Конвертер

Союз Советских Социалистических Республик(61) Дополнительное к авт. с (22) Заявлено 03,03.80 (21 805/22 51)М. К 1 С 5/4 единением заявки Мо. п Госу дарственный комитет ссср делан изобретений и открытий) Приоритв убликова та опубли 1081. Бюллетень Йо 3(71) Заявитель изводственное о КОНВЕРТЕР При эксплуа тера и опорное ся до 250-300 о значительным т радиальном нап тикальной оси ция в радиальн пенсируется на сферических эл ем радиальных конвертера по ца. Деформация оси конвертера 20 30 Изобретение относится к чернойметаллургии.Известен конвертер, включающий 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 13.15 тации корпус конверкольцо разогревают- С, что приводит к их епловым деформациям в равлении и вдоль верконвертера. Деформаом направлении комклоном тяг в опорных ементах и перемещеникронштейнов корпуса выступам опорного коль- вдоль вертикальной вызывает дополиитель- коль- ющие ные нагрузки на тяги, опорноецо и корпус конвертера, вызыва критические напряжения, действующи 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 Г 21 .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 гидроцилнндрам и организации их охлаждения, Низкая надежность и долговечность известного конвертера заключается в невозмож ности продолжительного удержания гидроприводом тяги в нагруженном сос 872566тоянии 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. 10Тяги 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 ном кольце, на Фиг. 5 - вариант схемы системы управления регулирования температуры тягиКонвертер 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 О ным напряжением растяжения Усилия предварительного напряжения выбираются из условия превышения максимально возможных нагрузок на тяги 3 от45 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 этоммежду опорным кольцом 2 и опорнымпоясом 15 корпуса 1 установлены сферические шайбы 19, 20 или другиеэле)агенты, обеспечивающие постоянныйкойгакт корпуса 1 и опорного кольца 2 с возможностью радиального перемещения тяг 3 с предварительнымнапряжением растяжения.Каждая тяга 3 снабжена нагревательным элементом 21, установленнымна электроизоляционной прокладке22 по наружной поверхности тяги 3 ивыполненный в виде спирали из материала с высоким электросопротивле-, 65 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 кольца 2По 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 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. 20В 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 2.30Во 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 жения фиксируются тензодатчиком 24, подающим сигнал повышенных напряжений, действующих в тяге 3, через усилитель 26 и исполнительный механизм 27 на реостат 28, регулирующий пода 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 50 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 втягах 3, до величины, меньшей, чем величина напряжений предварительного 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 с=ЗООС, а тяга 3 - до температуры порядка с=150 С, Тогда тепловые расширения опорного кольца 2 и тяги 3, типового кислородного конвертера емкостью 350 т равны.Линейное расширение опорного кольца 2 вычисляют следующим образом;Ь 1, =1 ьс,где Ь 1 - линейное расширение опорного кольца 2,1 - высота опорного кольца 2,равная 2900 мм,с 1, - коэффициент линейного расширения материала опорного кольца 2, равный 115 хх 10-7 1/град.(материал - сталь 09 Г 2 С);Ьс=с-со- изменение температуры опорного кольца(со -- 20 С) .Тогда Ь 1-115 х 10 7 х 2900 х (300"-20=9,3 мм, Ь 1=9,3 ммЛинейное расширение тяги 3 вычисляют по формулеЬ 11= а. 1 ьс (2)где Ь 11 - линейные расширения тяги3,1 - длина тяги 3, равная2950 мм (расчетная длинатяги определяется из условия, что температура ееменяется только в районеопорного кольца),Ьс =с-со - изменение температуры тяги(с=20 С);с 19 - коэффициент линейного расширения тяги 3, равный116 х 10 1/град (материал -сталь 34 ХНЗМ) .Тогда ь 12=116 х 10" 2950 (150-200) :4,4 мм Ь 1=4 у 4 мм.Таким образом разница тепловых рас 872566Тогда 30 формула изобретения 40 45 50 55 60 ширений опорного кольца 2 и тяги 3составляетЬ 1=ь 1- 41=9,3-4,4=4,9 мм,йЯ =4,9 мм,Следовательно, тяга 3 дополни.тельно растягивается опорным кольцом 2 на длину, равную 4,9 мм, чтовызывает дополнительные напряженияв тяге 3, равныеМ ЕДопгде 6 - длина всей тяги 3, равная 4800 мм,Е - модуль упругости, равный2 х 10 кгссм .Тогда4 9 х 2 х 10Ьд и =-=2040 кгс/см,4800 ф 5одоп =2040 кгс/смКроме этого на опорное кольцо 2и опорный пояс 15 корпуса 1 в местенепосредственной установки тяг 3 дополнительно действуют местные усилия, 20равныеРодоп%опХ д "/4где Рд- дополнительные местные усилия,д - диаметр тяги 3, равный 25190 мм=19 см. бд ,Л. а"доп = 42040 х 3 14 х 1 ф 5781004Родоп =578100 кгс.Таким образом, от дополнительногорастягивания опорным кольцом 2 тяги3, вызванного разностью температурных деформаций, в тяге 3 действуютдополнительные напряжения, равные2040 кг/см , а на опорное кольцо, 2 иопорный пояс 15 корпуса 1 действуютдополнительные местные усилия, равные 578100 кгс в месте непосредственной .установки каждой тяги 3Для ликвидации указанных дополнительных напряжений и местных усилийпроизводят нагрев тяги 3 до температуры, при которой тяга 3 удлиняетсяна разницу тепловых деформаций, равную 4,9 мм. Для определения необходимой температуры нагрева тяги 3преобразуем формулу (2)а 1= .1 ьС =д,1,1( -), (5)где с - температура, до которойнеобходимо нагреть тягу 3для того, чтобы она дбполнительно удлинилась на длину, равную 4,9 мм, т.е.чтобы температурные деформации тяги 3 стали равнытемпературным деформациямопорного кольца 2,т.е. 4,9=11 бх 10 х 2950 х(с -150 ),откуда49-11 бх 10 х 2900 х 150 289 оС1" 116 х 10 7 х 2950=289 С. 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 450 ОС при эксплуатации, при изготовлении тяги 3 из данного материала (сталь 34 ХНЗМ), 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 тяги сферических опорных элементов,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения надежности и долговечности конвертера, тяги снабженынагревательными элементами.2. Конвертер по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что тяги снабжены тензодатчиками, связанными с нагревательными элементами через систему управления.3. Конвертер по п,1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что тяги и опорноекольцо снабжены термопарами, связанными с нагревательными элементами через систему управления.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США Р 3391919,кл. 266-36, опублик.1968.2, Патент США 9 3400922,кл.266-36, опублик.1968.,872566 е.5 аказ 8952/41 Тираж 621 ВНИИПИ Государственного комитета по делам изобретений и открытий 113035, Москва, З, Раущская на