УДК 62-398 Дерендяев Владимир Анатольевич СПбГМТУ, студент e-mail: www.bobi01@mail.ru Научный руководитель: Лебедева Надежда Валерьевна СПбГМТУ, кафедра МиТМ, доцент e-mail: lebedevamtm@gmail.com Некоторые проблемы конструирования запорного устройства лётки доменной печи и способы их решения Аннотация Одним из способов осуществления слива чугуна и шлака является применение запорных устройств лёток, позволяющих контролировать этот процесс. В данной статье рассмотрены некоторые проблемы конструирования таких устройств и возможные способы их решения различными способами. Ключевые слова Доменная печь, запорное устройство, лётка доменной печи, производство чугуна. Derendiaev Vladimir SPbSMTU, student e-mail: www.bobi01@mail.ru Scientific director: Lebedeva Nadezhda SPbSMTU, department of MSTM, docent e-mail: lebedevamtm@gmail.com Some problems of designing a locking device for a tap hole of blast furnace and ways to solve them Annotation One of the ways to carry out the discharge of cast iron or slag is the use of locking devices for the tap hole, which allow to control this process. This article describes some of the designing problems of such devices and possible ways to solve them in various ways. Keywords Blast furnace, locking device, tap hole, cast iron production. Лётки доменной печи – это устройства, находящиеся в самом низу домны, служащие для выпуска продуктов плавления печи – чугуна и шлака. В общем случае они представляют собой отверстия в стенке домны, запечатанные набивочной массой. В среднем каждые 90-180 минут эти отверстия бурятся, а после окончания выпуска снова запечатываются. С моей точки зрения данный процесс не совсем удобен в том плане, что эти процедуры требуют достаточно большого количество времени и трудовых затрат. Процесс открывания и закрывания лётки можно упростить, что и является целью данной работы. Для того, чтобы разобраться в вопросе проблем конструирования запорных устройств лёток имеет смысл ознакомиться с типовой конструкцией, предназначенной для управления спуском чугуна и шлака, различные вариации которой так или иначе используются на большинстве доменных печей. Такая конструкция представляет собой буровую машину. С её помощью пробуривается отверстие в набивной массе футляра лётки. Одна из таких представлена на рисунке 1. Рис. 1. Буровая машина для вскрытия лётки: 1 – фиксатор; 2 – тяга; 3 – направляющая рама; 4 – колонна; 5 – механизм регуляции наклона инструмента; 6 – цепь; 7 – привод каретки; 8 – каретка; 9 – вращательный механизм бура; 10 – основание; 11 – сменный бур. Эксплуатацию такого рода машин осложняет то, что технология бурения лёток доменных печей, для предотвращения дестабилизации работы печи, должна обеспечивать как можно меньшее влияние на футеровку и другие элементы доменной печи [1]. Помимо прочего, рабочий орган такой машины – бур, требует периодической замены, что несёт дополнительные затраты ресурсов [2]. Также стоит отметить и немалые размеры самой машины и инфраструктуры, обеспечивающей её работу, кроме того, такая машина может использоваться только в паре с машиной для набивки лётки огнеупорной массой, однако стоит заметить, что из-за большой распространённости подобного рода технологий управления процессом слива чугуна и шлака, они являются наиболее отработанными и слаженными. В данной работе предлагается принципиально другой способ контроля выпуска продуктов плавки является использование запорных устройств. К ним предъявляются такие-же требования, как и к машинам, описанным выше, а именно: 1) Обеспечение контроля за процессом выпуска продуктов плавления; 2) Высокое сопротивление рабочих органов, подвергающихся воздействию больших температур, к температурным деформациям, разрушениям, расплавлению; 3) Возможность замены деталей без необходимости остановки доменной печи; 4) Исключение необходимости нахождения людей в непосредственной близости от опасных зон литейного двора, в частности от лётки и канав для транспортировки чугуна и шлака. В качестве концепции одного из таких устройств предлагается рассмотреть коническую втулку с нарезанной снаружи резьбой с крупным шагом и перемещающимся внутри неё коническим клапаном, схема которой изображена на рисунках 2 и 3, а трёхмерная модель изображена на рисунке 4. Рис. 2. Схема запорного устройства лётки доменной печи в открытом состоянии в разрезе: 1 – клапан; 2 – втулка. Рис. 3. Схема запорного устройства лётки доменной печи в закрытом состоянии в разрезе. Рис. 4. Трёхмерная схематическая модель запорного устройства клапана лётки доменной печи в приоткрытом состоянии с разрезанной втулкой. Данная концепция находится в стадии разработки. При проектировании такого устройства мы сталкиваемся с несколькими проблемами, такими как выбор жаропрочных материалов для изготовления втулки, клапана и накладки конической поверхности клапана, необходимость предусмотреть возможность ремонта или замены запорного устройства, выбор способа монтажа устройства на лётку. В качестве материалов для изготовления основной части клапана и втулки перспективными являются жаропрочные сплавы и огнеупорная керамика, так как они обладают механической и химической стойкостью к воздействию высоких температур (1350 - 1500°С) и размыванию чугуном и шлаком, позволяющими обеспечить работоспособность устройства в его эксплуатационной среде. Стоит отметить и высокую стоимость жаропрочных сплавов, что является минусом представленной конструкции. Материалом, из которого будет изготовлена накладка конической части клапана может стать вольфрам. Несмотря на его дороговизну и сложность обработки, а следует учитывать, что такая деталь из вольфрама может быть изготовлена лишь методами порошковой металлургии [3], его применение оправдывается тем, что вольфрам имеет достаточно маленький коэффициент температурного расширения, что позволит избежать заклинивания клапана во втулке во время работы. При всём при этом необходимо предусмотреть зазор между основой клапана и конической накладкой для того, чтобы при нагревании основы её расширение не спровоцировало разрушение хрупкой вольфрамовой накладки. Монтаж данного устройства предлагается проводить путём ввинчивания втулки в набивочную массу лётки, что возможно благодаря резьбе на внешней стороне втулки. Замена производится по такому же принципу. Неоспоримыми плюсами такого устройства являются возможность контроля сечения сливного отверстия в широких пределах и в коротких временных промежутках, а также возможность корректировать временные условия процессов выпуска продуктов плавления для повышения продуктивности доменной печи. Кроме того, данное устройство может быть заперто без приложения нагрузки на клапан, лишь за счёт набегающего потока продуктов плавления. К недостаткам можно причислить высокую стоимость материалов, использующихся в изготовлении, и сложность ремонта и замены элементов устройства, но этот минус можно скомпенсировать путём грамотного проектирования элементов конструкции. Несомненно, данное устройство требует дополнительного более детального изучения вопросов применения материалов, анализа уровня механических и технологических свойств, доработки конструкции, а также проведения техникоэкономического обоснования его применения, но уже сейчас можно сделать вывод, что теоретически возможно сконструировать запорное устройство лётки доменной печи, которое позволит заменить буровую машину, использующуюся на доменных печах в настоящий момент. Список использованной литературы: 1. Давиденко А. Н. Технология бурения летки доменной печи ударно-вращательным способом / Давиденко А. Н., Змиевский А. С. // Научные труды ДонНТУ. Серия «Горногеологическая» №7(135). – Донецк. : ДонНТУ, 2008. – с. 49–53 2. Патент 38760 U1. Российская Федерация, МПК C21B7/12. Бур для вскрытия летки доменной печи. № 2004107323/22: заявл. 11.03.2004: опубл. 10.07.2004 / В. Г. Оленников. – 12 с. 3. Порошковые материалы: учебное пособие / А.В. Гропянов, Н.Н. Ситов, М.Н. Жукова. – Санкт-Петербург: СПбГУПТД, 2017. – 76 с.
