Расчет режима переката зародышей в технологии производства окатышей, основанной на принудительном зародышеобразовании Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

МЕТАЛЛУРГИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

УДК 621.745

В.М. Павловец, А.В. Герасимук

Сибирский государственный индустриальный университет

РАСЧЕТ РЕЖИМА ПЕРЕКАТА ЗАРОДЫШЕЙ В ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ОКАТЫШЕЙ, ОСНОВАННОЙ НА ПРИНУДИТЕЛЬНОМ ЗАРОДЫШЕОБРАЗОВАНИИ

Получение сырых окатышей на тарельчатом окомкователе по технологии принудительного зародышеобразования включает две основные стадии: формирование зародышей по форме, близкой к кубу, и создание оболочки окатышей доокомкованием их в рабочей зоне окомкователя [1, 2]. Для доокомкования необходима организация режима переката, который для зародышей кубической формы должен быть реализован на окомкователе с определенными параметрами работы: углом наклона тарели к горизонту и ее частотой вращения. Стабильность режима переката обеспечивается отсутствием скольжения зародыша по шихтовому гарнисажу (ШГ) в процессе работы окомкователя. Поэтому наряду с указанными параметрами можно использовать дополнительный фактор, влияющий на стабильность режима переката и доокомкования зародышей, в качестве которого может быть принят коэффициент трения зародышей о шихтовый гар-нисаж. На этот параметр можно воздействовать путем изменения влажности и плотности шихты гарнисажа окомкователя.

Целью настоящей работы является расчет режима переката зародышей в технологии производства окатышей, основанной на принудительном зародышеобразовании; анализ сил, действующих на кубический зародыш при его движении на гарнисаже, и определение параметров работы окомкователя.

В процессе вращения окомкователя зародыш удерживается на ШГ силами трения, и в отсутствии скольжения о шихтовый гарниисаж он может подняться на определенную высоту, задаваемую углом 9, находясь на некотором расстоянии от борта тарели.

На зародыш, находящийся в состоянии покоя, действуют силы, побуждающие его к движению (проекция силы тяжести на плоскость ШГ и центробежная сила), и сила, оказывающая сопротивление движению (сила трения). Разновидностью последней является сила трения покоя, которая действует от мо-

мента приложения сил, побуждающих к движению, до начала скольжения зародыша по ШГ. В процессе скольжения сила трения покоя переходит в силу трения скольжения. При граничном случае, когда скольжение зародыша по ШГ еще не началось и все силы скомпенсированы, их векторная сумма равна нулю.

При расположении зародыша у борта вращающейся тарели расстановка сил, действующих на зародыш, меняется, и его скольжение в направлении суммарной силы исключается из-за реакции борта. В связи с этим можно указать две схемы движения зародыша (рис. 1).

Первая схема движения характерна при нахождении зародыша в квадранте I при 9 < 90°, когда единственной формой движения зародыша будет его перекат у борта тарели. При этом на него действует сила тяжести, которую целесообразно разложить на две составляющие: силу Етг, действующую параллельно плоскости тарели, и силу Ет2, действующую перпендикулярно плоскости тарели. Центро-

Рис. 1. Схема сил и моментов сил, действующих на зародыш, расположенный у борта тарели окомкователя в квадрантах I (а) и II (б), и при нахождении зародыша в точке 1 (в)

бежная сила ^Ц и сила трения покоя ^тр.п зародыша действуют в направлении, противоположном силе Б у, поскольку в направлении

этой силы, вероятно, будет происходить перекат (рис. 1, а). Вторая схема движения характерна при нахождении зародыша в квадранте II при 9 > 90°, при котором происходит его перекат по ШГ тарели (рис. 1, б). Для первой схемы перекат зародыша будет осуществляться по поверхности борта с одновременным скольжением по ШГ, когда угол ф, соответствующий наклону грани ОО' к плоскости горизонта, превысит угол 9. При этом угле центр тяжести куба (Ц) переместится за границу опоры куба - грань, на которую он опирается на борту. При этом проекция точки Ц центра масс зародыша на горизонтальную плоскость (точка Ц) выйдет за опорную грань.

Если при соответствующих условиях зародыш достигнет второго квадранта тарели (9 > 90°) и будет двигаться по второй схеме, то условие устойчивости зародыша на ШГ выполняется при угле ф < 45° (рис. 2, а). Для этой схемы движения имеем ф = у.

При углах наклона тарели окомкователя к горизонту более 45° условие устойчивости будет нарушено, и зародыш будет перекатываться по ШГ. Это обусловлено тем, что при угле наклона более 45° центр (Ц) тяжести зародыша переместится за границу опоры зародыша -грань, на которую он опирается на ШГ. При этом проекция центра тяжести Ц зародыша на горизонтальную плоскость (точка Ц) (рис. 2, б) выйдет за опорную грань.

Для определения условий переката зародыша рассмотрим схему моментов сил, действующих на него. Для обеих схем движения способствовать перекату зародыша будет проекция силы на прямую К- (К - линия, проведенная через центр тяжести Ц и параллельная касательной К к борту тарели окомкователя), поскольку предполагаемое направление движения в начальной фазе будет вдоль борта тарели.

Проекция силы ЕтТ определяется по формуле

^ т7 = ^9 = mg sinysin9, (1)

где 9 - угол между силами и Е'тГ.

Сила ^ т7 создает вращающий момент относительно опорной грани:

М\ = (mg siny зт9)йзр / 2,

(2)

где Нзр - высота зародыша, т - его масса.

Центробежная сила и сила трения создают моменты, противоположные по направлению моменту М]:

МРц = т^Якзр / 2 = т(л«/30)2ЛЛзр / 2; (3) МТр.п = (Цгр.п mgcosy) Нзр / 2;

здесь ю - угловая скорость вращающейся тарели; п - частота вращения; цтр.п - коэффициент трения покоя.

Дополнительный момент, противоположный по направлению моменту М1, будет создавать проекция силы ЕтГ, направленная перпендикулярно борту:

Р''у = т siny)cos9.

Ее момент вычисляется как

(4)

МК, = [т siny)cos9] Нзр / 2. (5)

Сумма моментов сил определяется по выражению

М2 = Мрц + Иртрп + Мр„ .

(6)

Зародыш начнет перекатываться, когда Мх > М2. Для определения угла 9, на который должна повернуться тарель, чтобы зародыш начал перекатываться по борту, приравняем эти моменты и составим равенство с учетом формул (2) - (5):

О-Ц'

Ц' О

б

Рис. 2. Условие устойчивости зародыша на шихтовом гарнисаже:

а, б - положение центра тяжести зародыша при различном наклоне ШГ к горизонту

(mg smy sin9)Нзр / 2 = тю2ЯНзр / 2 + + (Цгр.п mgcosy) Нзр / 2 + + [(mgsiny)cos9] Нзр / 2.

(7)

После преобразований получим

gsinysin9 = ю2Я + ^р.п gcosy + (д siny)cos9. (8)

Решая уравнение (8) относительно угла 9, находим

а

9 = п/2 - arctg[{ - g^op.n cosy - ®2R + + ( - £2(ц2тр.п + 2) cosy - 2Rg^p.n®2 cosy -

- ш4Д2 + 2g )05}/{2 siny}]. (9)

Расчеты угла 9 для тарели радиусом R = 2,5 м при заданных значениях коэффициента трения цтрп, угла наклона тарели у и частоты вращения n представлены в таблице.

Полученные результаты позволяют констатировать, что с ростом коэффициента цтрп угол 9 увеличивается, и перекат зародыша возможен в квадранте II. Если возможности воздействия на режим переката с помощью параметра ^грп ограничены, то аналогичный эффект дает увеличение частоты вращения тарели, что хорошо согласуется с опытными данными. Если появилась производственная необходимость, то с увеличением угла у наклона тарели к горизонту, напротив, можно снизить величину угла 9 и организовать перекат зародышей в первом квадранте тарели.

Выводы. Выполнен расчет режима переката зародышей в технологии производства окатышей, основанной на принудительном зароды-

шеобразовании; проведен анализ сил, действующих на кубический зародыш при его движении на гарнисаже, что позволило определить параметры работы и расширить технологические возможности тарельчатого оком-кователя.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. П а в л о в е ц В.М. Исследование теплосиловых режимов напыления влажной шихты, предназначенных для принудительного зародышеобразования // Изв. вуз. Черная металлургия. 2009. № 6. С. 9 - 13.

2. П а в л о в е ц В.М. Исследование процесса получения влажных окатышей с использованием принудительного заро-дышеобразования // Изв. вуз. Черная металлургия. 2010. № 6. С. 15 - 20.

© 2015 г. В.М. Павловец, А.В. Герасимук Поступила 29 сентября 2015 г.

Результаты расчета угла 8

Y, градус

Значение угла 9, градус, при частоте вращения n, об/мин

4

5

6

7

8

9

10

Мтр.п

= 0,6

30 30 133 144 153 160 165 170 180

34 34 58 73 98 125 145 157 164

38 30 34 42 56 84 120 145 158

42 21 23 26 31 39 57 91 130

46 17 18 20 22 26 32 44 71

50 15 15 16 18 20 23 29 39

53 13 14 15 16 17 20 23 29

Цтр.п

= 0,8

30 180 180 180 180 180 180 180 180

34 169 171 180 180 180 180 180 180

38 154 159 162 166 169 180 180 180

42 110 124 137 148 156 162 167 172

46 47 56 71 94 121 141 153 161

50 28 30 35 43 57 83 116 141

53 21 23 25 29 36 47 68 104

Цтр.п

= 1,0

30 180 180 180 180 180 180 180 180

34 180 180 180 180 180 180 180 180

38 166 168 170 180 180 180 180 180

42 148 153 158 162 166 169 180 180

46 90 105 122 138 149 157 163 168

50 40 46 56 73 99 126 145 156

53 27 30 34 41 54 77 109 136

3