PR-TR009-006 4 Table of Contents

7/29/2019 PR-TR009-006 4 Table of Contents

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AISE TECHNICAL REPORT NO. 9

TABLE OF CONTENTS

PART I: LADLE DESIGN STEEL SHELL1-1 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1-1.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-1.2 Intended Coverage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-1.3 Specification Assumptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1-2 Workmanship . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-3 Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1-3.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-3.2 Bottom Plate and Adjacent Shell Plate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-3.3 Stiffener Bands, Splash Plate and Upper Sidewall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21-3.4 LipRing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31-3.5 Trunnion Pin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31-3.6 Trunnion Block . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31-3.7 Rivets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31-3.8 Miscellaneous Forged Fittings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31-3.9 Other Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31-3.10 Material Testing Procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1-4 General Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41-4.1 General Shape . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41-4.2 Ladle Bottoms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41-4.3 Continuous Caster and Clean Steel Ladles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41-4.4 Reinforcement for Nozzle O pening . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4I_4.5 Welded Ladles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61-4.6 Stress Relieved Welds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61-4.7 Wear Sleeves for Trunnion Pins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61-4.8 Safety Flanges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6I_4.9 Splash Plates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71-4.10 Vent Holes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71-4.11 Reinforcement of LipRing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71-4.12 Refractory Retainer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71-4.13 Capacity Identification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

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[-5 Design Assumptions and Allowable Stresses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71-5.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71-5.2 Ladle Volume andMetal Density . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71-5.3 Location of Trunnion Axis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81-5.4 Allowable Stresses in Ladle Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81-5.5 Allowable Stresses in Trunnion Pins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131-5.6 Allowable Shear Stresses in Rivets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151-5.7 Allowable Shear Stress in Pins of Tilt Mechanisms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15[-6 Design of Trunnion Block and Pin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151-6.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151-6.2 Shear andBearing Stresses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151-6.3 Bending Moment in Pins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15I_6.4 Fillet Radius . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161-6.5 Fitting in Trunnion Block . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161-6.6 Sleeves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161-6.7 Stiffness in Trunnion Block . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161-6.8 Attaching Block to Ladle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161-6.9 Installation of Pins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161-6.10 Bending Stresses in Trunnion Blocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161-6.11 Ribbed Trunnion Block Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

1-7 Design of Bottom Plates of Flat-Bottom Ladles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171-7.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171-7.2 Thickness of Circular Flat Bottoms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171-7.3 Reinforcing Plate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171-7.4 Thickness of Bottom Plate and Reinforcing Plate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181-7.5 Equivalent Diameter for Oval Ladles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181-7.6 Stiffener Ribs for Bottom Plates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

1-8 Design of Bottom Plates of Dished-Bottom Ladles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191-8.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191-8.2 Thickness of Dished Circular Ladle Bottoms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191-8.3 Thickness of Dished Oval Ladle Bottoms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191-8.4 Reinforcing Plates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191-8.5 Stiffener Ribs for Dished Circular Bottom Plates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191-8.6 Stiffener Ribs for Dished Oval Bottom Plates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

1-9 Design of Stiffener Bands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211-9.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211-9.2 Effective Band . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211-9.3 Calculations of Effective Band Width . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211-9.4 Properties of Bands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231-9.5 Calculations of Com pressive Forces in Bands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231-9.6 Portion of Trunnion Block Included in Effective Band Section . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231-9.7 Band Bending Moment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ' . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241-9.8 Calculation of Band Bending Moments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241-9.9 Combined Stresses in Bands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

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1-10 Design of Sidewall Plates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251-10.1 Sidewall Plate Thickness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251-10.2 Sidewall Plate Joint . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251-10.3 Supplementary Thickness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251-10.4 Upper Sidewall Plate Thickness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

1-11 Inward Deflection Stiffness at Trunnions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251-12 Design of Tilt Mechanism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

1-12.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271-12.2 Primary Functional Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271-12.3 Loading Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271-12.4 Tilt Mechanism Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271-12.5 Design Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281-12.6 Maximum Loads an d Service Temperatures for the T ilt Mechanism Components . . . . . . . . . . . . . . 281-12.7 Design of Pin-Connected Member . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291-12.8 Design of Latch Plates and Tilt Bearing Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311-12.9 Design of Other Style Tilt Mechanisms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311-12.10 Non-Structural A ppurtenances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

1-13 Riveted Sidewall Circumferential Connection Joints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311-13.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311-13.2 Design o f the Riveted Sidewall Connection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311-13.3 Minimum Rivet Spacing and Edge Distance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321-13.4 Allowable Stresses in Rivets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321-13.5 Allowable Stress in Sidewall Plate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321-13.6 Postweld Heat Treatment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321-13.7 Preparation of Plate Edges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321-13.8 Buttstrap End Connection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

1-14 Design of Support Legs for Dished-Bottom Ladles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321-14.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321-14.2 Loading Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321-14.3 Description of Support Legs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331-14.4 Design of the Support Legs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

1-15 Assembling and Welding Ladles in the Shop and Field . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341-15.1 Fitting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341-15.2 Cleaning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341-15.3 Welding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34I_15.4 WeldDefects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341-15.5 Inspection and Non-Destructive Tests of Welds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

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PART H: LADLE DESIGN REFRACTORY LININGII-lScope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3II-2 Ladle Lining . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

II-2.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311-2.2 Lining Insulating Capacity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3511-2.3 Estimating Wall Working L ining Thermal Expansion Stress . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3511-2.4 Wall Working L ining Expansion Allowance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3II-2.5 Compressible Expansion Allowance Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311-2.6 Lining Stabilization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

PART HI: LADLE INSPECTION, REPAIR, ALTERATION AND MAINTENANCEIII-lLadle Inspection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

III-l.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3III-1.2 Ladle Details for Inspection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

HI-2 Ladles with Riveted Lap Joints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3III-3 Ladle Repair and Alteration Procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

III-3.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4III-3.2 Procedure for Ladle Repair . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4III-3.3 Procedure for Ladle Alteration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

HI-4 Repair and Maintenance Details of Structural Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4III-4.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4lll-A.2 Sidewall or Bottom Patch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4111 .3 Closure of Vent Holes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4III-4.4 Repair of Welds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4111 .5 CrackRepair . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

III-5 Alterations to Ladles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4III-5.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4III-5.2 Additional Freeboard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4III-5.3 Slide Gates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4III-5.4 Sidewall and Bottom Plate Openings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

P A R T I V : U SE OF LADLESIV-1 Recommended Operating Practices for Minimization of Shell Flexing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4IV-2 Brimful Ladle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42IV-3 LipPouring Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

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Symbols Part I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43Symbols Part II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47Commentary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49Codes, Specifications and Standards Cited . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55Appendix A Design Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56Appendix B Method of Determining Ladle Deflection Coefficient . . . . . . . . . . . . . . . . . . IllOwner's Information Sheet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

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