Установка для определения прочности литейного кокса в условиях загрузки металлической части шихты в вагранку
INSTALLATION FOR DETERMINING THE STRENGTH OF FOUNDRY COKE UNDER CONDITIONS OF LOADING THE METAL PART OF THE CHARGE INTO THE CUPOLA

Предлагаемая установка для определения прочности литейного кокса в условиях загрузки металлической части шихты в вагранку предназначена для оценки прочности литейного кокса на предприятиях, использующих коксовые вагранки, на коксохимических заводах, а также в научно-исследовательской деятельности.
-1
Известна установка, описанная в [ГОСТ 5953-93], включающая цилиндрический вращающийся барабан (длина 100±5 мм, диаметр 1000±5 мм, минимальная толщина стенки 5 мм), на внутренней поверхности которого параллельно продольной оси установлены четыре угловых профиля из углеродистой стали (размерами 100×50×10 мм). Барабан опирается на две полуоси длиной не менее 250 мм, вращающиеся в горизонтальных опорных подшипниках, которые поддерживаются рамой, смонтированной с каждой стороны барабана. Барабан поворачиваться вручную в любом направлении. Для вращения барабана с постоянной скоростью (25±1) мин используется механическое устройство и счетчик оборотов с реле для автоматической остановки после заданного числа оборотов. Барабан имеет на цилиндрической поверхности отверстие для загрузки/выгрузки кокса с крышкой из углеродистой стали такой же кривизны и размера, как и сам барабан, чтобы при закрытой крышке ее внутренняя поверхность была на одном уровне с внутренней поверхностью барабана. Для уменьшения потерь пыли крышка уплотнена по периметру резиновой прокладкой.
Данная установка имеет ряд недостатков, среди которых:
- невозможность закрепить неподвижно образец литейного кокса;
- невозможность определения прочности литейного кокса при воздействии на него ударных нагрузок от металлической части шихты;
- испытания проводятся в условиях комплексных нагрузок, среди которых удары, трение;
- ограниченная функциональность ввиду использования барабана одного типа-размера;
- невозможность регулирования величины действующей нагрузки;
- большие габариты;
- низкая износостойкость ввиду постоянного наличия трения кокса об угловые профили;
- высокая стоимость установки вследствие наличия большого количества элементов, среди которых есть элементы из дорогостоящих материалов.
Известна установка, описанная в [ГОСТ 32248-2013, ГОСТ Р 54250-2010], включающая барабан, редуктор, двигатель, преобразователь частоты, пульт управления, счетчик и датчик оборотов. Внутренний диаметр барабана (130±1) мм, расстояние между торцами внутри барабана составляет (700±1) мм, толщина стенки - (5±0,5) мм, толщина торцевых крышек - не менее 6 мм. Один торец барабана заглушен, другой - имеет фланец. Съемная крышка соединяется с фланцем болтами. Барабан вращается вокруг оси, перпендикулярной к оси цилиндра со скоростью (20±0,1) об/мин (600 оборотов за 30 мин). Барабан снабжен счетчиком числа оборотов и устройством, останавливающим барабан после заданного числа оборотов. Барабан имеет также ручное управление, позволяющее устанавливать его в нужное положение во время загрузки и разгрузки.
Данная установка имеет ряд недостатков, среди которых:
- невозможность закрепить неподвижно образец литейного кокса;
- невозможность определения прочности литейного кокса при воздействии на него ударных нагрузок от металлической части шихты;
- испытания проводятся в условиях комплексных нагрузок, среди которых удары, трение;
- ограниченная функциональность ввиду использования барабана одного типа-размера;
- невозможность регулирования величины действующей нагрузки;
- большие габариты;
- низкая износостойкость ввиду постоянного наличия трения кокса об угловые профили;
- высокая стоимость установки вследствие наличия большого количества элементов, среди которых есть элементы из дорогостоящих материалов.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является установка для определения прочности кокса на сбрасывание, описанная в [ГОСТ 28946-91 (ИСО 616-77)]. Установка представляет собой сложную конструкцию, состоящую из: стальной плиты; каркаса; вертикальных опор и направляющих ящика; ящика, который крепится над плитой; фиксаторов ящика; верхней плиты и противовеса. Ящик (длина 710 мм, ширина 460 мм, высота 380 мм) с помощью шкивов и тросов крепится над плитой так, чтобы расстояние между днищем ящика и поверхностью плиты было равно 1830 мм. Днище ящика состоит из двух створок с шарнирами вдоль длинной стороны и затвора. Створки могут быстро раскрываться, не препятствуя падению кокса. Борта ящика сделаны из листовой стали толщиной не менее 3 мм. Направляющие крепятся к боковым сторонам ящика и входят в зацепление с боковыми вертикальными опорами, которые скреплены с боковыми бортами плиты. Плита должна быть прочной.
Плита представляет собой стальной лист (длина 1220 мм, ширина 970 мм, толщина 13 мм) и имеет борта (высота 200 мм, толщина 10 мм), препятствующие потере кокса во время испытания. Жесткое крепление плиты осуществляется двумя способами: плита прочно крепится на бетонном фундаменте, а вертикальные опоры привариваются к ней, либо плита приподнята над полом и с помощью угольников (75×75×10 мм) приваривается/приклепывается к нижней части каркаса аппарата; боковые и задний бока привариваются/приклепываются к каркасу, а также к вертикальному отрезку угольника на обоих задних углах.
Главные вертикальные опоры каркаса крепятся к наружным частям боковых бортов плиты и верхней плите со шкивами. Вертикальные опоры могут быть двух типов: вертикальная опора Т-образного сечения (ширина 150 мм, ребро 60 мм), причем направляющие планки ящика двойные; вертикальная опора состоит из двух угольников (75×75 мм), расположенных на расстоянии 13 мм друг от друга так, что направляющая планка ящика может двигаться в пазу между двумя угольниками. Верхняя плита (ширина 150-200 мм, толщина 6 мм), на которой расположены два шкива, через которые протягиваются два проволочных троса, прикрепленных к направляющим у боковых опор, на которых подвешен ящик. К концам обоих тросов привязывается противовес, поэтому справа расположен двойной шарнир, а слева одинарный. Противовес представляет собой неподвижную гирю массой, равной массе ящика, и две снимаемые гири по 12,5 кг каждая, которые насаживаются на стержень, проходящий через центр неподвижной гири. Фиксаторы ящика, служащие для удерживания ящика в поднятом состоянии на высоте 1830 мм от плиты до днища и для предотвращения падения ящика на плиту, когда он опущен.
Данная конструкция имеет ряд недостатков, среди которых:
- невозможность закрепить неподвижно образец литейного кокса;
- невозможность определения прочности литейного кокса при воздействии на него ударных нагрузок от металлической части шихты;
- невозможность регулирования высоты падения;
- высокий риск износа подвижных элементов.
Задачей данного изобретения является создание установки для определения прочности литейного кокса в условиях загрузки металлической части шихты в вагранку, является моделирование условий падения металлической части шихты на литейный кокс при загрузке вагранки, которые позволяют определить зависимость степени разрушения литейного кокса от массы сбрасываемых грузов, высоты их сбрасывания, а также от свойств литейного кокса.
Поставленная задача достигается тем, что предлагается установка для определения прочности литейного кокса в условиях загрузки металлической части шихты в вагранку, состоящая из вертикальных опор, жестко закрепленных на стальной плите ящика, в который помещен литейный кокс.
Отличительными особенностями предлагаемой установки является то, что она имеет четыре вертикальных опоры; ящик, в котором помещен литейный кокс, находится в нижней части, и предназначен для жесткого крепления одного образца литейного кокса; ящик помещен в стальной короб, неподвижно закрепленный на вертикальных опорах; на верхней грани короба имеется отверстие, соединенное с цилиндрической направляющей, в которой с помощью лебедки и крепежного механизма сбрасывается груз; цилиндрическая направляющая имеет разрез по всей длине, позволяющий закреплять груз и регулировать высоту его падения; груз представляет собой набор металлических цилиндров с отверстием; необходимое количество цилиндров крепят на шпильку и фиксируют рем-гайкой, с помощью которой груз соединяется с крепежным механизмом, состоящим из крюка и стопорного элемента.
На фиг. 1 изображена установка для определения прочности литейного кокса в условиях загрузки металлической части шихты в вагранку.
На фиг. 2 изображена схема крепежного механизма.
На фиг. 3 изображены грузы.
На фиг. 4 изображен ящик.
Установка для определения прочности литейного кокса в условиях загрузки металлической части шихты в вагранку (фиг. 1) состоит из стальной рамы 1, собранной из уголков, соединенных неразъемно посредством сварки. В нижней части установки расположен ящик 2, предназначенный для крепления образца литейного кокса. Ящик устанавливается в стальной короб 3, на верхней грани которого имеется отверстие, соединенное с цилиндрической направляющей 4. Цилиндрическая направляющая представляет собой трубу, в которой с помощью лебедки 8, блоков 6 и крепежного механизма 9 сбрасывается груз 7 различной массы. Второй конец направляющей закреплен в верхней части рамы с помощью стального листа 5. Направляющая имеет разрез по всей длине, который позволяет свободно перемещать внутри нее разработанный крепежный механизм 9 (фиг. 2).
Крепежный механизм 9 включает крюк 10 и стопорное устройство 11, с помощью которого закрепляются грузы. С помощью механизма осуществляется сброс груза внутри цилиндрической направляющей 4.
Груз представляет собой набор металлических цилиндров 12 (фиг. 3). Необходимое количество цилиндров закрепляется на шпильке 13 (фиг. 3) и фиксируется в верхней части рем-гайкой 14 (фиг. 3). Через петлю рем-гайки 14 (фиг. 3) груз закрепляется в крепежном механизме 9 (фиг. 2). Варьируя количество закрепленных цилиндров можно изменять массу падающего груза.
Ящик для крепления литейного кокса 2 (фиг. 4) имеет четыре упора 15 (фиг. 4), позволяющих неподвижно зафиксировать образцы литейного кокса различной крупности.
Устройство установки позволяет определить зависимость разрушения литейного кокса от массы сбрасываемых грузов, высоты их сбрасывания и свойств литейного кокса.
Установка работает следующим образом.
В ящик 2 (фиг. 1) помещается образец литейного кокса. Далее, с помощью лебедки 8 (фиг. 1), груз 7 (фиг. 1) необходимой массы поднимается по цилиндрической направляющей 4 (фиг. 1) на высоту, определенную условиями испытаний. С помощью крепежного механизма 9 (фиг. 2) груз отсоединяется и падает на образец. После чего проводится оценка разрушения образца литейного кокса.
Разработанная система крепления обеспечивает свободное падение груза, которое имитирует падение металлической части шихты при загрузке вагранки.
Наличие стальной рамы 1 (фиг. 1) придает установке жесткость и обеспечивает долговечное использование данного изобретения.
Выдвижной металлический ящик 2 (фиг. 1) обеспечивает удобство крепления и извлечения образца литейного кокса, а также препятствует потерям мелких частиц и пыли после разрушения.
Лебедка 8 позволяет регулировать высоту груза.
Цилиндры 12 (фиг. 3), используемые в установке позволяют изменять общую массу груза при проведении испытаний.
Предлагаемая установка для определения прочности литейного кокса в условиях загрузки металлической части шихты в вагранку позволяет моделировать условия падения металлической части шихты на литейный кокс при загрузке вагранки, которые позволяют определить зависимость степени разрушения литейного кокса от массы сбрасываемых грузов, высоты их сбрасывания, а также от свойств литейного кокса.