ПЕРЕМЕЩАЮЩАЯСЯ ПО РЕЛЬСАМ ТОЛКАЮЩАЯ МАШИНА ДЛЯ СОВЕРШЕНИЯ ОПЕРАЦИЙ В ШЛАКОВОМ ОТВЕРСТИИ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОПЕЧЕЙ Российский патент 1998 года по МПК F27B3/10 F27D23/00 

Изобретение относится к толкающей машине, которая при дистанционном управлении способна перемещаться по рельсам и предназначена для совершения операций в шлаковом отверстии электропечей для выплавки стали или чугуна.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является перемещающаяся по рельсам толкающая машина для совершения операций в шлаковом отверстии сталеплавильных электропечей (авт.св. СССР N 163325, кл. F 27 D 3/15, 1991).

Известная машина содержит опорную раму, установленную на передвижных колесах, часть которых выполнена ведущими и приводимыми в движение от привода поступательного и обратного движения, и приводной толкающий механизм, взаимодействующий с рабочим органом. Передний конец рабочего органа снабжен рабочим инструментом с поперечным сечением, меньшим сечения шлакового отверстия.

Известно, что электропечи для плавки лома черных металлов, непосредственно загружаемого с верха печей, имеют переднее отверстие, также называемое "шлаковым отверстием", на краю или в нижней части которого имеется так называемый "порог", предназначенный для удержания ванны расплавленного металла в печи и допускающий только перелив шлака, который затем сливают на нижележащий уровень через шлакоуловитель, расположенный на полу непосредственно снаружи шлакового отверстия. Последнее образует также проход для кислородного копья, через которое кислород с очень большой скоростью вдувают непосредственно в зону плавления для рафинирования расплавленного металла.

Известны также некоторые существенные неудобства, связанные с наличием указанного шлакового отверстия и проистекающие, главным образом, из верхней загрузки лома, которая приводит к закупорке, по меньшей мере частичной, так называемого "шлакового желоба", который соединяет наружный зев отверстия с жидкой ванной и должен оставаться незакупоренным, в частности, для того, чтобы можно было беспрепятственно вводить кислородное копье.

С другой стороны, известно также, что после окончания плавки и до начала последующей плавки обычно требуется проводить так называемую операцию "очистки шлакового отверстия" или, другими словами, удаления охлажденного шлака, который отложился у зева указанного отверстия, а также вновь сооружать "порог". Конечно, это приводит к более длительным простоям между одной плавкой и другой с вытекающим из этого снижением производительности, так как невозможно проводить эти операции вручную во время подачи электроэнергии к электродам и при высоких температурах, когда рабочие подвергаются опасности поражения искрами или струями расплавленного металла. Не только это, но и удаление в конце концов охладившегося твердого шлама, образовавшего единую глыбу с нижележащим слоем из огнеупорного материала (обычно доломита), имеет результатом значительное разрушение самого слоя или "порога" и его повторное изготовление, что дополнительно удлиняет время простоя.

Для преодоления этих неудобств используют механическую лопату, которая может удерживать шихту из загруженного лома внутри печи, оставляя свободным шлаковый желоб, но необходимость присутствия оператора у машины делает это решение весьма опасным и почти невозможным в тех случаях, когда оператор механической лопаты совершает недопустимые поступки, например покидает машину во время падения материала. Это решение не осуществимо также для очистки шлакового отверстия в печах с активными электродами, работающими при высокой электрической мощности (до 65 МВт).

Задача изобретения - создание перемещающейся по рельсам толкающей машины, конструктивное выполнение которой обеспечивало бы проведение операций, совершаемых в шлаковом отверстии, при дистанционном управлении и без присутствия оператора на месте.

Задача решается тем, что перемещающаяся по рельсам толкающая машина для совершения операций в шлаковом отверстии сталеплавильных электропечей, содержащая опорную раму, установленную на передвижных колесах, часть которых выполнена ведущими и приводимыми в движение от привода поступательного и обратного движения, приводной толкающий механизм, взаимодействующий с рабочим органом, передний конец которого снабжен рабочим инструментом с поперечным сечением, не превышающим размер шлакового отверстия, согласно изобретению, снабжена средствами дистанционного управления поступательным и обратным движением машины, средствами дистанционного управления толкающим механизмом, а также средствами закрепления рамы на месте, при этом привод поступательного и обратного движения выполнен в виде редукторного электродвигателя, установленного на раме, рабочий орган - в виде выдвижной стрелы, установленной в центральной части рамы, рабочий инструмент - в виде щитка с поперечным сечением, меньшим чем у шлакового отверстия, а средства дистанционного управления толкающим механизмом выполнены в виде средств дистанционного управления выдвижением или втягиванием выдвижной стрелы.

При этом целесообразно, чтобы выдвижная стрела была выполнена в виде наружного трубчатого элемента и соосно телескопически передвигающегося в нем внутреннего трубчатого элемента, а приводной толкающий механизм - в виде цилиндро-поршневого устройства, соосно и неподвижно скрепленного с наружным трубчатым элементом, при этом внутренний трубчатый элемент был бы выполнен с возможностью приведения в движение цилиндро-поршневым устройством, а щиток был бы установлен на наружном конце внутреннего трубчатого элемента.

Согласно изобретению рекомендуется снабдить машину дополнительным цилиндро-поршневым устройством, а наружный трубчатый элемент выдвижной стрелы установить в центральной части рамы шарнирно, при этом ось шарнира расположить поперек оси выдвижной стрелы с возможностью движения последней в вертикальной плоскости вокруг шарнира, а дополнительное цилиндро-поршневое устройство выполнить с возможностью управления этим движением.

При этом предпочтительно машину снабдить маслодинамической системой с масляным резервуаром и электродвигатель - насосным агрегатом, выполненными с возможностью поддержания масла под давлением, приведения в действие цилиндро-поршневого устройства, приводящего в движение внутренний трубчатый элемент выдвижной стрелы, и приведения в действие дополнительного цилиндро-поршневого устройства.

Кроме того необходимо, чтобы средство закрепления рамы на месте было выполнено в виде двух вертикальных стоек и приводного цилиндра, при этом вертикальные стойки были установлены вблизи задних колес и выполнены подвижными относительно рамы с возможностью продольного движения в вертикальном направлении между поднятым вверх положением покоя и положением ниже уровня поверхности контакта между рельсом и колесом и с возможностью закрепления в соответствующих гнездах, образованных в полу рабочей поверхности или в самих рельсах, а приводной цилиндр был выполнен с возможностью приведения его в действие от маслодинамической системы и с возможностью управления движением вертикальных стоек.

При этом переднюю часть опорной рамы необходимо снабдить выступами, расположенными симметрично по отношению к выдвижной стреле и установленными на держателях с возможностью защиты передних колес.

Выступы выполнены заодно с машиной и предназначены для вхождения в соответствующие гнезда в кирпичной кладке перед шлаковым отверстием, фактически в подпорной стенке, окружающей и изолирующей шлакоуловитель.

При этом желательно трубчатые элементы выполнить с квадратным поперечным сечением, причем наружный трубчатый элемент выполнить усиленным ребрами.

Кроме того, можно редукторный электродвигатель и электродвигатель-насосный агрегат выполнить с возможностью питания электроэнергией по отдельным электрическим кабелям, которые вместе намотать на барабан, установленный на раме.

При использовании толкающей машины, выполненной согласно изобретению, во время загрузки лома в печь достигается первый ряд преимуществ, среди которых наиболее заметным является то, что предотвращается выброс лома через шлаковое отверстие и что, таким образом, увеличивается выход, т.е. отношение между произведенной сталью и загруженным ломом.

На этой стадии другим важным преимуществом является то, что шлаковый желоб (как определено выше) остается свободным и лом полностью падает внутри печи, а не на порог, где он терялся бы, что, таким образом, еще более уменьшало бы выход металла; к тому же в случае затвердевания его трудно было бы удалить, не разрушая частично сам порог, который затем пришлось восстанавливать.

Кроме того, полностью свободный шлаковый желоб означает немедленное использование кислорода в зоне, где происходит плавка, без опасности повреждения кислородного копья и без возможного присутствия лома между копьем и ванной жидкого металла, который препятствовал бы вдуванию кислорода, таким образом, снижая его скорость и создавая перепад температур.

Другой ряд преимуществ, предоставляемых выталкивающей машиной согласно изобретению, проистекает из того факта, что она может быть использована для очистки шлакового отверстия и повторного изготовления порога при прохождении почти половины времени плавки, когда, например, к электродам подведено заранее определенное количество электроэнергии (например, 200 кВт-ч/т) и они все еще остаются активными.

Таким образом, не прерывается подача электроэнергии и сильно уменьшается время простоя между последовательными плавками, при этом обеспечивается уровень перелива шлака, так как высота головного щитка, регулируемая на определенные величины, автоматически поддерживает такой уровень постоянным.

Следовательно, шлак удаляется, когда он горячий и, таким образом, весьма рыхлый, при этом отсутствуют проблемы повторного сооружения порога с использованием дополнительного доломита. Все это происходит без какого-либо вмешательства персонала, что явно представляло бы собой некоторый риск.

Эти и другие цели, преимущества и особенности толкающей машины, выполненной согласно изобретению, будут более ясными из подробного описания предпочтительного варианта ее выполнения, данного в качестве неисчерпывающего примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 - схематически вид сбоку на выталкивающую машину, выполненную согласно изобретению в двух различных положениях машины относительно плавильной электропечи, также схематически показанной в поперечном разрезе;
фиг. 2 - вид сверху предпочтительного варианта выполнения толкающей машины на фиг.1;
фиг.3 - вид сбоку на толкающую машину на фиг. 2.

Как видно из чертежей, толкающая машина, выполненная согласно изобретению, по существу содержит металлическую раму 1 (фиг. 1), установленную на четырех колесах (количество которых могло быть также больше), из которых по меньшей мере два колеса являются ведущими. На чертежах задние колеса 2, 2' предполагаются ведущими, в то время как передние колеса 2а, 2'а - ведомыми. Редукторный электродвигатель 3, имеющий мощность, например, около 4 л.c., через соответствующие приводные механизмы непосредственно приводит в движение ведущий вал 3', на концах которого установлены колеса 2, 2', таким образом, позволяя развивать скорость около 20 м/мин. Электропитание редукторного электродвигателя 3 осуществляется по электрическому кабелю, намотанному на барабан 13, который установлен сбоку рамы и предназначен для автоматического высвобождения кабеля путем его разматывания при приближении машины к печи 10 и, наоборот, для его автоматического обратного наматывания, когда машину передвигают назад.

В центре рамы 1 установлена выдвижная стрела, образованная двумя соосно-установленными трубами 5, 5а, которые здесь показаны как имеющие квадратное поперечное сечение, но которые, однако, могли иметь любую другую форму поперечного сечения. На конце внутренней трубы 5а имеется выполненная за одно с ней металлическая головка или фасонный щиток 6, который в действительности является инструментом устройства. Труба 5а с меньшим поперечным сечением передвигается внутри наружной трубы 5 благодаря прикреплению в своей концевой части вблизи головки 6, как это лучше всего показано на фиг.3, к центральному штоку поршня в цилиндре 15, неподвижно прикрепленном к наружной трубе 5 выдвижной стрелы. Предпочтительно, чтобы эта труба, как показано, имела ребра жесткости 12, закрепленные с интервалом по длине трубы, и поддерживалась на раме 1 посредством опоры, образованной двумя вертикальными выступами или лапами 11, 11', между которыми помещен палец 17. Вокруг этого пальца 17 могут вращаться две снабженные отверстиями лапы 21, которые прикреплены к наружной трубе 5 и, следовательно, к выдвижной стреле. Сзади труба 5 своей боковой наружной поверхностью прикреплена также к штоку 19 (предпочтительно вильчатой формы) поршня в другом цилиндре 16, который вертикально установлен на раме 1. Оба цилиндра приводятся в действие сжатым газом или жидкостью, как например, воздухом или, предпочтительно, маслом. В последнем случае используется гидравлическая система из резервуара 7 и насоса- электродвигателя 4, также неподвижно установленными на раме 1 машины и питаемого по другому электрическому кабелю, чем тот, который используется для питания редукторного электродвигателя 3. Оба кабеля независимо намотаны на барабан 13. С помощью органов дистанционного управления (не показаны), предпочтительно дублированных на пульте управления и на аварийном кнопочном щитке, подвешенном над передвижным подом машины, осуществляется управление поступательным и обратным движениями или остановом самой машины, а также движениями выдвижной стрелы вперед, назад, вверх и вниз.

Как показано на фиг. 2 и 3, предпочтительно иметь вблизи задних колес 2,2' средства для закрепления машины на месте, которые установлены в центральной части рамы 1 с расстоянием между ними, приблизительно равным расстоянию между колесами и выполнены в виде двух вертикальных стоек 8, способных совершать возвратно-поступательные движения в продольном направлении под действием приводного цилиндра 18. Величина перемещения стоек такова, что при достижении нижнего положения, которое ниже поверхности контакта рельсов и колес, стойки могут прочно закрепляться в гнездах, образованных в самих рельсах или в полу, с тем, чтобы толкающая машина бала закреплена на месте при выполнении ею рабочих операций, в частности, при движении вперед выдвижной стрелы с щитком 6. Таким образом, устраняется возможность обратного движения рамы 1 под действием противодействующей силы и снятия давления на лом, необходимого для его удержания внутри печи. Цилиндры 18 будут предпочтительно снабжаться жидкостью от аналогичной гидравлической системы, содержащей насос 4 и резервуар 7, с использованием органов управления, которые также являются органами дистанционного управления, но отличаются от тех, которые применяются для управления выдвижной стрелой. Конечно, эти крепежные средства могут иметь любой другой вариант выполнения, известный в технике.

Наконец, толкающая машина согласно изобретению предпочтительно будет снабжена передними горизонтальными выступами 9, 9' на пластинчатых амортизаторах 23, 23', неподвижно установленных на раме и расположенных перед передними колесами 2а, 2'a для защиты их от ударов. Два передних выступа 9, 9' предназначены для вхождения в соответствующие отверстия (не показаны), образованные в металлических опорах, как например, отрезках рельсов, заделанных в конструкцию 20, или в подпорной стенке, которая помещена перед краем шлакового отверстия и с которой фиксируется толкающая машина в конце своего хода вперед.

Таким образом, устраняется возможность того, что машина будет подвержена воздействию опрокидывающего момента при операциях очистки шлакового отверстия и повторного изготовления порога или, в общем, при качании стрелы 5, 5а в вертикальной плоскости.

Из нижеследующего будет понятна работа толкающей машины, выполненной согласно изобретению, которая будет передвигаться вперед с полностью отведенным назад щитком 6, пока она не достигнет конца своего хода, где противонаклонные выступы 9 входят в гнезда конструкции 20. После этого опускают крепежные стойки 8, 8', и машина оказывается готовой для работы, при которой путем выдвижения внутренней трубы 5а помещают головной щиток 6 вблизи ванны расплавленного металла, таким образом, обеспечивая то, что желоб для шлака 10 остается свободным от лома при последующей загрузке лома. Возможно также движение в вертикальном направлении, когда необходимо проталкивать внутрь печи 10 куски лома, которые могут принимать нежелательные положения. Когда закончится загрузка и начинается плавка, машина может быть отодвинута назад, чтобы позволить ввод кислородного копья через желоб 10 для непосредственного рафинирования расплавленного металла. Копье, чье направление контролируется снаружи, не подвергается риску повреждения, так как желоб - свободный, и кислород, текущий со скоростью, которая может быть даже сверхзвуковой, вдувается внутрь ванны расплавленного металла.

В дальнейшем, приблизительно на половине времени плавки, когда электродами подведено заданное количество энергии, например, 200 кВт-ч/т, измеренное на пульте управления, удаляют кислородное копье и вновь передвигают толкающую машину вперед для выполнения операций по очистке шлакового отверстия и повторного сооружения порога, обеспечивая тем самым постоянный уровень перелива шлака. Эта операция, которая осуществляется посредством поступательных и обратных движений подвижной стрелы с также возможным перемещением в вертикальной плоскости для механического воздействия на сам шлак, легко выполняется при дистанционном управлении операторов, который, однако, может наблюдать за рабочей площадкой. При этом следует отметить, что при работе в этих условиях шлак имеет высокую температуру и, следовательно, является рыхлым и легкоудаляемым с нижележащего слоя доломита или другого огнеупорного материала, который не повреждается и не требует последующего восстановления. Ранее уже упоминались преимущества в отношении сроков работы на этой стадии, когда не требуется продлевать время ожидания между последовательными плавками.

Изобретение может быть использовано для совершения операций в шлаковом отверстии электропечей для выплавки стали или чугуна. Машина при дистанционном управлении может передвигаться по рельсовому пути, расположенному перед шлаковым отверстием электропечи для плавки черных металлов в противоположных направлениях. На раме машины установлена стрела, которая может телескопически выдвигаться и которая предпочтительно шарнирно установлена для возможности также качания в вертикальной плоскости. На конце стрелы установлен рабочий орган в виде щитка. Рама может быть закреплена на месте или передвигаться по рельсам на колесах, из которых по крайней мере два колеса выполнены ведущими. Щиток выполнен размером несколько меньше, чем размер шлакового отверстия. Щиток предназначен для удержания лома внутри печи при ее загрузке ломом и для сохранения края этого отверстия свободным от шлака без какого-либо вмешательства оператора. 7 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Перемещающаяся по рельсам толкающая машина для совершения операций в шлаковом отверстии сталеплавильных электропечей, содержащая опорную раму, установленную на передвижных колесах, часть которых выполнена ведущими и приводимыми в движение от привода поступательного и обратного движения, приводной толкающий механизм, взаимодействующий с рабочим органом, передний конец которого снабжен рабочим инструментом с поперечным сечением, не превышающим размер шлакового отверстия, отличающаяся тем, что снабжена средствами дистанционного управления поступательным и обратным движением машины, средствами дистанционного управления толкающим механизмом, а также средствами закрепления рамы на месте, при этом привод поступательного и обратного движения выполнен в виде редукторного электродвигателя, установленного на раме, рабочий орган - в виде выдвижной стрелы, установленной в центральной части рамы, рабочий инструмент - в виде щитка с поперечным сечением меньшим, чем у шлакового отверстия, а средства дистанционного управления толкающим механизмом выполнены в виде средств дистанционного управления выдвижением или втягиванием выдвижной стрелы. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что выдвижная стрела выполнена в виде наружного трубчатого элемента и соосно телескопически передвигающегося в нем внутреннего трубчатого элемента, а приводной толкающий механизм - в виде цилиндропоршневого устройства, соосно и неподвижно скрепленного с наружным трубчатым элементом, при этом внутренний трубчатый элемент выполнен с возможностью приведения в движение цилиндропоршневым устройством, а щиток установлен на наружном конце внутреннего трубчатого элемента. 3. Машина по п.2, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным цилиндропоршневым устройством, а наружный трубчатый элемент выдвижной стрелы установлен в центральной части рамы шарнирно, при этом ось шарнира расположена поперек оси выдвижной стрелы с возможностью движения последней в вертикальной плоскости вокруг шарнира, а дополнительное цилиндропоршневое устройство выполнено с возможностью управления эти движением. 4. Машина по п.2 или 3, отличающаяся тем, что она снабжена маслодинамической системой с масляным резервуаром и электродвигатель-насосным агрегатом, выполненным с возможностью поддержания масла под давлением, приведения в действие цилиндропоршневого устройства, приводящего в движение внутренний трубчатый элемент выдвижной стрелы, и приведения в действие дополнительного цилиндропоршневого устройства. 5. Машина по п.4, отличающаяся тем, что средство закрепления рамы на месте выполнено в виде двух вертикальных стоек и приводного цилиндра, при этом вертикальные стойки установлены вблизи задних колес и выполнены подвижными относительно рамы с возможностью продольного движения в вертикальном направлении между поднятым вверх положением покоя и положением ниже уровня поверхности контакта между рельсом и колесом и с возможностью закрепления в соответствующих гнездах, образованных в полу рабочей поверхности или в самих рельсах, а приводной цилиндр выполнен с возможностью приведения его в действие от маслодинамической системы и с возможностью управления движением вертикальных стоек. 6. Машина по любому из пп.1 - 5, отличающаяся тем, что передняя часть опорной рамы снабжена выступами, расположенными симметрично по отношению к выдвижной стреле и установленными на держателях с возможностью защиты передних колес. 7. Машина по п.2, отличающаяся тем, что трубчатые элементы выполнены с квадратным поперечным сечением, при этом наружный трубчатый элемент выполнен усиленным ребрами. 8. Машина по п.1 или 4, отличающаяся тем, что редукторный электродвигатель и электродвигатель-насосный агрегат выполнены с возможностью питания электроэнергией по отдельным электрическим кабелям, которые вместе намотаны на барабан, установленный на раме.