НАКЛОНЯЕМЫЙ КОНВЕРТЕР
INCLINED CONVERTER

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к наклоняемому кислородному конвертеру, содержащему систему подвески корпуса конвертера, соединяющую указанный корпус с опорным кольцом.
Уровень техники
Основным назначением кислородного конвертера является переработка чугуна, изготовленного в печи, в необработанную жидкую сталь, которая может быть далее переработана в цехе производства вторичной стали.
Основными функциями кислородного конвертера, также известного как B.O.F. (основной кислородный конвертер), являются обезуглероживание и удаление фосфора из чугуна, а также достижение оптимальной температуры стали, чтобы дальнейшая обработка стали перед разливкой могла осуществляться с минимальным подогревом или охлаждением стали.
Экзотермические окислительные реакции, протекающие в конвертере, производят большое количество тепловой энергии, больше, чем необходимо для достижения установленной температуры стали. Эту дополнительную тепловую энергию используют для расплавления лома и(или) добавок черных металлов. Конвертер B.O.F. является по существу печью, которая подвержена высокому тепловому расширению.
Конвертер содержит корпус, образующий реакционную камеру по существу цилиндрической формы, который поддерживается опорным кольцом, расположенным вокруг корпуса и на расстоянии от него, и имеет две расположенные диаметрально противоположно опорные цапфы; при этом вся конструкция опирается на две опоры, закрепленные на земле. Устройство управления поворотом корпуса установлено на одной из двух опорных цапф.
Из уровня техники известен кислородный конвертер, описанный в документе WO 2008/092488 A1. Корпус данного конвертера поддерживают внешнее опорное кольцо и нескольких элементов подвески, соединяющих корпус с опорным кольцом, элементы подвески прикреплены на первых концах к краю корпуса и на вторых концах к опорному кольцу.
Первые элементы подвески образованы пакетами пластин, которые распределены под опорным кольцом с учетом того, что конвертер находится в вертикальном положении, а его загрузочная горловина направлена вверх. Один край пакета пластин закреплен на нижней поверхности опорного кольца; другой край пакета пластин прикреплен к нижней части корпуса, имеющей форму усеченного конуса В данном положении пакеты пластин наклонены под углом приблизительно 20-25° относительно соответствующей вертикальной плоскости, содержащей продольную ось, образованную конвертером.
Вторые элементы подвески представляют собой качающиеся стержни, которые шарнирно соединены одним концом с опорным кольцом и другим концом с корпусом. С учетом того что конвертер находится в вертикальном положении и его загрузочная горловина направлена вверх, качающиеся стержни расположены горизонтально на двух опорных цапфах над и под опорным кольцом.
Применение пакетов пластин, изготовленных и установленных описанным выше способом, невыгодно по причине создания чрезмерных нагрузок на точки крепления пластин к опорному кольцу и корпусу конвертера. В частности, такие пакеты пластин имеют жесткую конструкцию в поперечном направлении и не обеспечивают изгибов и скручивания пластин и, следовательно, не обеспечивают перераспределения напряжения при повороте конвертера на 90° из вертикального положения для выполнения этапа выпуска плавки.
Кроме того, разное тепловое расширение корпуса и опорного кольца создает высокие концентрированные нагрузки в точках крепления пластин по причине того, что крепление пластин на корпусе стремится к смещению, поскольку расширение корпуса больше, в то время как крепление пластин на опорном кольце останется на месте, поскольку расширение опорного кольца меньше.
Также из уровня техники известен другой кислородный конвертер, близкий к раскрытому в документе WO 2008/092488 A1 (Фиг.1а), который описан в документе US 2012/0223107 А1 (Фиг.3).
Дополнительный пример кислородного конвертера известен из документа GB 2492735. В данном устройстве конвертер или корпус конвертера скреплен с опорным кольцом посредством нескольких соединительных элементов и каждый соединительный элемент жестко скреплен своими противоположными концами к нижней части опорного кольца с одного конца и к конвертеру с другого конца. Каждый соединительный элемент содержит ровно одну пластину, которая заслонена от конвертера посредством защитного элемента, который соединен с противоположных концов с конвертером и с опорным кольцом, но только один из этих концов жестко соединен с опорным кольцом или с конвертером. Таким образом, указанный защитный элемент как таковой не выполняет опорную функцию. Каждая пластина образует горизонтальную плоскость, которая четко отделена от горизонтальной плоскости соседней пластины; каждая пластина расположена на расстоянии от соседних пластин и закреплена в области конвертера на угловом расстоянии от крепежных областей соседних пластин. Кроме того, каждая пластина имеет соответствующие отдельные крепежные опоры. В случае даже если это решение позволяет немного снизить концентрированные нагрузки на точки крепления пластин, тем не менее существует необходимость в изготовлении кислородного конвертера, который позволяет лучше устранить вышеуказанные недостатки.
Центрирование между корпусом и опорным кольцом также важно для обеспечения соответствующего допуска деформаций или теплового расширения корпуса, вызванных высокими температурами во время процесса доводки плавки.
Раскрытие изобретения
Основной целью данного изобретения является создание альтернативного решения кислородного конвертера, имеющего систему подвески корпуса, соединяющую указанный корпус с опорным кольцом, который позволяет больше снизить высококонцентрированные нагрузки на точках крепления элементов подвески к опорному кольцу и корпусу конвертера.
Другой целью изобретения является создание кислородного конвертера, в котором система подвески корпуса выполнена с возможностью адаптации к различным рабочим положениям корпуса, даже к наиболее трудным, которые имеют место, например, во время поворота корпуса, без чрезмерных нагрузок и обеспечивая поглощение создаваемых напряжений.
Еще одной целью изобретения является создание кислородного конвертера с системой подвески корпуса, которая не требует технического обслуживания, что позволит избежать регулярных и дополнительных вмешательств в устройство, а также замены частей, подверженных износу.
Таким образом, данное изобретение предлагает решения для достижения вышеуказанных целей путем создания конвертера, устанавливаемого под углом, который содержит:
корпус, определяющий продольную ось X и имеющий дно;
опорное кольцо, имеющее общую ось с корпусом и установленное на расстоянии от указанного корпуса; причем опорное кольцо имеет две диаметрально противоположных опорных цапфы, определяющие ось Y, перпендикулярную оси X, и обеспечивающие поворот конвертера вокруг указанной оси Y;
систему подвески, соединяющую корпус с опорным кольцом и содержащую группы первых механизмов подвески; при этом эти группы являются по существу равноудаленными друг от друга по цилиндрической боковой поверхности, совпадающей с осью X, и расположены между опорным кольцом и дном;
при этом каждый из первых механизмов подвески содержит несколько продольных гибких элементов, жестко прикрепленных с противоположных концов к конвертеру и к опорному кольцу соответственно, причем каждый продольный гибкий элемент расположен рядом со следующим, задавая одну горизонтальную плоскость для каждого первого механизма подвески из каждой группы и зазор, образованный между одним продольным гибким элементом и следующим одним из механизмов подвески каждой группы.
Предпочтительно каждый первый механизм подвески или вертикальный механизм подвески с учетом того, что горловина конвертера направлена вверх, содержит нескольких продольных гибких элементов, расположенных близко друг к другу и взаимодействующих друг с другом, поглощая и перераспределяя нагрузки. Заданный зазор, образованный между гибкими элементами, имеет предпочтительно одинаковый размер для всех элементов. Продольные гибкие элементы выполнены с возможностью работы при изгибах и скручивании, когда конвертер поворачивают на 90° на этапе выпуска плавки (горизонтальное положение) из вертикального положения, в котором загрузочная горловина направлена вверх (вертикальное положение).
В соответствии с вариантом реализации изобретения первые устройства подвески расположены параллельно оси X, т.е. расположены вертикально, таким образом обеспечивая больший воздушный поток между устройствами подвески и корпусом для лучшего охлаждения корпуса.
В соответствии с другим вариантом изобретения первые устройства подвески наклонены относительно оси X предпочтительно под углом приблизительно 10-20° таким образом, чтобы система подвески обеспечивала самоцентрирование корпуса.
Вертикальная система подвески конвертера по данному изобретению имеет следующие преимущества:
- обеспечивает перераспределение напряжения во время поворота B.O.F. на 90° на этапе выпуска плавки (горизонтальное положение), позволяя избежать чрезмерных нагрузок, сосредоточенных в точках крепления первых устройств подвески к опорному кольцу и корпусу B.O.F.;
- обеспечивает легкое поглощение теплового расширения корпуса относительно опорного кольца;
- эффективно поглощает вибрации, создаваемые во время подачи кислорода в корпус;
- эффективно поглощает силы, создаваемые инерцией корпуса в начале и завершении поворота корпуса;
- не требует технического обслуживания по сравнению с традиционными системами, которые используют шарнирные соединения и цапфы, подверженные износу, что сокращает время, затрачиваемое на техническое обслуживание и вынужденный простой завода;
- обеспечивает центрирование корпуса относительно опорного кольца с высокой точностью при любых наклонах;
- применима для конвертеров любых размеров.
Превосходное центрирование между корпусом и опорным кольцом делает возможным тепловое расширение корпуса, вызываемое высокими температурами во время процесса конверсии.
Еще одно преимущество состоит в том, что все устройство конвертера, включая выступы, выполнено вписанным в окружность, радиус которой определен требованиями схемы расположения завода, содержащего конвертер.
В зависимых пунктах формулы описаны предпочтительные варианты реализации данного изобретения.
Краткое описание чертежей
Дополнительные признаки и преимущества данного изобретения выражены в подробном описании предпочтительного, но не исключительного варианта реализации кислородного конвертера, описанного в качестве неограничивающего примера со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:
на фиг.1 изображен вид сверху конвертера в соответствии с изобретением;
на фиг.2 и 2а - сечение вдоль плоскости В-В двух вариантов реализации конвертера по фиг.1;
на фиг.3 - частичный вид сбоку конвертера, изображенного на фиг.2;
на фиг.4 представлен частичный вид сбоку конвертера по фиг.1;
на фиг.5 представлен вид первого варианта части конвертера в соответствии с изобретением;
на фиг.6 - вид второго варианта части конвертера, изображенной на фиг.5;
на фиг.7 -вид третьего варианта части конвертера, изображенной на фиг.5;
Одинаковые ссылочные позиции на фигурах обозначают одинаковые элементы.
Осуществление изобретения
На фигурах представлены предпочтительные варианты реализации кислородного конвертера, обозначенного позицией 1.
Конвертер 1 содержит:
- корпус, или сосуд, 2, задающий ось X и имеющий загрузочную горловину 4 для лома и жидкого чугуна и боковое спускное отверстие (не показано) для жидкой стали, получаемой по завершении процесса переработки;
- опорное кольцо 3 для поддержки корпуса 2, которое установлено на одной оси с корпусом 2 и удалено от него на определенное расстояние;
- две опорных цапфы или наклоняемые цапфы 6, известные как опорные ролики опорного кольца 3, расположенные диаметрально противоположно друг другу и задающие ось Y, перпендикулярную оси X, причем по меньшей мере одна из опорных цапф 6 соединена с механизмом поворота (не показан);
- система подвески, соединяющая корпус 2 с опорным кольцом 3, которая также выполняет функцию центрирования корпуса относительно опорного кольца.
Плоскость Y-Z, которая может быть рассмотрена как «экваториальная» плоскость конвертера, и плоскость X-Z, перпендикулярные плоскости X-Y, могут быть установлены путем определения оси Z как оси, перпендикулярной плоскости X-Y, проходящей через точку пересечения осей X и Y.
Корпус 2 содержит центральную цилиндрическую область 20 и две области 21, 22, имеющие форму усеченного конуса, причем каждая из этих областей расположена сбоку от центральной цилиндрической области. Первая область 21, имеющая форму усеченного конуса, объединена на крае с центральной цилиндрической областью 20, в то время как другой ее край содержит загрузочную горловину 4 корпуса. Как правило, боковое спускное отверстие расположено в первой области 21, имеющей форму усеченного конуса. Вторая область 22, имеющая форму усеченного конуса, объединена на крае с центральной цилиндрической областью 20 на противоположной стороне от первой области 21, имеющей форму усеченного конуса, в то время как на другом крае вторая область 22 содержит дно 2′ корпуса 2.
Опорное кольцо 3, расположенное на центральной области 20 корпуса 2, является полым и предпочтительно имеет прямоугольное поперечное сечение. Опорное кольцо 3 имеет поверхность 10, направленную к части корпуса, содержащей загрузочную горловину 4; поверхность 11, находящуюся с противоположной стороны от поверхности 10 и направленную к части корпуса 2, содержащей дно 2′; внутреннюю поверхность, направленную к центральной части корпуса; и внешнюю поверхность, находящуюся с противоположной стороны от внутренней поверхности.
На фиг.1-4 представлен конвертер по предпочтительному варианту реализации в вертикальном положении, при котором загрузочная горловина 4 направлена вверх, содержащий:
- пару горизонтальных устройств 8 подвески, каждое из которых расположено на соответствующей опорной цапфе 6 и поперечно плоскости X-Y;
- группы 12 вертикальных устройств 7 подвески, причем группы 12 расположены по существу равноудаленно друг от друга на цилиндрической боковой поверхности, соосной с осью X, в промежуточном положении между опорным кольцом 3 и дном 2′.
В примере, показанном на фигурах, представлены четыре группы 12 вертикальных устройств 7 подвески и каждое горизонтальное устройство 8 подвески расположено между двумя соответствующими группами 12 устройств 7 подвески, при этом каждая группа 12 образована двумя устройствами 7 подвески. В других примерах реализации изобретения каждая группа 12 может быть образована тремя или более устройствами 7 подвески.
Четыре группы 12 устройств 7 подвески расположены на одинаковом угловом расстоянии (90°) между одной группой и следующей группой так, чтобы достичь сбалансированного распределения нагрузок на каждую группу 12 устройств подвески. Группы 12 устройств 7 подвески расположены симметрично относительно плоскости X-Z и плоскости X-Y.
Предпочтительно каждое устройство 7 подвески каждой группы 12 содержит несколько продольных гибких элементов, жестко соединенных на своих противоположных концах с корпусом 2 и опорным кольцом 3 соответственно, причем каждый из продольных гибких элементов расположен рядом со следующим, определяя горизонтальную плоскость соответствующего первого устройства подвески и зазор, образованный между одним продольным гибким элементом и следующим.
В частности, каждый продольный гибкий элемент расположен рядом со следующим, таким образом определяя одну горизонтальную плоскость для каждого из первых устройств 7 подвески каждой группы 12, и зазор обеспечен между одним продольным гибким элементом и следующим в каждом устройстве 7 подвески каждой группы 12.
Более подробно, в каждой группе 12 устройств 7 подвески одна горизонтальная плоскость, определяемая несколькими продольными гибкими элементами одного устройства подвески из первых устройств 7 подвески, отличается от одной горизонтальной плоскости, определяемой несколькими продольными гибкими элементами другого устройства подвески первых устройств 7 подвески.
В первом варианте реализации (фиг.2) устройства 7 подвески расположены параллельно оси X и по касательной к цилиндрической боковой поверхности и также продольные гибкие элементы 29 определяют продольную ось, параллельную оси X.
Такое выполнение обеспечивает больший воздушный поток в пространстве между устройствами 7 подвески и корпусом 2 и, таким образом, также в пространстве между корпусом 2 и опорным кольцом 3. Воздушный поток, проходящий через устройства 7 подвески посредством соответствующих продольных каналов, показан на фиг.2.
По другому варианту (фиг.2а) устройства 7 подвески наклонены относительно оси X, а продольные гибкие элементы 29 также определяют продольную ось, наклоненную относительно оси X. Угол наклона относительно оси X предпочтительно равен значению от 10° до 20°.
Каждое устройство 7 подвески закреплено на первом конце к корпусу 2 и на втором конце к опорному кольцу 3 посредством фиксации на соответствующих крепежных опорах 13, 14, например скобах, с помощью крепежных средств, например винтов, или других аналогичных средств. В частности, все продольные гибкие элементы 29 каждого из первых устройств 7 подвески вместе жестко прикреплены с помощью первой крепежной опоры 13 к опорному кольцу 3, а с помощью второй крепежной опоры 14 - к корпусу 2.
Предпочтительно для крепления концов устройств 7 подвески каждой группы 12 может служить одна крепежная опора 13 и только одна крепежная опора 14.
В частности, крепежная опора 13 выполнена за одно целое с поверхностью 11 опорного кольца 3, направленной в сторону дна 2′ корпуса; причем крепежная опора 14 выполнена за одно целое либо с областью 22, имеющей форму усеченного конуса, либо с областью 22, имеющей форму усеченного конуса, и дном 2′ корпуса 2. В последнем случае дно 2′, имеющее закрытую круглую форму, обладает большей жесткостью, что исключает необходимость в усилении цилиндрической области корпуса.
По первому варианту реализации изобретения, показанному на фиг.3 и 5, зазоры между продольными гибкими элементами 29 образованы посредством соответствующих продольных пазов 15, проходящих через плоскую плиту, образованной соединением продольных гибких элементов 29, расположенных рядом друг с другом. Каждый устройство 7 подвески представляет плоскую плиту прямоугольной формы с прямоугольным поперечным сечением. Продольные пазы 15 расположены в центральной области 16 плоской плиты в середине между краями 17, закрепленными, например, с помощью сквозных винтов к крепежным опорам 13, 14.
Каждая плоская плита имеет круглое отверстие 18 на каждом конце продольных пазов 15. Круглые отверстия 18 сообщаются с соответствующими концами продольного паза 15 и предпочтительно имеют диаметр «d», значение которого по крайней мере в десять раз больше ширины «s» продольных пазов 15. Предпочтительно ширина «s» равна значению от 1 до 5 мм, например 2 мм, и диаметр «d» равен значению от 10 до 40 мм, например 30 мм. Указанные круглые отверстия на концах, изготовленные с помощью металлорежущего станка, устраняют концевые напряжения пазов благодаря напряжениям, создаваемым на подвесках.
Во втором варианте реализации изобретения, показанном на фиг.6, зазор 15′ между одним продольным гибким элементом 19 и следующими гибкими элементами проходит через всю продольную поверхность продольных гибких элементов 19.
Продольные гибкие элементы 19 являются плоскими и имеют прямоугольное поперечное сечение. Концы 23 каждого продольного элемента 19 прикреплены, например, с помощью сквозных винтов к крепежным опорам 13, 14. В частности, все продольные гибкие элементы 19 каждого из первых устройств 7 подвески вместе жестко прикреплены с помощью первой крепежной опоры 13 к опорному кольцу 3 и с помощью второй крепежной опоры 14 - к корпусу 2.
Предпочтительно данное решение является менее затратным, поскольку оно позволяет использовать серийные прокатные изделия, не требует дополнительной механической обработки, при этом может быть применена сталь с высокими механическими свойствами.
По третьему варианту (показан не полностью) аналогично второму варианту зазор 15′ между одним продольным гибким элементом 19′ (фиг.7) и следующими гибкими элементами проходит вдоль всей протяженности продольных гибких элементов 19′.
В данном варианте продольные элементы 19′ имеют плоские края 30 с прямоугольным поперечным сечением и центральную часть 31 с круглым поперечным сечением. Диаметр центральной части 31 больше ширины продольных элементов у краев 30. Края 30 каждого продольного элемента 19 прикреплены, например, с помощью сквозных винтов к крепежным опорам 13, 14. В частности, все продольные гибкие элементы 19 каждого из первых устройств 7 подвески вместе жестко прикреплены с помощью первой крепежной опоры 13 к опорному кольцу 3, а с помощью второй крепежной опоры 14 - к корпусу 2.
Данное решение аналогично предыдущему, однако каждый продольный элемент изготовлен из прокатного стержня вместо элемента с прямоугольным поперечным сечением.
Горизонтальные устройства 8 подвески расположены параллельно плоскости Y-Z, перпендикулярно оси X и симметрично относительно плоскости X-Z. Устройства 8 подвески пересекают плоскость X-Y и расположены около поверхности 10 и/или поверхности 11 опорного кольца 3.
В первом предпочтительном варианте изобретения устройства 8 подвески расположены на первой стороне плоскости Y-Z, то есть под плоскостью Y-Z и опорным кольцом 3, когда конвертер находится в вертикальном положении (фиг.4). В данном случае устройства 8 подвески предпочтительно расположены ближе к центру тяжести конвертера для поддержания нагрузки, когда конвертер находится в горизонтальном положении (положение выпуска плавки).
Во втором варианте (не показан) устройства 8 подвески расположены на второй стороне плоскости Y-Z, то есть над плоскостью Y-Z и опорным кольцом 3. В третьем варианте (не показан) применены две пары горизонтальных устройств 8 подвески, первая пара расположена на первой стороне плоскости Y-Z, и вторая пара расположена на второй стороне плоскости Y-Z.
Две опорные цапфы 6 могут быть приведены в движение по крайней мере одним механизмом поворота, обеспечивая поворот конвертера вокруг оси Y.
Как правило, конвертер переходит из первого положения, в котором он находится в вертикальном положении с загрузочной горловиной 4, направленной вверх (фиг.2), во второе положение, наклоненное приблизительно на 30° относительно вертикали 40, посредством поворота до известной степени опорных цапф 6. Во втором положении происходит загрузка жидкого чугуна и лома через загрузочную горловину 4.
После загрузки конвертер возвращают в первое положение, показанное на фиг.2. Посредством одной или нескольких фурм, введенных в корпус через горловину 4, происходит подача кислорода в течение заданного периода времени таким образом, чтобы значительно снизить содержание углерода, а также уменьшить концентрацию примесей, таких как сера и фосфор.
При завершении конверсии в жидкую нерафинированную сталь конвертер переходит из первого положения, показанного на фиг.2, в третье положение, наклоненное на приблизительно 90° относительно вертикали, посредством поворота до указанной известной степени опорных цапф 6. В третьем положении осуществляют выпуск жидкой стали через спускное отверстие в корпусе конвертера.
Во всех вариантах, изображенных на фигурах, нагрузка, определенная общим весом корпуса 2, жидкого чугуна и лома, направлена на землю с помощью опорного кольца 3, вертикальных устройств 7 подвески, горизонтальных устройств 8 подвески, наклоняемых цапф 6 и соответствующих опор.
В частности, устройства 7 подвески и устройства 8 подвески поглощают вес при любом наклоне корпуса 2.
Устройства 7 подвески выступают исключительно в качестве соединительных тяг при угле наклона конвертера относительно вертикали, равном 0°, в то же время они выступают в качестве распорок при угле наклона, равном 180°, и последовательно вместе выступают в качестве как соединительных тяг, так и распорок при различных углах от 0° до 180°.
Положение при угле наклона, равном 180°, когда загрузочная горловина 4 направлена вниз, предназначено для чистки корпуса после его опорожнения.
Устройства 8 подвески обеспечивают оптимальную опору, устойчивость и жесткость корпуса. Основной целью устройств 8 подвески является поддержка веса корпуса в направлении, пересекающем ось Y, при наклоне корпуса на 90° (положение выпуска плавки) и поддержка компонента нагрузки, перпендикулярного оси X конвертера во всех других случаях.
В основном, таким образом, нагрузка устройств 7 подвески постепенно переходит от максимального значения, когда конвертер находится в вертикальном положении, к минимальному значению, когда конвертер находится в горизонтальном положении, в то время как нагрузка на устройства 8 подвески постепенно переходит от уровня, практически равного нулю, к максимальному значению по мере перехода конвертера из горизонтального положения в вертикальное.
Вращающие моменты, возникающие при повороте конвертера вокруг оси Y, могут быть полностью поглощены устройствами 7, 8 подвески.
Различные типы горизонтальных устройств 8 подвески, известные из уровня техники, могут быть применены в конвертере в соответствии с данным изобретением.
Первый пример устройства 8 подвески, описанный в документе WO 9525818, представляет собой первую конструкцию, приваренную к корпусу 2, и вторую Т-образную конструкцию, прикрепленную болтами к опорному кольцу 3. Прокладка, которая позволяет регулировать две конструкции на этапе монтажа, установлена на границе конструкции, приваренной к корпусу, и Т-образной конструкции, прикрепленной к кольцу.
Второй пример устройства 8 подвески, описанный в документе US 3653648, представляет собой первый анкер, закрепленный к корпусу 2, и второй анкер, прикрепленный непосредственно к опорному кольцу 3. Клинообразная прокладка, закрепляемая с помощью винтов на этапе монтажа конвертера, установлена на границе между двумя анкерами, обеспечивая регулировку устройства подвески исключительно на этапе монтажа конвертера.