Determining the thermally-stressed state of motor-driven bowls for transporting liquid slag

Abstract

Slag bowls were chosen as the object of research, as important components of blast furnace, steelmaking, and ferroalloy shops of metallurgical enterprises. The main problem of operation of any slag trucks is their limited durability and frequent destruction of slag bowls. The reason for these problems is changes in the shape of the bowls during operation, manifested in the formation of narrowing places in the area of the support ring – for rail-mounted bowls, destruction of supporting pins – for rail-mounted slag trucks, or cracks in the walls. Those defects appear as a result of cyclic thermal effects of liquid slag on the bowl. Based on the results of computer simulation, it was established that the main role in the destruction of the support pins of motor-driven slag bowls belongs to temperature changes. The temperature stresses arising in the bowl are localized in the area of the slag mirror (200–250 MPa for 25L steel, 280– 350 MPa for 30HML steel). The results provide grounds for improving the presented slag bowl to reduce temperature stresses in its walls and structures of the supporting trunnions. The results reported here are explained by the fact that with uneven heating of elastic bodies, temperature stresses appear, which, under certain configurations of temperature loads, lead to the destruction of structures. The findings from these studies are recommended to be used at enterprises for the design and manufacture of slag bowls, as information on the localization of dangerous places of the structure. In addition, the data presented here could be useful for metallurgical enterprises for detailed technical diagnosis of bowls in their dangerous places Об’єктом дослідження були обрані шлакові чаші, як важливі складові доменних, сталеплавильних і феросплавних цехів металургійних підприємств. Основною проблемою експлуатації будь-яких шлаковозів є їх обмежена довговічність і часті руйнування шлакових чаш. Причиною цих проблем є зміни в процесі експлуатації форми чаш, що проявляються в утворенні місць звуження в районі опорного кільця – для чаш на залізничному ході, руйнування опорних цапф – для шлаковозів на автомобільному ході, або тріщин у стінках. Вищевказані дефекти з'являються внаслідок циклічних теплових впливів рідкого шлаку на чашу. Ґрунтуючись на результатах комп’ютерного моделювання встановлено, що основну роль по руйнації опорних цапф шлакових чаш на автомобільному ході здійснюють саме температурні переміщення. Температурні напруження, що виникають в чаші, локалізуються в зоні розташування дзеркала шлаку (200–250МПа для сталі 25Л, 280–350 МПа для сталі 30ХМЛ). Отриманні результати дають підстави для вдосконалення представленої шлакової чаші в напрямку зменшення температурних напружень в її стінках та конструкцій опорних цапф. Отримані результати пояснюються тим, що при нерівномірному нагріванні пружних тіл з’являються температурні напруження, які при певних конфігураціях температурних навантаженнях призводять до руйнування конструкцій. Результати отриманих досліджень рекомендується використовувати на підприємствах по конструюванню та виготовленню шлакових чаш в якості інформації щодо локалізації небезпечних місць конструкції. Також представлена інформація буде корисна для металургійних підприємств задля детальної технічної діагностики чаш в їх небезпечних місцях.