Разработка сварной конструкции и технологии изготовления корпуса дымового клапана Ду 2000 доменной печи

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.

1. Щиренко Н.С. Механическое оборудование доменных цехов. М.: Изд-во «Металлургиздат», 1962. 525 с.

2. 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.

3. 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.599-601.486

4. Схиртладзе А.Г. Определение целесообразности замены цельнолитых крупногабаритных заготовок сварно-литыми // Технология металлов. 2007. № 1. С. 18-22.

5. Николаев Г.А., Куркин С.А., Винокуров В.А. Расчет, проектирование и изготовление сварных конструкций. М.: Изд-во «Высшая школа», 1971.760 с.

6. 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/10.1177/0891242406298833

7. Патон Б.Е. Современные направления исследований и разработок в области сварки и прочности конструкций // Автоматическая сварка. 2003. № 10-11. С. 7-13.

8. Литвинов А.П., Дерломенко В.В. Свариваемость и работоспособность сварных соединений // Автоматическая сварка. 2009. № 9. С. 50-56.

9. 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/s40194-020-00945-9

10. Bull 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.

11. 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.

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.

13. 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.

14. 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.

15. 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/s12206-011-0701-8

16. Москвичев 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.

17. 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.

18. Фетисов В.П. Оценка пластичности при деформации углеродистой стали // Литье и металлургия. 2019. № 3. С. 85-88. https://doi.org/10.21122/1683-6065-2019-3-85-88

19. Винокуров В.А. Отпуск сварных конструкций для снижения напряжений. М.: Машиностроение, 1973. 216 с.

20. 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.

21. 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.

22. Новокрещенов С.А. Пути улучшения качества сварных соединений // Международный журнал гуманитарных и естественных наук. 2018. Т. 7. № 7. С. 152-156.

23. Ющенко К.А. Свариваемость и перспективные процессы сварки материалов // Автоматическая сварка. 2004. № 9. С. 39-44.

24. 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.

25. 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.