Введение к работе
Актуальность работы.
Литейными кранами конвертерного производства транспортируют и заливают жидкий чугун в конвертер. Во время заливки жидкого чугуна в конвертер происходят выбросы (раскаленные газы с пылью, пламя, брызги металла и т.п.). Их температура может доходить до 1500 C. В результате элементы литейного крана (стальные канаты главного механизма подъема, траверса, металлоконструкции моста крана и тележки главного подъема), подвергаются статическим, динамическим нагрузкам и циклическим температурным воздействиям.
Обследования литейных кранов показывают, что деформации и трещины появляются в металлоконструкции вспомогательного моста и в зонах соединения вспомогательных пролетных балок с концевой балкой (т.е. в элементах, которые наиболее подвержены циклическим температурным воздействиям). В металлоконструкции литейного крана дефекты размещаются по основному металлу и по сварным швам. Для их устранения и восстановления несущей способности металлоконструкции кран выводится на продолжительный капитально-восстановительный ремонт.
Практика эксплуатации стальных канатов показывает, что стальные канаты главного подъема литейных кранов служат не более двух месяцев. Постоянно подвергаясь циклическим температурным воздействиям, они обрываются, что приводит к авариям. 7 апреля 1998 г. в ОАО «Северсталь» оборвался канат главного подъема литейного крана конвертерного производства во время заливки жидкого чугуна в конвертер, ковш упал на рабочую площадку конвертера. Вторая крупная авария произошла 23 марта 2004 г. в отделении перелива чугуна во время подъема ковша с жидким обезшлаченным чугуном. В результате второй аварии погибли четыре человека. Данный стальной канат на момент аварии проработал всего 62 сут.
Результаты исследований показали, что только 10-20 % канатов главного механизма подъема литейных кранов отрабатывают срок, установленный регламентом их осмотра и выбраковки.
Настоящая работа посвящена защите элементов литейного крана от температурных воздействий, совершенствованию стальных канатов и теплового экрана металлоконструкции моста крана с целью увеличения сроков их службы и безопасной эксплуатации.
Цель работы.
Разработать конструкции тепловых экранов металлоконструкции литейного крана и стального каната главного подъема, обеспечивающих безопасную эксплуатацию литейного крана при высоких температурных воздействиях на его элементы.
Научная новизна работы.
-
Впервые разработана математическая модель нагрева поверхности металлоконструкции литейного крана с учетом вариантов ее тепловой защиты.
-
Получены зависимости температуры поверхности металлоконструкции литейного крана от внешних факторов при различных вариантах ее защиты.
-
Определены напряжения и деформации в металлоконструкции моста литейного крана с учетом влияния на нее силовых и температурных воздействий.
Практическое значение.
-
Математическая модель нагрева поверхности металлоконструкции литейного крана позволяет провести оценку эффективности вариантов ее защиты.
-
Определены напряжения и перемещения в металлоконструкции моста литейного крана, что позволило объяснить появление дефектов.
-
Разработана конструкция эффективной тепловой защиты от температурных воздействий моста литейного крана, обеспечивающая температуру ее нагрева во время заливки жидкого чугуна в конвертер не выше чем на 10 C. Данная конструкция запатентована и не противоречит требованиям промышленной безопасности.
-
Разработана, обоснована и запатентована конструкция стального каната с пружинным сердечником, которая позволяет устранить дефекты, возникающие по конструктивным и технологическим причинам, при его эксплуатации.
-
Предложенная конструкция удлиненного крюка позволит уменьшить температурные воздействия на стальные канаты главного подъема литейного крана.
Достоверность полученных результатов.
Результаты, полученные по математической модели, согласуются с экспериментальными исследованиями, в том числе с исследованиями других авторов.
Апробация работы.
Основные научные положения и результаты диссертационной работы доложены и получили одобрение:
на V Международной научно-технической конференции «Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства» (Череповец, октябрь, 2005 г.);
на техническом совещании по проблемам эксплуатации литейных кранов с участием УПБ ЧерМК ОАО «Северсталь», Ростехнадзора, РосЭК, ЧГУ, (Череповец, июнь, 2006 г.);
на конференции «Ежегодные сессии аспирантов и молодых ученых» (Вологда, ноябрь, 2007 г.);
на «Политехническом симпозиуме: Молодые ученые промышленности Северо-Западного региона» (Санкт-Петербург, декабрь, 2008 г.);
на «Политехническом симпозиуме: Молодые ученые промышленности Северо-Западного региона» (Санкт-Петербург, май, 2009 г.).
Публикации.
По результатам диссертационной работы опубликовано 17 печатных работ, в том числе 2 работы в изданиях, рекомендованных ВАК по специальности 05.02.13, и 2 патента РФ на изобретение и полезную модель.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 124 наименований. Объем диссертации составляет 223 страницы, включающий 72 рисунка, 32 таблицы, 11 приложений.
