第三章高炉上料设备

第三章、高炉上料设备教学目的：了解高炉上料工作系统原理及满足的条件分析，掌握整机设备的设计计算基本过程及计算要点和典型装置的结构教学内容：1.高炉上料设备作用、形式及基本功能2.料车式上料小车工作原理、受力分析3.卷扬机工作原理、驱动功率计算4.皮带上料机工作原理、上料能力计算5.液力联轴器工作原理与结构教学重点：1.料车上料工作原理、受力分析2.卷扬机工作原理、驱动功率计算3.液力联轴器工作原理与结构教学难点：1.料车上料工作原理、受力分析2.卷扬机驱动功率计算教学进度：总学时3h教学备忘：第三章、高炉上料设备§3—1概述一、上料设备的作用同学们想一想将高炉冶炼过程所需的各种原料（矿石、焦碳、熔剂等）从地面提升到高炉炉顶并到入炉内。二、上料设备应满足的要求1.足够上料能力（适应高炉生产工艺、节奏、产量、料品种、粒度等）2.连续、可靠（适应高炉规定时间内连续冶炼生产，休风率应小于1%）3.自动安全（计算机化全程控制、操作）4.结构简单、易维修1.§3—1概述三、上料设备的型式同学们想一想1.料罐式上料机（已淘汰）2.料车式上料机（教材P40图3-1）3.皮带式上料机**（教材P41图3-2）带式上料机的优点：（1）运料能力更大，可以没有间隙地工作（2）设备更简单，投资更省（3）更远程装料和操作，让高炉周围空的空间更多（4）上料更均匀、平稳，料的粒度损伤小（5）工作更可靠，维护简单，自动化程度更高带式上料机的缺点：（1）运距更长，站地较大（2）环境温度条件高求较高，不宜过高温度，尤其不能运热烧结矿对高炉节能有一定影响。斜桥料车式上料机1—料车坑；2—卷扬机；3—料车卷扬机室；4—支柱；5—轨道；6—斜桥；7、9—绳轮；8—钢绳；10料车§3—2高炉上料车一、工作原理教材P41图3-3请同学们画出卷扬机传动原理图二、料车行车轨道分为三段：料坑内直线段、斜桥上直线段（一般为47~60度）炉顶卸料曲线段（该段很特殊），见P44图3-5卸料段特殊性体现：总体为自动卸料、自动返回具体为：（1）后车轮轮压在轨道上而不出现负轮压（2）料车能自返：空料车能在自重作用下从曲轨的上限位置迅速返回（3）卸料迅速（4）保证卸料时料车嘴不与炉顶设备相碰（5）运行过程中牵引钢丝绳张力不急剧变化图3—3料车上料机运动示意图三、料车上料机的料车运动分析与生产率计算1.速度图、加速度图、钢丝绳行程图讲读教材P53~54在时间内料车刚开始启动，重料车直轨上升，空料车自炉顶卸料曲线极限位置下行，为防止空料车牵引钢绳松弛，从卷筒上放出的钢绳加速度不应超过空料车在自重作用下返回时能产生的钢绳加速度，故加速度应小些。在时间内，为了较快地过渡到最大速度，加速度应大些在t3时间内，一般取v3=v=3~4m/s为重料车进入曲轨前的第一次减速时间为重料车在卸料曲轨段行走的时间为卷扬机第二次减速到停车的时间2.生产效率计算料车上料机的生产效率就是上料机每昼夜能够运输原料的重量。一般设计能力为120%。主要原因是满足“赶料线”时要加快上料的需求和为今后挖潜能力做保障。主要计算：（1）一批料能生产的铁水量：q=焦碳量/焦比=Qc/C根据q可以确定一批料中各种炉料的重量。矿石批重Qo=kq由Qc、Qo可求出每批料中焦碳、矿石的体积，再根据料车的有效容积就可以算出每批料焦碳、矿石所需料车数量（2）高炉每昼夜所需总上料批数：N=P/q或N=PC/Qc，P——每昼夜生产铁水产量上料机一昼夜最大可能上料批数：N‘=86400/T，T——提升每批料需要的总时间（包括料车上下时间、装焦碳时间、装矿石时间，后两者时间一般分别为15~25s（3）高炉上料机作业率：J=N/N’*100%四、料车静力学分析1.直轨段受力分析讲读教材P57图5-182.曲轨段受力分析讲读教材P58~59图3-19、3-20、3-213.料车自返条件空料车在自重作用下对瞬时转动中心所产生的自返力矩M1应大于阻力矩M2。M1=G.a（空料车时Q=0），M2=F1.a1+F2.a2讲读教材P60图3-22一般设计时取；M1/M2=2~34.料车外形设计讲读教材P60图3-23一般空料车重心与前轮中心线的水平距离约为后轮中心距的0.6~0.655.¦Α¦Α图3-20料车在斜料导轨上炉料重心和重心计算图图3-19料车在卸料导轨上的受力情况¦Α(1)钢绳牵引力P大于零。如图3—21a、b所示，料车重心位于交点O的垂线OO′右侧。P的存在意味着料车在倾翻后有自行返回的可能性，P力越大，表明料车反拖钢绳的作用力越大，料车越易返回。1R2R(2)钢绳牵引力等于零。料车重心与垂线OO′重合，其力的平衡三角形见图3—21c所示。此时Q+G与车轮总反力R在一垂线上使P=0，这时料车的重力和车轮总支反力互相平衡，料车处在一种不稳定倾翻的临界状态，料车缺乏自返能力。(3)钢绳牵引力P小于零。料车重心已在OO′垂线左侧，其力的平衡三角形。P已出现负值，料车已丧失自返能力，要使料车返回必须在车辕上施加压力，而钢绳是不可能产生这种压力的，这种现象叫“料车上天”，必须加以防止。图3-23斜体料车外形图¦Β¦Α图3-22空料车自返能力计算1M2M这就要求空料车在自重作用下对瞬时转动中心所产生的自返力矩应大于阻力矩—考虑车轮缘对轨道摩擦系数（对滚动轴承一般取3）—车轮滚动轴承的摩擦系数，取=0.015；d—车轮轴径；D—车轮直径；f—车轮与轨道的滚动摩擦系数，取f=0.08㎝一般取：M1/M2=2~3图3-23斜体料车外形图¦Β¦Α图3-22空料车自返能力计算为了保证空料车的自返性和前后轮压均匀，空料车重心位置一般设计在通过前轮中心与水平成30°角，通过后轮中心与水平成45°角所组成的三角形区域内。五、料车卷扬机钢丝绳张力（一）（一）、直轨段提升时钢丝绳静张力采用逐点计算法料车连接处钢丝绳张力——各滑轮处钢丝绳张力——卷筒处钢丝绳张力主要注意各接点处拉力方向与该段钢丝绳重力方向是同向还是反向，一致则为两者之和，反之为二者之差。同时注意力的数值均为沿钢丝绳滑动方向的分量值。结论：卷筒张力S=A-2qLisina满载料车直轨提升时，卷筒圆周上的张力S与钢丝绳行程Li成直线关系，并随着料车上升而有所减小。6.料车卷扬机钢丝绳张力（二）（二）、空料车直轨段下降时钢丝绳静张力也采用逐点计算法，此时料重Q=0结论：S‘=A’+2qLisina空料车在直线段下降时，钢丝绳拉力S‘与钢丝绳行程Li也成直线关系，随空车下降而逐渐增加。料车卷扬机钢丝绳张力（三）（三）料车曲轨段运行时钢丝绳静张力1.求料车车辕处钢丝绳处静张力采用作图法，求得车辕拉力分析重料车提升、空料车下降情形要点：1.作图求得拉力2.分情形，按照直线段求各接点处张力过程与方法可求出各接点处张力六、卷扬机卷筒圆周力计算（一）、静圆周力计算要点：卷扬机圆筒上竟圆周力为重料车钢丝绳张力与空料车钢丝绳张力之差。（二）动载荷计算Fg=M‘.aM’——所有运动部件换算到卷筒圆周上质量a——卷筒圆周上的线加速度或减速度七、料车驱动功率计算过程一般已知条件为：1.料车及轨道几何尺寸2.料车空车重量、装料重量3.料车速度图、加速度图计算程序：1.计算和绘制钢丝绳行程图2.计算重料车和空料车对应于速度图上各接点的瞬间钢丝绳静张力S、S‘并画出张力变化图3.求出料车各运行时期卷筒上的静圆周力并作图4.计算卷筒圆周上的动力Fg和总圆周力，绘制卷扬机的负荷图5.求上一车料的等效力Fx和等效功率Nx6.求一批料期间的电动机等效值功率Nx7.校核电机高炉上料主皮带机一、构成示例：2500m3皮带机（教材P70图3-28）描述皮带上料机的主要技术参数：同学们想一想：输送量（t/h）、带宽（mm）、带长（m）带速（m/s）、电机功率（Kw）、带厚（mm）、钢芯直径（mm）、输送料品种§3—3皮带上料机二、皮带类型及基本结构1.类型：普通帆布胶皮带（高炉上现在一般不用）、钢绳芯胶带（也称夹芯皮带）2.夹芯皮带特点：优点：抗拉强度高、延伸率小、运力大、寿命长缺点：横向强度低、易断丝3.夹芯皮带结构：代号：GX*****，GX—钢绳芯******数字，表示整个厚度上每cm宽度的名义破断拉力kg值皮带组成：上、下覆盖胶、芯胶、钢绳芯皮带段间接头采用硫化方法处理，接头形式有对接、搭接、错位接1.机构简图讲读教材P74图3-32三、传动装置图3-32胶带上料机传动机构简图1-电动机2-液力联轴器3-减速器4-制动器5-驱动卷筒导向滚筒7-行星减速器8-小电动机9-制动器2.张力计算采用最小张力法、等圆周力分配法、等驱动单元法、圆周力任意分配法（1）最小张力法原则：最大程度地利用驱动卷筒的包角，使驱动卷筒张力比最大，而皮带中的张力最小。两个驱动卷筒圆周力比值为eμθ（2）等圆周力法原则：每个驱动卷筒传递的圆周力相等，比值为1：1（3）等驱动单元法原则：每个卷筒的驱动装置相同，而套数不同，使驱动卷筒传递圆周力的比值为2：1（4）圆周力任意分配法原则：两个驱动卷筒传递的圆周力按任意比值分配。¦Θ1¦Θ2图3-33双卷筒驱动时力的分析图使每一个驱动卷筒传递的圆周力相等,即使每一个驱动卷筒传递的圆周力相等,即等圆周力分配法¦Θ1¦Θ2图3-33双卷筒驱动时力的分析图图3-34传动装置的配置情况备用驱动装置放在卷筒2等圆周力配置备用驱动装置放在卷筒1等驱动单元法如果在卷筒Ⅰ上布置二套驱动装置，卷筒Ⅱ上布置一套驱动装置，使驱动卷筒传递圆周力的比值由等圆周力法的1：1变成2：1把两套工作驱动装置配置到2上，而把备用驱动装置放在卷筒1上它是把两个驱动卷筒所传递的圆周力按任意比值进行分配，(为系数)，只要满足每一驱动卷筒两侧的胶带张力之比小于或等于其值的条件即可。最小张力法、等圆周力法、等驱动单元法实际上都是它的特例。圆周力任意分配法分析比较：最小张力法情况下，两个驱动卷筒的驱动功率相差eμθ倍，导致装置结构差别很大，而张力皮带减小比例仅为等单元法的4%，实用性不大，故高炉皮带机不采用；等圆周力法情况下，两个驱动功率相同，即为1：1，但离eμθ较远；等驱动单元法情况下，卷筒传递圆周力为2：1，而每套驱动装置都一样。从而达到既能减少胶带中张力，又能保证驱动装置具有通用性，减少了备品种类，便于维修。“高炉皮带机采用等驱动单元法。四、液力联轴器（一）1.工作原理（同学们想一想：联轴器的工作实质）它们都是由与电动机轴连接的主动轮l与负载轴连接的从动轮2以及“键”3把主动轮转矩传给从动轮的，不过前者的键是橡胶带，而后者的键却是液体，即液力联轴节是通过液体“键”来传递转矩的。（1）利用液体动压力（冲击力）传递扭矩。机械能——液压能转换讲读教材P79图3-37电机转动—主动工作轮旋转—液体产生离心力—形成一定速度、压力能—液体在环状流道中流动——流向被动工作轮的环状流道—产生冲击力—被动轮旋转—被动轴转动—液体流动流回主动工作轮再次循环工作主动工作轮——泵轮，被动工作轮——涡轮（2）液力联轴器的效率及传动比液力联轴器工作的前提条件：（请同学想一想）主动轴与被动轴间必须存在速度差原因是各者速度不同才能形成液体流动，故主动速度大于被动速度。M2效率η=-——i由于摩擦力矩很小，M1=M2即有i=ηM1结论：液力联轴器的输入转矩等于输出转矩；传动效率等于传动比液力联轴器（二）2.结构介绍图3—384063m。高炉带式上料机用液力联轴器1一联轴器；2一涡轮轴；3一辅助室外壳；4一涡轮；5一外壳；6一挡板；7一泵轮；8一端面密封；9一弹性联轴器3.特性介绍过载能力强、抗冲击、防过载、可提高鼠笼电机启动能力（平稳）、可均衡多台电机负载（特性更软）、传递效率高所谓联合特性曲线即考虑到电动机在承载时转速下降的影响，液力联轴器的实际输出特性曲线。其输出转矩与电动机输出转