Методика расчета теплового воздействия на канат литейного крана при проведении экспертизы промышленной безопасности

Method of calculation of thermal impact on a rope of the foundry crane at expertize of

industrial safety

Kuzminov A.1, Golubev A.2, Zelenkov N.3, Glazunov A.4

Методика расчета теплового воздействия на канат литейного крана при проведении

экспертизы промышленной безопасности Кузьминов А. Л.1, Голубев А. В.2, Зеленков Н. Н.3, Глазунов А. Е.4 (Российская

Федерация)

1 Кузьминов Александр Леонидович / Kuzminov Aleksandr - доктор технических наук,

генеральный директор;

2Голубев Александр Викторович / Golubev Aleksandr - технический директор,

Общество с ограниченной ответственностью «ПТМСеверо-Запад»;

3Зеленков Николай Николаевич / Zelenkov Nikolay - заместитель начальника отдела

ЭПБ ГПМ иКП, эксперт;

4Глазунов Алексей Евгеньевич / Glazunov Aleksey - инженер-механик,

Общество с ограниченной ответственностью «Промышленная экспертиза», г. Череповец

Аннотация: разработана методика расчета теплового воздействия на канат со стороны ванны жидкого металла в ковше, поднимаемом грузоподъемной машиной. Методика основана на модели лучистого теплообмена элементов крана с зеркалом металла в ковше. Определены угловые коэффициенты в модели, определяющие взаимодействие ее составляющих. Приведен пример практической реализации модели для двух случаев реализуемой в сталеплавильном производстве технологии: ванна жидкого металла со шлаком и без шлака на поверхности.

Abstract: methodology of calculation of the thermal affecting is Worked out rope from the side of bath of liquid metal in the scoop lifted by a грузоподъемной machine. Methodology is based on the model of radiant heat exchange of elements of faucet with the mirror of metal in a scoop. Angular coefficients are certain in models, qualificatory co-operation of her constituents. An example ofpractical realization of model is made for two cases of the technology realized in a steel-smelting production: bath of liquid metal with a slag and without a slag on a surface.

Ключевые слова: металлургия, литейный кран, ковш, модель, лучистый теплобмен, расчет.

Keywords: metallurgy, casting faucet, scoop, model, radiant теплобмен, calculation.

УДК 621.86/87

Одной из наиболее значимых причин снижения прочности канатов литейных кранов металлургического производства является системный перегрев каната со стороны зеркала металла в ковше и теплового воздействия со стороны газо-пламенного потока из конвертера при заливке в него чугуна.

Поэтому расчетно-экспериментальный анализ этих воздействий представляет важную научнопрактическую задачу, имеющую актуальное значение для проведения экспертной оценки состояния канатно-блочной системы литейных кранов.

Рассмотрим указанную проблему в части разработки методики расчета теплового воздействия на канат со стороны ванны жидкого металла в ковше, поднимаемом грузоподъемной машиной.

Для определения теплового потока от ванны жидкого металла на канат необходимо знать угловой коэффициент. На рис. 1 представлена схема к расчету углового коэффициента, который соответствует

телесному углу «наблюдения» площадью поверхности чугуна F2 элементарной площадки на тросе dF1. Согласно работе [1]:

Откуда следует, что:

Известно также, что: Отсюда получим:

dF1-pdF1F 2 = F2pF2dF1,

dF1

pdF1F 2 = pdF1F 3 — pdF1F 4

Подставляя выражение (4) в (2), получаем:

dF1

pF 2dF1 =----

Коэффициенты pdF1F3 и pdF1F4 определяются согласно работе [1] по формулам:

(pdFlF 3 = ^— (arcsin —-r 1------. 1 =

2^ V1 + 52 V1 + (CB)2

(pdF IF 4 = — (arcsin —т 1 ----. 1

2^ V1 + 52 V1 + (CB)2

arcsin

arcsin

д/l + B2 + (C')2 1

л/1 + B2 + C2

)

+ B yJ1 + 1

где B = b / a, C = c' / a, C = c / a, b = m + x.

Подставляя в выражение (5) значения pdF1F 3 и pdF1F 4, получим окончательно.

pF 2dF1 =

dF1 2xF 2

(

1

1

1

1

• arcsin

arcsin -

^1 +

где F2 = a • (c ' — c), dF = 1 • 1м2

Рис. 1. Схема к расчету углового коэффициента

1 - прямая, проходящая через диаметр поверхности ванны металла в ковше, 2 - плоскость верхней площадки траверсы, 3 - линия крайнего каната, запасованного на траверсу, dF1 - элементарная площадка, взятая на крайнем канате, F 2 - площадь излучающей ванны (имитирует сечение поверхности ванны), F 3 -половина площади ванны, F4 - площадь ванны, излучением которой на канат можно пренебречь.

Согласно рис. 1 величина x изменяется от xmn до Xfc, где Xfc - расстояние от траверсы до крана. Определим из подобия треугольников величину хт1П.

_ m • n

Xmin t

c — n

При X < Xmin участок каната не облучается ванной. При X > xmin канат облучается максимальной площадью ванны. Величина c зависит от x и определяется по формуле.

n

c =

x

Тогда для F 2 получим:

F 2 = a(c1 — c) = a

/ n

c —^------

x

Зависимость для определения удельного потока на поверхность каната без учета его собственного излучения можно представить в форме:

q = a0sT ApF 2dF1,

где T ,0K - температура поверхности ванны, s Вт

a0= 5,7 -10

2 ту 4

м К

степень черноты поверхности ванны, - коэффициент излучения абсолютно черного тела.

1

Подсчитаем величину удельного потока на канат со стороны ванны, покрытой шлаком, при следующих исходных данных:

n = 0,28м; m = 4,075м ; с' = 1,465м; X = 5м; х^п = 0,963м ; а = 4,25м; С = 0,945 ;

£ш = 0,67 - 0,77; £ш = 0,72; Ти = 9900 С = 12630 К; <pF 2dF1 = 0,003.

Подставляем указанные данные в зависимость (8), получим:

qm = 5,7 • 10-8 • 0,72 • 12634 • 0,003 = 313

Вт

Т

м

Оценим, во сколько раз увеличился поток от ванны, при отсутствии на поверхности ковша шлака. При этом

учтем, что £г = 0,2 — 0,4; ег

0,3; Т = 14500С = 17230К.

Для оценки возьмем отношение потоков задаваемых выражением (8).

qr_

qш

£ • Т4 Т 2

£ • Т 4

ш ш

0,3 • 17234 0,72 • 12634

= 1,44 * 1,5

Итак, при скачивании шлака с поверхности ковша, что в некоторых случаях предусмотрено технологией обработки металла, тепловое воздействие на канат увеличивается в 1,5 раза.

Это необходимо учитывать при оценке долговечности канатов при проведении экспертизы промышленной безопасности соответствующего оборудования.

Литература

1. Имошикова А. Д., Ивашова Г. П. Теплопередача излучением в технических установках. [Текст]: / М:, «Энергия», 1970, 400 с.