高炉出铁场泥炮打泡设备液压系统设计Word文件下载.doc
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1绪论 1
1.1高炉泥炮及其工作过程简介 1
1.2泥炮结构常见故障及对策 1
1.3高炉泥炮类型及优缺点比较 1
1.3.1泥炮的类型及优缺点 2
1.3.2液压泥炮优点 2
1.3.3液压泥炮结构 2
1.4高炉泥炮在国内外发展历程 3
1.4.1泥炮国内外发展 3
1.4.2液压泥炮主要类型 3
1.5高炉液压泥炮课题研究意义以及设计方法 3
2泥炮简介 5
2.1高炉对泥炮的要求 5
2.2泥炮基本参数的确定 6
2.2.1作用在活塞上的压力 6
2.2.2泥缸容积 6
2.2.3炮嘴吐泥速度 7
2.2.4设计参数 7
3计算部分 8
3.1打泥机构的计算 8
3.1.1泥缸直径和油缸直径的计算 8
3.1.2油缸有效行程的计算 9
3.1.3实际最大炮泥单位压力的计算 10
3.1.4打泥推力打的计算 10
3.1.5泥塞移动速度的计算 11
3.2压炮装置的计算 11
3.2.1压炮力的计算 11
3.2.2压炮油缸直径的计算 12
3.2.3实际压炮力的计算 13
3.3旋转装置的计算 13
3.3.1旋转装置活塞杆的受力分析 13
3.3.2旋转油缸直径的计算 14
3.4锁紧装置的计算 15
3.5液压系统的计算 15
3.5.1泥炮各油缸所需流量的计算 15
3.5.2液压泵计算 16
3.5.3液压泵用电动机的计算 17
3.6液压辅件的确定 18
3.6.1油箱有效容积的确定 18
3.6.2油箱散热功率的计算 18
3.6.3油管尺寸的确定 19
3.7液压泥炮的组合图 20
3.8液压系统的工作原理及流程 20
3.8.1工作原理 20
3.8.2油的流程 21
4元件的选取 23
4.1液压泵及电机的选取 23
4.2液压缸的选取 23
4.2.1打泥油缸的选取 23
4.2.2压炮油缸的选取 23
4.2.3旋转油缸的选取 23
4.2.4锁紧油缸的选取 24
4.3控制阀的选取 24
4.3.1电磁溢流阀 24
4.3.2减压阀 24
4.3.3单向阀 24
4.3.4双单向节流阀 24
4.3.5手动换向阀 25
4.3.6液压锁 25
4.4压力表及压力表开关的选取 25
4.4.1压力表 25
4.4.2压力表开关 25
4.5滤油器的选择 26
4.6蓄能器的选择 26
4.7液压油的选择 28
5液压系统性能验算 30
5.1打泥系统的压力损失计算 30
5.1.1管路的沿程压力损失计算 30
5.1.2管路的局部压力损失计算 33
5.1.3阀类元件的局部压力损失计算 33
5.1.4系统校核 34
5.2液压系统的发热温升计算 34
5.2.1液压系统的发热功率计算 34
6液压系统油路块的设计 36
7液压站的设计 37
8液压系统的使用与维护 38
8.1污染的途径 38
8.2污染的危害 38
8.3油液污染的控制及管理 38
9环保性分析 39
9.1噪声污染 39
9.2水污染 39
9.3能源的浪费 39
结论 41
致谢 42
参考文献 43
辽宁科技大学本科生毕业设计第43页
1绪论
1.1高炉泥炮及其工作过程简介
泥炮属于炉前设备,高炉在炼铁时需要定时出铁,出完铁后要立即将高炉铁口堵住。
堵塞出铁口的办法就是用泥炮将一种特制的炮泥推入到出铁口内,炉内高温将泥炮烧结从而实现堵住铁口的目的。
在下次出铁时再用泥炮开口机将出铁口打开。
泥炮需要在高炉不停风的全风压情况下把堵铁口泥压进出铁口,其压力应大于炉缸内压力,并能顶开放渣铁后填埋铁口内侧的焦炭。
因而对泥炮就要有一定的要求,首先泥炮的泥缸应具有足够的容量,以保证供应足够的堵铁口炮泥,能一次堵住出铁口,同时打泥活塞应具有足够大的推力,以克服比较密实的堵铁口炮泥的运动阻力,并将堵铁口泥分布在炉缸内壁上;
此外,炮嘴应具有一定的运动轨迹,并能使炮嘴在进入出铁口泥套时,尽量沿直线运动,以免损伤泥套,在工作位置上应有一定的倾斜角度并能进行远距离操作。
这样就能做到可靠的工作,并安全实施生产。
1.2泥炮结构常见故障及对策
液压泥炮的曲臂因为需要承受大的冲击力,故会常常发生断裂现象。
因此为满足其强度要求,其曲臂不能太薄。
针对故障原因应制定如下对策:
(1)重新调定液压泥炮液压站极限压力,安排检修工人不间断检查,严防超压运行。
(2)对现有曲臂备件进行彻底加固,增强其承载能力.
对泥缸变形采取防护措施,泥缸底部加隔热罩,灌水渣,并要求向隔热罩里通水冷却泥缸,从而有效防止泥缸变形,延长其使用寿命,减少打不动泥次数。
根据泥缸变形情况及时更换打泥机构,减少因泥缸变形而增加的返泥。
根据泥缸情况及时更换磨损的泥饼,减少返泥。
定期清理泥缸干泥,尤其是加泥孔后部干泥,减少干泥造成的摩擦力,减少打不动泥的次数。
1.3高炉泥炮类型及优缺点比较
1.3.1泥炮的类型及优缺点
泥炮的类型按其驱动形式可分有气动,电动,和液压传动泥炮。
高炉出铁厂相关设备要求能够适应高温,多粉尘,多烟气的恶劣工作环境,并且能够满足工作人员维修方便的要求。
泥炮是用来堵铁口的设备,设计时必须考虑到泥炮活塞上的推力,和克服炮泥在缸筒内,铁口和炉内压力对其的总阻力。
气动式泥炮由于活塞推力小以及打泥压力不稳定而被淘汰。
随着冶炼强度的提高和无水炮泥的推广,电动泥炮在生产实践中也普遍暴露出不少的缺点,主要是打泥能力不足,常达不到所要求的出铁口深度;
打泥、压炮机构中的丝杠螺母磨损快,维修费用高、维修工作量大;
泥炮本身高度大,影响泥炮附近风口的更换等。
某些厂虽然对电动泥炮的机构做了某些改进,提高了打泥推力,但其他缺点始终未能改进。
所以现代大型高炉上泥炮都采用液压系统控制。
1.3.2液压泥炮优点
液压泥炮液压泥炮打泥推力大,打泥致密,能适应高炉高压操作;
具有重量轻、结构简单、运行平稳可靠、效率高、操作方便、价格低廉等优点。
鉴于液压泥炮的优点和电动泥炮的缺点,国内外都在研制液压泥炮。
1.3.3液压泥炮结构
液压泥炮由打泥机构、压紧机构、回转机构、锁紧机构、和液压控制系统组成。
打泥机构的液压缸与泥缸在同一种心线上,泥缸在前,液压缸在后。
液压缸和泥缸之间用法兰和螺栓连接起来,并吊挂在炮架的小车上。
在压紧机构中,用液压缸来代替电动泥炮压紧机构中的电动机、齿轮和螺母传动。
液压缸活塞的前端与泥炮移动小车前轮的轴相联结。
活塞杆做前后转移时就带动小车沿炮架的导向槽移动。
回转机构采用特殊的回转油缸,由定叶用联接键和联接螺栓与固定的中心轴套相固定,动叶则用联接键和联接螺栓与回转缸体相固接。
1.4高炉泥炮在国内外发展历程
1.4.1泥炮国内外发展
液压泥炮在国内外得到了迅速的发展,在许多国家的大型高炉上均使用了液压泥炮。
目前国内还有为数众多的大中型高炉采用50年代定型的电动泥炮。
国外从60年代开始,逐渐普遍采用液压矮泥炮堵塞高炉出铁口。
所谓矮泥炮是指泥炮在非堵口位置时,完全处于风口平台以下,在堵口位置时,铁口处的风口平台也能连起来,这就可以不因为泥炮而影响机械化更换风口的实现。
1.4.2液压泥炮主要类型
目前比较有代表性的液压泥炮有MHG型、IHI型和PW型。
1)IHI型液压泥炮是由日本石川岛播磨公司设计制造的。
我国首钢2号高炉使用了这种液压泥炮。
使用过程中发现压紧机构的滑道易于积灰而迅速磨损,并经常出现因移动阻力大,炮嘴压不紧泥套等问题。
2)MHG型液压泥炮是由日本三菱重工公司设计制造的。
其由打泥机构、压紧机构、回转机构、锁紧机构和液压装置组成。
我国宝钢1号高炉使用了这种液压泥炮。
3)PW型液压泥炮是由卢森堡PW公司设计的,用于欧洲的一些高炉上。
4)我国主要是有北京科技大学研制开发的BG系列泥炮,还有新近引进或二手购进的德国DDS型和卢森堡的PW型泥炮,现已推广使用。
5)液压泥炮基本是由打泥装置,压炮装置,旋转装置,液压系统和电控装置组成的,对于DDS型泥炮,旋转和压炮是一次完成的。
1.5高炉液压泥炮课题研究意义以及设计方法
高炉液压泥炮在国内外应用已经十几年,仅液压系统就经过了,从普通电液换向阀,逻辑插装阀,叠加阀以及各种阀的混合型到目前比较成熟的手动换向阀回路的过程。
经过多年的生产实践,目前的液压系统已经趋于稳定,设计简洁可靠,制造基本标准化。
随着高炉大型化和高压操作技术的实现以及炉前操作机械化的要求,液压泥炮将会得到更广泛的使用,成为将来泥炮机构中的最主要类型。
设计计算泥炮时,首先需要确定打泥活塞推力,它是泥炮能力的主要标志,也是设计计算各机构的受力和选择驱动装置的基本参数。
在堵出铁口时,作用在泥炮活塞上的推力必须克服堵出铁口泥在泥缸内、铁口槽孔及在炉缸内运动时所产生的总阻力。
这次我所做的课题就是高炉炼铁泥炮液压系统设计。
通过这次设计能使我更多的了解高炉炼铁中有关液压方面的知识,对以后的学习工作带来很大的帮助并可以增强自己在很多方面的能力。
2.泥炮简介
如下图为一简易液压泥炮简图:
图2.1液压泥炮简图
2.1高炉对泥炮的要求
高炉炉前是生产环境恶劣,劳动强度大操作岗位,是高炉生产全盘机械化自动化的最薄弱的环节。
随着高炉冶炼的强化和高炉容积的不断扩大,以及无水炮泥等坚硬泥料的广泛应用,大大提高了对堵塞出铁口用泥炮的要求。
对泥炮的主要要求是:
1)有足够的打泥量,能有效地堵塞出铁口通道和修补炉缸前墙,使前墙厚度达到所要求的出铁口深度。
2)有足够的打泥推力,使泥塞对炮泥能产生较大的单位压力,以克服炉内压力和出铁口通道的助力,把较硬的无水炮泥挤入出铁口。
3)结构紧凑,自身高度小,以改善炉前工人的操作条件,使出铁口附近的风口平台可以连起来,有利于更换风口作业的机械化。
4)工作可靠,能适应高炉炉前高温、多粉尘、多烟气的恶劣环境。
5)维修方便。
如果零部件出现故障,应能在两次出铁的间隔时间内将炮身或某零件整体更换,以避免因泥炮故障而造成高炉休风。
2.2泥炮基本参数的确定
(1)设计计算泥炮时,首先需要确定打泥活塞推力,它是泥炮能力的主要标志,也是设计计算各机构的受力和选择驱动装置的基本参数。
(2)在堵出铁口时,作用在泥炮活塞上的推力必须克服堵出铁口泥在泥缸内、铁
口槽孔及在炉缸内运动时所产生的总阻力。
该阻力与下列因素有关:
1)出铁口的状态,它的长度、直径和形状。
2)靠近出铁口附近炉缸中焦炭的分布状态及出铁口内是否有焦炭。
3)堵出铁口泥的机械和物理性质。
4)在出铁口中心线水平上的铁水、渣和煤气等的压力。
5)堵铁口泥由炮嘴吐出的速度。
6)泥缸的几何尺寸和炮嘴的过渡管的几何形状。
前三个因素是主要的,对堵铁口泥的运动阻力影响最大。
2.2.1作用在活塞上的压力
目前尚没有可靠的计算方法。
打泥活塞上的推力是根据作用在活塞上的压力决定的,堵铁口泥经过泥缸和过渡管从炮嘴吐出。
堵铁口泥经过这一运动过程又有一定的压力损失。
在设计计算中,为了简化计算,往往根据各种泥炮的使用经验和试验研究而确定的经验数据进行计算。
过去的设计中,通常取炮嘴出口处的压力=3~4MPa,在泥缸内的压力损失=0.8~1.0MPa,但由于近年高炉冶铁的强化和无水炮泥的使用,过去设计的泥炮能力不足,因此必须加大及压力损失,根据炉顶压力不同,建议参考下列范围选取:
1)炉顶压力≤0.15MPa的中型高炉,采用11%水分的炮泥时,取=4~6MPa,压力损失=2~2.5MPa。
2)炉顶压力≥0.2~0.25MPa的中型和大型高炉,采用无水炮泥时,=8~10MPa,
压力损失=4~5MPa。
故作用在活塞上的压力为:
=+,MPa。
2.2.2泥缸容积
我国过去设计制作的电动泥炮泥缸容积为0.2~0.5m3。
实践证明这个容积是偏大的。
设计时取这个容积是因为这些泥炮在打泥过程中产生漏泥,为了可靠的堵住出铁口,故使用大泥缸。
解决漏泥问题和使用无水泥炮,可减少泥缸的有效容积。
高炉容积在5000m3以下时,一般可取泥缸有效容积0.2~0.3m3。
2.2.3炮嘴吐泥速度
我国过去设计的电动泥炮炮嘴吐泥速度=0.2~0.5m/s。
经验证明,降低值会使炮泥在炉缸内壁粘得更牢固些。
因此在新的设计中,可取=0.1~0.2m/s。
2.2.4设计参数
打泥装置:
泥缸有效容积0.28m3
泥缸直径580mm
炮嘴内径140mm
打泥时间80s
工作油压25Mpa
压炮装置:
压炮力170N
压炮角度16°
压炮油缸的移动速度0.05m/s
压炮时间10s
回程时间6s
旋转装置:
工作转角160°
移动速度0.05m/s
油缸直径180mm
旋转时间12~15s
锁紧装置:
移动速度0.05m/s
适用高炉1000~2500m33计算部分
3.1打泥机构的计算
泥炮最主要的两个参数是泥缸有效容积和泥塞对泥炮的单位压力,这也是高炉冶炼工艺对泥炮的两个最主要的要求。
泥缸有效容积应保证一次打入足够的炮泥量,能有效地堵塞出铁口通道和修补炉缸前墙。
泥塞对泥炮的单位压力应保证炮泥在泥缸和过渡管中受到压力损失后,挤出的炮泥仍能克服炉缸内和出铁口通道中的阻力,将炮泥顺利打入出铁口。
原电动泥炮的泥缸有效容积是考虑如果一次堵口失败时不用加泥就可以再次进行堵口操作,因此普遍偏大。
泥缸容积过大会造成炮泥在泥缸中滞留时间过长而引起干结和增大打泥阻力。
随着无水炮泥的应用和在出铁过程中抗机械冲刷和抗化学侵蚀性能好的优质炮泥的出现,所需的堵泥量趋于减少。
习惯上是以泥塞的最大推力表示泥炮打泥能力的大小,这是沿袭原电动泥炮的习惯。
确切的说,打泥能力应以泥塞上炮泥的单位压力来表示。
采用有水炮泥时,对于1000~1500m3的高压操作高炉,一般炮嘴出口处的炮泥压力应达到4MPa,泥缸和过渡管中的压力损失为1MPa,故泥塞处的单位压力有5MPa就够,过去电动机泥炮都是按这一数据进行设计的。
随着无水炮泥的推广,目前对于无水炮泥的泥炮,设计时取炮嘴出口处的压力为6~10MPa,泥缸和过渡管中的损失为3~4MPa。
本次设计的泥炮为用于取炉顶压力0.2-0.25MPa的高炉中。
工作油压取=25MPa,炮嘴出口处的压力为8MPa,压力损失为4MPa。
故泥塞对炮泥的单位压力=12MPa。
设高炉容积≤5000m3,取泥缸有效容积为0.28m3,直径为0.58m。
3.1.1泥缸直径和油缸直径的计算
关系式:
(3.1)
得:
m
式中:
——泥塞对炮泥的单位压力,MPa
——油缸的工作油压,MPa
——油缸直径,m
——泥缸直径,m
圆整后取=0.40m,选取。
——活塞杆直径mm,则=155mm
图3.1打泥机构计算简图
工作油压越高,泥炮的机构越紧凑,考虑到国内液压元件的供应情况,用于此高
炉的泥炮取=25MPa。
在保证泥缸有效容积和炮泥压力的情况下,泥缸直径增大,炮身会变得短粗,会增大门形框架的尺寸,一般从泥缸直径和油缸直径砸机构上的匹配关系来确定。
计算出的油缸直径值应圆整和尽量选用标准直径序列。
3.1.2油缸有效行程的计算
,m得:
(3.2)
——泥缸有效容积,m3
D1——泥缸直径,m
泥缸有效行程是指从装泥口前沿至泥塞前极限位置的尺寸,相应的容积为泥缸有效容积。
泥塞最大行程max以泥塞在后极限位置时装泥口能全部露出的原则,从机构上加以确定。
油缸的最大行程等于泥缸的最大行程。
油缸有效行程:
圆整后取:
3.1.3实际最大炮泥单位压力的计算
由于计算出的油缸直径值必须圆整并选用标准值,故选定油缸直径后必须重新按下式计算在选定的工作油压下实际的最大炮泥单位压力。
(3.3)
式中的应代入最后选定值,按此式计算出的是指在额定工作油压下泥塞上能够产生的最大炮泥力。
打泥过程中的实际
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