Типы и конструкция металлургических машин и оборудования

19

Щековая ? 30% парка

Предназначена для дробления материала с пределом прочности жв = 350 мПа.

Принцип действия - раздавливание кусков. Крепление центральной плиты может быть подвижным для регулирования расстояния на выходе материала. Футеровка осуществляется из марганцовистых сталей. Привод от жёсткой клиноремённой передачи. Существуют стационарные и передвижные дробилки.

1. неподвижна щека; 2.футеровка; 3. подвижн. щека; 4. эксцентриковый вал; 5. распорные плиты. Стационарная установлена на станине, передвижная на гусеницах. Существуют одноступенчатые и многоступенчатые. С одной и двумя подвижными щёками. С простым и сложным качанием щеки. С верхним подвесом щеки или с нижней опорой. С распорными плитами или без них. Пример ЩДП 9*12: 9 - ширина приёмного отверстия, 12 - длина щеки приёмного отверстия.

19

Конусная ?40% парка.

Кл - ция: 1. По технологическому назначению: крупного, среднего и мелкого дробления.

2. По роду привода: С односторонним, двусторонним, гидродинамическим, инерционным и непосредственно от эл. двигателя КМД

3. По характеру движения подвижного конуса:

С круговым качательным и поступательным движениями.

4: По наличию амортизирующего устройства:

С пружинным и гидравлическим устройством, и без него.

Принцип действия: разрушение материала происходит по действием сил трения материала между подвижным и неподвижным конусами. Привод от эл. двигателя и конусно зубчатой передачи или гидравлический. Пример ККД 1500/180, где 1500- ширина приёмной щели, 180 - ширина разгрузочного отверстия.

1. приёмная воронка; 2. неподвижн. конус; 3. подвижн. конус; 4. вал; 5. предохранит устройство; 6. Бронзов. втулка; 7. приводной вал; 8. зубч. передача; 9. эксцентриковый стакан; 10. сферический подпятник.

«+» - меньшее энергопотребление; высока степень дробления.

«-» - большая высота конструкции.

19

Валковые 20% парка.

Класс-ция:1. По виду валков: С гладкими, рифлеными и зубчатыми валками.

2. По подвижности осей валков: с неподвижными и 1-ой 2-мя подвижными осями.

3. По кол-ву валков: Одновалковые зубчатые, двухвалковые и многовалковые.

Принцип действия: материал подаётся сверху и затягивается между валками или между валком и камерой дробления.

1. валок; 2. стационарная пара валков; 3. предохранит устройство; 4. ремни; 5. натяжные ролики

«+» - простота конструкции, спокойный режим работы.

«-» - невысокая степень дробления, повышенный износ гладких валков.

Молотковая 20% парка

Применяются для дробления материалов средней и малой крепости.

Это дробилки ударного действия, с шарнирно закреплёнными ударными элементами.

Классификация: 1. По кол-ву роторов: Одно и двух роторные.

2. По направлению движения: Реверсивные и нереверсивные.

3. По расположению ротора: С параллельным и последовательным.

4. По конструкции молотка: С жёстко закреплёнными и шарнирно подвешенными молотками.

1- молотки; 2- ротор; 3- вал; 4- тяга с пружиной; 5 экцентрик; 6- затвор; 7-колосниковая решётка.

«+» - Высокая степень дробления, малая масса дробилки, простота конструкции,малые энергетические затраты.

«-» - Склонность к залипанию, значительная точность балансировки ротора, износ молотков.

19

Однороторная нереверсивная

Определение мощности дроб. щековой

1. Необходимая мощность дробления:

Nдр = Адр*щдр

р* U

где Адр=Pср* m*S - работа дробления за цикл; m=?р/?s ?0,6; S - ход подвижной щеки.

Рср= в*Рэф; где Рэф = q*L*H; в=0,2; q = 2,4 мПа -

удельные силы при дроблении.

Мощность двигателя:

Nдв = Кз*Nдр

з;

где Кз - коэф запаса =1,3-1,5; з=0,75-0,8

2. Выбор маховика (или диаметра шкива)

расчёт ведут из условия обеспечения заданной степени неравномерности хода:

?=щmax - щmin

щср;?=0,02-0,03

3. Кинетическая энергия запасаемая маховиком

Т= (щ²max- щ²min)/2

Т=0,5*Адр

Момент инерции

=Адр/(щ²max- щ²min)= Адр/2? * щ ²ср

щmax + щmin = 2щср; щmax - щmin = ? * щср

m _махов= Адр/2? * щ ²ср * Ri ²; где R_i - радиус инерции

2. Вагоноопрокидователи, их разновидности и мощность

Все разновидности этих машин предназначены для выгрузки из ж/д вагонов сыпучих материалов, осуществл. за счёт переворота или наклона вагона в положение, обеспечивающее высыпание груза.

Типы вагоноопрокид.: 1. Круговые - с круговым поворотом вагона на угол до3,14 рад вокруг его продольной геометрической оси, проходящей внутри контура вагона, с загрузкой через боковую стенку и открытый верх вагона; при этом центр тяжести вагона незначительно изменяет своё положение по высоте.

2. Боковые - с поворотом вагона на угол до 3,05 рад относительно продольной оси, расположенной сбоку значительно выше уровня пути, с высыпанием через боковую стенку и открытый верх вагона.

3. Комбинированные - с переворотом крытого вагона в поперечной и продольной плоскостях, и рядом повторных движений в разные стороны через боковую дверь.

4. Торцевые - с поворотом вагона на угол до 1,22 рад относительно какой-либо поперечной оси, при повороте груз высыпается через откидную торцевую стенку вагона.

Кл - ция:

1. По конструкции: Роторные, башенные, рамные.

2. По способу обслуживания фронта разгрузки: Стационарные и передвижные.

Достоинства и недостатки:

Достоинством передвижных явл. возможность разгрузки на любом участке траншеи склада. Однако их применение требует дополнительной перегрузки материалов с помощью перегрузочных кранов, что практически исключает возможность автоматизации операций по подаче металлов на склад. Стоимость их выше стационарных вагоноопрокид.

Стационарные - выгружают материал под ротор, что требует установки заглублённых приёмных бункеров, питателей и системы конвейеров для подачи материалов на склад. Однако в этом случае возможна автоматизация операций по подаче материалов на склад.

Вагоноопрокидователь является высокопроизводительным агрегатом. В процессе выгрузки материалов должен обеспечивать полную механизацию всех работ, включая и очистку вагонов.

Анализ

ВРС - вагонопрокид. роторный стационарный - предназначен для разгрузки полувагонов до 134 тон.

19

1-вибратор очистной; 2-пэобразные упоры; 3- ротор; 4-зубчатый венец; 5-приводная шестерня; 6-балансиры; 7-демпферные устройства; 8-платформа; 9-люлька; 10-привалочная стенка; 11-вагон; 12-фигурный паз.

По принципу работы ВРС разделяют на автономные и неавтономные. Неавтономный - привод связан с вагоноопрокид. канатом, трос наматывается на барабан лебёдки и подкатывается к вагоноопрокид., передвигая при этом состав вагонов. Автономный вагонопрокид. самоходная машина с эл. приводом. башенный вагоноопрокид предназначен для разгрузки полувагонов.

19

1-пивод; 2-упоры; 3-люлька; 4-упоры; 5- портал.

Недостатком его явл. значительный расход энергии из-за подъёма вагонов на значительную высоту.

Мощность привода мех. поворота

Расчёт основывается на определении статических моментов сопротивления от веса ротора, полувагона, материала, и от сил трения, а также динамические моменты вращающихся масс в период пуска и торможения двигателя.

Статические моменты:

1. Координаты центра тяжести вращающихся частей п/вагона, ротора, п/вагона и материала относительно оси вращающихся масс.

Хri = ?Gi*Xi/?Gi; Yri = ?Gi*Yi/?Gi;

где Gi - вид простейших фигур на которые расчленены п/вагон и ротор;

Xri, Yri - рассчитывается от центра тяжести;

Gi = Gр+Gв+Gмi - общий вес всех частей

Где Gр - вес ротора, Gв - вес п/вагона, Gмi -вес материала.

Обозначим общий вес через X_0,Y₀ и получим статический момент для принятых углов поворота при опрокидывании и возврате ротора:

Мст.i = Gi*X₀i, где X₀i - плечо (расстояние по горизонтали от центра тяжести общего веса Gi до вертикальной оси ротора.

Моменты сил трения в роликоопорах:

Определяют для разных углов поворота ротора. Общий момент сост. из моментов сил трения в подшипниковых опорах роликов Мтр₁ и сил трения качения бандажей ротора по опорным роликам М_ТР

Мтрi = Мтр₁ + М_ТР = Nрi* r _ц*fпр*+ Nрi * k= Nрi*(r _{ц *}fпр+k),

где Nрi - реакция ролика,

Nрi = ?Gi/ (z*cosб*cosв); где ?Gi = Gр+Gп+Gм

19

19

б,в - углы определяющие положение опорных балансиров и роликов; z - число опорных роликов; R_б =радиус бандажа; r_р - радиус ролика; r_ц - радиус цапфы; k - коэф. качения ролика по барабану; fпр - приведённый коэффициент тренияподшипников качения роликов:

fпр = ;

где k _п - коэф.подшипников = 1,4 или 1,6; fк - трения качения шарикопошипн.;d₀ - диаметр беговой дрожки подшипника; r _п - радиус шарикоподшипн.

Суммарный статические моменты

Мст.пр.i = (Мст.i+Мтр.i)/(u*з)

Где u - общее передаточное число привода; з - привода.

Динамические моменты:

Общий динамический момент определяют для пуска и торможения:

М дин.i = (;

Iпр = 2*д*Iдв -Суммарный приведённый момент инерции к валу двигателя всех вращающихся масс; Iдв - момент инерции деталей на валу двигателя; д - коэфф. Учитывающий момент инерции остальных деталей привода.

Iобщ.i = -

суммарный момент инерции всех вращающихся масс вагоноопрокидователя.

Моменты на валу двигателя:

Мдв.i = Мст.пр.i ± М дин.i;

3. Конвейерный и скиповый подъёмники, анализ, мощность конвейерного подъёмника

Существует два способа доставки материала в доменную печь. К этим машинам предъявляют высокие требования, такие как, высокая производительность, повышенная надёжность и возможность полой автоматизации. Наиболее применяемым является конвейерный подъёмник. Он обеспечивает загрузку большего объёма материала и повышение производительности печей, более просты в обслуживании и ремонте, снижается стоимость строительства из-за отсутствия скиповой ямы, появляется возможность раздельного строительства доменной печи и системы загрузки шихты, увеличиваются производственные площади.

19

Устройство конвейерного подъёмника

1-натяжная станция; 2- 4-х кратн. полиспаст;

3-лебёдка; 4-груз; 5-тележка; 6-головной барабан; 7-приводная станция; 8-лента; 9-подерживающие ролики.10-загрузочн. воронка.

19

19

Привод:

1-двигатель, 2-тормоз;3- редуктор; 4- зубчат. сцепная муфта; 5-барабан; 6-храповый механизм, 7-микропривод (цепная передача).

Двигатели могут работать по параллельной или по перекрёстной схеме.

Расчёт мощности привода:

Расчёт усилия начинают с точки 1, где усилие в ленте S _1,

S_i+1- натяжение в каждой последующей точке

S_i+1= S_i +W _i,i+1; W _i,i+1 -

сопротивление движению ленты на данном участке

(^q_л+^q_м);

W_i,i+1 = (^q_л+^q_м)*(Кпер*L_i,i+1 ± H_i,i+1);

где Кпер- сопротивления движению по роликам; q_л,q_м - вес ленты и материала на единице длины конвейера; L_i,i+1, H _i,i+1 - горизонт. и вертик. проекции длины данного участка ленты.

19

W _i,i+1 = 2*S_i (Кпер*sin);

где д - коэффициент жесткости ленты,д = 0,008-0,009.

Необходимое тяговое усилие со стороны барабана:

Формула Эйлера

S₈ = S_i* e ^м*в8; Sт = S₆ - S_i; S₇ = S₈; S₆ = S₇ * e ^м*в6,7

Тяговое усилие передаваемое барабаном

?S_i= S₈ -S_i = S₄* (e ^м*в8-1)^;

Тяговое усилие на втором барабане

?S₂ = S₆ -S₇ = S₇* (e ^м*в6,7-1) = S₁* e ^м*в8 (e ^м*в6,7-1)

?S₇ = ?S_i - ?S₂ ? е ?S _i,i+1

Производим выбор двигателя

Мдв1= выбираем по каталогу;

Мдв2=

4. Конструкции вертикальных конвертеров

На сегодняшний день находятся следующие типы конвертеров (50, 180, 250, 350, 700 тонн)

19

1-опорное кольцо, 2-корпус, 3-кронштейн, 4-опора, 5-станина, 6-водохлаждающий шлем, 7-кессон

Корпус печи съёмный, соединяется кронштейнами, устанавливается с зазором. Конвертер наклоняют, загружают Ме, шихту и заливают чугун, затем продувают кислородом, происходит реакция с повышением температуры. Образующиеся при реакции газы удаляются кессоном.

Привод конвертеров может быть: стационарным, полунавесным и навесным.

19

Стационарный привод:

1-тахогенератор, 2-кинем. редуктор, 3-тормоз, 4-эл.двигатель, 5-быстроходный редуктор, 6-тихоходный редуктор, 7-шпиндель, 8-командоаппарат, 9-сельсин датчик, 10-опорное кольцо.

19

Привод полунавесной

19

19

11- цапфа, 12-муфта, 13-демферное устройство.

Расчёт мощности привода

Расчёт по аналогии поворота вагоноопрокидователя

1. Определяем центр тяжести через каждые 5-10⁰ поворота.

Х₀ = ;

Y₀ =

Мст₀ = УG_i*X₀; Мтр = УG_i * м_ц * d_ц/2;

м_ц - коэф. трения цапфы; Мст = Мст₀*+Мтр;

2. Производим предварительный выбор привода

Задаёмся u

Мст = ; Мдв.ном ? Мст.дв^max;

выбираем из каталога.

19

3. t_р - время разгона, tу - установившееся движение, tт - время торможения, tп - время паузы, tц - время цикла.

t_р = ; ;

t_Т = ; ;

tу = ;

4. Проверяем двигатель на нагрев

Мст.дв. = f(t), ц(t)

Строим нагрузочную диаграмму работы двигателя

Мэкв ? Мном.дв; ; ;

Уточняем по продолжительности включения ПВ.

5. Основные типы МНЛЗ

Существуют вертикальные, вертикальные с изгибом слитка, радиальные, криволинейные, горизонтальные.

19

19

19

19

19

1. Вертикальные:

«+» - высокое качество слитка; над уровнем пола 14-20 м, остальное в колодце.

«-» - Большой высотный габарит, низкая скорость литья, ограничение длины жидкой фазы внутри слитка.

2. Вертикальные с изгибом слитка

3. Радиальные

«+» - высока скорость литья в 1,5 раза

«-» - образование трещин в месте разгиба.

R = cost

4. Криволинейные

R - Варьируется

«-» - множество различных секций роликов

5. Горизонтальные

Металл поступает в кристаллизатор, подаётся смазка, кристаллизатор совершает возвратно-поступательные движения и слиток движется дальше, за счёт смазки слиток не рвётся.

«-» -осложнена смазка стенок кристаллизатора.

Машины бывают: 1. Одноручьевые, многоручьевые; 2. С гидравлическим прижатием роликов к слитку, с пружинным прижатием; 3. Зона встречного охлаждения слитка представляет собой: а) только роликовые секции, б) роликов. секции + правильно тянущая машина, в) шагающие балки.

19

МНЛЗ фирмы «DEMAG»

Состоит из стенда для поворота ковша 1, ковш 2, металл попадает в промежуточный ковш 3, оттуда в кристаллизатор 4, который качается механизмом качания 5, далее слиток попадает в не приводную роликовую проводку 6, потом в 10-ти роликовую проводную секцию 7, секции меняются через проводку 8. далее слиток попадает в правильно-тянущую машину 9, оттуда в механизм отсоединения затравки от слитка 10. затравка представляет собой цепь 8-12 м., и имеет головную и хвостовую часть, последняя в виде ласточкиного хвоста. После этого затравка попадает в машину для подачи и вывода затравки в кристаллизатор 11, которая движется по разливочной площадке 12. слиток поступает в машину газовой резки 13 по отводящему рольгангу 14.

«-» -тяжёлая конструкция.

Расчёт мощности привода

1. Радиальный участок

1). Давление в жидкой фазе

Р = с*Н = с*Н(sinц₀ + sinц)

dN = p*b*dl; dl = Rsinц

b - ширина жидкой фазы; dN - элементарная сила внутреннего давления;

dN = p*b*R*dц

Силы, действующие на участке соотв. секции

N =

b = B-2g; B - ширина слитка; g -твёрдая фаза

g = ; с = 2,6 для радиальной проводки; -время охлаждения.

; Vc - скорость движения слитка

2. Прямолинейный участок

Момент необходимый для вращения нижних роликов:

;

 - усилие между полосой и роликом

; -суммарное усилие давления верхних роликов на слиток

;

-на опоры верхних роликов.

Момент пластичного изгиба полосы при правке слитка на ролики 1-ой секции:

-для прямоугольного сечения

-предел текучести полосы; S - пластичный момент сопротивления сечения на отводящем рольганге

;

Момент необходимый для преодоления сил трения на отводящем рольганге:

; где - коэф. трении скольжения.

М_? = М_В+М_Н+М_ПЛ.РОЛ.+М_СОПР; тогда Nдв =

m -число приводов в секции

3. Давление на нижние ролики

Q = Gc* sin ц_p; Т = Gc* cos ц_p; Gc - вес слитка

Определение реакций действующих на нижние ролики

Р_Н = N+Q+2Qвр+2Qнр - силы, действующие на опоры нижних роликов

Рв = N-2Gвр

Моменты, действующие на нижние и верхние ролики

; К- коэф. трения качения

; ;

М₀ = М_Н+М_В - М_Т

Полный суммарный момент (складывается по всем роликовым секциям)

М₀ =? М_0i

М_ДВ? = ; ?Nдв = ; m - кол-во секций роликов

6. Валки рабочих клетей прокатных станов

По назначению: 1. Валки блюмингов, слябингов и заготовочные станы; 2. рельсобалочные и крупносортные станы; 3. среднесортные станы; 4. мелкосортные станы; 4. проволочные; 5. штрипсовые.

По материалу: стальные (кованные или литые) и чугунные.

По твёрдости: мягкие, полутвёрдые, твёрдые и сверхтвёрдые.

Конструкции:

В основном рабочие валки изготовляют цельнокованые, а опорные цельнокованые, литые или составные - с кованным или литым бандажом и кованой осью. Также при горячей прокатке на обжимных станах применяют стальные валки с насечкой или наваркой швов на их поверхности для лучшего захватывания Ме. Существуют также с гладкой и ребристой поверхностью.

Технологические требования:

Основным требованием является материал валков, для обеспечения необходимого качества проката. Его выбирают в каждом конкретном случае с учётом фактических условий эксплуатации. Обычно для обжимных и черновых клетей валки изготовляют из стали (литые или кованные), для промежуточных - из полутвёрдого чугуна и для чистовых из полутвёрдого или закалённого чугуна. Для обеспечения заданной точности проката по допускам и качеству поверхности применяют валки повышенной прочности и износостойкости, изготовленные из заэвтектоидной стали.

Основные параметры:

Это диаметр и длина бочки. Диаметр бочки валков определяют исходя из сортамента проката, условий естественного захвата металла валками, их прочности и жесткости с тем, чтобы обеспечить устойчивый режим работы и необходимую точность размеров профиля.

Для широкополосных станов горячей прокатки наравне с выбором диаметра выбирают допустимые углы захвата б, угол захвата должен быть меньше чем коэффициент контактного трения м_Т.

tgб ? б < м_Т.

D = 2*?h/б^2, где ?h - абсолютное обжатие.

При холодной прокатке тонких полос необходимо определить предел толщины полосы h_ПРЕД.

где -среднее удельное напряжение полосы, - средний предел текучести металла.

Длина бочки валков в обжимных и сортовых станах зависит в основном от условий калибровки и ширины раската. Ещё важной характеристикой прокатных валков является отношение длины к диаметру бочки, L/D: обжимные 2,2-2,7; сортовые 1,6-2,5; для рабочих валков 3-5; для опорных валков 0,9-2,5.

19

Диаметр шейки валков с подшипниками скольжения открытого типа выбирают в зависимости от диаметра бочки валка: для обжимных и сортовых d_Ш = (0,55-0,63)D, для листовых d_Ш = (0,7-0,75)D.

Расчёт на прочность:

Сначала производим расчёт на влияние прогиба валков под действием изгибающих моментов, и учитывать прогиб, возникающий под действием перерезывающих сил от неравномерных касательных напряжений в поперечных сечениях и относительный сдвиг их. Таким образом, суммарный прогиб валка в любом сечении на расстоянии X от опоры равен

;

где - прогиб в результате воздействия изгиб. моментов; - прогиб вследствие поперечных сил.

По теореме Кастельяна:

; ;

где Ми - изгиб момент; Рф - фиктивная сосредоточенная нагрузка в месте определения прогиба; Q - перерезывающая сила.

Определяем прогиб в середине бочки валка относительно точек, в которых приложены равнодействующие реакции опор. Для этого в середине валка приложим бесконечно малую силу Рф, дающая реакцию Qф = Рф /2. эта сила не изменит величину прогиба, но позволит определить фиктивный момент в сечении Х: Мх = (Рф/2)*Х, а также dМи/Рф = Х/2 и dQ/dРф = 1/2. Подставим:

;

Определяем прогибы в середине валка, учитывая различные значения Ми при изменении Х от 0 до ?/2 и симметричности нагрузки относительно точки Х = ?/2(при Р = q_ПВ)

y_{В1 =} ;

y_{В1 =}

Подставляя а =В = L и с = 0, получаем:

y_{В1 =} ; y_{В2 =} ;

Для компенсации прогиба листовых валков бочку их часто делают выпуклой при шлифовке на станке.

Далее рассчитываем прогибы середина бочки валка относительно края прокатываемого листа.

?y_{В1 =} ;

?y_{В2 =}

Суммарный прогиб ?y_В = ?y_В1+?y_В2

Статическая прочность валка

Определяем статическую прочность валка

у_И.б = Ми.б/Wб = Ми.б/0,1D³

Ми.б - изгибающий момент; Wб - момент сопротивления поперечного сечениябочки валка на изгиб.

Теперь определяем изгиб. моменты в различных калибрах:

Ми.б = Р

где Р- усилие прокатки в данном калибре.

Рассчитываем шейку валка на изгиб в сечении 1-1 и кручение

у_{И Ш.} =; =

Находим результирующее напряжение по 4-ой теории прочности:

Сравниваем с допускаемым:; - временное сопротивление валка на изгиб.

7. Расчет станины закрытого типа на прочность и жесткость