Министерство образования и науки Российской федерации. Федеральное агентство по образованию

Министерство образования и науки Российской федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

"Магнитогорский государственный технический университет

им. Г.И. Носова"

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

для практических занятий по дисциплине

«Механическое оборудование металлургических заводов»

Часть 2. «Механическое оборудование сталеплавильных цехов»

для студентов специальности 15.04.04

«Металлургические машины и оборудование»

 

 

Магнитогорск

Составители: Н.В. Оншин

Н.Ш. Тютеряков

 

 

Методические указания для практических занятий по дисциплине «Механическое оборудование металлургических заводов» Часть 2. «Механическое оборудование сталеплавильных цехов» для студентов специальности 15.04.04 «Металлургические машины и оборудование». Магнитогорск: МГТУ, 2011.

 

 

Рецензент: к.т.н. Залетов Ю.Д.

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Цель курса "Механическое оборудование металлургических заводов. Сталеплавильные цеха " - дать необходимые для практической деятельности механика металлургических заводов знания и навыки в области проектирования и эксплуатации металлургического оборудования.

Задачей курса МОМЗ является изучение конструкций металлургических агрегатов сталеплавильного производства и определения перспектив их совершенствования. Овладение методами расчета, проектирования, изготовления и эксплуатации агрегатов.

 

1. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ

ДИСЦИПЛИНЫ

 

Приступая к изучению этого раздела, следует уяснить тенденцииразвития сталеплавильного производства, характеризующиеся увеличением объема стали, выплавляемой кислородно-конвертерным и электродуговым способами, все большим распространением непрерывной разливки стали и машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Необходимо ознакомиться с грузопотоками, последовательностью технологических операций, технологическими требованиями, составом оборудования и видам выпускаемой продукций сталеплавильных цехов - мартеновских, кислородно-конвертерных и электросталеплавильных. Следует учесть, что в настоящее время мартеновские цехи не строятся, однако в связи с большим количеством стали, еще выплавляемой в мартеновских печах, последние модернизируются с переводом их на двух ванные агрегаты.

Необходимо ознакомиться с машинами и агрегатам для переработки металлического лома, учитывая при этом все возрастающее его количество и проблемы, связанные с переработкой лома, содержащего черные и цветные металлы, например, автомобильного лома.

При изучении сталеплавильного оборудования следует обратить внимание на те его виды, от которых в первую очередь зависит бесперебойная работа цехов: миксерные, заливочные и разливочные краны, завалочные машины мартеновских и электропечей, краны для раздевания слитков, загрузочные машины конвертеров и др.

Особо следует остановиться на конструкции и работе конвертеров и их приводов, разобраться в типах и конструкциях многодвигательных приводов наклона конвертеров, в их преимуществах перед однодвигательными.

При изучении оборудования электропечей следует учесть тенденции увеличения их емкости до 200 т и более.

Необходимо также ознакомиться с оборудованием, обслуживающее ферросплавное производство, вакуумными индукционными и дуговыми электропечами, печами электрошлакового переплава металла, электронно-лучевыми и плазменно-дуговыми печами и их механизмами;

Следует разобраться в проблемах ремонта сталеплавильных агрегатов, миксеров и сталеразливочных ковшей, изучить конструкцию и принцип работы машин для разрушения изношенной и кладки новой футеровки печей и ковшей.

Затем следует перейти к изучению машин непрерывного литья заготовок, уяснить преимущества непрерывной разливки стали перед разливкой в изложницы, разобраться в типах и конструкциях МНЛЗ и перспективах их развития.

По основным видам механического оборудования сталеплавильных цехов необходимо разобраться в методике расчета мощности приводов механизмов и соответствующих сопротивлений при выполнении ими технологических операций.

 

2. ВОПРОСЫДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

 

Общие сведения по оборудованию сталеплавильных цехов

 

1. Современные тенденции развития сталеплавильного производства и обслуживающего его механического оборудования.

2. Классификация сталеплавильных цехов по технологическому принципу, масштабам производства и применяемому оборудованию.

 

Машины и агрегаты для переработки металлического лома

 

1. Основные источники металлического лома.

2. Какие машины и агрегаты применяют для дробления и брикетирования стружки, как они устроены и работают?

3. Какие машины и агрегаты применяют для разделки легковесного лома? Их устройство и принцип работы.

4. Какое оборудование используют для разделки крупногабаритного лома?

5. Как устроен и работает гидравлический пресс для пакетирования металлолома?

6. Какое оборудование применяют для сортировки лома по крупности?

 

Миксеры

 

1. Какие способы хранения и доставки чугуна в сталеплавильные цехи применяют в настоящее время?

2. Как устроено миксерное отдаление?

3. Конструкции стационарного миксера.

4. Как рассчитывают мощность электропривода механизма поворота миксера?

5. Конструкция передвижных миксеров (миксерных чугуновозов) большой емкости (до 600 т).

 

Машины и агрегаты кислородно-конвертерных цехов

 

1. В чем сущность кислородно-конвертерного производства стали?

2. Грузопотоки и устройство кислородно-конвертерных цехов?

3. Какие машины применяют для загрузки шихтовых материалов в конвертера? Их конструкция и принцип работы.

4. Принципиальная схема подачи, дозирования и загрузки сыпучих материалов в конвертер с использованием конвейеров.

5. Как устроен конвертер большой емкости?

6. Какие конструкции механизмов применяют для поворота конвертеров? Их различие, достоинства и недостатки.

7. Как устроен многодвигательный навесной привод механизма поворота конвертера большой емкости (350-400 т)?

8. Как рассчитывают мощность электропривода поворота конвертера?

9. Какие конструкции машин применяют для подачи кислорода в конвертер? Методика их расчета.

10. Сталевоз, устройство и принцип работы.

11. Какие машины применяют для ремонта (подачи огнеупорных материалов, торкретирования и ломки изношенной футеровки) конвертеров?

12. Какие машины применяют для ремонта сталеразливочных ковшей, наборки и сушки стопоров?

13. В чем сущность процесса вакуумирования стали, какое для этого применяется оборудование и как оно работает?

 

Машины непрерывного литья заготовок

 

1. Какие типы МНЛЗ применяют в настоящее время, их конструкция, достоинства и недостатки, перспективы развития?

2. Как устроен литейно-прокатный агрегат?

3. Сталеразливочные стенды, их типы и конструкция.

4. Как устроены тележки и столы для промежуточных ковшей?

5. Как устроен кристаллизатор МНЛЗ? Каковы применяемые конструкции механизмов качания кристаллизатора?

6. Назначение, конструкция и принцип работы неприводной и приводной роликовых проводок МНЛЗ радиального типа.

7. Какие машины и механизмы применяют для перемещения и ввода затравки в кристаллизатор, как они устроены и работают?

8. Какие типы машин применяют для резки слитков? Их конструкция и работа.

9. Как рассчитывают мощность электродвигателя механизма качания кристаллизатора?

10. Как определяют крутящий момент от сил сопротивления на приводном ролике секции роликовой проводки? Как определяют мощность электродвигателя роликовой секции?

 

Машины для разливки стали в изложницы

 

1. Какие способы разливки стали и конструкции сталеразливочных ковшей применяют в настоящее время?

2. Какие типы затворов применяют в сталеразливочных ковшах и какова их конструкция?

3. Как устроен и работает разливочный кран?

4. Как рассчитывают мощность двигателя механизма передвижения главной тележки разливочного крана?

 

Машины для раздевания слитков и подготовки изложниц

 

1. Как устроен и работает трехоперационный стрипперный кран?

2. Как рассчитывают мощность двигателя механизмов выталкивания и подъема стрипперного крана?

3. Как устроена и работает стационарная машина для выталкивания слитков?

4. Какие машины применяют для чистки изложниц? Их конструкция и принцип действия.

5. Как устроены и работают машины для смазки изложниц?

 

Машины и агрегаты электросталеплавильных цехов

 

1. Как классифицируют электропечи по способу теплового воздействия электрической дуги на металл? Их конструкция.

2. Как устроен электросталеплавильный цех? Его грузопотоки и состав оборудования.

3. Как устроена дуговая электропечь (на примере печи ДСП-100)?

4. В каком направлении совершенствуются конструкций дуговых печей большой емкости (ДСП-200)?

5. Как определяется момент сопротивления при наклоне электропечи?

6. Как рассчитывают мощность привода поворота свода электропечи?

7. Как рассчитывают мощность привода механизма перемещения электрода?

8. Как устроена крановая завалочная машина для загрузки ферросплавов и сыпучих шлакообразующих материалов в электропечь?

9. Как рассчитывают момент сопротивления вращению колонны крановой завалочной машины?

10. Как рассчитывают мощность двигателя механизма подъема колонны крановой завалочной машины?

11. Какие машины применяют для загрузки электропечей шлакообразующими материалами?

12. Как рассчитать ленточный бросковый механизм машины для заправки электропечи при горячем ремонте?

 

Машины и механизмы электропечей для выплавки ферросплавов и высококачественных сталей

 

1. Назначение, устройство и состав оборудования ферросплавного цеха.

2. Как устроена ферросплавная печь, ее механизмы и особенности конструкция?

3. Как устроены вакуумные индукционные и дуговые электроде?

4. Как устроена и работает печь электрошлакового переплава металла?

5. Конструкция и принцип действия электронно-лучевых и плазменно-дуговых печей?

 

Машины и агрегаты мартеновских цехов

 

1. Устройство современного мартеновского цеха с печами большой емкости.

2. Состав оборудования печного пролета мартеновского цеха.

3. Как устроена и работает напольная завалочная машина?

4. Как определяют мощность электродвигателя механизма вращения хобота?

5. Как рассчитывают мощность двигателя механизма качания хобота?

6. Как определяют статическое сопротивление передвижению завалочной машины при толкании состава тележек с мульдами?

7. Какие типы и конструкции машин применяют для ремонта мартеновских печей?

3. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО

ВЫПОЛНЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАДАНИЙ

 

При выполнении практических работ необходимо, прежде всего, подготовить литературу, рекомендуемую к данной работе, внимательно ознакомиться с указанными в ней разделами и затем приступать к выполнению задания. В некоторых работах приведены не все данные. В таких случаях их следует принимать на основании рекомендаций, указанных в приведенной литературе к данной работе.

Выполняя практические задания, не следует дословно переписывать текстовую часть из учебников. Изложение следует вести кратко, без детализации, останавливаясь главным образом на cути вопроса. Объем текстовой части не должен превышать четырех-пяти страниц.

Каждое задание имеет двадцать вариантов. Студент выполняет тот вариант, номер которого соответствует его порядковому номеру в списке группы.

Перед выполнением работы необходимо повторить учебный материал и накануне подробно ознакомиться с инструкцией на проведение лабораторной работы.

Запись результатов на отдельных листках, черновиках недопустима. Цифровые показания должны сопровождаться указанием размерности. Эскизы, схемы, таблицы выполняются аккуратно от руки. Все без исключения вычисления производятся в рабочей тетради по мере их необходимости.

При получении неверных результатов вычислений записи не зачеркиваются, а делается пометка "неверно". Затем проводится проверочный расчет.

При выполнении вычислений вначале пишется зависимость с расшифровкой входящих в нее символов и указанием размерности физических величин. Затем производятся вычисления с обязательной подстановкой исходных данных.

Конечный результат должен содержать не более трех значащих цифр. Например, на экране калькулятора получен результат:

ü 13,8756 - записывается 13,9,

ü 0,00278 - записывается 2,78* ,

ü 358675 - записывается 3,59* и т.д.

По окончании вычислений в той же рабочей тетради в заключение приводятся конечные результаты и выводы по работе.

 

 

4. ЗАДАНИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ

 

1. Расчет привода гидравлических ножниц

Определить мощность привода и размеры гидроцилиндров механизма резанья гидравлических ножниц при следующих исходных данных: гидроцилиндры с плоским днищем и опорой на бурты; число цилиндров m =2; коэффициенты k₁ =0,6 и ε_н =0,3; допустимое напряжение на растяжение для материала гидроцилиндра [ σ ]=100 МПа; прочность разрезаемого материала σ_в =250 МПа; к.п.д. насоса η =0,6. Остальные исходные данные принять по таблице 1.

Литература: [2, с.337-342].

 

2. Механизм главного подъема разливочного крана

 

 

Рис.1. Схема механизмов главной тележки разливочного крана

Рассчитать мощность и подобрать с проверкой на пусковые моменты электродвигатель механизма главного подъема разливочного крана при следующих исходных данных: скорость подъема v=2,3 м/мин; к.п.д. передач механизма главного подъема η=0,85; общее передаточное число механизма n=1325; кратность полиспаста n_p=12; маховые моменты тормозных шкивов Mт = 17 Нм, муфты Мм = 18 Нм. Остальные исходные данные принять по таблице 2.

Литература: [ 1, с.270-272; 2, с.398-402; 3 с. 62-64].

 

3. Механизм вращения колоны крановой завалочной машины

Рис. 2. Схема к расчету механизма вращения колонны крановой завалочной машины

 

Определить окружное усилие Р, приложенное к приводному колесу механизма вращения колонны крановой завалочной машины, грузоподъемностью 5/20 т при следующих исходных данных: время пуска приводов – тележки t_пт=3 с, моста t_пм=4 с; время разгона колонны t_пк=5 с; координаты центра тяжести С системы x_c = 450 мм; y_c = 360 мм; z_c = 3930 мм; радиус опор А и В R₁=600 мм; коэффициент трения в опорах А и В μ₁=0,1; коэффициент трения в подшипнике верхней опоры μ₂=0,05. Остальные исходные данные принять по таблице 3.

Литература: [ 1, с.344-352; 2, с.420-424].

 

4. Заправочная машина с ленточным бросковым механизмом

 

Определить мощность электродвигателя ленточного броскового механизма заправочной машины при следующих исходных данных: коэффициент трения частиц о ленту μ=0,3; температура окружающей среды t_ок = 47 ˚С; допустимая температура нагрева двигателя t₀ = 120 ˚С. Остальные исходные данные принять по таблице 4.

 

Литература: [ 1, с.359-362; 2 с.424-425].

 

5. Определение мощности привода наклона стационарного миксера

 

 

Рис. 3. Рычажно-реечный механизм поворота миксера вместимостью 2500 т: а — кинематическая схема; б — расчетная схема

Определить опрокидывающие моменты для основных периодов работы миксера: начало наклона на слив, конец наклона на слив, начало возврата в исходное положение, конец возврата в исходное положение при следующих исходных данных: начальный угол положения металла в носке миксера φ₀ =20°; координаты смещенного центра вращения миксера y₀ = x₀ =0,2 м; длина бочки миксера L =10 м; вместимость миксера Q_м =2500 т; координаты центра тяжести порожнего миксера x’₀ =0,3 и y’₀ = - 0,2 м; коэффициенты трения f =0,1; k =0,05; k_p =2; передаточное число привода u₁ =370; угол между смежными роликами в опоре α=7°; угол наклона коромысла к линии центров ОВ в начальном положении γ=30°; частота вращения двигателя n_дв =500 об/мин; полный к.п.д. передаточного механизма η=0,80; Остальные исходные данные принять по таблице 5.

 

Литература: [ 1, с.58-71; 2, с.349-359].

Рис. 4. Схемы к расчету опрокидывающих моментов от веса

жидкого металла и порожнего миксера

6. Определение мощности привода наклона конвертера

Определить опрокидывающие моменты для заданной садки и угла наклона конвертера при следующих исходных данных: передаточное число привода u =470; коэффициент трения в опорах f =0,1; частота вращения двигателя n_дв =500 об/мин; полный к.п.д. передаточного механизма η=0,80; радиус цапфы подшипниковой опоры =800 мм; расстояние от днища конвертера до оси цапф d = 0,55Н₁; вес опорного кольца G_оп=500 кН. Остальные исходные данные принять по таблице 6.

 

Литература: [ 1, с.130-136; 2, с.19-30].

Рис. 5. Схема к определению опрокидывающего момента

от веса порожнего сосуда

 

7. Определение мощности привода наклона электросталеплавильной печи

 

Определить статический момент приведенный к валу двигателя для заданного угла наклона электропечи при следующих исходных данных: координаты центра тяжести относительно оси вращения е=300 мм, с=-3000 мм; координаты точки зацепления рейки с реечной шестерней т. М (x₂=0; y₂=-3500); суммарная длина образующих опорных сегментов b=1500 мм; угол наклона линии NO₁ к оси печи β=40°; передаточное число привода u=350; полный к.п.д. передаточного механизма η_м=0,80; сила тяжести рейки G_р=50 кН; частота вращения двигателя n_дв =500 об/мин. Остальные исходные данные принять по таблице 7.

 

Литература: [ 1, с.333-337; 2, с.374-377].

Рис. 6. Расчетные схемы механизма наклона электропечи:

а — опрокидывающих моментов от массы конструкции;

б — от массы жидкого металла

 

8. Определение мощности привода механизма качания кристаллизатора МНЛЗ

 

Рис. 7. Общий вид кристаллизатора МНЛЗ

с шарнирным четырехзвенником

Определить мощность привода механизма качания кристаллизатора при следующих исходных данных: коэффициент трения металла µ=0,5; коэффициенты k₁=1,5 и k₂=1,8; центральный угол кристаллизатора φ=0,1 рад; плотность жидкого металла ρ=7000 кг/м³; радиус эксцентрика r=10 мм; частота вращения двигателя n_дв=150 об/мин; полный к.п.д. передаточного механизма η=0,90. Остальные исходные данные принять по таблице 8.

Литература: [ 1, с.244-247; 2, с.387-389].

 

 

9. Определение мощности привода роликовых проводок МНЛЗ

 

 

Рис. 8. Схема к определению усилий действующих на

четырехроликовую секцию МНЛЗ

 

Определить полный крутящий момент от сил сопротивления на приводном ролике четырехроликовой секции радиального участка приводной проводки МНЛЗ при следующих исходных данных: угловой шаг роликов τ = 2˚24’; коэффициент трения качения слитка по роликам f = 0,0014; коэффициент трения в опорах роликов µ=0,16; плотность жидкого металла ρ=7000 кг/м³; коэффициент затвердевания k=2,6; полный к.п.д. передаточного механизма η=0,85. Остальные исходные данные принять по таблице 9.

 

Литература: [ 1, с.248-255; 2, с. 389-392].

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

Машины и агрегаты металлургических заводов. Т. 2. Машины и агрегаты сталеплавильных цехов / А. И. Целиков, В. М. Полухин, В. М. Гребенник и др., М.: Металлургия, 1987.

 

1. Гребенник В. М., Иванченко Ф. К., Ширяев В. И. Расчет металлургических машин и механизмов. Киев: Выща шк., 1988.

 

1. Сапко. А.И. Механическое и подъемно-транспортное оборудование электрометаллургических цехов. Учебник для металлургических техникумов. 2-е изд., доп. М.: Металлургия, 1978.

 

Таблица 1

Исходные данные для расчета привода гидравлических ножниц

 

ПАРАМЕТРЫ	вариант
Угол наклона ножей (α), град
Давление насоса, МПа
Число резов в минуту (np), МН
Толщина разрезаемого материала (h), мм
Ход плунжера при резании (H), м	0,3	0,4	0,3	0,4	0,3	0,4	0,3	0,4	0,3	0,4	0,3	0,4	0,3	0,4	0,3	0,4	0,3	0,4	0,3	0,4

 

Таблица 2

Исходные данные для расчета мощности привода

механизма главного подъема разливочного крана

 

ПАРАМЕТРЫ	вариант
Грузоподъемность главного подъема (Q), т
Вес грузозахватных приспособлений (Gк), кН
Диаметр барабанов (Dб), м	2,1	2,1	2,2	2,2	2,4	2,4	2,1	2,1	2,2	2,2	2,4	2,4	2,1	2,1	2,2	2,2	2,4	2,4	2,1	2,2
Время пуска при подъеме номинального груза (t), с	1,42	1,52	1,32	1,42	1,52	1,32	1,42	1,52	1,32	1,42	1,52	1,32	1,42	1,52	1,32	1,42	1,52	1,32	1,42	1,52

Таблица 3

Исходные данные для расчета окружного усилия

механизма вращения колонны крановой завалочной машины

 

ПАРАМЕТРЫ	вариант
Вес вращающихся частей с груженной мульдой (Q), кН
Скорость движения тележки (Vт), м/мин
Скорость движения моста (Vм), м/мин
Угловая скорость вращения колонны (ωк), рад/с	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,6	0,6	0,6	0,6	0,6	0,45	0,45	0,45	0,45	0,45
Расстояние между подшипниками А и В колонны (h), м	2,1	2,4	2,1	2,4	2,1	2,4	2,1	2,4	2,1	2,4	2,1	2,4	2,1	2,4	2,1	2,4	2,1	2,4	2,1	2,4
Момент инерции поворотной системы относительно оси Z (J’c), кНм/с2	10,7	10,8	10,9	11,0	10,6	10,6	11,0	10,9	10,8	10,7	10,7	10,8	10,9	11,0	10,6	10,6	11,0	10,9	10,8	10,7
Диаметр цапфы верхней опоры (dц), мм
Диаметр начальной окружности приводного колеса (dw), мм

 

 

 

Таблица 4

 

Исходные данные для расчета ленточного броскового

механизма заправочной машины

 

ПАРАМЕТРЫ	вариант
Производительность машины (П), т/ч
Радиус барабана (R), мм
Угол охвата барабана лентой (α), град
Угол бросания (α0), град
Начальная скорость поступления материала на ленту (V0), м/с	3,0	3,5	3,0	3,5	3,0	3,5	3,0	3,5	3,0	3,5	3,0	3,5	3,0	3,5	3,0	3,5	3,0	3,5	3,0	3,5

 

Таблица 5

Исходные данные для расчета мощности

электродвигателя механизма поворота миксера

ПАРАМЕТРЫ	вариант
Радиус цилиндрической полости миксера (r), м	3,6	3,7	3,8	3,9	4,0	3,6	3,7	3,8	3,9	4,0	3,6	3,7	3,8	3,9	4,0	3,6	3,7	3,8	3,9	4,0
Угол поворота миксера (φ), град
Вес порожнего миксера (G0), т
Число роликов в опоре (z)
Диаметр ролика (Dp), м	0,5	0,55	0,6	0,65	0,7	0,5	0,55	0,6	0,65	0,7	0,5	0,55	0,6	0,65	0,7	0,7	0,5	0,55	0,6	0,65
Диаметр цапфы ролика (dц), мм
Вес опорного ролика,т	0,3	0,32	0,34	0,3	0,32	0,34	0,3	0,32	0,34	0,3	0,32	0,34	0,3	0,32	0,34	0,34	0,3	0,32	0,34	0,3
Вес роликовой обоймы (Gp.о.),т	1,1	1,1	1,15	1,15	1,2	1,2	1,1	1,1	1,15	1,15	1,2	1,2	1,1	1,15	1,2	1,1	1,1	1,15	1,15	1,2
Внутренний радиус роликовой обоймы (R2), м	5,3	5,5	5,8	6,0	6,2	5,4	5,6	5,9	6,1	6,3	5,3	5,5	5,8	6,0	6,2	5,4	5,6	5,9	6,1	6,3
Длина коромысла (R), м	5,4	5,7	6,0	6,2	6,4	5,6	5,8	6,1	6,3	6,5	5,5	5,7	6,0	6,2	6,4	5,6	5,8	6,1	6,3	6,5
Начальный радиус приводной шестерни (r1), мм
Расстояние между осями коромысла и реечной шестерни (Н), м

Таблица 6

Исходные данные для расчета мощности привода

механизма поворота конвертера

 

ПАРАМЕТРЫ

вариант

Садка конвертера (Q), т

Угол поворота конвертера (φ), град

Размеры корпуса, (D1) м

(D2), м

(D3), м

(Н1), м

(Н2), м

(Н3), м

Размеры полости, (d2) м

(d3) м

(d4) м

(h2) м

2,5

2,5

2,5

2,5

2,5

(h3) м

5,5

5,5

5,5

Поделиться: