Конструкции конвертеров, миксеров и печей
Машиностроительные сварные конструкции различаются по назначению, типам и размерам. Наиболее интересны сварные листовые негабаритные конструкции. Ниже будут рассмотрены две группы таких конструкций - из толстостенной листовой стали (конвертеры, миксеры и вращающиеся печи) и негабаритные листовые конструкции из сравнительно тонкого листа (декомпозеры, бункеры и кожухи, обшивки).
Конвертеры являются основными агрегатами конвертерного производства стали. Наиболее распространенным в мире является кислородно-конвертерный процесс, при котором жидкий чугун превращается в сталь без подвода теплоты, за счет продувки металла в конвертере технически чистым кислородом сверху. Конвертер представляет собой агрегат для получения стали емкостью до 400 т жидкого чугуна.
Конструкция кислородного конвертера емкостью 160 т. Корпус конвертера состоит из трех основных частей: сферического днища, цилиндрической средней части и конической горловины. Изнутри корпус конвертера футеруется огнеупорными материалами. Футеровка должна обладать достаточной прочностью с учетом того, что в процессе работы конвертер качается.
Опорное кольцо имеет коробчатое сечение, обеспечивающее необходимую прочность и жесткость конструкции, на выносные фундаменты устанавливаются подшипники скольжения, в которых вращается цапфа. При помощи системы приводов конвертер может совершать повороты вокруг оси вращения. Корпус конвертера соединяют с опорным кольцом при помощи кронштейнов, привариваемых к корпусу конвертера.
Сварка корпуса конвертера осуществляется стыковыми соединениями. Толщина металла, из которого изготавливается конвертер, достигает 100 и более мм, поэтому основной вид сварки - электрошлаковая, а также в сочетании с ней - ручная дуговая сварка.
Соединение опорного кольца и других обслуживающих конструкций производится ручной дуговой или механизированной сваркой.
Контроль качества сварных швов конвертера (в первую очередь корпуса) осуществляется неразрушающими методами контроля - ультразвуковым и проникающим излучением (рентген и гамма-лучи).
Миксеры - агрегаты металлургического производства, представляющие из себя стальные сосуды, футерованные огнеупорным кирпичом, и служащие для накопления расплавленного чугуна, выплавляемого в доменных печах и предназначенного для дальнейшего передела в жидком виде в сталь. Основное назначение миксеров - выравнивание химического состава и температуры чугуна.
Конструкция наиболее распространенного миксера емкостью 1300 т. Корпус миксера имеет цилиндрическую форму, диаметр его достигает пяти метров, а ширина - шести. Опорная часть миксера представляет собой сварную конструкцию, состоящую из нижней плоскости плиты, которая анкерными болтами крепится к фундаменту, вертикальных стенок и верхней плиты, имеющей криволинейную форму. Нижняя плита, вертикальные стенки и верхняя плита соединены между собой в жесткую конструкцию при помощи угловых тавровых швов.
По верхней плите опорной части передвигаются катки, связанные между собой сепаратором. Система катков является как бы подшипником качения для корпуса миксера, который по каткам может совершать поворот вокруг своей оси на углы, определяемые необходимостью залива расплавленного чугуна в миксер и разлива его из миксера по мере надобности. Поворот корпуса осуществляется при помощи механизма поворота.
Для обеспечения жесткости конструкции миксера и возможности его поворота служат кольца-бандажи, имеющие коробчатое сечение, составленное из вертикальных стенок, связанных между собой через систему ребер жесткости, и сваренных угловыми тавровыми швами. Бандажи опираются на катки.
Корпус миксера состоит из цилиндрической части, к которой на шпильках крепятся два днища, - левое и правое. Внутри корпуса миксера - футеровка из огнеупорного материала. Для залива чугуна миксер имеет отверстие («носок»), при помощи поворачивания миксера вокруг своей оси заливочное отверстие может быть установлено в удобное для залива или разливки положение. Во время нахождения в миксере чугун подогревается.
В различных отраслях народного хозяйства находят применение вращающиеся цилиндрические печи, предназначающиеся для обжига шихты при температурах до 1400 °С. Основой конструкции вращающихся печей является их цилиндрическая часть, представляющая собой сварной стальной цилиндр длиной до 210 м и толщиной стенки до 80 мм. Внутренняя поверхность печи футеруется огнеупорными материалами.
Принцип действия печи заключается в том, что шихта, подлежащая тепловой обработке (обжигу), перемещается вдоль печи навстречу потоку горячих газов (воздуха). Загрузка шихты происходит в «холодной» части печи, а выход готовой продукции - в «горячей», т. е. температура процесса в горячей части печи значительно выше, чем в холодной. Для ускорения процесса обжига необходимо перемешивать шихту. Для обеспечения этого процесса служит конструкция печей.
Чтобы шихта перемещалась от холодной к горячей части печи, последняя устанавливается с уклоном по длине в сторону горячей части. Перемешивание шихты обеспечивается тем, что печь при работе вращается вокруг своей оси при помощи специального привода. Для обеспечения прочности конструкции по длине печи толщина стенок ее может меняться: по мере приближения к горячей части толщина стенок увеличивается.
Конструкция цементной печи негабаритная, поэтому на машиностроительном предприятии изготавливают отдельные блоки, детали и заготовки. Сборку и сварку печи производят на монтажной площадке.
При диаметрах печи до 4 м корпуса их поступают на монтаж в виде колец-царг или блоков длиной до 12 м. При больших диаметрах корпус печи поступает на стройку в виде отдельных монтажных элементов - «третинок» или «четвертинок». В таком же виде поступают и бандажи-кольца, которые надеваются на корпус печи и, опираясь на роликоопоры, обеспечивают вращение печи.
Корпус печи сваривается из заготовок стыковыми швами автоматической сваркой под флюсом с двухсторонней разделкой кромок. Может быть также использована электрошлаковая сварка, тогда кромки не подготавливают. Способ сварки оговаривается заранее с заводом-изготовителем, который выполняет разделку и подготовку кромок. Корпус изготавливается из низкоуглеродистой стали.
Бандажи укрупняются из третинок в кольца при помощи электрошлаковой сварки. Печь с укрепленными на ней бандажами вращается на роликовых опорах, установленных на железобетонных опорах. Вращение печи осуществляют при помощи венцовой шестерни и привода.
Листовые конструкции общего назначения
Практически во всех отраслях промышленности применяются конструкции, называемые бункерами.
Бункер служит для временного хранения сыпучих и кусковых материалов. Емкость бункеров может быть весьма разнообразной - от кубометра до сотен кубометров. Содержимое в бункере передвигается за счет силы тяжести, поэтому загрузка бункера происходит сверху, а разгрузка через нижнюю часть при помощи затворов или питателей.
По своей конструкции бункеры могут быть прямоугольного или круглого сечения, в первом случае корпус бункера представляет собой пирамиду, во втором - конус.
Бункеры состоят из следующих основных частей: верхней опорной рамы; корпуса; нижней рамы и ребер жесткости. Опорная рама обычно конструируется из швеллеров или уголкового профиля, корпус бункера - из листовой стали. Если емкость бункера невелика, а содержимое бункера не предъявляет особых требований, то сварные соединения проектируют нахлесточными угловыми, в этом случае не требуется и установки ребер жесткости.
Однако в том случае, если емкость бункеров велика или при загрузке (засыпке) их могут быть большие ударные нагрузки, толщина металла бункера может быть значительной. В таких бункерах сварку осуществляют встык, с использованием механизированных и автоматизированных средств, а также производится установка ребер жесткости. Обычно бункеры изготовляют из низкоуглеродистой стали, однако в пищевой промышленности, например, - из нержавеющих сталей. Кроме того, к сварным соединениям таких бункеров предъявляются особые требования к чистоте и гладкости внутренней поверхности. В этом случае применяют стыковые соединения со шлифовкой корня шва.
Широко распространенная конструкция - ограждающий кожух. Кожухи и обшивки могут быть каркасные и бескаркасные. Основное их назначение - предохранение обслуживающего персонала от движущихся частей механизма или разлетающихся при обработке частиц продукта; обеспечение герметичности процессов обработки или транспортировки (без избыточного давления) или то и другое вместе. Для примера может быть взята конструкция каркасного кожуха ковшового элеватора для вертикального транспорта пылевидного продукта. К его конструкции предъявляется требование герметичности. Кожух изготавливают из отдельных секций, которые соединяются между собой на фланцах. Для обеспечения герметичности между фланцами устанавливают прокладки. Материал, используемый при изготовлении кожухов и обшивок, - низкоуглеродистая сталь. Сварные соединения - нерасчетные, угловые нахлесточные, герметичные.