ПЕРФОРАТОР ДЛЯ ВСКРЫТИЯ ЛЕТОК МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ АГРЕГАТОВ

Полезная модель принадлежит к отрасли металлургии и может быть использована для бурения чугунных леток доменных печей.
Известно очень много разных конструкций машин для вскрытия чугунных леток доменных печей, которые используют разные технологии открывания отверстия в летке.
Известны применяемые для вскрытия чугунных леток молотки (например, молоток Костина), где разрушающий инструмент выполнен в виде заостренной пики, а ударный механизм имеет пневматический привод. Недостаток молотка - низкая частота ударов и, как следствие, разрушение футляра чугунной летки. Поворот молотка к летке осуществляется вручную.
Известен также рабочий инструмент бур-лом, который предназначен для вскрытия чугунной летки с помощью пневматического молотка ударного типа (Красавцев Н.И., Остроухов М.Я, Работа мастера современной доменной печи - М. Металлургиздат, 1949 г. с. 213-219).
Недостатком известного устройства является то, что вскрытие длинной чугунной летки современной доменной печи выполняется в два этапа. Сначала необходимо рассверлить огнеупорную массу леточного канала до твердой застывшей чугунной корки, которая образуется у отверстия летки во внутренней части, а затем ударами с помощью бура-лома разрушить ее. При этом удар разрушает не только застывшую корку, но и огнеупорную массу канала летки. Вскрытие чугунной летки в два этапа увеличивает время и расходы.
Известен ряд устройств, направленных на преодоление указанных выше недостатков, основное внимание в которых уделялось усовершенствованию непосредственно бурового инструмента, что уменьшало его износ и приводило к сокращению времени вскрытия летки доменной печи (UA № 51166 А от 15.11.2002, UA №25567 U от 10.08.2007). Известный снаряд для бурения летки доменной печи содержит полый корпус с режущим элементом, переходник между корпусом и бурильными трубами и расширитель-центратор (UA № 86437 от 27. 04. 2009). Режущий элемент выполнен в виде венца твердосплавных резцов, насаженных на свободный конец полого корпуса, который содержит кернер, размещенный между режущим элементом и расширителем-центратором, и дополнительный кернер, размещенный в расширителе-центраторе, оснащенном резцами со стороны режущего элемента.
Известен ряд специальных технологий раскрытия чугунных леток доменных печей. Известный способ раскрытия летки доменной печи базируется на использовании вставленного в отверстие летки, перед окончательным затвердением леточной массы, металлического стержня (UA № 36328 U, от 27.10.2008). Способ включает формирование леточного канала для выпуска чугуна путем удаления металлического стержня из леточной массы. При этом предварительно высверливают металлический стержень в направлении расплава чугуна колонковым инструментом до момента контакта с чугунной коркой, после чего бурение прекращают, а удаление металлического стержня осуществляют при вытягивании колонкового инструмента.
Известна технология вскрытия чугунной летки, которая базируется на прожигании кислородом застывшей корки, в частности SU 1033547 от 07.08.83. Известная машина содержит колонну с поворотной консолью, которая несет каретку с рабочим инструментом и приводами его горизонтального и вертикального перемещения и привод вращения с редуктором. С целью облегчения условий труда за счет механизации процесса и безопасности работы при прожигании корки летки, выходной вал редуктора привода вращения выполнен полым и снабжен двумя парами роликов.
Известны машины для вскрытия леток доменных печей, которые используют стреляющие перфораторы. Недостатком таких перфораторов является то, что для их перезарядки необходимо полностью снимать корпус, а после перезарядки опять его устанавливать. Процесс перезарядки известных перфораторов является трудоемким и длительным. Эти недостатки частично устранены в известном стреляющем перфораторе для вскрытия выпускных леток мартеновских, отражательных и других плавильных печей (SU 466278 от 05.04.75). Перфоратор содержит корпус, ствол с замком с ударно спусковым механизмом, гильзу и снаряд. Для уменьшения времени перезарядки в замковой части установлен секторный съемный клин с вмонтированным в него стаканом, закрепленным в корпусе замка.
Однако, при применении новых высокопрочных леточных масс на смоляной основе, известные конструкции машин не отвечают необходимым требованиям. Современные леточные массы характеризуются повышенной прочностью, поэтому для получения калиброванного и прямолинейного канала летки, которая вскрывается, необходимо применять специальный буровой инструмент, что приводит к значительным расходам. Кроме того, инструмент и буровую штангу нужно время от времени охлаждать, что усложняет конструкцию машин вскрытия, которые должны дополнительно снабжаться соответствующим оборудованием. При применении электромеханического привода инструмента бурения на существующих машинах продув штанги отсутствует, а снабжение штанги указанным оборудованием продувки вызывает ряд технических трудностей подведения охлаждающего вещества.
В основном механизмы бура и перфораторы выходят из строя не через срабатывание сопряженных деталей и узлов, а через частое попадание жидкого чугуна и шлака на перфоратор и его перегрев от пребывания около накаленной летки и жидкого чугуна. Поэтому низкая себестоимость применяемого бурового инструмента является одним из требований к перфораторам.
Известны перфораторы с независимым вращениям бурового инструмента, что используются в горной промышленности для бурения скважин и шпуров (например, SU 983266, SU № 916752, RU №  2015319).
Наиболее близким аналогом заявленной полезной модели является перфоратор, известный из RU  № 2015319 от 30.06.1994,  который содержит корпус, выполненный в виде цилиндра, размещенный в корпусе поршень-ударник со штоком, хвостовик, соединенный с помощью вала с приводом вращения бурового инструмента. Привод вращения бурового инструмента и привод поршня-ударника выполнены пневматическими. В цилиндре выполнен соединенный с атмосферой дроссельный разгрузочный канал. Задняя кромка дроссельного канала размещена на расстоянии от задней кромки выхлопного канала равном ширине рабочей части поршня-ударника. Полость дроссельного канала сообщается с камерой обратного хода. При прямом ходе поршня-ударника за счет дросселирования воздуха в атмосферу из камеры обратного хода происходит уменьшение сопротивления движению поршня-ударника, в результате чего повышается энергия единичного удара.
Недостатками такого перфоратора (и других перфораторов с пневматическим приводом) являются:
- недостаточная частота вращения и крутящий момент;
- перфоратор с независимым вращением можно назвать условно. Действительно же отдельное вращение без удара долго работать не может, так как масло на подшипники шпинделя поступает с воздухом, который подается на поршень-ударник. В шпинделе установлены подшипники скольжения и во время работы без подачи масла они заклинивают.
В основу полезной модели поставлена задача повышения надежности работы бурового инструмента в условиях доменного цеха и снижения его себестоимости, не теряя при этом эффективность
Поставленная задача решается тем, что в перфораторе для вскрытия летки доменной печи, включающем привод, корпус, в котором размещено устройство для закрепления бурового инструмента, поршень-ударник, в соответствии с заявленной полезной моделью, устройство для закрепления бурового инструмента представляет собой шпиндель с хвостовиком, который удерживается в радиально упорных подшипниках, в корпусе с помощью штифтов установлена гильза, внутри которой расположен поршень- ударник, как привод применен комбинированный привод, выполненный с возможностью приведения в действие поршня-ударника с помощью пневматического привода, а вращение хвостовика - с помощью гидравлического привода, в осевом отверстии поршня-ударника проходит вал, который соединен промежуточным валом с гидромотором, направляющая для вала выполнена в виде шайбы, а рабочая полость перфоратора выполнена герметичной.
Предложенная полезная модель объясняется чертежом, где на фигуре обозначены позициями:
1 - хвостовик;
2 - радиально-упорные подшипники;
3 - корпус перфоратора;
4 - поршень-ударник;
5 - вал;
6 - промежуточный вал;
7 - гидромотор;
8 - гильза;
9 - штифт;
10 - вставка;
11 - шайба;
12 - штифт;
13 - уплотнение.
Перфоратор состоит из корпуса 3, в котором закреплена гильза 8 с помощью штифта 9. Внутри гильзы 8 под воздействием сжатого воздуха перемещается поршень-ударник 4, передняя часть которого двигается по внутреннему отверстию направляющей вставки 10. В осевом отверстии поршня-ударника 4 проходить вал 5, который соединен с промежуточным валом 6 и передает вращение от гидромотора 7 с помощью планетарного редуктора (не показан) к хвостовику 1 перфоратора для вращения бурового инструмента. Хвостовик 1 установлен в радиально упорных подшипниках 2. Направляющей для вала служит шайба 11, которая закреплена в корпусе 3 перфоратора с помощью штифтов 9, 12. Изоляция рабочей полости осуществляется с помощью уплотнения 13.
Работает перфоратор следующим образом. Для раскрытия летки металлургического агрегата (например, доменной печи) машина для вскрытия летки доменной печи, с установленным на ней перфоратором, из исходного положения перемещается по направляющим в рабочую зону.
Около нужной летки машина автоматически останавливается и сообщается с осью летки, после чего включается перфоратор. Вращательный момент от гидромотора 7 через промежуточный вал 6 и через планетарный редуктор (не показан) передается на вал 5, который в свою очередь вращает хвостовик 1, к которому крепится буровой инструмент (на фигуре не показана) перфоратора для вскрытия летки. При перемещении поршень-ударник 4 осуществляет по хвостовику удар, который передается на буровой инструмент 1. Таким образом, привод вращения бурового инструмента и привод поршня-ударника перфоратора разделены и могут включаться независимо один от другого.
Отличительной особенностью данного перфоратора является то, что привод поршня-ударника является высокочастотным (2220 уд/мин.), что позволяет эффективно вскрывать летку, и не повреждает футляр чугунной летки.
В основу полезной модели положена технология двухстадийного бурения, которая заключается в следующем. На первой стадии канал летки вскрывают безударним бурением - сверлением, до контакта с застывшей чугунной коркой, где леточная масса имеет высокую прочность благодаря близкому расположению к расплавленному чугуну, а конец чугунной летки - корку вскрывают с помощью ударно-вращательного бурения, при этом канал летки продувают сжатым инертным газом на обеих стадиях. Длина канала летки, которую вскрывают сверлением, составляет приблизительно 70-90% от общей длины летки.
Такая технология позволяет значительно увеличить срок службы футляра чугунной летки за счет уменьшения времени ударного действия со стороны перфоратора.  Это также дает возможность продлить срок службы машины в целом благодаря существенному уменьшению времени, в течение которого она находится под действием динамических нагрузок. Основными отличиями предложенного перфоратора является то, что в перфораторе применяется комбинированный привод приведения его в действие, поршень-ударник с пневматическим приводом, а для вращения хвостовика 1, к которому крепится буровой инструмент, применен гидравлический привод.
Для вращения бурового инструмента могут быть применены следующие приводы:
- высокооборотный мотор с редуктором;
- низкооборотный мотор без редуктора.
Преимущества предложенного перфоратора заключаются в высоком крутящем моменте на буровом инструменте, что позволяет вскрывать летку без применения поршня-ударника и обеспечить стабильный процесс бурения, а также в том, что поршень-ударник с высокой частотой удара и относительно небольшой энергией удара может включаться независимо от привода вращения, во время работы практически не разрушает футеровку печи. При этом работа поршня-ударника и привода вращения независимы один от другого. Поршень-ударник имеет простую конструкцию и содержит минимальное количество деталей, что обеспечивает простоту и надежность конструкции перфоратора. Надежность перфоратора, достаточная сила удара, длительный межремонтный ресурс и относительная дешевизна конструкции, выгодно отличает заявленный перфоратор от аналогов. В сравнении с перфораторами зарубежных фирм-изготовителей заявленный перфоратор дешевле в 7-10 раз. Малые габариты заявленного перфоратора отвечают жестким требованиям конструкции литейного двора доменной печи.