Конструкция и расчет машин и агрегатов конверторных цехов.

9.1 Конструкция вертикальных конверторов и их механизмов.

Рис. 26 Схема кислородного конвертора

1- кислородная фурма; 2- конвертор; 3- опорное кольцо

Вертикальные кислородные конверторы в основном используются для выплавки стали. Доля кислородно-конверторной стали составляет более 50% объема мировой выплавки стали.

Выплавка стали в кислородном конвертере заключается в том, что после заливки в него жидкого чугуна с предварительной добавкой стального лома, ведут продувку кислородом через вертикальную металлическую водоохлаждаемую фурму.

При этом окисляется избыточный углерод, а также кремний и марганец и немного железа чугуна и из продуктов окисления и добавляемой извести формируется основной шлак, в который частично удаляются вредные примеси – фосфор и сера.

Когда углерод окислен до требуемого в стали содержания, металл, наполняя конвертор, выпускают через летку в ковш, куда вводят раскислители и легирующие добавки.

Кислородный конвертор представляет собой поворачивающийся на цапфах сосуд круговидной формы, футированный из нутрии и снабженной леткой для выпуска стали и отверстием сверху для ввода в полость конвертора кислородной фурмы, отвода газов, заливки чугуна, загрузки лома и слива шлака.

Размеры вертикального рабочего объема конвертора должны быть такими, чтобы обеспечивались продувка без выбросов металла и шлака через отверстие горловины.

Дело в том, что во время плавки образующиеся в результате окисления углерода пузырьки СО вспенивают металл и шлак и уровень ванны приближается к верху горловины. Поэтому внутренний удельный объем должен составлять 0,85 – 1 жидкой стали и конвертер должен быть вытянут по вертикали (отношение высоты рабочего объема к диаметру 1,45 – 1,6). Угол наклона образующей горловины к вертикали делают в пределах 26 - 30º.

Корпус конвертора выполняется сварным из нестареющей листовой стали 09Г2С, толщиной от 20 до 100 мм и делают его либо цельносварным, либо с отъемным дном, которое крепится болтами или клиновыми соединениями.

Горловина в большей степени, чем другие элементы кожуха, подвержена воздействию высоких температур и короблению и может быть повреждена при удалении застывших выплесков металла. Поэтому верх горловины защищают массивным шлемом.

Днище конверторов чаще делают сферическим, что облегчает циркуляцию металла и способствует снижению износа футеровки. Применяются как неотъемные, так и отъемные днища.

Отъемные днища могут быть приставными и вставные. Футеровка кислородных конверторов состоит из двух слоев – арматурного, примыкающего к корпусу и рабочего. Арматурный слой, толщиной 110 – 250 мм выполняют из магнезитохромитового кирпича, он не требует замены длительное время. Рабочий слой, толщина 500 – 800 мм, контактирующий с металлом и шлаком выкладывают из безобжиговых большемерных кирпичей на основе долонита (35 – 50% MgO, 45 – 60% CaO) и реже из магнезита, более 85% MgO со смоляной или песковой связкой. Измельченные огнеупоры смешивают при температуре 80 - 140ºС с 5 – 7% каменноугольной смолы или песка и прессуют в кирпичи. Далее выкладывают футеровку рабочего слоя и обжигают ее нагревая до 1100ºС. Стойкость такой футеровки составляет 500 – 700 плавок.

Футеровка летки имеет арматурный слой из магнезитохромистого кирпича, затем слой огнеупорной на основе MgO и в середине блоки из плавленого камнезита, имеющие сквозные отверстия, образующие канал летки. Эти блоки заливают через 150 – 120 плавок.

Конвертер цапфами опирается на роликовые опорные подшипники, закрепленные в опорных станинах. Подшипники обеспечивают возможность вращения конвертора вокруг оси цапф, при этом один подшипник фиксированный, а другой, плавающий, что дает возможность перемещения вдоль оси цапф на 15 – 30 мм.

Конверторы снабжают отдельным опорным кольцом к которому крепится цапфы и в котором с зазором в 150 – 200 мм закреплен кожух.

Крепление корпуса в опорном кольце должно обеспечить фиксацию корпуса в опорном кольце при различных углах наклона конвертера и вместе с тем свободную, независимую от опорного кольца деформацию корпуса при его нагреве или охлаждении.

Строившиеся в течении многих лет конверторы имеют подвеску корпуса к кольцу с помощью трех меридиональных тяг.

Для предотвращения смещения корпуса поперек оси цапф и передачи крутящего момента корпусу, служат два упора, входящие в пазы кронштейнов несущего пояса.

Механизм поворота обеспечивает вращение конвертора вокруг оси цапф на 360º со скоростью от 0,1 до 1 мин^-1. Механизм поворота может быть односторонним и двусторонним.

У конверторов, вместимостью 130 тонн и менее делают односторонний механизм поворота, в котором одна из цапф соединена с приводом. У большегрузных конверторов опорное кольцо при повороте подвергается большим усилиям. Поэтому для более равномерного их распределения механизм поворота большегрузных конверторов делают двухсторонним.

9.2 Расчет механизма поворота вертикального конвертора.

Рис. 27 Схема расчета поворота конвертора

При повороте электродвигатель преодолевает опрокидывающие моменты от порожнего конвертора и сил трения . Координаты центров тяжести порожнего конвертора вычисляются с помощью статических моментов отдельных его элементов.

; , где

, - координаты центров тяжести отдельных элементов порожнего корпуса .

Общий вес конвертора:

.

Расстояние от центра тяжести до оси вращения конвертора:

, где

- указана на чертеже.

Угол между радиусом – вектором и вертикальной осью:

.

Опрокидывающий момент сопротивления порожнего конвертора:

.

Момент сопротивления повороту жидкого металла весом и порожнего конвертора, весом :

, где

- коэффициент трения в опорах цапфы диаметром .

Опрокидывающий момент жидкого металла при повороте конвертора зависит от угла поворота φ и веса металла в нем. предварительно вычисляется полный угол поворота конвертора, при котором окончится слив:

, где

и - радиусы конвертора.

Общий центр тяжести жидкого металла при повороте на угол φ:

и .

Объем жидкого металла:

.

Расстояние от оси цапф до центра тяжести:

.

Плечо жидкого металла (расстояние от его центра тяжести до точки поворота):

, где

- угол поворота.

.

Момент сопротивления повороту жидкого металла:

.

До углов поворота жидкий металл находится в конической части конвертора. Тогда:

, где

;

;

;

;

;

- удельный вес жидкого металла.

Общий момент поворота:

.

Мощность всех двигателей:

, где

- число оборотов конвертора;

- КПД привода.