【文章內容簡介】 閥； 21－小鐘密封； 22－大料斗上節(jié)； 23－受料漏斗 鐘閥式爐頂布料器 為了滿足高爐容積的擴大和高壓操作的推廣，出現(xiàn)了三鐘式 、 四鐘式和鐘閥式。鐘閥式爐頂裝料設備是 20 世紀 60 年代初由日本石川島播磨廠開發(fā)出來的，它吸取了雙鐘式的優(yōu)點，滿足了高爐的高壓甚至超高壓操作。同時也解決了傳統(tǒng)的鐘式爐頂徑向布料能力的不足。鐘閥式爐頂由多種，用的最多的是雙鐘雙閥式爐頂。它有兩個均壓室，大鐘均壓室可以直接利用爐喉煤氣，不必設置均壓設備。 第 6 頁 且密封閥的閥蓋始終不和原料接觸，可以避免原料的沖擊和磨損，有利于提高 壽命。鐘閥式爐頂也有缺點，它仍然需要龐大而笨重的大 、 小料鐘及其料斗，爐頂高度較大，給制造 、 運輸和安裝帶來了一系列困難 [1]。 設計目標概述 上密封閥 實現(xiàn)高壓操作的關鍵保證高爐的密封性，所以對于爐頂裝置的密封性要求十分嚴格。在排壓系統(tǒng)能正常工作的條件下，上下密封閥的密封效果的好壞直接影響高爐高壓操作工藝。上密封閥上部是與大氣相通，下部與料罐相連，如果密封效果不好會引起煤氣泄漏，泄漏的煤氣不僅影響操作人員的健康，而且夾帶著大量的爐料 、 粉塵對其他設備的接觸面產生強烈的磨損，是造成爐頂設備 的損壞的主要原因。爐頂設備的維護需要耗費大量的資源，因此，保證爐頂的密封性就保證了高爐的順利生產，在設計中對密封閥的設計要求較高，以保證密封性。其結構圖 所示： 圖 1. 3 料罐體及上密封閥結構簡圖 第 7 頁 上截料閥 截流閥的準確開度是保證每環(huán)布料圈數與設定達到一致的關鍵參數。截流閥的動作依靠液壓裝置的伸縮完成，由于行程較短，液壓裝置動作速度較快，要想滿足精確的開度控制，必須在控制方 式上對其進行提前量的預判斷處理。在設計程序時，考慮到該液壓裝置速度不可調，因此只能根據裝置的動作規(guī)律判斷停止時的慣性數據，然后在程序中增加停止時的提前量控制，使上截流閥依靠機械慣性停止在設定位置 [8]。無料鐘爐頂能實現(xiàn)徑向和周向布料。使高爐布料合理均勻，通過截料閥實現(xiàn)料罐內的爐料按要求控制，保證高爐正常工作。在操作中，當料罐受料式時，截料閥處于關閉的狀態(tài)， 所使下密封閥不受爐料的沖擊和磨損，提高下密封閥的使用壽命。無料鐘的上截料閥式由液壓控制傳動控制的，具有反映速度快和沖擊小等優(yōu)點。其結構簡圖如圖 所示 ： 圖 1 . 4 上截料閥結構簡圖 第 8 頁 本畢業(yè)設計的目的是基于無料鐘爐頂設計的基礎之上，通過對其結構和性能的分析進行設計并進一步對其該進，使其更加適應當今大規(guī)模的生產，提高工作效率。 設計的任務和內容： 1 收集相關的資料，根據資料分析各種形式的高爐爐頂裝料設備的特點，根據我國的發(fā)展的實際情況，做進一步的分析。 2 根據設計題目對無料鐘爐頂裝料裝置進行設計，其具體內容包括上密封 閥和上節(jié)流閥的設計。選擇最佳方案以達到延長設備的使用壽命，降低成本和提高生產效益的目的。 3 設計上密封閥和上節(jié)流閥的結構尺寸，滿足其強度要求的同時要考慮成本，從而獲得最優(yōu)化設計方案。 4 計算各零件的尺寸的同時，對部分重要的零件進行強度校核，滿足強度要求，確保工作中安全可靠。 5 根據已經計算得的數據，計算機繪制 CAD 圖紙。 6 對所設計的無料鐘爐頂裝置的上密封閥和上節(jié)流閥進行經濟性分析，要求索設計的爐頂設備為最優(yōu)化方案，投入使用能獲得較大的經濟效益。 第 9 頁 隨著無料鐘爐 頂的廣泛應用和不斷改進，不僅設備結構由了很大的變化，并且在總體布置上也出現(xiàn)了多種形式，概括起來大致無聊中爐頂可分為并罐式 、 串罐式和串并罐式三種。其中使用較為廣泛的是串罐式 [1]。 串罐式和并罐式爐頂結構 串罐式無鐘爐頂的特點：①投資較低； ②在上部結構中所需空間小； ③設備高度與并罐式爐頂基本一致； ④極大的保證了爐料在爐內分布的對稱性，減小了爐料偏析。 ⑤中心排料，旋轉溜槽所受爐料的沖擊增大。 圖 串罐式無鐘爐頂裝置示意圖 第 10 頁 1－上料皮帶機； 2－擋板； 3－受料漏斗； 4－上閘閥； 5－上密封閥； 6－稱量料罐； 7－下節(jié)流閥； 8－下密封閥； 9－中心喉管； 10－旋轉溜槽； 11－中心導料器 并罐式無鐘爐頂的結構：由受料漏斗、稱量料罐、中心喉管、氣密箱、旋轉溜槽等五部分組成。 并罐式無鐘爐頂的特點： ①布料理想，調劑靈活； ②設備總高度較低； ③密封性好，能承受高壓操作 ； ④兩個稱量料罐交替工作 。 ⑤中心喉管磨損較快； ⑥存在并罐效應。由于稱量料罐中心線和高爐中心線有較大的間 距，會在布料時產生料流偏析現(xiàn)象，稱之為并罐效應。 圖 并罐式無鐘爐頂裝置示意圖 第 11 頁 1－移動受料漏斗； 2－上密封閥； 3－均壓放散系統(tǒng)； 4－稱量料罐； 5－料罐稱量裝置； 6－節(jié)流閥； 7－下密封閥； 8－眼鏡閥； 9－中心喉管； 10－氣密箱傳動裝置； 11－氣密箱冷卻系統(tǒng)； 12－旋轉溜槽； 13－溜槽更換裝置 串罐式和并罐式的分析比較 兩種形式的無料鐘爐頂的主要區(qū)別在于他們的結構上，串罐式二個罐上下相通的，而并 罐式是二個罐并列安放。由于他們結構形式的不同，與并罐式比較串罐式少了一套上密封閥、下密封閥和一個下截料閥和均壓放散閥，這樣在工藝上方串罐式可以節(jié)省大量的資金，同時串罐式在冶煉工藝較并罐式也有顯著的優(yōu)點，因此串罐式能得廣泛的應用。 表 串罐式和并罐式的設備比較 項目 串罐式無料鐘 并罐式無料鐘 設備組成 旋轉或固定上料罐、稱量 移動受料斗、左右料罐、 料罐、下閥箱、布料溜槽等 下閥箱、齒輪箱、布料溜槽等 裝料能力 較小 較大 截料閥的調節(jié)精度 好 較差 放料罐卸料偏析 設有導料管，效果較好 可設導料管，效果欠佳 料罐內爐料偏析 較小 較大 爐料稱量 準確性高 準確性較差 布料特點 爐喉圓周布料均勻 爐喉圓周布料不均勻 爐頂裝料設備高度 與并罐式相當 與串罐式相當 設備更換及磨損 較易更換下閥箱，爐料對下 無法更換下閥箱，爐料對下 閥箱和中心喉管磨損較小 閥箱，爐料對其磨損大 設備重量 較輕 較重 備用性能 無 有 均排壓設備 一套 二套 第 12 頁 分析：根據對串罐式和并罐式的結構比較，串罐式較并罐式有很大優(yōu)點，現(xiàn)代化高爐生產工藝日趨完善，對設備要求也越來越嚴格，要滿足現(xiàn)代大生產要求，提高效率降低生 產 成本。無料鐘爐頂設備具備這些優(yōu)點，在高爐鋼鐵冶煉得到了廣泛的應用。 設計方案的確定 上截料閥的運動分析 上截料閥的運動由一套連桿機構和液壓缸驅動實現(xiàn)的，靠內外球體的相對運動來達到截料 的目的，內外球體分別由球形截料閥的花鍵軸和花鍵軸套驅動，花鍵軸和花鍵軸套分別由搖臂帶動四連桿機構驅動的 ，而搖臂的動力是由液壓缸共給。 上截料閥傳動方案的確定 根據上截料閥的工作特點，截料閥運動需要克服很大的力，而且需要快速相應。為了滿足上述的要求，所以上截料閥的傳動方式采用連桿機構與液壓缸驅動方式，具有以下優(yōu)點：①設備機構精簡，重量輕，節(jié)省投資； ②工作平穩(wěn)，沖擊小，減輕爐頂框架結構，降低爐頂高度； ③減少了電機容量和功率消耗； ④傳動準確，相應速度快，驅動力大，密封性能好； ⑤液壓傳動調速范圍大，可以減小沖擊負荷 ，液壓元件通用性大，檢修方便。 截料閥由內球體和外球體的相對運動實現(xiàn)的，花鍵軸驅動內球體，花鍵軸套驅動外球體，內外球體的運動需要打開一定的角度，應選擇承載能力高，對中性好，而且導向性好，應力集中小，所以根據以上的要求選擇花鍵軸和花鍵軸套作為動力傳動機構。因為載荷較小所以選擇靜聯(lián)接。由于花鍵軸和花鍵軸套由相對運動，容易產生磨損，增加生產成本，降低生產效率，所以 第 13 頁 在花鍵軸和花鍵 軸套之間加一個小軸套，減小重要零件的磨損，符合最優(yōu)化設計原則。上截料閥的結構如圖 ： 1 2 3 4 5 圖 上截料閥結構圖 內球體 外球體 小軸套 花鍵軸套 花鍵軸 上密封閥傳動方案的確定 上密封閥在工作時要求平穩(wěn)，保證良好的密封性，故采用液壓缸和曲柄傳動。該傳動方案的優(yōu)點是：整體機構簡潔，設備質量輕，節(jié)省投資，上密封閥在工作時啟閉平穩(wěn)，防止 過載，且能夠通過液壓系統(tǒng)調節(jié)升降速度。液壓系統(tǒng)的使用可以降低爐頂的高度，減小整個高爐的重量。 上密封閥執(zhí)行和驅動方案的確定 上密封閥的位置是安裝在稱量罐的上部，溜槽上面的上密封閥的直徑很小，且鑲有橡膠密封圈，密封性能良好，適應高壓操作的要求。上密封閥式借助曲柄轉動帶動閥板使閥板上的橡膠圈和密封閥座緊密結合，封住來自下部的壓力煤氣，從而達到密封的效果。 上密封閥的驅動裝置式采用液壓和曲柄傳動。曲柄繞上密封軸轉動，曲柄帶動閥板實現(xiàn)開啟和閉合，達到密封作用。密封閥不直接與爐料接觸，從而提高了 第 14 頁 橡 膠圈和閥體的使用壽命，滿足密封要求。此裝置的結構簡單、動作準確。按照高爐的動作要求，液壓缸的控制電磁閥控制上密封閥的開啟。上密封閥的結構如圖 所示： 1 2 3 4 圖 上密封閥結構圖 上法蘭組件 上密封閥座 閥板組件 曲柄 上密封閥軸承選擇方案的確定 上密封閥軸承承受較大的徑向載荷，不承受軸向載荷，同時上密封閥的軸與軸承座孔的軸線必須保持同軸線，不能有相對傾斜。 軸承選擇是根據其所受載荷的大小、方向、性質等依據確定的。綜上所述，上密封閥的軸承選擇調心滾子軸承，調心滾子軸承是在有二條滾道的內圈和滾道為球面的外圈之間，裝配有鼓形調心滾子的軸承。 外圈滾道面的曲率中心與軸承中心一致，所以具有與自動調心球軸承同樣的調心功能。在軸、外殼出現(xiàn)撓曲時，可以自動調整，不增加軸承負擔。調心滾子軸承可以承受徑向負荷及二個方向的軸向負荷。徑向負荷能力大，適用于有重負荷、沖擊負荷的情況。內圈內徑是錐孔的軸承，可直接安裝?；蚴褂镁o定套、拆卸筒安裝在圓柱軸上。保持架使用鋼板沖壓保持架、 聚酰胺