Конвертер Советский патент 1981 года по МПК C21C5/42 

1

Изобретение относится.к черной металлургии.

Известен конвертер, включакнций корпус, закрепленный в опорном кольце посредством элементов крепления, выполненных в виде цельнометаллических тяг, расположенных равномерно по окружности и установленных посредством сферических опорных элементов с предварительным напряжением растяжения, кроме этого, корпус конвертера содержит радиальные кронштейны, охватывающие выступы, расположенные на опорном кольце til.

При эксплуатации корпус конвертера и опорное кольцо разогреваются до 250-300°С, что приводит к их значительным тепловым деформациям в радиальном направлении и вдоль вертикальной оси конвертера. Деформация в радиальном направлении компенсируется наклоном тяг в опорных сферических элементах и перемещением радиальных кронштейнов корпуса конвертера по выступам опорного кольца. Деформация вдоль вертикальной оси конвертера вызывает дополнительные нагрузки на тяги, опорное кольцо и корпус конвертера, вызывающие

критические напряжения, действующие в тягах, и их разрушение.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является конвертер, включсшзщий корпус, закреплённый в опорном кольце посредством предварительно напряженных тяг и сферических опорных элементов, причем каждая тя10га содержит устройство для регулирования действующих в ней напряжений растяжения, выполненное заодно с тягой в виде гидроцилиндра . Г23.

Недостаток известного конвертера

15 заключается в его низкой надежности, и долговечности в связи с тем, что изменение усилия растяжения тяг осуществляется механическим путем с помощью гидравлического привода, яв20ляющегося недостаточно надежным и долговечным при работе в зоне высоких температур и вблизи расплавленного металла, а -также в значительной трудоемкости по подводу рабочей

25 жидкости к гидроцилиндрам и организации их охлаждения. Низкая надежность и долговечность известного конвертера заключается в невозмож ности продолжительного удержания 30 гидроприводом тяги в нагруженном сосоянии вследствие утечки рабочей идкости из гидроцилиндра.;

Цель изобретения - повышение адежности и долговечности конвертеа.

Поставленная цель достигается тем, то в конвертере, содержащем корпус, 5 акрепленный в.опорном кольце поседством предварительно напряженных яг и сферических опорных элементов, яги снабжены нагревательными элеентами,to

Тяги могут быть снабжены тензоатчиками, связанными с нагревательными элементами через систему управения

Тяги и опорное кольцо могут быть 5 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 . схема системы управления регулирования температуры тяги, на фиг.4 - ват . 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 2с 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 радиальны- 35 ми кронштейнами 4-6, охватывающими выступы 7-9, размещенные на опорном кольце 2 вдоль и перпендикулярно аси цапф 10 и 11.

Тяги 3 установлены с предваритель- дл ным напряжением растяжения.. Усилия предварительного напряжения выбираются из условия превышения максимально возможных нагрузок на тяги 3 от массы груженого Корпуса 1 конвертера.45

Тяги 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 корпуса 1 установлены сферические шайбы 19, 20 или другие , обеспечивающие постоянный 55 ко1йгакт корпуса 1 и опорного кольца 2 с возможностью радиального перемещения тяг 3 с предварительным напряжением растяжения.

Каждая тяга 3 снабжена нагрева- 0 тельным элементом 21, установленным на электроизоляционной прокладке 22 по наружной поверхности тяги 3 и выполненный в виде спирали из материала с высоким алектросопротивле-, 5

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 механима 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 3-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 косвенньлм (расчетным) путем по разнице температур тяги 3 и опорного кольца 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 установленных 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 радиальны кронштейнах 4 и 5 корпуса 1, охватывакяцих 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. В положении конвертера горловино вниз корпус 1 удерживается в опорном кольце 2 посредством опорного по са 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 удерживае ся радиальными кронштейнами 4-6, охвытывающими выступы 7-9 опорного кол ца 2. Во время эксплуатации, при превышении тепловыми деформациями опорного кольца 2 тепловых деформаций тя ги 3,на тягу 3 действуют дополнитель ные нагрузки от опорного кольца 2, т.е. тяга 3 дополнительно растягивае ся опорным кольцом 2, что вызывает повышенные напряжения, действукицие ,в тяге 3, превышающие напряжения пре варительного растяжения. Эти напряжения фиксируются тензодатчиком 24, подакмцим сигнал повышенных напряжений, действующих в тяге 3, через усилитель 26 и исполнительный механизм 27 на реостат 28, регулирующий подачу напряжений от источника питания 23 н нагревательный элемент 21 тяги 3,кото Р1ый увеличивает температуру тяги 3,т. увеличивает температурные деформации тяги 3. Это продолжается до тех 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, действуквдие в тягах 3,к напряжениям предварительного ра тяжения. Последующее нагревание тяги 3 влечет за собой превышение тепловыми деформациями тяги 3 тепловых деформаций опорного кольца 2, что, в свою очередь, снижает напряжения, действующие в тягах 3, до величины, меньшей, чем величина напряжений пре варительного растяжения, выбранных 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 уменьшение нагрева тяги 3,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 300°C, а тяга 3 - до температуры порядка . 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: где д1 - линейное расширение опорного кольца 2, , - высота опорного кольца 2, равная 2900 мм, коэффициент линейного расширения материала опорного кольца 2, равный 115х xlO- l/град. (материал - сталь 09Г2С); , изменение температуры опорного кольца (). Тогда d l-115xlO x29oбx()9,3 мм, Л 1 9,3 мм Линейное расширение тяги 3 вычисляют по формуле al.j. A,j-a 2 где utij - линейные расширения тяги 3, длина тяги 3, равная 2950 мм (расчетная длина тяги определяется из условия, что температура ее меняется только s районе опорного кольца}, tn tn-to- изменение температуры тяги (); elj - коэффициент линейного расширения тяги 3, равный 116х10 1/град (материал сталь 34ХНЗМ;. л I2 116xl02950 {150-20°) Тогда 4,4 мм ,4 мм Таким образом разница тепловых расширений опорного кольца 2 и тяги 3 составляет А1 ДЦ-41, 9,3-4,,9 мм, ЛС 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 ) доп к - длина всей тяги 3, равная 4800 мм, Е - модуль упругости, равный ЗхЮ кгс/см. тогда . ii9x2xlo 2040 кгс/см Aon - 4800 кгс/см, бдоп 2040 кгс/см. Кроме этого на опорное кольцо 2 и опорный пояс 15 корпуса 1 в мест непосредственной установки тяг 3 до полнительно действуют местные усили равные fr Р бдоп -5я74 где Рддг, - дополнительные местные ус лия , d - диаметр тяги 3, равный 190мм 19 см, р, -..Z...-.-. АОП - ,4 2040x3 14x1 578100 кгс, РАОП 578100 кгс. Таким образом, от дополнительног 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 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 усил производят нагрев тяги 3 до т мпера туры, при которой тяга 3 удлиняется на разницу тепловых деформаций, рав ную 4,9 мм. Для определения необходимой температуры нагрева тяги 3 преобразуем формулу (2) Ij. -t), (5) &1,ц dcj d,j 1, (tlj -trj), до которой где tfj - температура, необходимо нагреть тягу 3 для того, чтобы она допол нительно удлинилась на дли ну, равную 4,9 мм, т.е. чтобы температурные дефор I мадии тяги 3 стали равны температурным деформациям опорного кольца 2, т.е. 4,9 116xlO x2950x( ), откуда I 4у.9-116х10 х2900х150 -д„о. Ч 11бх10 х2950 . Таким о.бразом, для того чтобы темературные деформации тяги 3 были авны температурным деформациям опорого кольца 2 (равные 9,9 мм), т.е. тобы исключить действие на тягу 3, порное кольцо 2 и опорный пояс 15 орпуса 1 дополнительных нагрузок, еобходимо дополнительно нагреть тяу 3 до температуры, равной 289150° . Следовательно, максимальая температура нагрева тяги 3 составяет в данном случае 250с, что ниже опускаемой температуры нагрева тяги 3, равной 450С при эксплуатации, ри изготовлении тяги 3 из данного атериала (сталь 34ХНЗМ), превышение которой может привести к снижению редела текучести материала тяги 3, то, в свою очередь, может привести к появлению в тяге 3 пластических еформаций. 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. Формула изобретения 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 попЛ, отличающийся тем, что тяги снабжены тензодатчиками, связанными с нагревательными элементами через систему управления. 3.Конвертер по п.1, отличающий с я тем, что тяги и опорное кольцо снабжены термопарами, связанными с нагревательнь1ми элементами через систему управления. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3391919, кл. 266-36, опублик. 1968 . 2.Патент США № 3400922, кл.266-36, опублик.1968.

29