ШЛАКОВЫЙ КОВШ Российский патент 1997 года по МПК C21B3/10 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к оборудованию для транспортирования шлакового расплава, получаемого при производстве стали, чугуна и цветных металлов.

Известен шлаковый ковш, включающий коническую стальную оболочку и подвешенную на ее цапфах посредством серег чугунное днище [1]
К основным недостаткам данного устройства относится то, что транспортирование ковша производится посредством расположенных в верхней его части цапф, а подвеска днища осуществляется посредством серег, входящих в зацепление с расположенными в нижней части конической стальной оболочки цапфами, которые являются мощными концентраторами местных термических и механических напряжений, способствующих прогрессирующему разрушению конического стального корпуса ковша при повторных тепловых и механических воздействиях.

Кроме того, шлаковый ковш подвергается непосредственному воздействию окружающей среды, что приводит к разному перепаду температур между внутренней и наружной его поверхностями, которые вызывают больше термические напряжения, ведущие к появлению трещин и интенсивному образованию шлаковой корки. Атмосферные условия являются одним из факторов внешних воздействий, существенно влияющих на стойкость. Подвеска днища на цапфах оболочки посредством серег не может обеспечивать герметичность их стыка и через щель между ними возможна утечка шлакового расплава, которая приведет к размыванию нижнего среза менее стойкой стальной оболочки и опасному прорыву жидкого шлакового расплава.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является шлаковый ковш, содержащий оболочку и прикрепленное к нему выдвижными фиксаторами, размещенными в гнездах кожуха, съемное днище [2]
К основным недостаткам данного устройства относится то, что попадающая в ковш вместе с расплавленным шлаком сталь, растекаясь по плоскому днищу, при остывании может привариваться к нижней части стальной оболочки, образуя на ней стальные настылы, которые способствуют закозлению и приводят к образованию трещин и разрушению внутренней поверхности нижней части стальной оболочки.

Кроме того, днище обладает относительно низкой стойкостью, так как оно выполнено в виде круглой сплошной пластины постоянной толщины, критическое температурное напряжение которой при изготовлении из одного и того же материала прямо пропорционально толщине и обратно пропорционально радиусу пластины в геометрической пропорции. Отсюда видно, что днище, выполненное с большим диаметром и относительно малой толщиной, обладает сравнительно низким критическим температурным напряжением, при достижении которого чугунное днище растрескивается, а в остальном возникает прогрессирующий изгиб, который приводит к возникновению трещин и разрушению его. При опрокидывании ковша для слива шлакового расплава возможен отрыв съемной полой оболочки от плоскости днища и в образующуюся между ними щель произойдет затекание шлакового расплава и попадание застывших кусков металла и шлака, которые будут препятствовать возврату съемной полой оболочки в исходное положение, а при последующих наливах ковша через образовавшуюся щель между съемной полой оболочкой и днищем произойдет утечка в кожух шлакового расплава, которая приведет к размыванию нижнего среза съемной полой оболочки и образованию в этой зоне настылей. Кроме этого образование щели между оболочкой и днищем уменьшает рабочий ход пружин компенсаторов и при определенных условиях его может не хватить для компенсации осевого удлинения оболочки при нагреве и тогда оболочка будет работать как оболочка, не имеющая возможности осевого удлинения, в результате чего в ней возникнет большое температурное напряжение, ведущее к разному снижению критического значения температурной информации, что в конечном итоге приводит к потере устойчивости оболочки от действия температур, так как в данном случае деформация удлинения компенсируется деформацией изгиба.

Предлагаемая конструкция обладает высокой стойкостью, низкими трудозатратами для очистки от настылей, кроме того значительно увеличивается ее вместимость.

Технический результат достигается за счет того, что в ковше, содержащем оболочку, днище и элементы соединения, в отличии от прототипа оболочка и днище в горизонтальных сечениях выполнены эллипсообразными и соединены поворотными скобами, закрепленными на оболочке и зафиксированными клиньями, размещенными между скобами и фланцами днища, кроме того, оболочка снабжена горизонтальными ребрами жесткости, а днище выполнено в виде корытообразной емкости с фланцем, часть которого расположена в полости ковша.

Повышение стойкости ковша достигается за счет выполнения оболочки и днища с эллипсообразными горизонтальными сечениями, так как в этом они имеют выпуклость в сторону, противоположную нормальным перемещениям срединной поверхности, вызванным тепловыми нагрузками, поэтому имеют меньший перепад напряжений по толщине, чем сфероконическая чаша.

Соединение оболочки с днищем поворотными скобами, смонтированными посредством осей в расположенных в нижней части оболочки проушинах, и прижатие их друг к другу клиньями, размещенными между скобами и фланцем днища, дает возможность оболочке свободно перемещаться вверх при ее линейном удлинении от температурного воздействия, а днище, установленное своим фланцем на опорные площадки кожуха, будет свободно перемещаться вниз. Например, для находящихся в эксплуатации сфероконических ковшей вместимостью 16 м³ с высотой чаши 3300 мм, при температуре нагрева 560^oC наружной поверхности линейное удлинение стальной чаши составит l = L•t^°•α, где L 3300 мм высота чаши, t^o 560^oC температура нагрева чаши, α = 11,5•10^-6 коэффициент линейного расширения стали на 1^oC, тогда l 3300•560•11,5•10^-6=21 мм.

Незначительные объемные расширения будут компенсироваться поворотом скоб. Снабжение оболочки горизонтальными ребрами жесткости позволяет значительно повысить критические значения тепловых нагрузок, при которых происходит потеря устойчивости (образование пластических шарниров) полой оболочки.

Выполнение днища в виде корытообразной емкости, имеющей утолщенное дно и непрерывное уменьшение толщины боковой стенки в направлении фланца, позволяет выполнить дно со значительно меньшими размерами, что повышает величину критического температурного напряжения, например уменьшение диаметра плоского дна с 2000 до 1000 мм, при равной толщине, повышает величину критического температурного напряжения в 4 раза, т.е. стойкость днища при равной температурной нагрузке повышается в 4 раза, так как критические температурные напряжения находятся в прямой зависимости от толщины размеров плоского дна.

Геометрические характеристики корытообразного днища (эллипсовидная форма, высота, угол наклона и переменная толщина боковой стенки, размеры и толщина плоского дна) обеспечивают переход от механизма полного (раскола) разрушения к механизму частичного (местного растрескивания) разрушения, легко устраняемого газовой сваркой при отливке днища из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, что позволяет производить многократный ремонт, увеличивая тем самым срок службы днища.

Внутренняя замкнутая эллипсовидная в плане опорная площадка, образованная фланцем днища, выполняет функцию опорного плеча, обеспечивающего безударную очистку ковша от настылей и закозлений. При этом расположенный выше стыка шлак, имеющий больший коэффициент теплового расширения чем сталь и большую массу, при остывании, опираясь на внутреннюю замкнутую эллипсовидную площадку как на опорное плечо, отрывает осевшие на днище сталь и шлак, в свою очередь, полая оболочка при остывании, укорачиваясь на величину линейного удлинения, смещается относительно остывшего шлака, осуществляя таким образом самоочистку своей рабочей поверхности. В результате взаимодействия всех указанных сил шлаковый монолит оказывается зависшим на замкнутой эллипсовидной опорной площадке и при опрокидывании ковша свободно выпадает.

Увеличение вместимости ковша с допустимыми габаритами для перевозки по железным дорогам СССР и других стран обеспечивается выполнением полой оболочки и корытообразного днища эллипсообразной формы в горизонтальном сечении.

Таким образом, конструктивные особенности основных элементов позволяют повысить стойкость, снизить трудоемкость очистки от настылей и увеличить вместимость предложенного шлакового ковша.

На фиг. 1 показана схема шлакового ковша, смонтированного на шлаковозе; на фиг. 2 вид по стрелке А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 разрез В-В на фиг. 2.

Шлаковый ковш выполнен в виде оболочки 1 и днища 2, соединенных поворотными скобами 3 и прижатых друг к другу клиньями 4.

Оболочка 1 имеет эллипсообразную форму в горизонтальном сечении и трапециевидную в продольном и поперечном сечениях, выполнена из литейной стали равной толщины по высоте и усилена параллельными горизонтальными ребрами жесткости 5. В верхней ее части размещены транспортировочные проушины 6 и направляющие 7, а в нижней проушины 8 для монтажа посредством осей 9 поворотных скоб 3.

Днище 2 выполнено, например, из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом в виде корытообразной емкости и имеет эллипсообразную форму в плане и трапециевидную в продольном и поперечном сечениях. В верхней части оно снабжено фланцем 10, который подкреплен ребрами жесткости 5, а в средней части размещены упорные площадки 11.

Монтаж шлакового ковша производится следующим образом.

В проушинах 8 оболочки 1 монтируют посредством осей 9 поворотные скобы 3, после чего оболочку 1 устанавливают на верхнюю плоскость фланца 10 днища 2, заводят поворотные скобы 3 под нижнюю плоскость фланца 10 днища 2 и клиньями 4 выбирают зазоры между скобами 3 и нижней плоскостью фланца 10 днища 2, прижимая тем самым нижний срез оболочки 1 и верхней плоскости фланца 10 днища 2, при этом из-за разницы размеров внутренних рабочих поверхностей оболочки 1 и днища 2 на верхней плоскости фланца 10 днища 2 образована внутренняя замкнутая эллипсовидная в плане опорная площадка 12, т.е. как бы часть фланца 10 выступает в полость ковша.

В собранном виде шлаковый ковш устанавливают нижней плоскостью фланца 10 днища 2 на подхваты 13 и фиксируют откидными упорами 14, входящими в контакт с упорными площадками 11 днища 2.

В свою очередь, подхваты 13 жестко связаны с совместно выполненными опорным кольцом 15 шлаковоза и кожухом 16. При установке направляющие 7 шлакового ковша заводят в пазы фиксаторов 17, размещенные на кольце 15 шлаковоза. Транспортирование ковша при монтаже и демонтаже производится посредством проушин 6, расположенных в верхней части оболочки 1.

Для слива шлакового расплава крутящий момент передается опорным кольцом 15 шлаковоза и кожухом 16 на подхваты 13, которые, взаимодействуя с нижней плоскостью фланца 10 днища 2, поворачивают шлаковый ковш вместе с расплавленным шлаком, при этом шлаковый ковш удерживается от выпадания из кожуха 16 при кантовании откидными упорами 14, контактирующими с упорными площадками 11 днища 2 и выполняющими функцию неподвижной опоры, а направляющие 7 полой оболочки 1, контактирующие с пазами фиксаторов 17, выполняют функцию подвижной опоры шлакового ковша.

В процессе заливки и транспортировки шлака область максимальных температур и наибольших температурных градиентов перемещается в течение цикла вдоль стенки снизу вверх и наиболее термически напряженной оказывается полая оболочка 1, поэтому для повышения критических значений тепловых нагрузок она снабжена параллельными горизонтальными ребрами жесткости 5, а днище 2 с толщиной плоского дна в 3 раза больше полой оболочки 1, плавно уменьшающейся боковой стенкой в направлении фланца 10 до двукратной ее толщины, практически не имеет деформации, так как с увеличением толщины уменьшается температурный градиент при температурном перепаде "скачке" ниже 150^oC.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к оборудованию для транспортирования шлакового расплава, получаемого при производстве стали, чугуна и цветных металлов. Сущность изобретения: шлаковый ковш содержит оболочку, соединенную поворотными скобами с днищем, причем оболочка и днище в горизонтальном сечении выполнены эллипсообразными. Оболочка снабжена горизонтальными ребрами жесткости, а днище выполнено в виде корытообразной емкости с фланцем. 4 ил.

Шлаковый ковш, содержащий оболочку и прикрепленное к ней посредством элементов соединения днище, отличающийся тем, что оболочка снабжена горизонтальными ребрами жесткости, днище выполнено в виде корытообразной емкости с фланцем, часть которого расположена в полости ковша, при этом элементы соединения выполнены в виде поворотных скоб, закрепленных на оболочке и зафиксированных клиньями, размещенными между скобами и фланцем днища, а оболочка и днище в горизонтальном сечении имеют эллипсообразную форму.