Развитие основ конструирования и создание промежуточных ковшей машин непрерывного литья заготовок с эффективными системами распределения потоков стали

На правах рукописи

ТОЧИЛКИН Виктор Васильевич

Развитие основ конструирования и создание промежуточных ковшей машин непрерывного литья заготовок с эффективными системами распределения потоков стали

Специальность 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы

(Металлургическое машиностроение). Технические науки

Автореферат
диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Магнитогорск

2011

Работа выполнена на кафедре «Электрометаллургия и литейное производство» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова».

Научный консультант	доктор технических наук, профессор Вдовин Константин Николаевич
Официальные оппоненты:
	доктор технических наук, профессор Баранов Георгий Леонидович доктор технических наук, профессор Девятов Диляур Хасанович доктор технических наук, профессор Чиченев Николай Алексеевич
Ведущая организация:	ОАО «Магнитогорский ГИПРОМЕЗ»

Защита состоится « 8 » декабря 2011 г. в 14-30 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.111.03 при ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» по адресу: 455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38, МГТУ, малый актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».

Автореферат размещен на сайте ВАК.

Автореферат разослан « » ноября 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Ю.В.Жиркин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Создание, развитие и модернизация машин, агрегатов и элементов металлургических технологических комплексов - важнейшая задача современной промышленности, решение которой обеспечивает повышение производительности и качества выпускаемой металлургической продукции. Выполнение этой задачи напрямую связано с современными высокопроизводительными технологическими системами непрерывной разливки стали.

Машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), являясь сложнейшей транспортно-технологической системой на базе металлургических агрегатов, оснащенной специализированными манипуляторами, требуют постоянного внимания со стороны не только технологов, но и конструкторов. Оборудование металлургических заводов по мере эксплуатации изнашивается, либо устаревает морально и требует модернизации. Технологический процесс также подвержен старению, что приводит к снижению конкурентоспособности производства (рост издержек, изменение видов продукции и др.). Изменить эту ситуацию можно за счет создания новых и совершенствования существующих конструкций элементов транспортной и технологической подсистем МНЛЗ. Это обеспечит не только качество разливаемого металла, но и существенно увеличит производительность, что особенно важно в современных условиях. МНЛЗ с продолжительным сроком эксплуатации должны либо постепенно, либо радикально подвергаться модернизации на базе инновационных решений, которые будут способствовать и увеличению производительности, и повышению качества продукции.

Главной частью МНЛЗ является комплект металлургических агрегатов, манипуляторов и устройств, обеспечивающих последовательное прохождение потоков жидкой стали через сталеразливочный ковш (СК), промежуточный ковш (ПК) и кристаллизатор. Разработка современных манипуляторов и устройств для этого комплекта металлургических агрегатов имеет существенное значение для обеспечения стабилизации процесса разливки жидкого металла и получения качественной непрерывно-литой заготовки. Промежуточный ковш, установленный на транспортном манипуляторе, выполняет функции рабочего инструмента по подаче жидкого металла через разливочные отверстия в кристаллизатор и одновременно оснащается специализированными манипуляторами и устройствами для распределения потоков жидкой стали по объёму промежуточного ковша. Изменять параметры течения стали в промежуточном ковше можно только путем использования специальных элементов, которые устанавливается во внутреннюю полость ковша. Комбинация их в промежуточном ковше образует систему распределения потоков стали (СРП). Несмотря на то, что отдельные элементы этой системы с успехом применяются на многих металлургических предприятиях, обоснованных методик расчета и конструирования их в научной литературе не представлены.

Сложность экспериментального познания процессов движения потоков жидкой стали непосредственно в металлургических агрегатах, в частности – промежуточных ковшах МНЛЗ, приводит к сдерживанию дальнейшего прогресса создания и совершенствования существующих машин, агрегатов и манипуляторов комплекса разливки стали. Выходом из создавшегося положения может быть создание адекватных математических моделей поведения потоков стали в агрегатах МНЛЗ

Исследования, направленные на создание и совершенствование методов расчетов и конструирования, а также внедрение новых компонентов машин и агрегатов комплекса разливки стали, обеспечивающих повышение эффективности работы машин и агрегатов в отдельности и комплекса разливки в целом, являются актуальными. Исследования по созданию новых конструкций элементов систем распределения потоков стали промежуточных ковшей и развития методик их расчета и конструирования, имеют научное и практическое значение.

Исследования, представленные в работе, выполнены в рамках госбюджетных и хоздоговорных НИР ФГБОУ ВПО «МГТУ» с ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ММК), гранта правительства Челябинской области - «Лучший инновационный проект Челябинской области 2006».

Цель работы. Повышение качества непрерывно-литой заготовки путем развития методов конструирования и создания промежуточных ковшей МНЛЗ с эффективными системами распределения потоков стали в его объеме.

Задачи исследований:

1. Разработать компоновки и основные положения построения конструкций элементов систем распределения потоков стали промежуточного ковша МНЛЗ для обеспечения стабильности функционирования процесса непрерывной разливки стали в процессе использования ковша на МНЛЗ и повышения качества непрерывно-литой заготовки.

2. Разработать математические модели процесса разливки стали в промежуточных ковшах сортовой (пятиручьевой) и слябовой (одноручьевой) МНЛЗ и провести математическое моделирование течения металла в ковше. Развить методы расчета и конструирования элементов системы распределения потоков стали промежуточных ковшей МНЛЗ.

3. На основании методов расчета и конструирования, и результатов математического моделирования создать новые конструкции элементов системы распределения потоков стали промежуточных ковшей, обеспечивающих повышение стабильности работы и увеличение производительности МНЛЗ.

4. Провести опытно-промышленное опробование созданных конструкций элементов систем распределения потоков стали промежуточных ковшей для оценки эффективности их работы и внедрить в производство.

5. Создать новые конструкции манипуляторов для отсечки шлака, поступающего из конвертера в сталеразливочный ковш, при выпуске металла. Развить методы расчета манипуляторов для отсечки шлака и их элементов, работающих в экстремальных условиях выпуска жидкой стали. Разработать принципы построения манипуляторов с гибкими приводными элементами систем отсечки шлака, модели приводных элементов.

6. Разработать усовершенствованные гибкие приводные элементы манипуляторов для отсечки шлака при выпуске металла.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Принципиально новые компоновки систем распределения потоков стали в промежуточных ковшах с нечетным числом ручьёв: пятиручьевого Т-образного и одноручьевого, основанные на рациональном распределении движения потоков стали в ковше.
2. Математические модели процесса разливки стали через промежуточный ковш сортовой (пятиручьевой) и слябовой (одноручьевой) МНЛЗ, разработанные с учетом особенностей, созданных компоновок систем и конструкций элементов промежуточного ковша, позволяющие определять характер распределения потоков стали по объему ковша и параметры их скорости.
3. Установленные рациональные формы конструкций элементов приемной и разливочной камер Т-образного пятиручьевого промежуточного ковша сортовой МНЛЗ и конструкций элементов систем распределения потоков стали одноручьевого ковша слябовой МНЛЗ, на основе моделирования гидродинамических процессов, а также параметры конструкций систем: высота порога, диаметр приемного отверстия металлоприемника, угол наклона отверстий перегородок и порогов, обеспечивающие распределение потоков жидкого металла в ковше, повышение стабильности работы и увеличение производительности МНЛЗ.
4. Комплекс разработанных конструкций промежуточных ковшей, обеспечивающих сохранность сплошности покровного шлака в ковше, эффективность и стабильности функционирования процессов непрерывной разливки стали и повышение качества получаемой непрерывно-литой заготовки.
5. Конструкции манипуляторов системы отсечки шлака, поступающего из сталеплавильного агрегата в сталеразливочный ковш при выпуске стали, позволяющие обеспечить эффективное отделение шлака при выпуске металла и снизить количество неметаллических включений в промежуточном ковше.

Научная новизна. Научная новизна заключается в следующем:

1. Развиты основные положения конструирования промежуточных ковшей МНЛЗ, что позволило создать ряд компоновок ковшей с нечетным числом ручьёв, отличающихся учетом условий: сохранения сплошности покровного шлака и не превышения допустимой скорости потока металла на границе раздела металл – шлак, что обеспечивает снижение неметаллических включений в металле, повышение качества непрерывно-литой заготовки.

2. Получены аналитические зависимости для определения размеров элементов систем распределения потоков стали в промежуточных ковшах: высоты порога, диаметра приемного отверстия металлоприемника, угла наклона отверстий перегородки, которые целесообразно использовать при конструировании элементов промежуточных ковшей.

3. Составлен алгоритм процедуры конструирования элементов промежуточных ковшей, позволяющий сделать выбор конструкций, разрабатываемых элементов ковша на всех стадиях проектирования опытных и серийных изделий, обеспечивающих рациональное прохождение стали между элементами, повышение эффективности процесса разливки и стабильности работы всей МНЛЗ.

4. Сформулирована и решена задача создания конструкций системы распределения потоков стали, в том числе с подачей инертного газа, в промежуточном ковше пятиручьевой сортовой МНЛЗ, что позволило разработать ряд новых эффективных систем распределения потоков стали.

5. Установлено на основе результатов компьютерного моделирования влияние рабочего инструмента – стопора разливочной камеры промежуточного ковша слябовой МНЛЗ на параметры движения потоков стали в ковше, и разработаны конструкции ковша, обеспечивающие прохождение затопленных струй стали вне пространства работы стопора, что исключает образование вихрей за стопором и уменьшает попадание неметаллических включений в кристаллизатор.

6. Впервые представлена классификация рафинирующих устройств промежуточных ковшей по конструкции элементов ковшей и способам рафинирования.

7. Разработаны методы расчета гибких приводных элементов манипуляторов комплекса разливки стали и получены аналитические зависимости для силового расчета приводных элементов и их отдельных узлов. Компоновки манипуляторов и расчетные методы являются научной основой для разработки новых перспективных конструкций манипуляторов сталеплавильного производства.

Методы исследований и достоверность результатов работы.

Работа представляет комплексное исследование, основанное на использовании современных методов в области конструирования машин, базирующееся на фундаментальных законах сохранения массы, энергии, импульса, уравнениях математической физики, известных и апробированных математических методах. При решении поставленных задач использовано современное оборудование. Достоверность работы основана на проведении экспериментов в производственных условиях на действующем оборудовании, использовании современной аттестованной аналитической аппаратуры при анализе материалов, соответствии результатов расчетов известным закономерностям, внедрении в производстве с положительным эффектом. Адекватность созданных моделей подтверждается сопоставлением результатов математического моделирования и теоретических исследований с промышленными экспериментами и внедрением в производство созданных конструкций.

Практическая ценность работы.

1. Созданы конструкции элементов системы распределения потоков стали для пятиручьевого Т-образного промежуточного ковша сортовой МНЛЗ, обеспечивающие повышение стабильности работы и увеличение производительности машины. На разработанные элементы промежуточного ковша выданы патенты РФ №№ 44557, 51290, 54320, 60411, 62852, 76836, 78712, 80373, 84277, 91016.

2. Созданы конструкции для Т - образного промежуточного ковша с подачей аргона, обеспечивающие стабильную работу его на МНЛЗ. Они защищены патентами РФ №№ 62851, 84277.

3. Разработаны новые конструкции систем распределения потоков стали для промежуточного ковша слябовой МНЛЗ. На них получены патенты РФ №№ 33340, 34416, 36784, 37476, 38654, 38655. На шлакообразующую и теплоизолирующую смеси для МНЛЗ получены патенты РФ №№ 2369463, 2366535.

4. Разработаны конструкции узлов и деталей гибких приводных элементов, защищенных авторскими свидетельствами СССР №№ 898180, 1021596, 1085802, 1127763, 1283079, 1348164. На их базе созданы опытные конструкции манипуляторов, являющиеся основой для разработки новых перспективных конструкций манипуляторов сталеплавильного производства.

5. Разработаны компоновки и принципы построения манипуляторов с гибкими элементами для отсечки шлака при выпуске металла из сталеплавильного агрегата. Разработаны конструкции манипуляторов для отсечки конвертерного шлака при выпуске металла. На конструкции получены: патент на изобретение РФ 2005063; патенты РФ 41017, 41463.

6. Представленные в диссертации практические разработки включены в технологическую инструкцию по непрерывной разливке стали на сортовых МНЛЗ ЭСПЦ ОАО ММК.

8. Научные аспекты исследований нашли отражение в учебно-методическом материале и используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО «МГТУ».

9. Научная разработка - «Конструкции конвертера, отдельных его узлов и устройств для его обслуживания» награждена серебряной медалью VIII Московского международного салона промышленной собственности «Архимед – 2005» (Москва).

Апробация результатов диссертации. Основные положения диссертации были доложены и обсуждены на: третьей Всесоюзной конференции «Роботы и робототехнические системы» (Челябинск, 1983); третьем Всесоюзном совещании по робототехническим системам (Воронеж, 1984); шестом Всесоюзном съезде по теоретической и прикладной механике (Ташкент, 1986); пятом Всесоюзном совещании по робототехническим системам (Геленджик, 1990); межгосударственной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития научно-технического потенциала Южно-Уральского региона» (Магнитогорск, 1994); на шестой международной научно-технической конференции «Робототехника для экстремальных условий» (Санкт-Петербург, 1995); международной научно-технической конференции «Современные проблемы проектирования и эксплуатации транспортных и технологических систем» (Санкт-Петербург, 2006); международном научно-техническом симпозиуме «60 лет непрерывной разливки в России» (Москва, ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П.Бардина», 2007); на X Международном конгрессе сталеплавильщиков (Магнитогорск 2008); ежегодных научно-технических конференциях ФГБОУ ВПО «МГТУ» (1981-2011 г.г.); научном семинаре (Москва, кафедра ИТО НИТУ «МИСиС», 2011).

Личный вклад автора. В представленных работах автором определены основные идеи и направления проводимых исследований [1, 2, 7-11, 28], предложены и обоснованны новые положения и расчетные зависимости для создания элементов промежуточных ковшей МНЛЗ [10, 15, 23, 24], новые технические решения [35-70], проанализированы, обобщены и систематизированы результаты собственных исследований, а также других ученых и специалистов в области конструирования элементов промежуточных ковшей МНЛЗ [3-6, 11-34]. При проведении исследований, результаты которых опубликованы в соавторстве, диссертантом предложены основные идеи и направления проведенных исследований; выполнены теоретические, технические и технологические решения, а также анализ результатов промышленных экспериментов. Под руководством и при личном участии автора выполнены промышленные испытания и внедрены результаты работы.

Публикации. Результаты работы представлены в 70 публикациях, в числе которых 18 работ опубликовано в журналах, рекомендованных ВАК, две монографии, 3 патента Российской Федерации на изобретение, 21 патент РФ на полезные модели, 12 авторских свидетельств СССР, 4 учебных пособиях с грифом УМО.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка из 277 наименований и 9 приложений; содержит 355 страниц машинописного текста, 180 иллюстраций, 18 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность проблемы, рассматриваемой в диссертации, излагаются цели, задачи, подходы и методы исследования, сформулированы научная новизна и практическая ценность работы, приведены положения, выносимые на защиту.

В первой главе на основании анализа известных конструкций манипуляторов и элементов комплекса разливки стали обоснована необходимость создания манипуляторов и компонентов машин и агрегатов комплекса разливки стали и направления развития конструкций манипуляторов и элементов комплекса.

Широкое применение манипуляторов различного назначения при непрерывной разливке стали обусловлено экстремальными условиями работы с жидкими металлами. Их использование предполагает изменение организации труда, повышение его производительности. Так как отмеченные средства при использовании на производственном участке функционируют без или при минимальном участии человека, то возможные неисправности или нестабильная работа отдельных компонентов манипуляторов: рабочего инструмента – систем подачи жидкого металла и исполнительной части, могут представлять большую угрозу для нормальной работы автоматизированных комплексов разливки металла на базе МНЛЗ.

В этом смысле наиболее важной проблемой, которую необходимо решать, является проблема обеспечения эффективной и устойчивой работы машин, агрегатов и МНЛЗ в целом, а также их отдельных элементов и элементов в течение всего технологического цикла работы комплекса разливки стали.

При этом повышение качества металла является одной из важнейших проблем металлургии стали и определяет характер разрабатываемых элементов комплекса разливки стали. Объясняется это тем, что эксплуатационные свойства стали зависят от содержания, характера распределения, размера и природы образования неметаллических включений. Кроме того, неметаллические включения влияют на стабильность течения жидкого металла, когда перемещаются по комплексу разливки стали. Обобщая описанные Евтеевым Д.П., Ефимовым В.А., Кудриным В.А., Эльдархановым А.С., Зубаревым А.Г. Смирновым А.Н. схемы, следует отметить, что основными источниками загрязнения стали являются неметаллические включения, образующиеся в металлургических агрегатах и технологических емкостях МНЛЗ.

Для обеспечения необходимого качества металла при его выпуске из конвертера применяют различные способы отсечки шлака. Одним из них является использование манипуляторов, установленных непосредственно перед конвертером и подающих в рабочую зону шары - пробки, которые затем отсекают шлак. На ряде зарубежных предприятий применяют манипуляторы, использующие более эффективную газодинамическую отсечку шлака и обеспечивающие сведение к минимуму количества шлака в сталеразливочном ковше в конце выпуска стали. Вопросы конструирования манипуляторов с газодинамической отсечкой: приводных элементов, конструкций и компоновок звеньев манипуляторов, систем подачи отсекающего газа актуальны. Одним из направлений, обеспечивающих решение данной проблемы, является совершенствование конструкций манипуляторов с газодинамической отсечкой и разработка методов их расчета и конструирования.

Анализ акцентирует внимание на конструкциях рабочих инструментах – системах подачи стали манипуляционных систем специального назначения, используемых в МНЛЗ, комплекса непрерывной разливки стали и их исполнительных устройств. Выполнен обзор работы манипуляторов и устройств МНЛЗ. Определена роль промежуточного ковша, как одного из основных элементов (наряду с кристаллизатором) МНЛЗ, для обеспечения стабильности процесса разливки и обеспечения качества непрерывно-литой заготовки. При этом современные конструкции промежуточных ковшей, установленных на транспортном манипуляторе и выполняющих функции рабочего инструмента по подаче жидкого металла через разливочные отверстия, требуют модернизации специализированных манипуляторов по подаче жидкой стали и устройств для распределения жидкой стали по структуре промежуточного ковша.

Впервые представлена классификация рафинирующих устройства промежуточных ковшей по конструкции элементов ковшей и способам рафинирования.

Среди отечественных разработок по промежуточным ковшам известны разработки Гущина В.Н., Ефимова В.А., Паршина В.М., Куклева А.В., Исаева О.Б., Самойловича Ю.А. и др.

Типовые конструкции промежуточных ковшей с целью интенсификации процесса рафинирования стали оснащают специальными устройствами, интенсифицирующими процессы удаления неметаллических частиц из стали. Чаще остальных гидродинамических устройств, применяются перегородки, о чем свидетельствует большое количество публикаций с описанием конструкций и их принципов работы. Конструкция перегородки с наклонными переливными отверстиями была разработана В.А. Ефимовым и др. и успешно внедрена на ОАО “Азовсталь”. Для промежуточных ковшей с четным числом ручьев типовые конструкции и рекомендации по проектированию этих устройств и систем в научной и технической литературе рассмотрены достаточно широко. Ефимовым В.А., Эльдархановым А.С. представлены отдельные аналитические зависимости для определения параметров перегородок с отверстиями. В тоже время, на МНЛЗ применяются промежуточные ковши с нечетным числом ручьев, форма которых не позволяет установить типовые гидродинамические устройства. Для таких ковшей требуется создание новых конструкций гидродинамических устройств и разработка методик расчета и конструирования перегородок, порогов, металлоприёмников. Наиболее актуально при этом следующее: определение углов наклона переливных отверстий, высоты порогов, расположение отверстий в порогах, расположенных около разливочных отверстий.

При этом одним из наиболее эффективных направлений - использование систем распределения потоков стали, состоящих из различного вида устройств: перегородок, порогов, элементов для продувки металла инертным газом. При создании новых конструкций и модернизации существующих комплектов элементов систем распределения потоков стали возникают трудности, связанные с отсутствием научно обоснованных методик их расчета и конструирования, именно: отсутствуют методики, позволяющие рассчитать основные размеры элементов: порогов, металлоприёмников, перегородок. В настоящий момент наиболее перспективным для металлургических предприятий РФ направлением является создание новых элементов для модернизация существующих типовых промежуточных ковшей МНЛЗ с учетом имеющихся у предприятий ресурсов.

В связи с этим в диссертации была поставлена цель и задачи исследований.

Во второй главе представлены разработки манипуляторов и компонентов автоматизированного комплекса разливки стали для отсечки шлака при выпуске ее из сталеплавильного агрегата.

Рассмотрена особенность функционирования подсистемы отсечки шлака при выпуске стали из сталеплавильного агрегата и рассмотрены новые конструкции манипуляторов и элементов системы.

Современные требования, предъявляемые к качеству металла, а также тяжелые условия работы при разливке, требуют создания и использования автоматических манипуляторов для обеспечения вспомогательных работ, в частности, отсечки шлака при выпуске металла. Применяемые манипуляторы в настоящее время занимают значительные площади и требуют использования ручных операций при загрузке в захватное устройство шара-пробки. При этом манипулятор может работать только в ручном режиме, так как точность его позиционирования определяется действиями оператора.

Разработан ряд конструкций манипуляторов для отсечки шлака при выпуске стали из конвертера. Один из них для отсечки шлака - автоматический стрелового типа с телескопической стрелой (рис. 2) и захватом для шара-пробки, оснащенный системой автоматической загрузки шаров-пробок из обоймы.

Рис. 2. Общий вид автоматического манипулятора

модульного типа

Манипулятор скомпонован в виде законченного модуля коробчатой конструкции с разъемами для систем привода и управления, он может свободно перемещаться между конвертерами, грузоподъемными механизмами. Стрела выполнена из двух секций, которые опираются на элементы направляющих. На конце стрелы установлен захват для шара-пробки. На подвижных элементах манипулятора установлена система встраиваемых датчиков, контролирующих положение рабочих элементов манипулятора, а также сброс шара пробки. Автомат загрузки установлен на боковой поверхности манипулятора, он состоит из кассеты, в которую загружены шары-пробки, и механизма подачи шаров-пробок. Точность позиционирования определяется настраиваемыми упорами.

Работает автоматический манипулятор следующим образом. При включении привода выдвигаются секции стрелы. Захват с шаром-пробкой вводится в конвертер. При полностью выдвинутой стреле срабатывает захват манипулятора и сбрасывается шар-пробка. При обратном движении стрелы обеспечивается автоматическая установка шара-пробки в захватное устройство. Далее цикл повторяется. Полностью загрузочное устройство обеспечивает накопление шаров - пробок для 10...15 плавок. Система управления манипулятора может находиться в защищенном месте. Манипулятор может работать как в ручном, так и в автоматическом режимах. Достоинства манипулятора - точность подачи шара-пробки в зону разливочного отверстия; модульная конструкция; наличие автоматического механизма загрузки шаров. Недостаток – работа в рабочей зоне конвертера.

В настоящее время за рубежом имеются опытные манипуляторы для отсечки шлака при выпуске металла из конвертера, работающие вне его и оснащенные рабочим инструментом - пневматическим шлаковым стопором. Манипуляторы снабжаются, как правило, гидравлическим приводом, что для конструкций, работающих в условиях реального производства, связано с трудностями по подаче рабочей жидкости.

В диссертации представлен опытный манипулятор с гибкими приводными элементами (рис. 3).

Рис. 3. Общий вид экспериментального манипулятора для отсечки шлака с гибкими элементами: 1- рама; 2 - подвижный портал; 3 – приводной элемент;

4 – горловина конвертера

Основные принципы, положенные в разработку конструкции манипулятора:

• металлоконструкции выполнены в виде двух встречно установленных порталов, симметрично относительно лётки конвертера;
• каждый из порталов снабжен рабочим инструментом – газодинамической головкой;
• силовые элементы выполнены в виде гибких приводных элементов, в их конструкциях не используются подвижные элементы с уплотнениями (поршни, плунжеры). Основной частью конструкции гибкого приводного элемента - гибкая стальная лента, изменение кривизны которой обеспечивает перемещение шлакового стопора;

- рабочая среда – сжатый воздух подается в защищенный гофрированный баллон, который размещается между лентой и основанием.

Манипулятор может работать в двух режимах: ручном и автоматическом. Автоматический режим обеспечивается применением специальных информационных систем. В работе представлены схемы пневматического привода для созданного манипулятора.

Эффективное применение гибкого приводного элемента определяется количеством используемых гибких связей – лент. Большее их количество увеличивает силовые возможности приводного элемента, что особенно важно при появлении настылеобразования на кожухе конвертера. В разработанном устройстве решена задача использования двух и более лент в гибком приводном элементе, при одинаковой длине лент. Приводной элемент (рис. 4) содержит встречно установленные гибкие ленты 1 и 2, между которыми находится рабочий баллон 3. Гибкие связи – ленты крепятся в поворотных узлах крепления 4 и 5. Применение поворотных узлов совместно со встречно установленными лентами обеспечивает в процессе работы самоустанавливаемость гибких связей.

Уравнение для определения давления в полости наполнения гибкого элемента с двумя гибкими лентами – связями получено в виде

. (1)

Уравнение для определения давления в полости опорожнения гибкого элемента с двумя гибкими лентами – связями получено в виде

, (2)

где Tм – абсолютная температура воздуха в магистрали; k – показатель адиабаты; ; R – газовая постоянная; Gм – расход из магистрали; В – ширина связи; L0 – длина гибкой связи – ленты; - коэффициент расхода при истечении; fи – площадь выходного сечения; - давление в магистрали при истечении; - относительное давление; - функция расхода воздуха.

Движущая сила гибкого приводного элемента, обеспечивающего перемещение поступательной степени подвижности, обусловленная подачей рабочей среды под определенным давлением pi в рабочий баллон Рдв, определяется по зависимостям:

- при использовании одной ленты

, (3)

где - угол между прямой, проведенной через места крепления гибкого элемента на звеньях, и касательной, проведенной к гибкому элементу;

• для схемы с m – гибкими связями

. (4)

В работе рассмотрены вопросы, направленные на создание и исследование манипуляторов с гибкими элементами. По результатам исследований отмечено следующее:

1. Разработаны принципы - основные положения построения гибких приводных элементов манипуляторов, проиллюстрированные принципиально-конструктивными схемами и проверенные на опытных манипуляторах.
2. Сформулированы требования, предъявляемые к узлам и систе­мам таких приводных элементов. Обоснован выбор схем гибких приводных элементов и узлов. Выполнен анализ влияния основных конструктивных пара­метров гибких приводных элементов на их силовые харак­теристики.
3. На основании проведенных теоретических и эксперименталь­ных исследований разработаны основы методики определения стати­ческих характеристик и проведения динамического расчета гибких приводных элементов.

Рассмотрены модели взаимодействия газовой струи, подаваемой из сопла манипулятора.

На разработанные конструкции манипуляторов получены: патент на изобретение РФ № 2005063; патенты на полезную модель РФ №№ 41017, 41463.

По результатам исследований разработаны ряд конструкций узлов и деталей гибких приводных элементов, защищенных авторскими свидетельствами СССР №№ 1021596, 1085802, 1127763, 1283079, 1348164 и другие. А. с. СССР 898180 внедрено на ряде предприятий министерств СССР.

В третьей главе рассмотрены вопросы создания компоновок и элементов систем распределения потоков стали в промежуточном ковше МНЛЗ, на основе общих методов конструирования машин и их развития, определяемых особенностями работы элементов промежуточного ковша с потоками жидкой стали, а также математического описания геометрии конструкций элементов систем.

Определены требования, предъявляемые к конструкциям элементов промежуточного ковша на этапе технического задания, которые позволили разработать основные положения построения компоновок систем распределения потоков стали ковша и конструкций её элементов, которые должны выполняться при создании элементов ковшей на всех последующих стадиях проектирования при разработке и внедрении опытных и серийных образцов, создаваемых изделий, среди которых:

• разделение объема промежуточного ковша на камеры: приемную и разливочную;
• применение различных механизмов рафинирования;
• разделение потока стали от бойного места промежуточного ковша на направления, защищающие ближайшие ручьи от загрязненной стали;

• сохранение сплошности покровного шлака промежуточного ковша. Это принципиально важно, так как элементы конструкций его выполняют свое функциональное назначение, если скорость на границе раздела металл-шлак меньше допустимой. В противном случае происходит затягивание шлака в металл и далее в кристаллизатор;
• обеспечение кавитационной стойкости, достаточной устойчивости, прочности элементов.

Исходя из условия работоспособности элементов по скорости, получили уравнения для расчетов, позволяющих конструировать различные элементы промежуточного ковша. При этом зависимости для определения неизвестной скорости были получены путем преобразования известных выражений механики жидкости для турбулентных струй.

Угол наклона отверстий (рис. 5, а) в перегородке находится в результате анализа зависимостей из условия

(5)

где число отверстий в перегородке, м; скорость движения стали по оси струи, м/с; - расстояние от оси отверстия до поверхности расплава, м; – координата точки, в которой пересекаются ось струи и поверхность расплава, м; – вихревая вязкость затопленной струи, м2/с; – угол наклона отверстия, град.

Высота порога должна быть равна (рис. 5, б)

(6)

где коэффициент, учитывающий влияние стенок промежуточного ковша; расход металла, поступающего в промежуточный ковш, м3/с; ширина порога, м; высота уровня металла в промежуточном ковше, м.

Диаметр приемного отверстия металлоприемника должен быть

(7)

где диаметр защитной трубы, м; скорость металла, поступающего в промежуточный ковш, м/с; H – высота столба металла в ковше, м; h0 – высота части приемной трубы, погруженной в металл, м; высота металлоприемника, м; - угол раскрытия центральной части (ядра) турбулентной струи, град.

На основе принципов построения компоновок систем распределения потоков стали промежуточного ковша и конструкций её элементов разработали алгоритм, позволяющий сделать выбор и уточнение конструкций, разрабатываемых элементов, на всех стадиях проектирования опытных и серийных изделий.

Создание конструкций элементов систем распределения потоков рассмотрено для Т – образного промежуточного ковша сортовой МНЛЗ с пятью ручьями, используемого в электросталеплавильном цехе (ЭСПЦ) ММК. В ковше с нечетным числом ручьев (пятью) использовать известные решения для управления потоками стали в его рабочем пространстве, не представляется возможным, что объясняется его конструктивными особенностями. В ковше металл от бойного места расходится веером в направлении разливочных стаканов, находящихся на различном расстоянии от него, при этом наиболее проблемным (близким от падающей струи металла) является центральный ручей - № 3 (рис. 6).

Компоновки иностранных фирм с комплексом перегородок, расположенных в центре ковша и блокирующие центральный ручей, не были приняты в эксплуатацию из-за технических проблем, связанных с подготовкой и эксплуатацией (сложности при нанесении поверхностного защитного слоя - торкретслоя, ненадежная взаимная фиксация элементов комплекта перегородок в процессе работы МНЛЗ, сложность изготовления отдельных элементов).

Поэтому на первом этапе эксплуатации сортовой МНЛЗ в ковше использовали комплект невысоких порожков, в том числе «дно-порожки». Достаточно простая конструкция не обеспечивала разделение потока металла от бойного места на два направления и защиту центрального ручья ковша от попадания загрязнений.

В целях устранения отмеченных недостатков, создали оригинальную конструкцию поперечной перегородки 4. Она отделяет приёмную камеру ковша от разливочной и защищает центральный ручей (№ 3) от интенсивных нестабильных течений потоков жидкой стали, поступающих из приёмной камеры. Перегородка имеет пространственную конфигурацию с центральным выступом 5 и боковыми порогами.

Промышленные испытания ее показали, что наряду с эффективной работой по защите центрального ручья, отделению неметаллических включений и рационального распределения потоков стали по ручьям, конструкция перегородки имеет недостаток - возможность её всплытия во время работы промежуточного ковша из-за отсутствия элементов, обеспечивающих фиксацию и соответственно устойчивость элемента в полости ковша.

При создании усовершенствованной компоновки разработали макеты элементов системы, позволившие: создать рациональные схемы сборки и удаления элементов системы после разливки; уточнить конструкции фиксирующих элементов; обеспечить придание технологичности созданных элементов системы.

При разработке эскизной компоновки, создаваемой системы и её элементов, в первую очередь учли технологическую и эксплуатационную целесообразность создаваемых компоновок и конструкций элементов, обеспечивающих повышение полезной отдачи и эффективности работы промежуточного ковша в целом. Для обеспечения совместной устойчивости перегородки приёмной камеры и боковых перегородок предусмотрели использование специальных фиксирующих элементов (пазов и выступов) в конструкциях элементов, что позволило обеспечить взаимную фиксацию элементов системы в процессе всего цикла работы промежуточного ковша на МНЛЗ.

При доводке опытного образца обеспечили устойчивую и стабильную работу (без разрушений) созданной конструкции в процессе всего цикла работы ковша на МНЛЗ (для данного типа машин не мене 30 часов). Компоновку новой системы выполнили на базе поперечной перегородки с центральным выступом и двух боковых перегородок, расположенных в разливочной камере ковша (см. рис. 6).

Расчет элементов системы распределения потоков стали для Т-образного ковша выполнили с учетом зависимостей (5, 6). В результате расчёта получили следующие параметры: высота боковых порогов поперечной перегородки 300…500 мм, угол наклона оси переливных отверстий к горизонту 10…15°. Высота центрального выступа определена в процессе доводки при эксплуатации – 600…640 мм и приняли по высоте уровня металла под покровным шлаком.

Эта компоновка и конструкции элементов системы распределения потоков стали успешно внедрены в серийное производство. В период промышленных испытаний и эксплуатации не отмечено случаев всплытия, смещения отдельных элементов СРП или других аварийных ситуаций, средняя серийность разливки 18,5 плавок, длительность цикла разливки 30…40 часов.

Уточнение параметров конструкций элементов созданной системы (размеры порогов, расположение и наклон отверстий, наличие дополнительных элементов – выемок) для разработки рабочих чертежей сделано в процессе проведенного математического моделирования (см. гл. 4). На разработанные элементы промежуточного ковша МНЛЗ выданы патенты РФ №№ 44557, 51290, 54320, 60411. Акт внедрения патента РФ № 60411 представлен в приложении диссертации. Созданные конструкции промежуточного ковша сортовой МНЛЗ внедрены в производство с долевым экономическим эффектом 1,9 млн. руб.

Четвертая глава посвящена созданию конструкций элементов Т-образного промежуточного ковша сортовой МНЛЗ путем математического моделирования гидродинамических процессов и анализа опыта эксплуатации внедренной в производство системы распределения потока стали. В процессе эксплуатации выполнили доводку созданных конструкций и предложили ряд новых.

Опыт эксплуатации созданной СРП показал:

1. Сложная пространственная конфигурация приемной камеры промежуточного ковша и близкое расположение к центральному отверстию поступающей из сталеразливочного ковша струи жидкого металла требуют создания специальной защиты боковой поверхности приёмной камеры.

2. Небольшой уровень стали в ковше при номинальных режимах (высота уровня стали вместе со слоем покровного шлака не более 700 мм) исключает возможность применения серийно выпускаемых металлоприемников, устанавливаемых на дне приемной камеры, т.е необходимо создать специальный металлоприёмник.

3. Для улучшения работы систем распределения потоков стали для удаления неметаллических включений необходимо создать новые элементы, обеспечивающие подачу аргона в жидкий металл, проходящий через промежуточный ковш, для удаления неметаллических включений величиной менее 20 мкм. Использование выпускаемых иностранными фирмами элементов для продувки аргоном затруднено из-за специфики подвода аргона в рассматриваемый ковш.

4. Большое влияние на устойчивую и эффективную работу промежуточного ковша и МНЛЗ в целом оказывает комплект элементов разливочного отверстия (стаканов – дозаторов). Наличие дефекта при истечении металла типа «веер», неравномерные скорости по ручьям вызвали необходимость выполнить анализ работы элементов конструкции разливочного отверстия и усовершенствовать их работу. При этом необходимо было обеспечить:

• формирование компактной струи на выходе из ковша без брызг металла;
• исключение дефекта разливки «веер».

Модель исследуемого промежуточного ковша

Основные использованные уравнения модели: уравнения Навье-Стокса, уравнение неразрывности потока, уравнение конвективной диффузии, уравнение теплового баланса. Геометрия модели – в зависимости от компоновки элементов конструкций систем распределения потоков стали. Масштаб модели составлял 1:1. Были определены начальные (табл. 1) и граничные условия (табл. 2). Характерные поверхности представлены на рис. 7.

Таблица 1

Начальные условия модели

Название константы	Обозначение	Значение
Плотность стали, кг/м3		7000
Плотность неметаллических частиц, кг/м3		2300…3000
Динамическая вязкость стали,		0,006
Начальная объемная доля частиц,		0,0001
Коэффициент теплопроводности,	k	30
Теплоемкость при постоянном давлении,	Сp	656

Таблица 2

Граничные условия модели

Пл.	Граничные условия дифференциальных уравнений
	Навье-Стокса	Переноса частиц	Теплового баланса
1	Входной поток	Объемная доля частиц	Температура входного потока:
2	Плоскость симметрии	Непроницаемость	Непроницаемость
3	Свободная граница	Поток	Тепловой поток
4	Непроницаемость	Непроницаемость	Тепловой поток
5	Выходной поток	Поток	Конвективный теплообмен

При составлении математической модели приняты следующие допущения: объем, в котором происходит исследование, изначально заполнен жидкостью, которая является вязкой и несжимаемой; разливка производится открытой струей; вязкость металла постоянная; скорость истечения металла из сталеразливочного ковша в промежуточный постоянна и задана; расход металла из промежуточного ковша в кристаллизаторы равен расходу из сталеразливочного ковша в ПК.

Для практических расчетов использовали метод конечных элементов. Число элементов изменялось от 3672 до 7937 в зависимости от сложности геометрии модели. Расчет осуществлялся с использованием специального программного обеспечения, предназначенного для решения нелинейных дифференциальных уравнений методом конечных элементов.

В работе предложили ряд компоновок систем распределения потоков стали и конструкций элементов пятиручьевого промежуточного ковша сортовой МНЛЗ.

1. Многогранный огнеупор приёмной камеры. Промышленные испытания и опыт эксплуатации показали, что одна из наиболее подходящих конструкций для серийного производства - многогранный огнеупор (рис. 8, 14).

Конструкция представляет собой литой элемент, имеющий дно, рабочую перегородку, со стороны разливочной камеры с переливными отверстиями и боковые защитные стенки, выполненные по высоте аварийного слива. Используя представленные математические зависимости, рассчитана высота стенки (порожка) перегородки и выбрана ее толщина. По результатам математического моделирования были уточнены конструктивные параметры элементов - высота порожка (рис. 9, а) и угол наклона переливных отверстий. Была выбрана высота, равная 380 мм (рис. 9, а), при которой скорость металла на зеркале , следовательно, выполняется условие сохранения сплошности покровного шлака. Угол наклона оси переливных отверстий к горизонту 10о…15°.

Рис. 7. Расположение характерных поверхностей объема промежуточного ковша МНЛЗ: 1 – входной поток металла;2 – плоскость симметрии; 3 – свободная граница; 4 - непроницаемость; 5 – выходной поток металла

На разработанный элемент промежуточного ковша МНЛЗ выдан патент РФ № 78712. Акт внедрения патента РФ №78712 представлен в приложении работы.

Рис. 8. Пятиручьевой промежуточный ковш сортовой МНЛЗ с многогранным огнеупором в приемной камере

2. Многогранный элемент с выемкой в стенке приемной камере. В конструкции многогранного огнеупора выполнили металлоприёмник в виде выемки на боковой стенке приёмной камеры. Определили угол наклона верхней плоскости выемки равный 5°…10° (рис. 9, б и 10, б), при котором струя металла, направленная в сторону приемной камеры и не нарушает сплошности покровного шлака. Это привело к уменьшению хаотичности течения металла в камере и уменьшению скорости на его зеркале (рис. 10, б).

а б

Рис. 9. Графики зависимости: а - скорости на зеркале металла от высоты стенки многогранного огнеупора; б - угла струи металла от угла выемки

Конструкции нового элемента выравнивают скорости по ручьям, что обеспечивает стабилизацию течения жидкости в кристаллизаторы. На разработанный элемент промежуточного ковша МНЛЗ выданы патенты РФ № 62852, 91016. Акт внедрения патента РФ № 91016 представлен в приложении работы.

Созданный многогранный огнеупор использовали и в сочетании с боковыми перегородками для лучшего распределения скоростей и удаления неметаллических включений по ручьям (см. рис. 6).

Рис. 10. Поле скоростей на плоскости симметрии: а – многогранный огнеупор без выемки; б – многогранный огнеупор с выемкой

На рис. 10 представлены результаты моделирования процесса разливки в промежуточном ковше по содержанию включений при использовании систем распределения потоков стали с различным сочетанием элементов.

Из данных рис. 11 видно, что при использовании в промежуточном ковше многогранного элемента с выемкой, концентрация включений на выходе из него снизилась в 2,5 раза, по сравнению с промежуточным ковшом без гидродинамических устройств.

Рис. 11. Содержание включений в металле по ручьям промежуточного ковша

3. Компоновка системы распределения потоков на базе аргонных блоков. В работе рассмотрены результаты исследований по созданию конструкций элементов системы распределения потоков стали с подачей аргона (рис. 12) в жидкий металл.

Рис. 12. Пятиручьевой промежуточный ковш сортовой МНЛЗ с СРП

на базе аргонных блоков

Для подачи аргона в жидкую сталь создали оригинальные устройства – аргонные блоки (рис. 13). Особое внимание при этом уделили их унификации. Эти блоки закрепляли в промежуточном ковше с различными конструкциями элементов приёмной камеры (с поперечной перегородкой и центральным выступом, многогранным огнеупором).

Унифицированные аргонные блоки можно использовать при компоновке конструкций промежуточного ковша одноручьевой слябовой МНЛЗ (см. гл. 5).

При создании аргонных блоков за основу конструкции взяты созданные ранее и апробированные боковые перегородки (рис. 5). Блоки оснастили системой подачи аргона, проходящей через его структуру и боковые элементы с соплами. Рассчитали размер сопел и определили их расположение в боковых элементах.

Рис. 13. Комплект аргонных блоков СРП:

1 аргонный блок; 2 –поперечная перегородка с центральным выступом - турбостоп; 3 контрольные элементы; 4 узел подачи аргона; 5 трубопровод; 6 переливное отверстие

Аргонные блоки в ковше располагали попарно и симметрично относительно центрального ручья (рис. 12). При этом сопла боковых элементов устанавливали в сторону крайних ручьёв, зеркально друг относительно друга. В порогах блоков выполнили переливные отверстия, выполняющие в процессе работы промежуточного ковша функцию распределения потоков стали по объему ковша и обеспечивающие подачу затопленных струй металла в сторону разливочных отверстий, для сглаживания поверхности воронки металла при уменьшении уровня его в ковше ниже номинального.

При составлении математической модели продувки металла аргоном были приняты следующие допущения: газ не растворяется в жидкой стали; пузырьки газа не сливаются друг с другом; плотность стали не изменяется во времени; расход газа остается постоянным.

По результатам моделирования продувки стали аргоном выявили, что затягивание пузырьков газа с неметаллическими включениями в отверстие в сторону разливочного канала при использовании нескольких щелевых каналов в блоке происходит значительно меньше, чем при использовании сплошного щелевого сопла. Распределение пузырьков в первом случае более равномерное по сечению ковша. В процессе внедрения системы с подачей аргона определили следующие параметры: давление и расход газа. Рекомендации по параметрам подачи аргона внесли в технологическую инструкцию по разливке стали на сортовых МНЛЗ ЭСПЦ ММК.

Комплекты систем распределения потоков стали производства ЗАО «Огнеупор» на базе аргонных блоков (рис. 14) прошли опытно-промышленные испытания в ЭСПЦ ММК. Все элементы изготавливали из высокоглиноземистого бетона СКБ-93.

В диссертации представлены результаты испытаний блоков промежуточного ковша сортовой МНЛЗ. Применение их дало следующие положительные эффекты: стойкость аргонных блоков сопоставима с серийностью разливки; средний балл дефекта «краевая точечная загрязненность» снижается в среднем в 1,47 раза. На созданные элементы системы с подачей аргона промежуточного ковша сортовой МНЛЗ получены патенты РФ №№ 62851, 84277. Акт внедрения патента РФ № 84277 представлен в приложении диссертации.

Рис. 14. Комплект для Т – образного ПК сортовой МНЛЗ на базе

многогранного элемента: 1 – аргонные блоки; 2 – многогранный огнеупор;

3 – стартовые трубы

4. Конструкции элементов СРП разливочного отверстия стали. Важнейшим элементом, обеспечивающим дозирование истечения стали из ковша в кристаллизатор на сортовых МНЛЗ, является комплект стаканов-дозаторов, который устанавливается в днище промежуточного ковша.

К комплекту элементов стаканов-дозаторов предъявляются требования: равномерная подача металла в кристаллизатор в течение всего процесса разливки; формирование компактной струи без брызг металла; исключение дефекта разливки «веер».

В работе исследовали конструкции созданного и внедренного комплекта элементов разливочной камеры промежуточного ковша сортовой МНЛЗ, обеспечивающего подачу стали из ПК в кристаллизатор открытой струёй жидкого металла (рис. 15).

Рис. 15. Компоновка конструкций элементов СРП разливочного отверстия Т – образного ковша сортовой МНЛЗ: 1 – разливочное отверстие;

2 – промежуточный ковш; 3 – стартовые трубы; 4 – верхняя часть стартовой трубы; 5 – специальные вставки; 6 - отверстия вставок

Этот комплект выполняет роль рабочего инструмента для подачи стали в кристаллизатор. Целостность струи жидкого металла, подаваемого из созданного комплекта во время всего цикла работы ковша, носит определяющий характер с точки зрения обеспечения подсистемы промежуточный ковш – кристаллизатор. Особенность созданных конструкций, формирующих разливочное отверстие, состоит в том, что применен комплект вставок с заданным профилем внутренних полостей и стартовые трубы со специальным профилем, имеющим минимальную толщину в верхней части.

При создании элементов конструкций разливочного отверстия ковша рассматривали движение стали в разливочной камере промежуточного ковша, как установившееся безвихревое вращение несжимаемой жидкости в цилиндрических координатах с осью z вдоль вектора угловой скорости вращения жидкости (рис. 16), проходящей через центр сталеразливочного отверстия.

Рассматривая уравнения Навье-Стокса для вращательного движения жидкости, отмечаем, что компоненты скорости ur и uz равны нулю, градиент давления в окружном направлении отсутствует, а скорость не зависит от z

. (8)

Получаем зависимость

. (9)

Положение свободной поверхности при безвихревом вращательном движении в разливочной камере промежуточного ковша будет определяться гиперболоидом вращения

, (10)

где h0 – максимальная высота уровня жидкости в разливочной камере ковша.

Рис. 16. Схема вращательного движения жидкого металла в разливочном

отверстии: 1 – свободная поверхность при безвихревом вращательном

движении; 2 – свободная поверхность при перекрытии разливочного

отверстия; О-О плоскость сравнения

При перекрытии отверстия в днище ковша движение жидкости постепенно затухает под действием вязкости (см. кривую 2, рис. 16). На характер кривой оказывает влияние также нахождение на поверхности покровного шлака. Провели математическое моделирование процесса разливки стали при использовании созданных конструкций СРП разливочного отверстия. Полученные в результате моделирования линии тока представлены на рис. 17. Движение металла из средней части ковша обеспечивается без вовлечения значительного числа неметаллических включений.

Использование разработанного комплекта стаканов-дозаторов в производстве позволило наряду с повышением стойкости, эффективно гасить возникающие над разливочными стаканами воронки.

На разработанные элементы промежуточного ковша МНЛЗ выданы патенты РФ №№ 51920, 76836, 80373. Акт внедрения патента РФ № 76836 представлен в приложении диссертации. Созданные конструкции промежуточного ковша сортовой МНЛЗ внедрены в производство с долевым экономическим эффектом 1, 9 млн. руб.

По результатам внедрения и эксплуатации созданных конструкций промежуточного ковша сделали выводы: уменьшилась пораженность непрерывно-литой заготовки неметаллическими включениями (аттестация металлопродукции в сортопрокатном цехе ММК в продукцию несоответствующего качества по этому дефекту снижена на 0,018 %), отсортировка в брак снижена на 0,010 %; улучшилась макроструктура заготовки; средний балл дефекта «краевая точечная загрязненность» снизился с 1,32 до 0,86; внеплановые прекращения разливки по ручьям открытой струей по признаку «веер» снижены на 0,026 шт./1 тыс. т разлитого металла; среднемесячное производство сортовой заготовки возросло на 12,3 тыс. т; производительность МНЛЗ возросла на 3,1 т/факт. ч.; для стали марки 3сп количество темплетов с баллом «краевая точечная загрязненность» 2 и более снижено с 52,8 % до 16,2 %.

Рис. 17. Линии тока в сталевыпускном отверстии ковша, оснащенном

комплектом созданных элементов

Пятая глава посвящена созданию конструкций элементов промежуточного ковша одноручьевой слябовой МНЛЗ на основе математического моделирования гидродинамических процессов и анализа опыта эксплуатации системы распределения потока стали промежуточных ковшей сортовой и слябовой МНЛЗ.

В настоящее время на одноручьевой слябовой МНЛЗ № 6 кислородно-конвертерного цеха ММК применяется промежуточный ковш с элементами: перегородка и порог приемной камеры; порог разливочной камеры (рис. 18, 19).

Рис. 18. Схема расположения элементов конструкций и расположение

характерных поверхностей объема промежуточного ковша одноручьевой

слябовой МНЛЗ для задания граничных условий:

1 – вход металла; 2 – свободная граница; 3 - непроницаемость;

4 – выход металла

Провели математическое моделирование потоков металла в камерах промежуточного ковша слябовой МНЛЗ (см. рис. 19, а). Начальные и граничные условия модели аналогичны условиям моделирования потоков металла в ковше сортовой МНЛЗ.

Анализ существующей компоновки и конструкций элементов промежуточного ковша показал:

1. Приемная камера ковша образована глухой перегородкой, установленной на определенной высоте над дном ковша и рядом стоящим порогом. В ней отсутствует донный металлоприёмник. Путем математического моделирования (рис. 19, а) установили, что в этом промежуточном ковше перед и за перегородкой наблюдаются интенсивные вертикальные восходящие потоки. Определили, что их скорость больше допустимой. Это приводит к интенсивному затягиванию неметаллических включений из шлака в металл и оголению его зеркала.

2. В разливочной камере имеется один невысокий порожек, не обеспечивающий рациональное движение потоков стали в камере.

3. Отсутствуют элементы, обеспечивающие подачу аргона в металл, находящийся в ковше.

а б

Рис. 19. Движение потоков стали в приемной камере промежуточного ковша: а – исходный промежуточный ковш; б – модернизированный ковш

Провели математическое моделирование и создали новую компоновку элементов промежуточного ковша (рис. 18, 19, б). Из рисунков видно, что применение созданных элементов систем позволяет лучше организовать течение металла в приёмной камере и по объему ковша. Установили характер движения потоков металла в ковше и построили графики скоростей в различных частях промежуточного ковша (рис. 20). Скорости металла на зеркале снижены до 0,12 м/c.

Рис. 20. График скоростей в промежуточном ковше слябовой МНЛЗ

Полная новая компоновка системы распределения потоков стали и конструкции элементов одноручьевого промежуточного ковша слябовой МНЛЗ представлена на рис. 21, она состоит из:

1. Донного металлоприёмника с разгрузочными отверстиями, установленного в приёмной камере ковша.
2. Поперечной перегородки с поверхностями гашения нестабильных течений металла, установленной в центре ковша.
3. Двух унифицированных аргонных блоков, оснащенных системой подачи газа. Первый на границе приёмной камеры. Второй в разливочной камере. Каждый из них выполнен с двумя отверстиями, расположенными симметрично относительно оси ковша, проходящей через центры отверстий, что обеспечивает создание затопленных струй и в последующем - удаление неметаллических включений в средней (реакционной камере) ковша и гашение уровня поверхности воронки разливочного отверстия в разливочной камере при падениях уровня стали в промежуточном ковше ниже номинального.

Рис. 21. Модернизированная компоновка с использованием созданных

конструкций систем распределения потоков стали промежуточного ковша одноручьевой МНЛЗ ММК

Установлено на основе результатов компьютерного моделирования влияние рабочего инструмента – стопора (рис. 22) разливочной камеры промежуточного ковша слябовой МНЛЗ на параметры движения потоков стали в ковше, и разработаны конструкции ковша, обеспечивающие прохождение затопленных струй стали вне пространства работы стопора, что исключает образование вихрей за стопором и уменьшает попадание неметаллических включений в кристаллизатор.

Установили, что расположение отверстий перегородки или аргонного блока симметрично относительно оси ковша, проходящей через центры отверстий, позволяет снизить скорость потоков металла в области нахождения стопора и давление на стопор потоками металла (рис. 23).

Расход в миделевом сечении

, (11)

где диаметр стопора, м; - высота столба металла, м.

Рис. 22. Компоновка манипулятора для подачи жидкого металла,

оснащенного стопором: 1- ковш; 2 - кристаллизатор; 3- погружные стаканы;

4 - манипулятор для замены погружных стаканов; 5 - рабочий инструмент манипулятора для подачи металла - стопор

На разработанные элементы промежуточного ковша слябовой МНЛЗ выданы патенты РФ №№ 33340, 34416, 36784, 37476, 38654, 38655. На шлакообразующую и теплоизолирующую смеси для МНЛЗ получены патенты на изобретение РФ №№ 2369463, 2366535.

а б

Рис. 23. Поле скоростей потока металла: в сечении промежуточного ковша на расстоянии (м) от перегородки: а – перегородка с отверстиями по центру; б – перегородка с разнесенными отверстиям

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

В диссертации на основании выполненных исследований закономерностей влияния конструкций элементов систем распределения потоков стали промежуточного ковша и других систем МНЛЗ, дано решение важной научно-практической проблемы, которое позволило повысить эффективность и стабильность разливочного комплекса МНЛЗ при улучшении качества получаемого металла, что вносит существенный вклад в развитие экономики металлургической отрасли страны.

Исследования позволили сделать следующие выводы:

1. Представлена классификация рафинирующих устройства и элементов промежуточных ковшей МНЛЗ по конструкции элементов, применяемых в ковшах и способам рафинирования. Анализ классификационных признаков и элементов промежуточных ковшей позволил разработать основные положения построения конструкций элементов систем распределения потоков стали промежуточного ковша и на их основе создать компоновки систем, обеспечивающих рациональное прохождения потоков стали через элементы конструкций ковша в кристаллизаторы.
2. Разработаны математические модели процесса разливки стали в промежуточных ковшах сортовой (пятиручьевой) и слябовой (одноручьевой) МНЛЗ и проведено математическое моделирование течения металла в них. Развиты методики расчета и конструирования элементов систем распределения потоков стали в промежуточных ковшах, позволяющие на всех стадиях проектирования разрабатывать конструкции опытных и серийных изделий, рассчитывать основные геометрические размеры конструируемых элементов и проверять их на соблюдение условия не нарушения сплошности покровного шлака. Получены расчетные зависимости для определения основных геометрических параметров элементов.
3. Представленные методики расчета и конструирования, результаты проведенного математического моделирования, а также внедрение элементов промежуточного ковша в производство позволили создать:
1. Конструкции элементов системы распределения потоков стали для пятиручьевого Т-образного промежуточного ковша сортовой МНЛЗ, обеспечивающие повышение стабильности работы и увеличение производительности машины. На разработанные элементы промежуточного ковша МНЛЗ выданы патенты РФ №№ 44557, 51290, 54320, 60411, 62852, 76836, 78712, 80373, 84277, 91016.
2. Комплект конструкций системы распределения потоков с подачей аргона для Т - образного промежуточного ковша, обеспечивающий стабильную, равномерную подачу инертного газа в процессе всего цикла работы ковша на МНЛЗ. На созданные конструкции элементов системы распределения потоков стали с подачей аргона промежуточного ковша сортовой МНЛЗ получены патенты РФ №№ 62851, 84277.
3. Комплекс технических и технологических решений для разливки стали на слябовых МНЛЗ, оснащенных одноручьевым промежуточным ковшом. Разработаны новые конструкции систем распределения потоков стали в приемной и разливочной камерах ковша МНЛЗ. На них выданы патенты РФ №№ 33340, 34416, 36784, 37476, 38654, 38655. На шлакообразующую и теплоизолирующую смеси для МНЛЗ получены патенты на изобретение РФ №№ 2369463, 2366535.
4. Проведены опытно-промышленные испытания и внедрение созданных:
1. Конструкций элементов для приемной и разливочной камер и стаканов – дозаторов для сталевыпускных отверстий Т-образного промежуточного ковша сортовой МНЛЗ. Промышленные испытания этих конструкций дали положительные эффекты:

- снижена пораженность непрерывно-литой заготовки дефектами макроструктуры;

- средний балл дефекта «краевая точечная загрязненность» уменьшен с 1,32 до 0,86, в том числе, для наиболее технологически сложного центрального ручья с 1,36 до 0,92;

- аттестация металлопродукции в сортопрокатном цехе ММК в продукцию несоответствующего качества по дефекту неметаллические включения снижена на 0,018 %; отсортировка в брак снижена на 0,010 %;

- внеплановые прекращения разливки по ручьям открытой струей по признаку «веер» снижены на 0,026 шт./1 тыс. т разлитого металла.

Акты внедрения патентов РФ №№ 60411, 76836, 78712, 91016 представлены в приложении диссертации. Созданные конструкции промежуточного ковша МНЛЗ позволили получить долевой экономический эффект 3,8 млн. руб.

2. Конструкций систем распределения потоков с подачей аргона для Т - образного промежуточного ковша. Применение этих конструкций для продувки металла аргоном, дало следующие положительные эффекты:

- стойкость аргонных блоков производства ЗАО «Огнеупор» сопоставима с серийностью разливки;

- средний балл дефекта «краевая точечная загрязненность» снижается в среднем в 1,47 раза.

Акт внедрения пат. РФ 84277 представлен в приложении диссертации.

5. Исследована работа действующего манипулятора по отсечке шлака в ККЦ ММК на выпуске стали из конвертера. Установлена его неэффективность и предложены собственные разработки, созданные на базе гибких приводных элементов, которые устанавливаются непосредственно на кожухе конвертера и обеспечивающие высокую эффективность отсечки. На разработанные конструкции манипуляторов получены: патент на изобретение РФ 2005063; патенты на полезную модель РФ 41017, 41463.
6. Результаты исследований работы конструкций узлов и деталей гибких приводных элементов, защищены авторскими свидетельствами А. с. СССР №№ 898180, 1021596, 1085802, 1127763, 1283079, 1348164. А. с. СССР 898180 внедрено на ряде предприятий Министерства автомобильной промышленности СССР, Министерства химической промышленности СССР, Министерства путей сообщения СССР, организации п/я А-7545.

Приложение содержит акты внедрения и использования результатов диссертации.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Монографии

1. Точилкин, В.В. Пневмопривод металлургических манипуляторов [Тест]: Монография / В.В. Точилкин, А.М. Филатов - Магнитогорск: МГТУ, 2005. - 211 с.
2. Вдовин, К.Н. Рафинирование металла в промежуточном ковше МНЛЗ [Тест] : Монография / К.Н. Вдовин, М.В. Семенов, В.В. Точилкин. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2006. 118 с.

Учебные пособия с грифом учебно-методических объединений

3. Филатов, А.М. Пневмопривод и пневмоавтоматика подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин [Тест]: Учеб. пособие / А.М. Филатов, В.В. Точилкин – 2-е изд., перераб, и доп. - Магнитогорск: МГТУ им. Г.И. Носова, 2006. - 187 с. (Гриф УМО по образованию в области транспортных машин и транспортно-технологических комплексов (письмо 101-У/05-рг39-9 от 28.03.2005))
4. Гидропривод металлургических машин [Тест]: Учеб. пособие / С.Н. Басков, С.А. Иванов, В.В. Точилкин [и др.] - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ им. Г.И.Носова», 2006. - 169 с. (Гриф УМО по образованию в области металлургии (письмо 67-050с-578/16 от 5.04.2005))
5. Основы гидравлики и гидравлического оборудования [Тест] : Учеб. пособие / С.Н. Басков, С.А. Иванов, В.В. Точилкин [и др.] - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2007. - 212 с. (Гриф УМО по образованию в области металлургии (письмо 67- 267 -308/16 от 02.03.2006))
6. Основы функционирования гидравлических систем металлургического оборудования. Лабораторный практикум по гидроприводу и гидроавтоматике [Тест] : Учеб. пособие / В.В. Точилкин, А.М. Филатов, В.Д. Задорожный [и др.] - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2009. - 105 с. (Гриф УМО по образованию в области металлургии (письмо 1434-03- 267 от 03.07.2009))

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК России

7. Точилкин, В.В. Модернизация металлургического агрегата промежуточного ковша МНЛЗ [Текст] / В.В. Точилкин // Ремонт, восстановление, модернизация. 2005. № 12. С. 4 7.
8. Точилкин, В.В. Пневматические манипуляторы для отсечки конвертерного шлака [Текст] / В.В. Точилкин // Вестник машиностроения. - 2007. - № 10. С. 42 – 44.
9. Точилкин, В.В. Модернизация промежуточного ковша МНЛЗ для обеспечения повышения качества разливаемой стали [Текст] / В.В. Точилкин // Ремонт, восстановление, модернизация. - 2007. - № 2. - С. 56.
10. Точилкин, В.В. Методика расчета металлоприёмника промежуточного ковша МНЛЗ [Текст] / В.В. Точилкин // Ремонт, восстановление, модернизация. - 2008. - № 6. - С. 4447.
11. Точилкин, В.В. Автоматический манипулятор для отсечки конверторного шлака [Текст] / В.В. Точилкин, А.Д. Кольга // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. - 1995. - № 10. - С. 68-69.
12. Точилкин, В.В. Электромеханические манипуляторы для транспортирования и ориентации устройств, обеспечивающих защиту струи стали при разливке [Текст] / В.В. Точилкин, К.Н.Вдовин // Известия вузов. Электромеханика. 2004. № 2. С. 111 – 112.
13. Семенов, М.В. Устройства для рафинирования стали в пятиручьевом промежуточном ковше МНЛЗ [Текст] / М.В. Семенов, В.В. Точилкин // Вестник машиностроения. - 2007. - № 2. - С. 56 – 57.
14. Семенов, М.В. Разработка рафинирующих устройств модернизируемых промежуточных ковшей МНЛЗ [Текст] / М.В. Семенов, В.В. Точилкин // Ремонт, восстановление, модернизация. - 2007. - № 3. - С. 15 – 18.
15. Семенов, М.В. Методика расчета работоспособности элементов промежуточного ковша МНЛЗ [Текст] / М.В. Семенов, В.В. Точилкин // Вестник машиностроения. - 2007. - № 6. - С. 41 – 43.
16. Семенов, М.В. Эффективность рафинирования стали при оснащении промежуточных ковшей МНЛЗ перегородками или порогами [Текст] / М.В. Семенов, В.В. Точилкин // Технология металлов.– 2007. - № 7. С. 2 – 5.
17. Семенов, М.В. Система распределения потоков стали пятиручьевого промежуточного ковша МНЛЗ [Текст] / М.В. Семенов, В.В. Точилкин // Заготовительные производства в машиностроении. - 2007. - № 2. - С. 9 – 11.
18. Рафинирование металла в промежуточном ковше [Текст] /К.Н.Вдовин, В.В. Точилкин, М.В. Семенов, А.Н.Русаков // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И.Носова. - 2007. - № 1. - С. 43 – 46.
19. Точилкин, В.В. Конструкции элементов систем распределения потоков стали, модернизируемых промежуточных ковшей МНЛЗ [Текст] / В.В. Точилкин, О.А.Филатова, А.А. Хоменко // Ремонт, восстановление, модернизация. - 2008. - № 11. - С. 11–13.
20. Технология управления потоками металла в разливочной камере промежуточного ковша сортовой МНЛЗ [Текст] / К.Н. Вдовин, В.В. Точилкин, А.А. Хоменко, О.А. Филатова // Технология металлов. - 2009. - № 4.- С. 2–4.
21. Разработка оборудования системы распределения потоков стали для промежуточного ковша [Текст] // С.Н. Ушаков, А.А. Хоменко, К.Н. Вдовин, В.В. Точилкин // Сталь. - 2009. - № 3. - С. 1317.
22. Развитие технологии разливки металла и оборудования промежуточного ковша сортовой МНЛЗ [Текст] / С.Н. Ушаков, А.А. Хоменко, С.В. Шевченко, К.Н. Вдовин, В.В. Точилкин, О.А.Филатова // Огнеупоры и техническая керамика. - 2009. - № 1- 2. - С. 25-29.
23. Точилкин, В.В. Методика проектирования элементов системы распределения потоков стали промежуточного Т- образного ковша сортовой МНЛЗ [Текст] / В.В.Точилкин, О.А.Филатова, А.А.Хоменко // Технология металлов. 2010. №4. С. 20 – 24.
24. Вдовин, К.Н. Расчет рабочего инструмента – стопора манипулятора промежуточного ковша МНЛЗ [Текст] / К.Н.Вдовин, В.В. Точилкин, О.А.Филатова // Технология металлов. - 2011. - № 2. - С. 15–18.

В других изданиях

25. Точилкин, В.В. Расчет элементов пневмопривода металлургического манипулятора [Текст] / В.В. Точилкин // Процессы и оборудование металлургического производства: Сб. науч. тр. - Вып. 3. Магнитогорск: МГТУ, 2000. – С. 36 - 40.
26. Точилкин, В.В. Модели работы газовой струи манипулятора для отсечки конверторного шлака [Текст] / В.В. Точилкин // Процессы и оборудование металлургического производства: Межрегион. сб. науч. тр./ Под ред. Кальченко А.А. Вып. 5. Магнитогорск: МГТУ им. Г.И.Носова, 2003. С. 219-222.
27. Точилкин, В.В. Системы пневмопривода манипуляторов для отсечки конверторного шлака [Текст] / В.В. Точилкин // Современные методы конструирования и технологии металлургического машиностроения: Сб. науч. тр./ Под ред. Н.Н. Огаркова. Магнитогорск: МГТУ, 2004. – С. 81 - 84.
28. Точилкин, В.В. Разработка элементов транспортно-технологического комплекса МНЛЗ [Текст] / В.В. Точилкин // Современные проблемы проектирования и эксплуатации транспортных и технологических систем: Труды Междунар. науч.-техн. конф. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2006. – С. 198.
29. Точилкин, В.В. Манипуляторы с гибко-эластичными приводными элементами [Текст] / В.В. Точилкин, А.Н.Васюков // Машиностроитель.-1989.- № 7. С. 12 - 13.
30. Точилкин, В.В. Пневмопривод манипулятора с гибкими приводными элементами [Текст] / В.В. Точилкин, Е.Ю. Мацко// Машиностроитель.- 1993.- № 10. С. 4
31. Семенов, М.В. Определение режимов подачи газа в отсекающую головку манипулятора для удаления настылей на летке конвертера [Текст] / М.В. Семенов, В.В. Точилкин // Процессы и оборудование металлургического производства: Межрегион. сб. науч. тр. / Под ред. Железкова О.С. Вып. 6. - Магнитогорск: МГТУ им. Г.И.Носова, 2004. – С. 25 - 30.
32. Вдовин, К.Н. Проектирование рафинирующих устройств современных промежуточных ковшей МНЛЗ [Текст] / К.Н.Вдовин, В.В. Точилкин // 60 лет непрерывной разливки в России: Сборник статей. / Под ред. С.В. Колпакова, Е.Х. Шахпазова. М. Интерконтакт, Наука: 2007. – С. 349-364.
33. Технология управления потоками металла в промежуточных ковшах сортовых МНЛЗ [Текст] / С.Н. Ушаков, А.А. Хоменко, К.Н. Вдовин, В.В. Точилкин [и др.] // Труды Х конгресса сталеплавильщиков. М., Черметинформация, 2009. - С. 613 617.
34. Экспериментальное исследование процессов непрерывной разливки стали в промежуточном ковше сортовой МНЛЗ [Текст] / К.Н. Вдовин, В.В. Точилкин, О.А. Филатова, А.А.Хоменко // Литейные процессы. Межрег. сб. науч. тр. / Под ред. В.М. Колокольцева. Магнитогорск. ГОУ ВПО «МГТУ» 2009. Вып. 8. С. 155-160.

В патентах РФ

35. Пат. на изобретение 2005063 РФ, МПК3 B25J 1/2. Исполнительный орган манипулятора / В.В.Точилкин, А.М.Филатов. Заявка 5025141/08; Заявлено 31.01.92; Опубл. 30.12.93. Бюл. № 47- 48.
36. Пат. на изобретение 2366535 РФ, МПК7 B22D 11/111. Шлакообразующая смесь / М.Н. Курбацкий, А.А.Хоменко, Л.В. Петров, А.В. Сарычев, К.Н. Вдовин, Н.Р. Хоменко, В.В. Точилкин. Заявка 2008120450/02; Заявлено 22.05.2008; Опубл. 10.09.2009. Бюл. 2009. № 25.
37. Пат. на изобретение 2369463 РФ, МПК7 B22D 41/00. Теплоизолирующая смесь / М.Н. Курбацкий, А.А.Хоменко, Л.В. Петров, А.В. Сарычев, К.Н. Вдовин, А.Ф. Тарасов, В.В.Точилкин. Заявка 2008120429/02; Заявлено 22.05.2008; Опубл. 10.10.2009. Бюл. 2009. № 28.
38. Пат. 33340 РФ, МПК7 B22D 11/10. Ковш промежуточный для непрерывной разливки металла / В.Ф. Рашников, Р.С. Тахаутдинов, К.Н. Вдовин, В.В. Точилкин, В.М.Корнеев, В.А.Осипов, В.Е. Хребто, М.В. Семенов. Опубл. 20.10.2003. Бюл. № 29.
39. Пат. 33525 РФ, МПК7 B22D 11/00. Промежуточный ковш для непрерывной разливки металла / В.Ф. Рашников, Р.С. Тахаутдинов, К.Н. Вдовин, В.В. Точилкин, В.М.Колокольцев, В.Е. Хребто. Опубл. 27.10.2003. Бюл. № 30.
40. Пат. 33526 РФ, МПК7 B22D 11/10. Устройство для подвода металла в кристаллизатор / В.Ф. Рашников, Р.С. Тахаутдинов, К.Н. Вдовин, В.В. Точилкин, В.М.Корнеев, В.А.Осипов, Е.Ю. Мацко. Опубл. 27.10.2003. Бюл. № 30.
41. Пат. 34416 РФ, МПК7 B22D 41/00. Ковш промежуточный для непрерывной разливки металла / А.А. Морозов, К.Н.Вдовин, В.М. Корнеев, В.А. Осипов, В.В. Точилкин, А.М.Филатов, О.В. Ишмаев. Опубл. 10.12.2003. Бюл. № 34.
42. Пат. 36784 РФ, МПК7 B22D 11/10. Промежуточный ковш для непрерывной разливки металла / В.Ф. Рашников, К.Н. Вдовин, В.М. Корнеев, Осипов В.А., В.В. Точилкин, О.А.Филатова, М.В. Семенов. Опубл. 27.03.2004. Бюл. № 9.
43. Пат. 37476 РФ, МПК7 B22D 41/00. Ковш промежуточный для непрерывной разливки металла / В.Ф. Рашников, В.Ф. Дьяченко, К.Н. Вдовин, В.В. Точилкин, В.М.Корнеев, Е.Ю. Мацко, В.С. Климов. Опубл. 27.04.2004. Бюл. № 12.
44. Пат. 38654 РФ, МПК7 B22D 41/00. Промежуточный ковш для непрерывной разливки металла / А.А. Морозов, В.Ф. Дьяченко, В.М. Корнеев, К.Н. Вдовин, В.В. Точилкин, В.А. Осипов, В.Н. Кунгурцев, М.В.Семенов. Опубл. 10.07.2004. Бюл. № 19.
45. Пат. 38655 РФ, МПК7 B22D 41/10. Ковш промежуточный ковш для непрерывной разливки металла / А.А. Морозов, В.Ф. Дьяченко, В.М. Корнеев, К.Н. Вдовин, В.В. Точилкин, В.А. Осипов, В.Н. Кунгурцев. Опубл. 10.07.2004. Бюл. №19.
46. Пат. 41017 РФ, МПК7 С21С 5/46, F27D 3/15. Устройство для закрывания выпускного отверстия конвертера / В.Ф. Рашников, Р.С. Тахаутдинов, В.М. Корнеев, К.Н. Вдовин, В.В. Точилкин, А.Н. Даровских, А.М.Филатов, Д.А. Бодяев, С.Ю.Зайцев. Опубл. 10.10.2004. Бюл. № 28.
47. Пат. 41463 РФ, МПК7 С21С 5/45, F27D 3/15. Устройство для отсекания шлака и закупорки выпускного отверстия металлургического агрегата / В.Ф. Рашников, Р.С. Тахаутдинов, К.Н. Вдовин, В.В. Точилкин, А.Н. Даровских, А.М.Филатов, Д.А. Бодяев, С.Ю.Зайцев. Опубл. 27.10.2004. Бюл. № 30.
48. Пат. 44557 РФ, МПК7 B22D 41/00. Промежуточный ковш для непрерывной разливки металла / В.Ф. Рашников, Р.С. Тахаутдинов, В.М. Корнеев, К.Н. Вдовин, В.В. Точилкин, В.А. Осипов, В.Н. Кунгурцев, М.В. Семенов, В.Г.Овсянников. Опубл. 27.03.2005. Бюл. № 9.
49. Пат. 51920 РФ, МПК7 B22D 41/00. Промежуточный ковш для непрерывной разливки металла / Р.С. Тахаутдинов, К.Н. Вдовин, В.М. Корнеев, В.А. Осипов, В.В. Точилкин, С.Н. Ушаков. Опубл. 10.03.2006. Бюл. № 7.
50. Пат. 54320 РФ, МПК7 B22D 41/00. Промежуточный ковш для непрерывной разливки металла / Р.С. Тахаутдинов, К.Н. Вдовин, В.М. Корнеев, В.А. Осипов, М.В. Семенов, В.В. Точилкин, С.Н.Ушаков. Опубл. 27.06.2006. Бюл. № 18.
51. Пат. 60411 РФ, МПК7 B22D 41/00. Ковш промежуточный для непрерывной разливки металла / Г.С. Сеничев, В.В. Точилкин, К.Н. Вдовин, В.М.Корнеев, В.А. Осипов, А.В. Сарычев, Н.В.Ведешкин, С.Н.Ушаков, А.А.Хоменко. Заявл. 14.09.2006; Опубл. 27.01.2007. Бюл. № 3.
52. Пат. 62851 РФ, МПК7 B22D 41/00. Ковш промежуточный для непрерывной разливки металла / Г.С. Сеничев, К.Н. Вдовин, В.В. Точилкин, А.Б. Великий, В.А. Осипов, Е.В. Сидоров, А.В. Сарычев, С.Н.Ушаков, А.В. Кутищев. Опубл. 10.05.2007. Бюл. 2007. № 13.
53. Пат. 62852 РФ, МПК7 B22D 41/00. Промежуточный ковш для непрерывной разливки металла / Г.С. Сеничев, К.Н.Вдовин, В.В. Точилкин, А.Б. Великий, В.А. Осипов, Е.В. Сидоров, А.В. Сарычев, С.Н.Ушаков, А.В. Кутищев. Опубл. 10.05.2007. Бюл. 2007. № 13.
54. Пат. 76836 РФ, МПК7 B22D 41/00. Промежуточный ковш для непрерывной разливки металла /Д.Е. Бутурлакин, К.Н. Вдовин, В.В. Точилкин, Н.В.Ведешкин, С.В.Прохоров, Е.В.Сидоров, О.А.Николаев, С.Н.Ушаков, А.А.Хоменко. Заявл. 27.05.2008; Опубл. 10.10.2008. Бюл. № 28.
55. Пат. 78712 РФ, МПК7 B22D 41/02. Промежуточный ковш для непрерывной разливки металла / Д.Е. Бутурлакин, К.Н. Вдовин, В.В. Точилкин, Н.В.Ведешкин, С.В.Прохоров, Е.В.Сидоров, В.А. Артюшин, С.Н.Ушаков, А.А.Хоменко. Заявл. 10.07.2008; Опубл. 10.12.2008. Бюл. № 34.
56. Пат. 80373 РФ, МПК7 B22D 41/00. Промежуточный ковш для непрерывной разливки металла / Д.Е. Бутурлакин, К.Н. Вдовин, В.В. Точилкин, Н.В.Ведешкин, С.В.Прохоров, О.А.Николаев, В.А.Артюшин, И.С.Чеусов, А.А.Хоменко. Заявл. 01.09.2008; Опубл. 10.02.2009. Бюл. № 4.
57. Пат. 84277 РФ, МПК B22D 41/00. Промежуточный ковш для непрерывной разливки металла / С.Н. Ушаков, К.Н. Вдовин, В.В. Точилкин, О.А. Марочкин, С.В. Прохоров, И.Р.Шайгулин, О.А. Филатова, А.А.Хоменко. Заявл. 29.12.2008; Опубл. 10.07.2009. Бюл. № 19.
58. Пат. 91016 РФ, МПК B22D 41/00. Промежуточный ковш для непрерывной разливки металла / С.Н. Ушаков, К.Н. Вдовин, В.В. Точилкин, С.В.Прохоров, А.А.Хоменко, О.А.Филатова, В.А.Артюшин, И.Р. Шайгулин, И.С.Чеусов. Заявл. 29.10.2009; Опубл. 27.01.2010. Бюл. № 3.

В авторских свидетельствах СССР

59. А.с. 739282 SU, МКИ3 F16G 11/04. Устройство для крепления гибкого тягового элемента / Ю.И. Мелентьев, Б.М. Пермяков, А.М. Филатов, А.М. Кабаков, В.В. Точилкин. Опубл. 05.06.80. БИ. 21.
60. А.с. 898180 SU, МКИ3 F16G 11/04. Зажим для каната / В.В. Точилкин, А.М. Филатов. Опубл. 15.01.82, БИ. № 2.
61. А.с. 965767 SU, МКИ3 B25J 15/04. Захват / В.В. Точилкин, Ю.И. Мелентьев, Н.И. Иващенко, А.М.Филатов. Опубл. 15.10.82. БИ. № 38.
62. А.с. 971648 SU, МКИ B25J 15/02. Захват промышленного робота / В.В. Точилкин, С.А. Торощин, Ю.И. Мелентьев, Н.И. Иващенко, А.М.Филатов. Опубл. 07.11.82. БИ. № 41.
63. А. с. 1021596 SU, МКИ B25J 1/02. Хобот манипулятора / Ю.И. Мелентьев, В.М. Рябков, В.В. Точилкин, Н.И.Иващенко. Опубл. 07.06.83, БИ. №21.
64. А.с. 1085802 SU, МКИ B25J 1/02. Хобот манипулятора / Ю.И. Мелентьев, В.В. Точилкин. Опубл. 15.04.84. БИ. № 14.
65. А. с. 1105304 SU, МКИ B25J 15/02. Захват промышленного робота / А.М. Филатов, Ю.И. Мелентьев, В.В. Точилкин, С.А. Торощин, И.Г. Муллахметов. Опубл. 30.07.84. БИ. № 28
66. А.с. 1127763 SU, МКИ B25J 1/02. Хобот манипулятора / В.В. Точилкин, Ю.И. Мелентьев, А.Г.Минаев, С.А. Торощин. Опубл. 07.12.84. БИ. № 45.
67. А.с. 1283079 SU, МКИ B25J 1/02. Исполнительный орган манипулятора / В.В. Точилкин, В.А. Новоселов, А.М.Филатов, Г.Н. Доценко. Опубл.15.01.87. БИ. №2.
68. А.с. 1348164 SU, МКИ B25J 1/02. Исполнительный орган манипулятора / В.М.Рябков, В.В.Точилкин, А.Н. Макаров, А.М.Филатов, С.А.Торощин, К.Ю. Терещенко. Опубл. 30.10.87. БИ. № 40.
69. А.с. 1355805 SU, МКИ F16G 11/04. Зажим для каната / В.В. Точилкин, А.М. Филатов, В.И. Умнов, В.И. Чернев. Опубл.30.11.87. БИ. № 44.
70. А.с. 1401195 SU, МКИ F16G 11/04. Зажим для каната /В.В.Точилкин, В.И. Умнов, А.М.Филатов. Опубл. 07.06.88. БИ. № 21.