3 от массы груженного корпуса 1 конвертера, что приводит к появлению на тяге 3 знакопеременных динамических нагрузок и в конечном счете ведет- к снижению надежности и долговечности всей системы крепления корпуса 1 в опорном кольце 2. В случае уменьшения тепловых деформаций опорного кольца 2 производят через систему управления уменьшение подачи напряжения от источника питания 23 на нагревательный элемент 21 тяги 3 и,как следтствие этого, происходит уменьше-. ние нагрева тяги З,что,в свою очередь, ведет к уменьшению тепловых деформаций тяги 3, величина которых приводится в соответствие с величиной тепловых деформаций опорного кольца
2.
Так, при эксплуатации, опорное кольцо 2 разогревается до температуры порядка t„=ЗОО С, а тяга 3 — до температуры порядка с -†1 С. Тогда тепловые расширения опорного коль- . ца 2 и тяги 3, типового кислородного конвертера емкостью 350 т равны.
Линейное расширение опорного кольца 2 вычисляют следующим образом:
hl = о „ l at„, где д1„ — линейное расширение опорного кольца 2, 1„ — высота опорного кольца 2, равная 2900 мм, сВ» — коэффициент линейного расширения материала опорного кольца 2, равный 115х х10-7 1/град. (материал — сталь 09Г2С);
dt„=t<-to- изменение темпеРатУРы опоРного кольца (со — — 20 С) .
Тогда ь l 115õ10 х2900х(300"-20 )=9,3 мм, а l=9,3 мм
Линейное расширение тяги 3 вычисляют по формуле
hl g= с l at, (2) где dl1 — линейные расширения тяги
3, I — длина тяги 3, равная
2950 мм (расчетная длина тяги определяется из условия, что температура ее меняется только s районе опорного кольца), at g=tg-to — изменение температуры тяги о=20оС);
ck< — коэффициент линейного рас- . ширения тяги 3, равный
116х10 1/град (материал— сталь 34ХНЗМ) .
Тогда а l2=116x10r2950 (150 -20 )
=4,4 мм а1 р=4,4 мм.
Таким образом разница тепловых рас872566
Тогда
Формула изобретения
45
55
d0 ширений опорного кольца 2 и тяги 3 составляет
41=41 - 4lg =9,3-4,4=4,9 мм, 40 =4,9 мм.
Следовательно, тяга 3 дополни.тельно растягивается опорным кольцом 2 на длину, равную 4,9 мм, что вызывает дополнительные напряжения в тяге 3, равные
М E
Доп 0
I где  — длина всей тяги 3, равная 4800 мм, Š— модуль упругости, равный
2х10 кгс см .
Тогда 4 9х2х10 одоп =- ------=2040 кгс/см, 4800 !5
Ьдрп =2040 кгс/см
Кроме этого на опорное кольцо 2 и опорный пояс 15 корпуса 1 в месте непосредственной установки тяг 3 дополнительно действуют местные усилия, 20 равные
Родоп
6доп
Х д "/4 где P> „ — дополнительные местные усилия, 4 — диаметр тяги 3, равный 25
190мм=19 см. бд„. Л. а доп = ф
2040х3 14х
Р
Рд п =578100 кгс.
Таким образом, от дополнительного растягивания опорным кольцом 2 тяги
3, вызванного разностью температурных деформаций, в тяге 3 действуют дополнительные напряжения, равные
2040 кг/см, а на опорное кольцо. 2 и опорный пояс 15 корпуса 1 действуют дополнительные местные усилия, равные 578100 кгс в месте непосредственной .установки каждой тяги 3..
Для ликвидации указанных дополнительных напряжений и местных усилий производят нагрев тяги 3 до температуры, при которой тяга 3 удлиняется на разницу тепловых деформаций, равную 4,9 мм. Для определения необходимой температуры нагрева тяги 3 преобразуем формулу (2)
h.lg = d 21Я ьta=d1 11(t tg) i (5) где е)1 - температура, до которой необходимо нагреть тягу 3 для того, чтобы она дбполнительно удлинилась на длину, равную 4,9 мм, т.е. чтобы температурные деформации тяги 3 стали равны температурным деформациям опорного кольца 2, т.е. 4,9=116х10 х2950х(с -150 ), откуда
«4 9 116х10 х2900х15«0 -289a
11 бх1 0 7õ 29 50 =289оС
Таким образом, для того чтобы температурные деформации тяги 3 были равны температурным деформациям опорного кольца 2 (равные 9,9 мм), т.е. чтобы исключить действие на тягу 3, опорное кольцо 2 и опорный пояс 15 корпуса 1 дополнительных нагрузок, необходимо дополнительно нагреть тягу 3 до температуры, равной 289 -150 =139 С. Следовательно, максимальная температура нагрева тяги 3 составляет в данном случае 250 С, что ниже допускаемой температуры нагрева тяги
3, равной 450ОC при эксплуатации, при изготовлении тяги 3 из данного материала (сталь 34XH3N), превышение которой может привести к снижению предела текучести материала тяги 3, что, в свою очередь, может привести к появлению в тяге 3 пластических деформаций.
Таким образом, применение изобретения позволяет исключить ненадежную и недолговечную в эксплуатации вблизи высоких температур и расплавленного металла систему механического регулирования напряжений, действующих в тягах, выполненную в виде гидропривода, и систему ее охлаждения, а также полностью исключить или значительно снизить дополнительные усилия, действующие на тяги, опорное кольцо и корпус конвертера во время эксплуатации за счет обеспечения равных температурных деформаций опорного кольца и тяг, и тем самым повысить надежность и долговечность при эксплуатации всего конвертера в целом.
1. Конвертер, содержащий корпус, закрепленный в опорном кольце посредством предварительно напряженных тяг и сферических опорных элементов, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и долговечности конвертера, тяги снабжены нагревательными элементами.
2. Конвертер по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что тяги снабжены тензодатчиками, связанными с нагревательными элементами через систему управления.
3. Конвертер по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что тяги и опорное кольцо снабжены термопарами, связанными с нагревательными элементами через систему управления.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Патент CIIIA 9 3391919, кл. 266-36, опублик.1968.
2. Патент США Р 3400922, кл.266-36, опублик.1968.,872566 (Рие. 9
Составитель Ф.Савицкий
Техред Л.Пекарь Корректор,С.Щомак
Редактор С.Тимохина
Заказ 8952/41 Тираж 621 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, X-35, Раушская наб., д.4/5 филиал ППП "Патент"., г.ужгород, ул.Проектная,4