Металлургические машины и оборудование

№ 183

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Кафедра машин и агрегатов металлургических
предприятий

Металлургические машины
и оборудование

Сборник научных трудов 
студентов и аспирантов МИСиС

Под редакцией Заслуженного деятеля науки 
Российской Федерации, профессора, 
доктора технических наук Н.А. Чиченёва

Москва   Издательский Дом МИСиС
2009

УДК 669.02/.09 
 
М54 

Р е ц е н з е н т  
д-р техн. наук, проф. Б.В. Кучеряев 

Металлургические машины и оборудование: Сб. науч. 
М54 трудов студентов и аспирантов МИСиС / Под ред. Засл. деятеля науки РФ, проф., д-ра техн. наук Н.А. Чиченёва. – М.: Изд. 
Дом МИСиС, 2009. – 47 с. 

В апреле 2009 года в ГТУ МИСиС в рамках студенческих Дней науки 
проходила ежегодная научная конференция студентов и аспирантов кафедры 
«Машины и агрегаты металлургических предприятий». 
На научном семинаре кафедры МАМП было заслушано 16 выступлений 
студентов, обучающихся по специальности 150404 «Металлургические машины и оборудование». Наиболее интересные доклады молодых ученых кафедры МАМП опубликованы в данном сборнике. 

© Государственный технологический  
университет «Московский институт 
стали и сплавов» (МИСиС), 2009 

СОДЕРЖАНИЕ 

Предисловие..............................................................................................4 
Албул С.В., Чиченёв Н.А. Расчет механизма качания  
вакуум-камеры рециркуляционного вакууматора ВП-385 
Магнитогорского металлургического комбината..................................6 
Баринов М.С., Мустыгин А.С., Веремеевич А.Н. Модернизация 
задающего устройства и гидросистемы кантователя линии  
ТЭСА 203-530 .........................................................................................12 
Буланов М.Ю., Шишко В.Б. Универсальный лабораторный 
прокатный стан .......................................................................................15 
Волкова Е.А., Веремеевич А.Н. Модернизация участка подготовки 
штрипса в линии ТЭСА 203-530 ...........................................................20 
Дмитриева В.И., Морозова И.Г. Разработка механизма подачи 
деталей в зону лазерной сварки ............................................................23 
Львова Т.Н., Шур И.А. Применение равноканального  
многоуглового прессования для получения заготовок  
из легких сплавов с мелкозернистой структурой................................26 
Манаков А.А., Горбатюк С.М. Вакуумная система прокатного  
стана МАМП-10......................................................................................31 
Однокозова Е.А., Иванов С.А. Анализ конструкций и условий 
эксплуатации печных роликов с целью повышения их 
работоспособности .................................................................................38 
Трелин М.Л., Веремеевич А.Н. Модернизация координатного  
стола АЛТК для резки............................................................................42 
Шарапов Д.Г., Жариков В.М. Использование излучения ЛПМ  
для поверхностной обработки материалов, помещенных  
в жидкость...............................................................................................44 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

С 14 по 21 апреля 2009 г. в рамках студенческих Дней науки проходила 64-я студенческая научно-техническая конференция МИСиС, 
по результатам которой проведен 1-й этап Российского конкурса на 
лучшую научную работу студентов по секции машин и агрегатов металлургического производства. 
На научных семинарах кафедры МАМП заслушано 16 докладов, один из которых представлен на 11-ю межвузовскую международную студенческую научную конференцию «Теория, технология и оборудование обработки металлов давлением», посвященную 90-летию научной школы ОМД МИСиС: «Повышение стойкости фурменного прибора доменной печи путем нанесения износостойких покрытий», магистрант – А.А. Манаков, руководитель – 
д-р техн. наук, проф. С.М. Горбатюк. 
В сборнике представлены наиболее интересные доклады молодых 
ученых кафедры МАМП. Во-первых, это результаты, полученные 
студентами в процессе выполнения дипломных проектов и работ, 
которые были рекомендованы к публикации Государственными аттестационными комиссиями по специальности 150404 «Металлургические машины и оборудование». Во-вторых, это выступления студентов по материалам КНИР (курсовой научно-исследовательской 
или проектно-конструкторской работы), исследования по которым 
планируется продолжить в процессе дальнейшего обучения. 
Следует отметить, что ряд студенческих работ кафедры МАМП 
отмечен различными наградами и премиями. 
Лауреатами Всероссийского конкурса дипломных проектов и работ в области металлургии (конкурс «Металлургия – 2008»), защищенных в 2007–2008 учебном году по специальности 150404 «Металлургические машины и оборудование», стали следующие проекты 
студентов кафедры МАМП: 
1. Разработка механизма транспортировки устройства контроля 
качества сварных швов труб. 
Магистрант – А.А. Манаков. 
Руководитель – доц. И.Г. Морозова. 
2. Модернизация гидропривода машин непрерывного литья слитков из алюминиевых сплавов. 
Студент – А.С. Ширяев. 
Руководитель – доц. И.А. Шур. 

В конкурсе на соискание Премии имени академика А.И. Целикова 
за лучшие студенческие научные работы в области металлургического машиностроения отмечены следующие работы студентов кафедры 
МАМП: 
1. Использование газотермических покрытий для совершенствования работы воздушных фурм доменных печей. 
Студент – С.С. Бердников. 
Руководитель – проф. С.А. Иванов. 
2. Вакуумная индукционная печь для нагрева тугоплавких металлов. 
Студент – Е.З. Туктаров. 
Руководитель – проф. С.М. Горбатюк. 
В работе конференций принимал участие Экспертный совет Программы «УМНИК» (участник молодежного научно-инновационного 
конкурса), по рекомендациям которого Фонд содействия развитию 
малого предпринимательства в научно-технической сфере обеспечивает финансирование в течение двух лет продолжения исследований, 
представленных в работе Е.З. Туктарова (2008 г.). 
Настоящий сборник трудов научной конференции студентов и аспирантов кафедры МАМП является пятым; первый сборник был 
опубликован в 2002 г., второй – в 2005 г., третий – в 2006 г., четвертый – в 2008 г. 

РАСЧЕТ МЕХАНИЗМА КАЧАНИЯ ВАКУУМ-КАМЕРЫ 
РЕЦИРКУЛЯЦИОННОГО ВАКУУМАТОРА ВП-385 
МАГНИТОГОРСКОГО МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО 
КОМБИНАТА 

Студент – С.В. Албул, группа МО-04-6 
Руководитель – д-р техн. наук, проф. Н.А. Чиченёв 

Для внепечной обработки выплавляемых в кислородно-конверторном 
цехе Магнитогорского металлургического комбината (ММК) сталей с 
целью уменьшения содержания в них газов (водорода, кислорода, азота), 
различных неметаллических включений, корректировки и усреднения 
химического состава, выравнивания температуры по всему объему ковша, а также глубокого обезуглероживания специальных марок стали (автолист, коррозионно-стойкие, электротехнические) в 1996 году создан 
единственный в мире комбинированный рециркуляционный вакууматор 
для обработки ковшей емкостью 385 т (рис. 1). 

 

Рис. 1. Комбинированный вакууматор для ковшей емкостью 385 т в ККЦ ММК:  
1 – ковш; 2 – сталевоз; 3 – вакуум-камера; 4 – механизм качания вакуум-камеры;  
5 – трубопровод; 6 – газоохладитель; 7 – система загрузки сыпучих материалов 

Ключевой и уникальной его особенностью является совмещение в 
одном агрегате двух технологических процессов: порционного и 
циркуляционного вакуумирования [1]. Конструктивно это достигается сменой разъемных днищ вакуум-камеры (с одним и двумя патрубками соответственно), регулируемым расходом аргона (при циркуляционном вакуумировании он увеличивается с 400 до 1600 л/мин), а 
также конструкцией вакуум-камеры, предусматривающей погружение камеры в ковш с целью исключения влияния уровня металла в 
ковше на процесс вакуумирования. 
Сущность процесса порционного вакуумирования заключается в 
многократном заполнении нижней части вакуум-камеры небольшими (около 10 % вместимости ковша) порциями металла, короткой (до 
6 с) выдержке каждой из них под разрежением и сливе обратно в 
ковш. Циркуляционное же вакуумирование заключается в обработке 
вакуумом металла, непрерывно циркулирующего через вакуумкамеру с двумя погружными патрубками (всасывающим и сливным) 
под действием транспортирующего газа (аргона). 
Основная часть технологического процесса вакуумирования, а 
именно поднимание и опускание вакуум-камеры, выполняется с помощью механизма качания. Он должен обеспечивать необходимые 
величину и точность хода камеры, частоту ее погружения (как следствие – высокую производительность), а также удобство сборки и 
монтажа. В результате анализа известных схем механизмов качания 
предпочтение было отдано рычажному балансирному механизму, 
выполненному в виде шарнирного параллелограмма с гидравлическим приводом и противовесом (рис. 2). Данная конструкция обеспечивает минимальные энергозатраты, возможность извлечения погружного патрубка из металла при обесточивании и оперативную 
замену вакуум-камеры для ремонта футеровки. Для обеспечения замены вакуум-камеры с помощью сталевоза в площадке механизма 
качания выполнены прорези, перекрываемые поворотными опорами 
вакуум-камеры. 
Так как вакууматор предназначен для обработки ковшей большой 
емкости (до 385 т), то особое внимание должно быть обращено на 
прочность механизма качания, несущего на себе не только массивную вакуум-камеру и противовес на противоположном конце балансира, но и вес собственных крупногабаритных стальных элементов: 
подъемной площадки, тяги, балансира и т.п. В работе представлены 
результаты прочностного расчета механизма, а также определения 
запаса прочности его несущих элементов. 

Рис. 2. Схема механизма качания вакуум-камеры (в процессе замены): 
1 – подъемная площадка; 2 – рычажная система; 3 – гидроцилиндр;  
4 – сталевоз; 5 – проставка; 6 – домкраты; 7 – вакуум-камера 

По составленной расчетной схеме исходя из условия равновесия 
системы определяется усилие на шток гидроцилиндра, максимальное 
значение которого составляет 1,27 МН (в верхнем положении площадки в режиме демонтажа камеры, т.е. при снятом корпусе и днище), а минимальное – 90 кН (в нижнем положении с установленной 
вакуум-камерой). Таким образом, в случае потери давления в гидросистеме подъемная площадка под действием возвращающего момента поднимается в верхнее положение. Это условие соблюдается и в 
режиме вакуумирования, т.е. с установленной на подъемной площадке вакуум-камерой. 
Далее анализируется прочность элементов балансирного механизма, расчетная схема которого представлена на рис. 3. 
Момент от сил веса поднимаемых частей относительно оси О2 
крепления подъемной площадки к механизму принимает наибольшее 
значение в режиме демонтажа вакуум-камеры, равное 775 кН · м. Исходя из этого значения производится расчет левой стойки, так как 
при одинаковых геометрических размерах сечения она более нагружена, нежели правая. 
Опасное сечение стойки – ее заделка. В этом сечении действуют 
незначительное напряжение сжатия 1,2 МПа и максимальное по длине стойки напряжение изгиба 105 МПа, т.е. запас прочности по пре

делу текучести для стали марки 09Г2С, из которой изготовлены тяги 
и стойки, составляет n = 2,9. 

 

Рис. 3. Расчетная схема балансирного механизма 

Для расчета балансира необходимо определить его наиболее нагруженное положение, т.е. положение, в котором реакции опор балансира максимальны. На основании равенства моментов сил относительно опоры установлено, что таковым является нижнее положение подъемной площадки. В этом положении в опасном сечении балансира, находящемся посередине его длины, возникают напряжение 
изгиба, равное 65 МПа (от изгибающего момента в 5,62 МН ⋅ м) и 
напряжение растяжения, равное 2 МПа. 
Ось балансира (опора О1), представляющая собой соединительную трубу средним диаметром 790 мм с толщиной стенки 30 мм, испытывает напряжения изгиба 100 МПа и тем самым соответствует 
заданному запасу прочности. 
Рассмотрена также цапфа оси балансира, на которую помимо напряжения изгиба в 60 МПа действует напряжение смятия и от запрессовки, и от реакции опоры. Величина напряжения смятия в результате проведенных вычислений составляет 108 МПа. 
При известном максимальном усилии на шток гидроцилиндра 
(110 МН) и рабочем давлении жидкости в 22 МПа определяется толщина стенки гильзы гидроцилиндра с внутренним диаметром 
280 мм. С учетом необходимого запаса прочности она должна составлять не менее 35 мм. 
Для прочностного расчета подъемной площадки (рис. 4) рассматривались консоли в местах крепления площадки к механизму кача

ния, каркасные балки площадки и опоры для крепления на площадке 
вакуум-камеры. 

 

Рис. 4. Схема нагружения подъемной площадки 

На основании условия равновесия системы установлено, что реакция R2 больше реакции R1, т.е. опасное сечение а–а одновременно 
испытывает напряжение изгиба, кручения и растяжения, суммарное 
действие которых, рассчитанное в соответствии с III теорией прочности, составляет 85 МПа, а запас прочности по пределу текучести 
для материала подъемной площадки (стали марки 09Г2С) равен 
n = 3,7 [2]. Опорная же балка вакуум-камеры (сечение b–b) испытывает совсем незначительные напряжения изгиба (12 МПа) и кручения 
(3 МПа), поэтому ее прочностной проверкой можно пренебречь. 
После составления расчетной схемы для каркасных балок площадки, несущих на себе вес вакуум-камеры с футеровкой, определяется напряжение изгиба в опасных сечениях наиболее нагруженных 
балок, расположенных параллельно оси вакуум-камеры. Оно составляет 130 МПа, что обеспечивает достаточный запас прочности в 
2,4 раза для балок из стали марки 09Г2С. 
Таким образом, в результате произведенных расчетов по составленным схемам нагружения получены значения запасов прочности 
ключевых элементов конструкции механизма в пределах 2,4…3,7. 
Эти результаты не только предоставляют возможность сделать вы

вод, что конструкция соответствует допустимым пределам показателей надежности и долговечности, но и позволяют, кроме того, 
уменьшить размеры некоторых узлов механизма, что приводит в 
конечном счете к уменьшению металлоемкости и существенному 
снижению энергозатрат на обслуживание крупнейшего в России 
вакууматора в целом. 

Библиографический список 

1. Протасов А.В., Сивак Б.А., Чиченев Н.А. Машины и агрегаты 
металлургического производства. Оборудование для внепечной обработки жидкой стали: Курс лекций. – М.: Изд. Дом МИСиС, 2009. – 
182 с. 
2. Детали машин / Под ред. О.А. Ряховского. – М.: Изд-во МГТУ 
им. Н.Э. Баумана, 2002. – 544 с.