ipolytechiPolytech JournaliPolytech Journal2782-40042782-6341Irkutsk National Research Technical University10.21285/1814-3520-2021-2-148-160ipolytech-474Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕMACHINE BUILDING AND MACHINE SCIENCEРазработка сварной конструкции и технологии изготовления корпуса дымового клапана Ду 2000 доменной печиDevelopment of a welded structure and a technology for manufacturing a smoke valve casing ID 2000 for use in a blast furnaceПятовскийА. С.PyatovskyA. S.

Пятовский Артур Сергеевич - ведущий инженер-конструктор.

664007, Иркутск, ул. Октябрьской Революции, 1

Artur S. Pyatovsky - Leading Design Engineer.

1 Oktyabrsky Revolyutsii St., Irkutsk 664007

pyatovskii_a@mail.ruБройдоВ. Л.BroidoV. L.

Бройдо Владимир Львович - кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры машиностроительных технологий и материалов,

664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83

Vladimir L. Broido - Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor of the Department of Mechanical Engineering Technologies and Materials,

83 Lermontov St., Irkutsk 664074

broidolv@gmail.comИЗТМ-Инжиниринг, ОООРоссияIrkutsk Heavy Machinery Plant - Engineering LLCRussian FederationИркутский национальный исследовательский технический университетРоссияIrkutsk National Research Technical UniversityRussian Federation202102052021252148160Copyright © Пятовский А.С., Бройдо В.Л., 20212021Пятовский А.С., Бройдо В.Л.Pyatovsky A.S., Broido V.L.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ipolytech.elpub.ru/jour/article/view/474

Цель - разработка сварной конструкции и технологии изготовления корпуса дымового клапана Ду 2000 доменной печи взамен ранее использовавшейся литой конструкции из стали 35Л. Новая крупногабаритная конструкция (3742 x 3020 x 3275 мм) должна обеспечить прочное и герметичное сопряжение трех толстостенных (до 40 мм) вальцованных обечаек. Разработка конструкции и ее элементов велась с использованием трехмерного моделирования в программе «Компас-3D». Зоны сопряжения обечаек оформлены с использованием переходных элементов в виде гнутых сегментов двоякой кривизны. Установлено, что применение технологических припусков при гибке цилиндрических обечаек секторов обеспечивает получение деталей требуемой точности (отклонения по диаметру - не более 5 мм). Вальцовка обечаек, имеющих сложную криволинейную линию сопряжения, может выполняться на прямоугольной заготовке. Криволинейная линия сопряжения на заготовке вырезается на газорезательной машине с числовым программным управлением участками длиной 150-170 мм с перемычками 50-70 мм. Показано, что удаление перемычек ручной газовой резкой и подготовка кромок под сварку могут выполняться только после вальцовки и сварки прямолинейного стыка обечайки. Отработаны приемы доводки сегментов двоякой кривизны при сборке конструкции с помощью специальных гидравлических распорок. С использованием данных предложенных приемов доводки разработана технология изготовления сварной конструкции корпуса. За счет оптимизации конструкции корпуса удалось добиться снижения его массы на 5,5% от массы литого корпуса. По разработанной технологии изготовлены два клапана для замены изношенных на крупнейшую в Европе домну 5500 м3 «Северянка» ПАО «Северсталь». Использованные технические решения предоставили значительное снижение трудоемкости изготовления при обеспечении необходимого качества конструкции и снижение массы конструкции по сравнению с литой.

The aim of this work is to develop a welded structure and a technology for manufacturing a smoke valve casing ID 2000 for use in a blast furnace to substitute the previously used cast design from 35L steel. The proposed large-size structure (3742 x 3020 x 3275 mm) should provide a strong and tight connection of three thick-walled (to 40 mm) rolled shells. The development of the structure and its elements was carried out using three-dimensional modelling in the Compass-3d software. The joining zones of the shells are designed as bent transition elements with a double curvature. It was found that the use of technological allowances when bending the cylindrical shells of sectors makes it possible to obtain parts with the required accuracy (a deviation in diameter not higher than 5 mm). The rolling of the shells having a complex curved line of joining can be performed on a rectangular workpiece. A curved joining line with the sections having a length of 150-170 mm and cross-connections of 50-70 mm is cut out on the workpiece using a computerized flame-cutting machine. It was shown that the removal of the cross-connections by manual gas cutting and preparation of edges for welding can be performed only after rolling and welding of the straight joint of the shell. Techniques for fitting the double-curved segments during assembling using special hydraulic struts were elaborated. These techniques were used to develop a technology for manufacturing a welded casing structure. Due to the optimization of the casing design, its weight was reduced by 5.5% compared to that produced by casting. Using the developed technology, two valves were manufactured to replace obsolete valves at the largest blast furnace (5500 m3) in Europe "Severyanka", PJSC Severstal. The described technical solutions provided a significant reduction in the labour intensity of manufacturing the presented structure, at the same time as ensuring its high quality and optimized weight compared to that produced by casting.

дымовой клапандоменная печьсварная конструкцияотливкаобечайкавальцовкаsmoke valveblast furnacewelded structurecastingshellrollingReferencesЩиренко Н.С. Механическое оборудование доменных цехов. М.: Изд-во «Металлургиздат», 1962. 525 с.Shchirenko NS. Mechanical equipment for blast furnace shops. Moscow: Metallurgizdat; 1962, 525 р. (In Russ.)Рыжков Н.И. Производство сварных конструкций в тяжелом машиностроении: организация и технология: 2-е изд., перераб. и доп. М.: Изд-во «Машиностроение», 1980. 376 с.Ryzhkov NI. Production of welded structures in heavy engineering: organization and technology. Moscow: Mash-inostroenie; 1980, 376 р. (In Russ.)Liu Yun Qiang, Lv Yong. Study on the Welding of Feeder Hopper and Cylinder Instead of Casting Process // Applied Mechanics and Materials. 2014. Vol. 599-601. Р. 486-488. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.599-601.486Liu Yun Qiang, Lv Yong. Study on the welding of feeder hopper and cylinder instead of casting process. Applied Mechanics and Materials. 2014;599-601:486-488. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.599-601.486Схиртладзе А.Г. Определение целесообразности замены цельнолитых крупногабаритных заготовок сварно-литыми // Технология металлов. 2007. № 1. С. 18-22.Skhirtladze AG. Determining expediency of one-piece large-size blank replacement with cast-welded ones. Tekhnologiya metallov. 2007;1:18-22. (In Russ.)Николаев Г.А., Куркин С.А., Винокуров В.А. Расчет, проектирование и изготовление сварных конструкций. М.: Изд-во «Высшая школа», 1971.760 с.Nikolaev GA, Kurkin SA, Vinokurov VA. Calculation, design and manufacture of welded structures. Moscow: Vysshaya shkola; 1971, 760 р. (In Russ.)Giarratani F., Gruver G., Jackson R. Clusters, agglomeration, and economic development potential: empirical evidence based on the advent of slab casting by U.S. steel minimills // Economic Development Quarterly. 2007. Vol. 21. No. 2. Р. 148-164. https://doi.org/10.1177/0891242406298833Giarratani F, Gruver G, Jackson R. Clusters, agglomeration, and economic development potential: empirical evidence based on the advent of slab casting by U.S. steel minimills. Economic Development Quarterly. 2007;21 (2):148-164. https://doi.org/10.1177/0891242406298833Патон Б.Е. Современные направления исследований и разработок в области сварки и прочности конструкций // Автоматическая сварка. 2003. № 10-11. С. 7-13.Paton BE. Modern research and development trends in welding and structural strength. Avtomaticheskaya svarka = Automatic Welding. 2003; 10-11:7-13.Литвинов А.П., Дерломенко В.В. Свариваемость и работоспособность сварных соединений // Автоматическая сварка. 2009. № 9. С. 50-56.Litvinov AP, Derlomenko VV. Weldability and performance of welded joints. Avtomaticheskaya svarka = Automatic Welding. 2009;9:50-56.Delkhosh E., Khurshid M., Barsoum I., Barsoum Z. Fracture mechanics and fatigue life assessment of box-shaped welded structures: FEM analysis and parametric design // Welding in the World. 2020. Vol. 64. No. 9. P. 1535-1551. https://doi.org/10.1007/s40194-020-00945-9Delkhosh E, Khurshid M, Barsoum I, Barsoum Z. Fracture mechanics and fatigue life assessment of box-shaped welded structures: FEM analysis and parametric design. Welding in the World. 2020;64(9):1535-1551. https://doi.org/10.1007/s40194-020-00945-9Bull J.W., Woodford C.H., Christie W.C., Neau E., James M.N. The low stress design of welded plates using the self-designing structures approach // Computers & Structures. 2000. Vol. 78. No. 1-3. Р. 487-496.Bull JW, Woodford CH, Christie WC, Neau E, James MN. The low stress design of welded plates using the selfdesigning structures approach. Computers & Structures. 2000;78(1 -3):487-496.Стеклов О.И., Антонов А.А., Севостьянов С.П. Обеспечение целостности сварных конструкций и сооружений при их длительной эксплуатации с применением реновационных технологий // Автоматическая сварка. 2014. № 6-7. С. 7-12.Steklov OI, Antonov AA, Sevost'yanov SP. Providing integrity of welded designs and structures during their long-term operation using renovation technologies. Avtomaticheskaya svarka = Automatic Welding. 2014;6-7:7-12.Чутов Е.И., Иванцов Н.В. Совершенствование сварных конструкций применением литых заготовок // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2016. Т. 1. № 12. С. 452-453.Chutov EI, Ivantsov NV. Improving weldments application cast billets. Aktual'nye problemy aviacii i kosmonavti-ki. 2016;1(12):452-453. (In Russ.)Гончаров Н.Г., Колесников О.И., Юшин А.А., Гриднев С.М., Временко А.В., Финатов Д.Н. [и др.]. Использование велдолетов в качестве тройниковых соединений при строительстве, реконструкции и ремонте трубопроводов // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2016. № 3. С. 60-64.Goncharov NG, Kolesnikov OI, Yushin AA, Gridnev SM, Vremenko AV, Finatov DN, et al. Application of weldolets as T-connectors for construction, renovation and repair of pipelines. Nauka i tekhnologii truboprovodnogo transporta nefti i nefteproduktov. 2016;3:60-64. (In Russ.)Nega Hailemariam Fisseha, Hui Yang, Ying Gao. Weld design of vehicle bodies and analysis of welded butt and t-joints using Simufact // International Journal of Science and Research. 2015. Vol. 4. Iss. 7. Р. 420-427.Nega Hailemariam Fisseha, Hui Yang, Ying Gao. Weld design of vehicle bodies and analysis of welded butt and T-joints using Simufact. International Journal of Science and Research. 2015;4(7):420-427.Sulaiman M.S., Manurung Yu.H.P., Haruman E., Bin Abdul Rahim M.R., Redza M.R., Lidam R.N.Ak., et al. Simulation and experimental study on distortion of butt and t-joints using weld planner // Journal of Mechanical Science and Technology. 2011. Vol. 25. Iss. 10. Р. 26412646. https://doi.org/10.1007/s12206-011-0701-8Sulaiman MS, Manurung YuHP, Haruman E, Bin Abdul Rahim MR, Redza MR, Lidam RNAk, et al. Simulation and experimental study on distortion of butt and T-joints using weld planner. Journal of Mechanical Science and Technology. 2011;25(10):2641-2646. https://doi.org/10.1007/s12206-011-0701-8Москвичев В.В. Ресурсное проектирование и безопасность крупногабаритных сварных конструкций // Сварка в России - 2019: современное состояние и перспективы: тезисы докладов Международной конференции, посвященной 100-летию Б.Е. Патона (г. Томск, 3-7 сентября 2019). Томск: Изд-во ИФПМ СО РАН, 2019. С. 209.Moskvichev VV. Resource design and safety of large welded structures. In: Svarka v Rossii - 2019: sovremen-noe sostoyanie i perspektivy: tezisy dokladov Mezhdu-narodnoj konferencii, posvyashchennoj 100-letiyu B.E. Patona = Welding in Russia - 2019: current state and prospects: abstracts of the International conference dedicated to the 100th anniversary of B.E. Paton. 3-7 September 2019, Tomsk. Tomsk: Institute of Strength Physics and Materials Science of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences; 2019, р. 209. (In Russ.)Бройдо В.Л., Блохнин В.А. Технология изготовления корпуса дымового клапана Ду 2000 доменной печи // Жизненный цикл конструкционных материалов (от получения до утилизации): матер. VI Всерос. науч.- техн. конф. с междунар. участием (г. Иркутск, 25-27 апреля, 2016 г.). Иркутск: Изд-во ИРНИТУ, 2016. С. 273-280.Brojdo VL, Blohnin VA. Manufacturing technology of a body of Du 2000 blast furnace smoke valve. Zhiznennyj cikl konstrukcionnyh materialov (ot polucheniya do uti-lizacii): materialy VI Vserossijskoj nauchno-tekhnicheskoj konferencii s mezhdunarodnym uchastiem = Life cycle of structural materials (from manufacturing to disposal): proceedings of VI All-Russian scientific and technical conference with international participation. 25-27 April 2016, Irkutsk. Irkutsk: Irkutsk National Research Technical University; 2016, p. 273-280. (In Russ.)Фетисов В.П. Оценка пластичности при деформации углеродистой стали // Литье и металлургия. 2019. № 3. С. 85-88. https://doi.org/10.21122/1683-6065-2019-3-85-88Fetisov VP. Evaluation of plasticity during deformation of carbon steel. Lit'e i metallurgiya. 2019;3:85-88. (In Russ.) https://doi.org/10.21122/1683-6065-2019-3-85-88Винокуров В.А. Отпуск сварных конструкций для снижения напряжений. М.: Машиностроение, 1973. 216 с.Vinokurov VA. Tempering of welded structures to reduce stresses. Moscow: Mashinostroenie; 1973, 216 p. (In Russ.)Вовчук И.П., Шишватова О.В. Конструкторскотехнологическое решение получения литой заготовки с удовлетворительной свариваемостью // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2016. Т. 1. № 12. С. 422-424.Vovchuk IP, Shishvatova OV. Technological methods for producing cast blanks with satisfactory weldability. Aktual'nye problemy aviacii i kosmonavtiki. 2016;1(12):422-424. (In Russ.)Лоза А.В., Чигарев В.В., Шишкин В.В. Повышение качества стальных лито-сварных конструкций // Вестник Приазовского государственного технического университета. Серия: Технические науки. 2016. № 33. С. 107-113.Loza AV, Chigarev VV, Shishkin VV. Quality improvement of steel cast-welded constructions. Vestnik Priazovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universi-teta. Seriya: Tekhnicheskie nauki. 2016;33:107-113.Новокрещенов С.А. Пути улучшения качества сварных соединений // Международный журнал гуманитарных и естественных наук. 2018. Т. 7. № 7. С. 152-156.Novokreshchenov SA. Ways of improvement of quality of welded compounds. Mezhdunarodnyj zhurnal gumani-tarnyh i estestvennyh nauk = International Journal of Humanities and Natural Sciences. 2018;7:152-156. (In Russ.)Ющенко К.А. Свариваемость и перспективные процессы сварки материалов // Автоматическая сварка. 2004. № 9. С. 39-44.Yushchenko KA. Weldability and prospective processes of material welding. Avtomaticheskaya svarka = Automatic Welding. 2004;9:39-44.Радченко М.В., Радченко В.Г. Специфика производства сварных изделий и конструкций: монография: в 2 ч. Ч. 2. Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2010. 204 с.Radchenko MV, Radchenko VG. Features of welded product and structure production: monograph: in 2 parts. Part 2. Barnaul: Polzunov Altai State Technical University; 2010, 204 р. (In Russ.)Слепцов О.И., Сивцев М.Н., Слепцов Г.Н., Харбин Н.Н., Эверстов М.М. Разработка ремонтно-сварочных технологий для восстановления узлов горнодобывающей техники в условиях естественно низких температур // Сварка и диагностика. 2019. № 1. С. 28-31.Slepcov OI, Sivcev MN, Slepcov GN, Harbin NN, Everstov MM. Development of repair and welding technologies for the recovery of mining equipment in conditions of naturally low temperatures. Svarka i diagnostika. 2019;1:28-31. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.