SE515144C2 - Metallurgisk ugnsenhet och toppblåst roterkonverter - Google Patents

Description

...i (Jr 20 25 konvertrar av typ LD, Thomas, OBM eller BOLD eller lutande roterkonvertrar, ofta kallade TBRC eller Kaldo.

Roterkonvertrar skall förutom den ovannämnda tippnings- och/eller vridnings- rörelsen kunna utföra en rotation kring sin längsaxel, ofta med väsentlig hastighet.

Rotationen utnyttjas exempelvis vid blandning och vid reaktionsprocesser, medan vridrörelsen utnyttjas vid chargering, blåsning, slaggning, tappning och ommurning.

Det finns ett problem som är gemensamt för alla metallurgiska ugnsenheter av ovan beskrivet slag, nämligen att fasta in ringen eller ringarna runt ugnskroppen utan att det uppstår komplikationer vid användningen beroende på de stora temperaturvariationerna hos ugnsenheten och dess väggar som uppstår under enhetsprocesserna. Dessa variationer har utbredning såväl i rumsdimensionen som i tidsdimensionen. Dessutom bidrar de stora lastema hos ugnsenheterna och dess innehåll till problemen, när ugnsenheterna skall manövreras, dvs rotera och vridas, under de metallurgiska processema. Genom temperaturvariationerna utvidgar sig sålunda ugnsenheten omväxlande med att den krymper såväl i radiell led som i längsriktning. Dessutom är utvidgningen ej likformig över hela ugnskröppen. Om ringarna monteras direkt på den yttre ugnsväggen uppstår följaktligen problem, eftersom ringarna ej följer ugnsväggens vårmeutvidgningsrörelser. Ringama har därför ofta monterats med visst spel eller med glidmöjlighet, men då uppstår i sin tur problem med oönskat glapp mellan ringar och ugnskropp, som medför stort slitage av såväl ringar som ugnsväggar, särskilt mot bakgrund av de stora laster som skall bringas i rörelse vid ugnsanvändningen.

Det har under senare år föreslagits olika konstruktiva lösningar på dessa problem, exempelvis att förbinda ringar och ugnskropp med olika, rörliga bultförband. En sådan konstruktion beskrivs i GB-A-l2l844l, där en monteringsring fästes till ugnsväggen, exempelvis hos en Kaldo-konverter, med hjälp av stöd och ”fjädrande” bultar anordnade i öppningar med avlångt tvärsnitt som sträcker sig genom ringen och stödet parallellt med ugnens längsaxel, så att längsaxeln hos 232 ii 01.0: 10 20 30 515 144 varje öppning, som sträcker sig radiellt hos ugnen vid motstående ändar hos bultarna, är understödd av bärande ytor hos ringen och stöden. Sålunda kan varje bult utföra en vridrörelse i det radiella planet. Bultarna fungerar således egentligen som ett slags snett utåt verkande länkar.

Gemensamt för alla kända och prövade konstruktioner att anordna ringar på ugnskroppar är att stort slitage och därmed stora underhållskostnader uppstår, varfor de hittills nått mycket måttlig framgång. Problemen är naturligtvis större ju större ugnsenheter som konstrueras, eftersom slitaget tilltar vid högre laster, och med chargevikter på ofta upp mot 100 ton att hantera är således problemen högst väsentliga. Varje oönskat glapp i konstruktionen kan då bli mycket besvärande och leda till prohibitiva nötnings- och förslitningsproblem och dessutom vid högre rotationshastigheter även till obalans vid rotationen, som ytterligare förvärrar förslitningsproblemen.

Det har även föreslagits i DK-A-68786 att använda så kallade elastiska bärelernent för att förbinda ugnsmantel och bärringar. Sådana bärelement är stumt infastade i såväl ugnsmantel som bärring, exempelvis genom flerfaldiga bultrader, varvid värmerörelserna från ugnskroppen tvingar varje bärelement att kröka sig för att ta upp värmeutvidgningsrörelserna och genom att materialets inneboende elasticitet därvid utnyttjas är det tekniskt utförban och till synes elegant. För att underlätta utnyttjandet av de elastiska egenskaperna föreslås sådana bärelement utföras som plattor, profiljäni eller liknande element, och de kan också vara förenade till ett kort cylinderstycke i den ändan där elementen är förbundna med ugnsmanteln. 1 det fall en mantel föreslås bör denna vara försedd med axiella slitsar för att underlätta den elastiska krökningen. I samband med tillkomsten av föreliggande uppfinning gjordes beräkningar på denna tidigare föreslagna, men vad vi känner till aldrig i drifi prövade, sätt att försöka lösa de ovan nämnda problemen i samband med värmeutvidgningen hos ugnskroppar med bärringar. Det visade sig dock vid hållfasthetsberäkningar med modern FEM-analys att vid tunga laster och ett stort antal lastväxlingar (rotationsvarv) blir utmattningspåkänningarna i en sådan konstruktion så höga att risk för utmattningsbrott skulle uppstå på flera ställen .

Detta gäller särskilt på grund av spänningskoncentrationer i slitsarnas radier och ggn nu u »snuva »aven lO 15 IQ (Ju 30 515 144 4 infastningshål, vilket starkt reducerar konstruktionens livslängd. Att en sådan till synes elegant konstruktion ej kommit till allmänt känt bruk är kanske på grund av negativa erfarenheter vid egna försökskörningar, som i så fall idag kan förklaras med hjälp av moderna databaserade hållfasthetsberäkningar Även om uppfinningen såsom inledningsvis sagts inte är begränsad till roterkonvertrar är det särskilt vid sådana ugnsenheter som problemen är störst vad gäller infastning av monteringsringar, delvis på grund av de speciella drifts- betingelserna vid sådana konvertrar, som dessutom kräver såväl rotation som vridning eller tippning. Dessa problem torde vara välkända för varje metallurg som har erfarenhet av roterkonvertrar.

Det är ett syfte med uppfinningen att erbjuda en metallurgisk ugnsenhet av en konstruktion, där de tidigare förekommande problemen med infastningen av monteringsringar for användning vid rotation, tippning och/eller vridning av ugnsenheten väsentligen eliminerats. Det är även ett syfte med uppfinningen att erbjuda en metallurgisk ugnsenhet med pålitlig drift och med låga underhållskostnader i jäinförelse med tidigare kända ugnsenheter.

I dessa syften kännetecknas uppfinningen av de drag som framgår av tillhörande patentkrav.

Hos ugnsenheten enligt uppfinningen är således runt ugnskroppen monterade ringar, dvs monteringsringar av typ löpringar, tippringar eller dylikt, anordnade på avstånd från ugnskroppen och varje ring är förbunden med denna genom ett kraftöverförande bärelement som sträcker sig i ugnsenhetens längsriktning och är anordnad att hindra att ugnskroppens värrneutvidgningsrörelser överförs till ringen samtidigt som den överför lasten från ugnsenheten med eventuellt irmehåll till ringen. Bärelementet enligt uppfinningen utgörs av en mnt ugnskroppen sluten mantel som är förbunden med ugnskroppen respektive ringen med en så flexibel förbindning att en begränsad vinkeländring mellan manteln och ugnskroppen respektive tillåts under inverkan av den nämnda ringen tidigare l0 15 25 30 o n I too: 515 144 värmeutvidgníngsrörelsen hos ugnskroppen. Härigenom elimineras problemen med denna rörelse, utan att någon krökning eller annan deformation av själva manteln erfordras. Värrneexpansionen kan således upptagas väsentligen utan någon deformation av manteln. Detta kan uttryckas som att manteln är ”expansions- upptagande”.

Med ”expansionsupptagande mantel” menas således en mantel som är konstruerad och anordnad att utnyttja konstruktionsrnaterialets (vanligtvis stål) naturliga och specifika egenskaper genom att manteln genom temperaturanpassning följer själva ugnskroppens värmeutvidgningsrörelser helt ut endast vid sin infastning mot ugnsväggen, samtidigt som manteln i sin andra ände med där förekommande lägre temperatur och jämförelsevis små temperaturvariationer bibehåller jämförelsevis konstant diameter anpassad för monteringsringen och dess i sammanhanget ringa utvidgning.

Manteln kan ha cylindrisk form och den är då i sin ena ända, eller i dess närhet, förbunden med en i ugnskroppen infast, från denna utskjutande fläns eller liknande vars radiella storlek skall motsvaras av skillnaden i diameter mellan ugnskroppen och monteringsringen vid kall ugnskropp, dvs utan någon värmeutvidgning.

Manteln kan även ha konisk form och därvid vara infast vid ugnskroppen i sin ena, dess minsta tvärsnitt uppvisande, ände.

Mellan manteln, eller den del av manteln som uppbär en mönteringsring, och själva ugnskroppen kan med fördel anordnas en värmeisolerande skärm, så att temperaturen och temperaturvariationerna hos ringen samt löprullar med tillhörande lager kan hållas nere i största möjliga utsträckning. Manteln och/eller den från ugnskroppen utskjutande flänsen kan även vara försedd med hål för luftgenomströmning. Härigenom underlättas luftcirkulationen mellan ugnskroppen och manteln, så att ugnskroppens yttertemperatur kan hållas på en godtagbart låg nivå. 00100! ø 010110 10 15 20 25 30 515144 6 Uppfinningen skall nu närmare beskrivas i en föredragen utföringsform för en Kaldo-konverter och med hänvisning till tillhörande ritning, där figur 1 visar ugnskärl för en Kaldokonverter i sidovy, figur 2 samma ugnskärl i sidovy och genomskärning, figur 3 visar i princip en Kaldo-anläggning, figur 4 visar infåsming av en expansionsupptagande mantel och figur 5 är en principskiss som illustrerar den expansionsupptagande mantelns funktion.

I figur 1 och 2 visas en ugnsenhet 1 av Kaldo-typ innefattande en cylindrisk ugnskropp 2 samt en konisk bottendel 3 och en konisk överdel 4. Ugnsenheten 1 är roterbar runt sin tänkta längsaxel 5. Utanför en del av den cylindriska ugnskroppen 2 finns en expansionsupptagande mantel 6, som i sin ena ände uppbär en löpring 7. Manteln 6 är ansluten till ugnskroppen genom att den är infäst i en cirkulär fläns 8, som skjuter ut från den cylindriska ugnskroppen runt hela dess omkrets och är förbunden med denna. Själva principen för mantelns 6 montering framgår bäst av figur 2. På ugnskroppen 2 visas även en skyddsring 9, i som hindrar slagg och andra grövre stycken att komma in emellan löpringen 7 och 'i löphjul 13. Manteln 6 kan alternativt. fästas in direkt mot ugnskroppen 2 och är då ” utformad konisk. Infästriingen mot ugnskroppen 2 eller ugnskroppsflänsen 8 i' respektive löpringen 7 är konstruerad som en flexibel förbindning och kan då vara utförd på olika sätt, t.ex. genom speciellt utformad insvetsning, med klämförband eller ett speciellt utforrnad flänsförband, alla infästriingar med den gemensamma egenskapen att de tillåter en viss, begränsad vinkeländring i fórbandet.

Infäsmingen i de bägge av manteln 6 är således utformad så att en lärnpligt anpassad värme-överföring och därmed också temperaturutjärnning erhålls i infästníngspunkterna. Ett lämpligt speciellt utformat flänsförband illustreras av figur 5, från vilken fiamgår att det är geometriskt utformat på sådant sätt att avståndet mellan mantelflänsarnas respektive rotationscentrurn vid vinkeländring och skruvamas 15 centrumlinje blir litet. På så sätt kan en vinkeländring på grund av värmeutvidgningsrörelser tas upp i flänsförbandet med endast en obetydlig ökning av dragpåkänningarna i skruvarna 15. Hur än 10 15 20 25 30 515144 7 förbandet utformas vid båda ändar av manteln 6 erhålls en glappfri förbindelse mellan löpringen 7 och ugnskroppen 2, vilket innebär minimalt slitage och dänned pålitlig drift och jämförelsevis låga underhållskostnader. Manteln 6 kan tillverkas av varje kvalitet konstruktionstål som fackmarmen finner lämplig för den speciella applikationen i varje enskilt fall.

I figur 3 visas en Kaldo-anläggning med ugnsenheten monterad i' användningsläge. Ugnsenheten l vilar i lutande tillstånd i sin längsriktning på ett stödlager 11 och bringas rotera runt sin längsaxeln 5 med hjälp av en drivmotor 12 av hydraulmotortyp eller elmotor med växellåda. Ugnsenheten 1 rullar vilande på löphjul 13 anordnade längs den undre delen av ugnsenheten 1. Löphjulen 13 vilar i lager i en bärande konstruktion 14. Ugnsenheten 1 är försedd med en löpring 7 som är fäst i den ena änden av en expansionsupptagande mantel 6, som i sin tur är fäst vid en fläns 8 som är svetsad eller på annat lämpligt sätt förankrad på den cylindriska ugnskroppen 2.

I figur 4 illustreras infästriing av en koniskt formad expansionsupptagande mantel 6, varvid mantelns 6 minsta tvärsittsände är icke-stumt förankrad direkt vid ugnskroppen 2, vilken infästningspunkt 6a liksom övriga icke-stumma infastnings-purikter på ritningen är symboliskt illustrerade av en fylld cirkel. I övrigt har den koniska manteln 6 samma ftmktion som den cylindriska manteln 6, som visas i figur 3.

Figur 5 illustrerar funktionen hos den expansionsupptagande manteln 6 mer i detalj. Där visas läget för väggen hos den cylindriska ugnskroppen dels i kallt (2), dels i varmt tillstånd (2a). Samma gäller för flänsen 8 (8a). Löpringen 7 visas i samma läge, vare sig ugnskroppen 2 är varm eller kall. Manteln 6 som är flexibelt infäst i såväl löpringen 7 som i flänsen 8 kommer under den radiella utvidgningen av ugnskroppen 2 att följa med flänsens 8 radiella rörelse till läget 8a. Eftersom löpringens 7 läge emellertid ej ändras, då denna icke uppvärms utan hålls så sval 10 515144 8 som möjligt oberoende av temperaturväxlingarna hos ugnsenheten 1 och dess ugnskropp 2, kommer manteln 6 på grund av sin värmeexpansion i stället att i huvudsak anta en konisk, men väsenligen icke krökt, fonn såsom antyds av de streckade linj ema 6a.

På detta sätt har värmeutvidgningsrörelsen hos ugnskroppen 2 och flänsen 8 väsentligen upptagits av manteln 6 och dess forbindningar. Någon större värmemängd överförs inte från ugnskroppen 2 till löpringen 7 genom manteln 6, utan den dominerande potentiella värmekällan för uppvärmning av löpringen 6 är strålning från ugnskroppen 2. Genom att anordna ett isolerande material (ej visat) mellan löpringen 7 och ugnskroppen 2 kan dock denna värmestrålning väsentligen helt skärmas bort.

Claims (6)

10 15 20 25 30 ijsis 144 9 PATENTKRAV

1. Metallurgisk ugnsenhet (1) med cylindrisk ugnskropp (2) avsedd för rotation och/eller tippning eller liknande rörelse och försedd med åtminstone en utanför ugnskroppen (2) anordnad, rörelsen möjliggörande ring (7), varvid varje ring (7) är anordnad på avstånd från ugnskroppen (2) och förbunden med denna genom ett kraftöverförande bärelement (6) sträckande sig i ugnsenhetens (1) längsriktning, vilket bärelement (6) är anordnat att förhindra ugnskroppens (2) värmeutvidg- ningsrörelser att överföras till ringen (7) samt att upptaga yttre last från ugnskroppens egenvikt och chargevikt, k ä n n e t e c k n a d a v a t t bärelementet (6) utgörs av en runt ugnskroppen (2) sluten mantel, som är förbunden med ugnskroppen (2) respektive ringen (7) med en infastning som är anordnad så ledbar och/eller flexibel att en viss begränsad vinkeländring, som kan uppstå under inverkan av nämnda värmeutvidgningsrörelser hos ugnskroppen (2), tillåts mellan manteln (6) och ugnskroppen (2), varvid dessa rörelser elimineras utan någon väsentlig krökning eller annan deformation av själva manteln.

2. Metallurgisk ugnsenhet enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d a v a t t manteln (6) är cylindrisk och i sin ena ände eller ett ställe i närheten av denna förbunden med en i ugnskroppen (2) infast, från denna utskjutande fläns (8) eller liknande.

3. Metallurgisk ugnsenhet enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v a tt manteln (6) är konisk och har sin minsta tvärsnittet uppvisande ände infäst mot ugnskroppen (2).

4. Metallurgisk ugnsenhet enligt krav l-3, k ä n n e t e c k n a d a v en värmeisolerande skärm anordnad mellan ringen (7) och ugnskroppen (2).

5. Metallurgisk ugnsenhet enligt krav 1-4, k ä n n e t e c k n a d a v a t t' manteln (6) och/eller flänsen (8) på ugnskroppen (2) är försedd med genomgående hål för luftgenomströmning. 10 sis 144 10

6. Toppblåst roterkonverter (l) med cylindrisk ugnskropp (2), konisk bottendel (3) och överdel (4) och försedd med en löpring (7) anordnad utanför den “ cylindriska ugnskroppen (2), varvid löpringen (7) är anordnad på avstånd från ugnskroppen (2) och förbunden med denna genom ett cylindriskt eller koniskt forrnat, i konverterns (l) längsiiktning sig sträckande och ugnskroppens (2) värmeutvidgningsrörelser upptagande barelement (6), k ä n n e t e c k n a d a v a t t bärelementet (6) utgörs av en runt ugnskroppen (2) sluten mantel, som är förbunden med ugnskroppen (2) respektive ringen (7) med en infástning som är anordnad så ledbar och/eller flexibel att en viss begränsad vinkelândring, som kan uppstå under inverkan av nämnda värmeutvidgriingsrörelser hos ugnskroppen (2), tillåts mellan manteln (6) och ugnskroppen (2), varvid dessa rörelser elimineras utan någon väsentlig krökning eller annan deformation av själva manteln.