ОПРОКИДЫВАЕМАЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ ЕМКОСТЬ
TIPPING METALLURGICAL VESSEL

Изобретение относится к опрокидываемой металлургической емкости с по меньшей мере частично окружающим с зазором металлургическую емкость опорным кольцом, причем на опорном кольце размещены закрепленные на металлургической емкости опорные консоли и металлургическая емкость разъемно закреплена на опорном кольце несколькими зажимными устройствами, которые приводятся в действие нагружаемыми давлением рабочей среды цилиндрами, при этом каждое зажимное устройство взаимодействует с закрепленной на металлургической емкости стопорной консолью и зажимное устройство выполнено с возможностью перемещения из разомкнутого положения стопорной консоли в замкнутое положение стопорной консоли и опорного кольца и наоборот.
В частности, изобретение относится к зажимному устройству для поддержания и крепления опрокидываемого конвертера на по меньшей мере частично окружающем его с зазором опорном кольце.
Металлургические емкости этого типа, используемые преимущественно в сталеплавильных цехах для выплавки и рафинирования стальных расплавов, представлены сменными конвертерами, которые необходимо заменять с определенной периодичностью с тем, чтобы обновлять их огнеупорную футеровку или производить другие виды ремонта.
Опрокидываемые металлургические емкости, такие как конвертеры, подвержены высоким термическим нагрузкам от обрабатываемых в них металлических расплавов и отдают посредством теплового излучения значительные количества тепла в окружающую среду. Чтобы поддерживать термическую нагрузку опорной конструкции металлургической емкости на незначительной величине, эта металлургическая емкость помещается в опорном кольце, выполненном либо в виде закрытой кольцевой, либо открытой подковообразной сварной конструкции. Опорное кольцо может поворачиваться вокруг горизонтальной оси и имеет опорные цапфы, монтируемые в опорной конструкции. В этом опорном кольце металлургическая емкость может быть установлена посредством подвеса, наложения или опирания на него. Возможные варианты подробно описаны в публикации ЕР-В 0 029 878 В1, при этом соединение с силовым замыканием между опорными захватами на металлургической емкости и опорными накладками на опорном кольце обеспечивают откидные болты. Благодаря откидным болтам с предварительным натяжением надежно исключается боковое движение металлургической емкости даже в наклоненном ее положении. Однако для ручного отделения откидных болтов требуется не только значительный расход времени, но эти работы в высшей степени осложняются воздействием жары, пылевыделением, опасностью падения с высоты и стесненными условиями работы в этой зоне для обслуживающего персонала и они могут быть осуществлены лишь при большом объеме мер безопасности.
Чтобы минимизировать опасность несчастных случаев для персонала и упростить проведение монтажных работ, были усовершенствованы системы крепления. Например из документа DE 102 51 964 А1 известно быстросъемное крепление емкости для обработки металла на опорном кольце, при котором расположенные напротив друг друга консоли металлургической емкости и консоли опорного кольца соединены между собой откидным затвором в надежно замкнутом положении и легко выходят из зацепления при манипулировании ими в обратном направлении (разомкнутое положение). Для замыкания и размыкания этого откидного замка предложено устанавливаемое вручную гидравлическое устройство, что на деле не решает, однако, принципиальную проблему безопасной работы персонала.
Из документов DE 25 11 610 A1 и ЕР 1 533 389 А1 уже известны варианты конструкций зажимных устройств, которые исключают непосредственное физическое участие персонала в размыкании зажимных элементов на опорном кольце на большой высоте над уровнем площадки цеха, так как процесс замыкания и размыкания осуществляется гидравлическими средствами. В варианте исполнения согласно Фиг.9 публикации DE 25 11 610 А1 и в варианте исполнения согласно Фиг.4а и 4b публикации ЕР 1 533 389 А1 зажимное устройство включает соответственно пару крюков, при помощи которых консоль на конвертере захватывают как клещами и тем самым создается действующее в направлении опорного кольца зажимное усилие, которое фиксирует конвертер в его положении на опорном кольце. Использование механизма коленчато-рычажного типа обеспечивает самотормозящее замкнутое положение зажимного устройства. Другие представленные в документе DE 25 11 610 А1 варианты выполнения зажимного устройства по своему конструктивному типу значительно более затратные и требуют последовательного использования нагружаемых давлением рабочей среды цилиндров, при этом на первой ступени зажимного процесса стопорный элемент с подшипниковой втулкой перемещается в замкнутое положение, а на второй ступени этот стопорный элемент с подшипниковой втулкой фиксируется стяжкой. Однако этот последний вариант исполнения непригоден для запланированного применения.
Предлагаемое изобретение направлено на устранение этих недостатков и трудностей, и его задача состоит в том, чтобы предложить опрокидываемую металлургическую емкость в другом виде конструктивного исполнения, в котором изготовление фиксированного соединения и размыкание этого фиксированного соединения металлургической емкости с опорным кольцом может быть реализовано с минимальным числом конструктивных элементов в преимущественно защищенной от теплового воздействия и выброса шлаков зоне.
Эта задача согласно изобретению решается тем, что зажимное устройство содержит по меньшей мере корпус, стяжной анкер, поворотный рычаг и взаимодействующий с поворотным рычагом нагружаемый давлением рабочей среды цилиндр, причем стяжной анкер заведен с возможностью поворота в кулисную направляющую в корпусе и шарнирно сочленен с возможностью поворота с поворотным рычагом, а поворотный рычаг установлен в корпусе с возможностью поворота.
Другой целесообразный вариант исполнения устройства согласно изобретению состоит в том, что стяжной анкер имеет соответственно стержень и стяжную головку с опорной поверхностью, при этом стопорная консоль имеет входную прорезь для заведения стержня стяжного анкера и ответную опорную поверхность для опоры стяжной головки, причем в замкнутом положении опорная поверхность стяжной головки прижата к ответной опорной поверхности стопорной консоли, а в разомкнутом положении стяжная головка расположена вне входной прорези и обеспечивает движение отделением металлургической емкости от опорного кольца. Благодаря этой особой конструкции стяжного анкера и стопорной консоли и при использовании лишь одного единственного поворотного стяжного анкера создается центрическое, нормально воздействующее на стопорную консоль зажимное усилие, направленное параллельно оси конвертера.
В связи с тем, что зажимное устройство образует или включает коленчато-рычажный механизм, который в замкнутом положении в переломном моменте создает самоторможение и траектория перемещения которого ограничена упором, образованным преимущественно концом паза кулисной направляющей, то уже достигнутое в известных зажимных устройствах преимущество реализуется также в конструктивно простом решении согласно изобретению. Однако можно ограничивающий траекторию перемещения упор предусмотреть в другом месте в корпусе зажимного устройства или расположить его другим образом с обеспечением достижения того же эффекта.
Зажимное устройство рассчитано на высокое, обеспечивающее надежную фиксацию зажимное усилие, учитывающее силы и моменты, возникающие особенно при опрокидывании металлургической емкости во время загрузки и выпуска. Чтобы преодолеть переломный момент коленчато-рычажного механизма, необходимо, чтобы зажимное устройство сопрягалось с упругим элементом, который ограничивает по высоте возникающие при прохождении переломного момента растягивающие напряжения. Целесообразно упругий элемент интегрировать в стяжной анкер. Предпочтительно упругий элемент включает комплект пружин, состоящий из нескольких тарельчатых пружин.
В основе зажимного устройства лежит особая кинематика. За счет установки специальной кулисной направляющей в корпусе зажимного устройства эта кинематика определена таким образом, что головка стяжного анкера во время перехода от замкнутого положения в разомкнутое положение на первой стадии движения движется с отрывом от ответной опорной поверхности на стопорной консоли, то есть преимущественно в нормальном направлении относительно обратной опорной поверхности на стопорной консоли, причем головка стяжного анкера на последующей стадии движения совершает преимущественно поворотное движение из зоны входной прорези стопорной консоли. В результате специальной первой стадии движения, включающей отрыв стяжной головки от ответной опорной поверхности на стопорной консоли, устраняется воздействие горизонтальных усилий на зажимное устройство вследствие фрикционного горизонтального движения стяжной головки.
Кулисная направляющая в корпусе зажимного устройства образована дугообразной по своей продольной протяженности канавкой, в которую заходит с зацеплением и направляется скольжением в ней направляющий палец стяжного анкера.
За счет расположения всех конструктивных элементов зажимного устройства в совместном корпусе, который не является неотъемлемой составной частью опорного кольца, зажимное устройство образует предварительно смонтированный конструктивный узел, который может легко монтироваться на соответствующих элементах стенок опорного кольца. Это, в свою очередь, создает преимущества для персонала и повышает показатель использования агрегата, так как в случае выхода из строя необходимые работы по техобслуживанию позволяют заменить каждое зажимное устройство в течение кратчайшего времени.
Предпочтительно для привода зажимного устройства используются пневматические цилиндры.
Повреждение зажимного устройства, и в частности нагружаемого давлением рабочей среды цилиндра, в результате выбросов шлака и жидкой стали, в частности на стадии продувки в конвертере, или в результате падающих с горловины конвертера шлаковых и металлических настылей, можно избежать за счет того, что стопорная консоль окружена в направлении опорного кольца открытой защитной камерой и эта защитная камера закреплена на металлургической емкости. В дополнение к этому, нагружаемый давлением рабочей среды цилиндр и подвижные детали зажимного устройства защищены в корпусе зажимного устройства и в определенных случаях также экранированы конструктивными элементами опорного кольца.
Другие преимущества и признаки предлагаемого изобретения приведены в последующем не ограничивающем сущность изобретения описании примера реализации со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показаны:
Фиг.1 - схематичное изображение опертого на опорное кольцо конвертера, в соответствии с уровнем техники,
Фиг.2 - изображение сбоку зажимного устройства согласно изобретению в промежуточной позиции между замкнутым положением и разомкнутым положением,
Фиг.3а - позиционирование зажимного устройства согласно изобретению на опорном кольце в замкнутом положении, без металлургической емкости,
Фиг.3b - позиционирование зажимного устройства согласно изобретению на опорном кольце в разомкнутом положении, без металлургической емкости,
Фиг.4 - зажимное устройство согласно изобретению в замкнутом положении, в промежуточном положении и в разомкнутом положении,
Фиг.5 - продольный разрез стяжного анкера с упругим элементом,
Фиг.6 - детали кулисной направляющей.
На Фиг.1 схематично представлена в вертикальном изображении принципиальная конструкция конвертера, расположенного в сталеплавильном цеху. Конвертер 1, состоит из стального кожуха и не показанной расположенной внутри огнеупорной футеровки, опирается с небольшим зазором на опорное кольцо 2. Вследствие этого на опорное кольцо действует со стороны горячего корпуса конвертера незначительная термическая нагрузка. Выполненное большей частью в виде подковообразной рамной конструкции опорное кольцо 2 оперто с возможностью поворота при помощи двух опорных цапф 3а, 3b в опорном каркасе 4 и снабжено непоказанным здесь поворотным механизмом, что позволяет устанавливать конвертер в вертикальном или наклонном рабочем положении для загрузки исходных материалов, продувки сырой стали или выпуска жидкой стали. К листовой обшивке конвертера приварено несколько консолей 5а, 5b, которые помещаются на детально не обозначенных опорах на опорном кольце 2. При помощи соответствующих зажимных устройств 6а, 6b, которые согласно уровню техники образованы винтовыми соединениями или пневматическим или гидравлическим рычажным механизмом, консоли 5а, 5b и, следовательно, конвертер 1 фиксируют в заранее определенном положении относительно опорного кольца 2 и это положение также сохраняется, когда конвертер принимает наклонное рабочее положение.
Зажимное устройство 6 согласно изобретению представлено на Фиг.2 в возможном варианте исполнения в виде предварительно смонтированного конструктивного узла в положении окончательной сборки с приваренной на непоказанном конвертере стопорной консолью 7. Зажимное устройство 6 включает корпус 8, который состоит из нескольких стальных плит и как сварная конструкция образует раму для размещения отдельных конструктивных элементов зажимного устройства 6. Одна или несколько опорных плит 8а, 8b корпуса с обработанной монтажной поверхностью обеспечивают быстрый монтаж всего зажимного устройства на соответственно предусмотренных местах опорного кольца 2 (Фиг.3а, 3b). На двух нормально выступающих относительно опорной плиты 8а и параллельно расположенных между собой опорных плитах 8с предусмотрены кулисные направляющие 10, расположенные одна напротив другой и в которых скользит стяжной анкер 9. При этом направляющий палец 11 стяжного анкера 9, которых предусмотрено два с расположением один напротив другого, каждый раз заходит с зацеплением в канавку кулисной направляющей 10. Поворотные рычаги 12 одним своим концом монтируются с возможностью поворота в упорном подшипнике 13 в опорных плитах 8с. Выполненный как пневматический нагружаемый давлением рабочей среды цилиндр 14 опирается с возможностью поворотного перемещения в корпе 15 подшипника, который также закреплен на опорных плитах 8с. Нагружаемый давлением рабочей среды цилиндр 14 своим поршневым штоком 14а сопрягается с другим концом поворотного рычага 12 вертикальным шарниром 16. Предпочтительно в средней части поворотного рычага 12 стяжной анкер 9 опирается с возможностью поворота в вертикальном шарнире 17. Таким образом, движение стяжного анкера 9 однозначно определяют поворотное движение поворотного рычага 12 в упорном подшипнике 13 и траектория кулисной направляющей 10. Стяжной анкер 9 включает стержень 18 и на конце стяжную головку 19, имеющую больший диаметр, чем стержень 18. Таким образом, получается кольцевая поверхность, которая образует опорную поверхность 20 на не показанной на Фиг.2 нижней стороне стяжной головки 19. Своим стержнем 18 стяжной анкер 9 проходит насквозь через стопорную консоль 7, которая в зоне прохода стержня 18 имеет U-образную входную прорезь 21. В краевой зоне U-образной входной прорези 21 образована ответная опорная поверхность 22, при этом опорная поверхность 20 и ответная опорная поверхность 22 в замкнутом положении взаимно перекрываются.
Стяжной анкер 9 оснащен упругим элементом 26, представленным на Фиг.5 в продольном разрезе. Стержень 18 стяжного анкера состоит из двух частей: несущего стяжную головку 19 верхнего стержня 18а и установленного в вертикальном шарнире 17 нижнего стрежня 18b. Верхний стержень 18а закреплен с фиксацией положения в корпусе 27а сдвоенного корпуса 27а, 27b упругого элемента. Нижний стержень 18b проходит сквозь днище корпуса 27b и несет пресс-шайбу 28. В кольцевой выемке корпуса 27b между днищем корпуса 27b и пресс-шайбой 28 установлен комплект тарельчатых пружин 29. Обе части сдвоенного корпуса свинчены между собой. Этот упругий элемент при прохождении переломного момента кинематической системы зажимного устройства перед достижением замкнутого положения и на самой первой стадии процесса размыкания обеспечивает удлинение стержня 18 стяжного анкера, вследствие чего прохождение переломного момента становится возможным лишь потому, что ограничивается усилие запирания или соответственно усилие размыкания, создаваемое нагружаемым давлением рабочей среды цилиндром.
Кулисная направляющая 10 расположена в лежащих одна напротив другой опорных плитах 8с корпуса 8 зажимного устройства. Она состоит, в сущности, из дугообразных направляющих канавок 30, в которые с возможностью скольжения заходит направляющий палец 11. Направляющий палец 11 соединен со стяжным анкером 9 и ориентирован нормально относительно продольной оси стяжного анкера и параллельно оси качаний вертикального шарнира 17. В замкнутом положении направляющий палец 11 находится в конечном положении направляющей канавки 30, как показано на Фиг.6. Стенка направляющей канавки образует в этой точке упор 31, ограничивающий движение зажима зажимного устройства. Ширина канавки в этой зоне увеличивается для того, чтобы создать свободное пространство для направляющего пальца в случае, если опорное кольцо вследствие термического воздействия незначительно покоробилось. Дугообразная форма направляющей канавки выбрана с таким расчетом, что обеспечивается оптимальное движение отрыва и движение зажима зажимного устройства.
На Фиг.3а и 3b в диагональной проекции показано опорное кольцо 2 с необходимыми для крепления конвертера центрирующими приспособлениями 24 и тремя зажимными устройствами 6. Сам конвертер для большей наглядности изображения представлен лишь обозначенными стопорными консолями 7. На детальных чертежах показаны три центрирующих приспособления 24, которые по существу со смещением относительно друг друга на 90° выступают за опорную плиту опорного кольца и на которых устанавливаемый конвертер центрируют. У трех установленных с распределением по подковообразному опорному кольцу зажимных устройств 6 к концам опорного кольца примыкают соответственно по одному зажимному устройству с торца и оставшееся зажимное устройство установлено по центру на наружной боковой поверхности опорного кольца. Нагружаемые давлением рабочей среды цилиндры 14 расположены в особенно защищенной зоне на нижней стороне опорного кольца. Впрочем, зажимные устройства структурно могут быть интегрированы в опорное кольцо. На Фиг.3а показано зажимное устройство в замкнутом положении А, а на Фиг.3b зажимное устройство находится в разомкнутом положении В.
Ниже на основании схематично изображенных в графической последовательности на Фиг.4 двух рабочих положений и промежуточного положения зажимного устройства детально описан процесс замыкания и размыкания конвертера на опорном кольце.
Верхнее изображение показывает зажимное устройство 6 и стопорную консоль 7 в замкнутом положении. Направляющий палец 11 стяжного анкера 9 находится в нижнем конечном положении кулисной направляющей 10, а нагружаемый давлением рабочей среды цилиндр 14 находится в предусмотренном для замкнутого положения конечном положении. Эти положения установлены таким образом, что происходит самоторможение кинематической системы и лишь после прохождения переломного момента при соответствующем нагружении цилиндра давлением рабочей среды можно разомкнуть сцепление между конвертером и опорным кольцом. При этом необходимо преодолеть сопротивление, оказываемое комплектом тарельчатых пружин упругого элемента. Движение отрыва стяжного анкера и, в частности, стяжной головки от ответной опорной поверхности стопорной консоли определяет по существу кулисная направляющая. При дальнейшем увеличении нагрузки цилиндра давлением рабочей среды на первой стадии движения стяжного анкера происходит отрыв стяжной головки 19 от ответной опорной поверхности 22 вследствие движения, которое преимущественно направлено нормально от ответной опорной поверхности. На последующей стадии движения стяжной головке придается преимущественно поворотное движение. На этой стадии стяжной анкер занимает положение, показанное на средней иллюстрации в графической последовательности. При дальнейшей нагрузке цилиндра давлением рабочей среды направляющий палец 11 стяжного анкера 9 перемещается в верхнюю конечную точку кулисной направляющей 10, а нагружаемый давлением рабочей среды цилиндр 14 достигает конечного положения, соответствующего разомкнутому положению стяжного анкера. В этом положении стяжная головка полностью находится за пределами входной прорези 21 стопорной консоли 7, как показано на нижней иллюстрации в графической последовательности на Фиг.4. В этом разомкнутом положении конвертер может быть снят с опорного кольца или установлен в опорном кольце. Замыкание посаженного конвертера происходит в обратной последовательности описанному процессу размыкания.