Доронин С.В. Проектные расчеты конструкций металлургического оборудования

Подождите немного. Документ загружается.

1,13GR

, где G – вес шаров; h – высота подъема шаров, равная расстоя-

нию до точки отрыва шара, находящегося от центра мельницы на рас-

стоянии R

– радиуса инерции массы шаров, поднимающихся на высоту;

установлено, что высота подъема h массы шаров примерно равна 1,13

внутреннего радиуса мельницы R

, т. е. h = 1,13R

Работа, затрачиваемая на сообщение шарам кинетической энер-

гии

 

0б

A  ,

где v

– средняя скорость движения шаров для радиуса инерции R

, м/с;



– угловая скорость барабана, с

-1

(оптимальное значение 

= 2,38(R

)

–

; R

– внутренний радиус мельницы, м).

В результате исследований установлено, что для оптимальных

условий работы мельницы R

= 0,785R

. Тогда

 

0б2

GR18,0

785,038,2

A 















 .

Суммарная работа, затрачиваемая на один цикл движения шаров,

кДж: A = A

+ A

= 1,31GR

Установлено также, что за время одного оборота барабана рас-

сматриваемый слой шаров совершает i = 1,6–1,8 цикла. Вес измельченно-

го материала G

составляет k

= 0,12–0,14 веса шаров в мельнице, т. е. G

+ G

= k

G = (1,12–1,14)G. Тогда расход мощности на подъем шаров и

материала, а также на сообщение им кинетической энергии, кВт:

б1

б1бм

GR43,0

GR14,18,131,1

Aik

P 











 .

Необходимая мощность электродвигателя для вращения бараба-

на, кВт

б1

дв

GR43,0









 ,

где 

= 0,90–0,95 – к. п. д. механизмов мельницы, определяемый в зави-

симости от ее конструкции; 

= 0,85–0,95 – коэффициент, учитывающий

повышение мощности электродвигателя во время пуска.

Чашевые окомкователи [7]. Чашевый окомкователь состоит из

чаши, расположенной под необходимым из технологических условий

углом, механизма вращения и наклона чаши, опоры. Во вращающуюся

чашу непрерывно подается на открытую часть днища шихта, которая

смачивается распыленной водой и превращается в круглые тела – окаты-

ши. По мере перемещения в чаше окатыши увеличиваются в диаметре,

пересыпаются через борт чаши в разгрузочный лоток и из него поступа-

ют на уборочный ленточный конвейер. Полученные сырые окатыши об-

жигают на конвейерных обжиговых машинах или в других агрегатах.

Общий момент, необходимый для вращения чаши, кНм: М

тр

+ М

ср

+ М

Момент трения М

тр

в опорах (на подшипниках качения) чаши

имеет сравнительно незначительную величину и в расчете не учитывает-

ся.

Момент сопротивления от срезания гарнисажа на днище и бор-

тах чаши: М

ср

= М

ср.д

+ М

ср.б

Момент сопротивления от срезания гарнисажа с днища с приме-

нением стационарных донных ножей:

 







ipz1pд.ср

rWr...rWM ,

где r

– расстояние от i-го резца до оси вращения чаши, м; z – число рез-

цов; W

= F

ср

– усилие сопротивления резанию одним резцом, кН; F

ср

– площадь срезания одним резцом, м

; b

– глубина резания, м;

–

удельное сопротивление резанию, кПа.

Тогда





ipppд.ср

rqlbM .

Момент сопротивления от срезания гарнисажа бортовым ножом:

ср.б

= b

R, где h – высота борта чаши; R – радикс чаши.

Суммарный момент от срезания гарнисажа



















hRrlqbM

ipppcp

Материал в чаше располагается в виде части срезанного цилинд-

ра, ограниченного цилиндрическим бортом чаши, наклонным плоским

днищем и сверху плоскостью, наклоненной под углом естественного от-

коса материала (рис. 12).

Рис. 12. Схема к расчету чашевого окомкователя

Вес материала, находящегося на чаше (приближенно): G

h

g/3, где 

– объемная масса материала.

Координаты центра тяжести объема, занятого этим материалом,

равны: x

= 3R/16; y

= 3h/32.

Момент от смещения материала относительно оси чаши М

L, где G

= G

sin – составляющая силы G

, обеспечивающая скаты-

вание частиц материала в плоскости, параллельной плоскости днища; k

= 4600/

– коэффициент, учитывающий изменение количества мате-

риала в чаше в зависимости от угловой скорости ее вращения 

, с

-1

; L =

sin – смещение центра тяжести объема, занятого материалом, от оси

вращения чаши;  – угол подъема центра тяжести объема, занятого мате-

риалом, град.

 







cosfsin9

arccos90



;

 – угол наклона чаши, град.; f = 0,4–0,5 – коэффициент трения материа-

ла о днище чаши.

После подстановки и преобразований получим момент





 sinsinghR

Мощность электродвигателя механизма вращения чашевого

окомкователя, кВт: P = M



/

, где 

– угловая скорость вращения ча-

ши, с

-1

; 

– к. п. д. механизма.

Агломерационные машины [7]. Конвейерные агломерацион-

ные машины состоят из спекательных тележек, движущихся по замкну-

тому контуру. Конвейер состоит из горизонтальной (рабочей) и наклон-

ной (холостой) направляющей, а также криволинейных участков в голов-

ной (подъем тележек) и хвостовой (опускание тележек) частях машины.

Мощность привода передвижения спекательных тележек в ос-

новном расходуется на подъем тележек ведущими звездочками и на пре-

одоление сил сопротивления передвижению тележек на горизонтальном

участке.

Возможны два варианта расчета мощности электродвигателя аг-

ломерационной машины: по моментам сопротивления движению тележек

и по работе, затрачиваемой на перемещение всех тележек по контуру аг-

ломерационной машины (рис. 13). Рассмотрим первый вариант расчета.

Рис. 13. Схема к расчету привода агломерационной машины

Момент сопротивления движению при подъеме тележек привод-

ной звездочкой на участках DE и EF состоит из двух частей.

На участке DE при подъеме и перемещении тележек на роликах

по криволинейным (поддерживающим) направляющим момент равен





i10i1т1

cosRsinRGM  ,

где G – вес тележки; R

– радиус окружности, описываемой центром тя-

жести тележки; R – радиус начальной окружности звездочки; 

– коэф-

фициент сопротивления движению тележки; 

– угол, определяющий

положение центра тяжести тележек, находящихся на криволинейных на-

правляющих.

На участке EF происходит подъем тележек, полностью опираю-

щихся на зубья звездочек. Момент сопротивления движению составляет

i2т2

cosGRM  ,

где 

– угол, определяющий положение центра тяжести тележек, нахо-

дящихся на участке EF звездочек.

Момент сопротивления движению тележек по горизонтальным

направляющим агломашины FM: M

= TR, где T – сопротивление движе-

нию тележек по горизонтальному пути,

T = [G(n

+ n

) + Q(n

+ n

) + (p

c – p

b)n

B +

+ (p

c – 2p

l)n

B]

+ p

bB(n

+ n

)f,

Q = Bchg – вес шихты на одной тележке, кН; n

, n

– число теле-

жек, находящихся на участках l

, l

горизонтальных направляющих

(незагруженных до вакуум-камер спекания, загруженных над вакуум-

камерами спекания и охлаждения, загруженных после вакуум-камер ох-

лаждения соответственно); p

– разрежение на участке охлаждения, кПа;

= 1,5–2 кПа давление в уплотнении; B – длина тележки, м; f = 0,1 –

коэффициент трения в уплотнении.

Общий момент на звездочке составляет: M

об

= M

+ M

На наклонном участке KD тележки перемещаются под действием

составляющей их силы тяжести Gsin и создают момент, который может

способствовать вращению звездочки: M

= Gl

sin – 

Rcos), где l

–

длина участка пути KD;  – угол наклона пути.

Общий момент на звездочке с учетом M

M

об

= M

об

– M

= M

+ M

– M

Момент трения в подшипниках вала в первом приближении

можно определить после нахождения суммарной реакции N на этом валу

путем построения многоугольника всех действующих сил, в том числе и

в зацеплении приводного зубчатого колеса на валу звездочек: M

= Nr

где r

– радиус цапфы вала звездочек; f

– приведенный коэффициент тре-

ния в подшипнике вала.

Общий момент на звездочке с учетом M

: M

об

= M

об

+ M

Если M

об

отличается от M

об

менее чем на 5 %, то в расчет мощ-

ности электродвигателя можно принимать значение M

об

; если разница

будет более 5 %, процесс приближения при определении M

об

необходи-

мо продолжить.

Мощность электродвигателя привода агломашины, кВт: P =

об

k

/

, где M

об

– один из полученных выше и принимаемых в расчете

общих моментов на звездочке;  – угловая скорость звездочки, с

-1

; 

– к.

п. д. передач (или всего привода, если в M

об

не включен M

и не учтены

потери в зацеплении тележек с зубьями звездочек); k

= 1,2–1,5 – коэф-

фициент запаса мощности.

Рассмотрение типовых алгоритмов проектных расчетов оборудо-

вания подготовки материалов и шихты показывает, что основным момен-

том в данном случае является учет весовых нагрузок и характера взаимо-

действия рабочих органов машин и оборудования с обрабатываемым

сырьем.

2.3. РАСЧЕТЫ МЕХАНИЗМОВ ПЕЧЕЙ

Металлургические печи, являясь технологическим оборудовани-

ем для плавки, рафинирования металлов, термообработки заготовок и

изделий, кроме основной подсистемы – рабочего пространства печи –

всегда содержат ряд вспомогательных механизмов и устройств. В отли-

чие от параметров рабочего пространства, определяемых из технологиче-

ских соображений, расчеты механизмов печей осуществляются на базе

законов статики и кинематики.

Рассмотрим в качестве характерных примеров особенности рас-

четов механизмов электродуговых сталеплавильных печей [8].

Шихту в современные электродуговые печи загружают сверху с

помощью корзины с открывающимся днищем.

В зависимости от способа открывания для загрузки сверху раз-

личают печи с поворотным сводом; выкатным корпусом; откатывающим-

ся сводом (рис. 14).

Печи с поворотным (отворачиваемым) сводом бывают двух ти-

пов: с опорой механизма отворота свода на люльку и с опорой на отдель-

ный фундамент. У современных печей первой разновидности рис. 14, а

свод подвешен к полупорталу 2, который вместе с электродами 5 и сис-

темой их перемещения закреплен на поворотном валу 8, опирающемся на

люльку 9. Для загрузки шихты свод поднимают на 150–300 мм, под-

тягивая к полупорталу, а электроды поднимают, выводя из рабочего про-

странства. Затем вращением вала 8 отворачивают свод с электродами на

угол 85°, открывая тем самым рабочее пространство. Наклон печи в сто-

рону сливного желоба 11 и рабочего окна 4 обеспечивают качанием

люльки.

Печь второго типа (одна из разновидностей, рис. 14, г) оборудо-

вана подвижной колонной 14, которая опирается на фундамент и снабже-

на приводами ее подъема и поворота. В нижнем положении полупортал 2

вместе с системой перемещения электродов опирается через две стойки

13 на люльку, а свод на печь. Для открывания рабочего пространства ко-

лонна 14 движется вверх и, входя в зацепление с полупорталом, подни-

мает его со сводом и электродами, а затем, поворачиваясь, отводит свод с

электродами от печи; предварительно электроды выводят из рабочего

пространства. Люлька наклоняется вместе с печью, сводом и полупорта-

лом с электродами.

У печи с выкатным корпусом (рис. 14, б) портал 6 жестко закре-

плен на люльке 9, к порталу подвешен свод 3 и на портале крепятся элек-

троды 5 с системой их перемещения. Кожух 1 печи установлен на тележ-

ке 12, которая с помощью ходовых колес 7 может передвигаться по рель-

сам, уложенным на люльке. Перед загрузкой свод поднимают, электроды

выводят из рабочего пространства, после чего кожух выкатывают из-под

портала в сторону рабочего окна 4. Люлька обеспечивает наклон печи

вместе с порталом.

а б в г

Рис. 14. Схемы устройства электропечей, загружаемых сверху: а – печь с пово-

ротным сводом с опорой механизма отворота свода на люльку; б – печь с выкат-

ным корпусом; в – печь с откатывающимся сводом; г – печь с поворотным сводом

с опорой механизма отворота свода на отдельный фундамент; 1 – кожух; 2 – по-

лупортал; 3 – свод; 4 – рабочее окно; 5 – электроды; 6 – портал; 7 – ходовые коле-

са; 8 – поворотный вал; 9 – люлька; 10 – фундамент; 11 – сливной желоб; 12 –

тележка; 13 – стойки; 14 – подвижная колонна

Распространена и другая разновидность печей с выкатным кор-

пусом. В них люлька и портал со сводом и электродами опирается на два

отдельных опорных сегмента. Кожух печи закреплен на люльке и выка-

тавается из-под портала вместе с люлькой. При наклоне печи люльку

замковым устройством жестко соединяют с опорными сегментами порта-

ла, сегменты люльки и портала имеют одинаковой радиус кривизны, чем

обеспечивается совместный синхронный наклон кожуха и портала.

В печи с откатывающимся сводом (рис. 14, в) портал 6 и кожух 1

опираются на общую люльку 9, причем портал установлен на ходовых

колесах 7, и может перемещаться по рельсам, уложенным на люльке; к

порталу крепиться свод 3 с электродами. Перед загрузкой свод с электро-

дами 5 поднимают, и портал откатывается, съезжая с люльки в сторону

желоба 11 или рабочего окна 4. Качанием люльки обеспечивают наклон

печи вместе с порталом; портал при наклоне жестко скрепляют с люль-

кой специальными упорами. В настоящее время печи с выкатным корпу-

сом и откатывающимся сводом считаются устаревшими. В последние

годы строят более совершенные печи с поворотным сводом. Ниже рас-

смотрены механизмы этих печей.

Конструкция опор и механизмов наклона печи. Для опоры корпу-

са печи на фундамент и для наклона печи при сливе металла служит

люлька (рис. 15). Она выполнена в виде горизонтальной сварной короб-

чатой плиты с двумя опорными сегментами 3а.

а б

Рис. 15. Люлька и механизмы наклона печи с гидравлическим (а) и электромеха-

ническим (б) приводом: 1 – гидроцилиндр; 2 – шток; 3 – люлька; 3а – опорный

сегмент; 4 – редуктор; 5 – зубчатая рейка; 6 – электродвигатель; 7 – фундамент-

ная балка

Механизм наклона печи может быть с гидравлическим (рис. 15,

а) или электромеханическим (рис. 15, б) приводами. В первом случае

подаваемая в гидроцилиндры 1 под давлением жидкость вызывает вы-

движение или опускание штоков 2, во втором – электродвигатели 6 с ре-

дукторами 4 обеспечивают продольное перемещение зубчатых реек 5.

При перемещении штоков или реек опорные сегменты люльки перекаты-

ваются по горизонтальным фундаментным балкам опорных станин 7 пе-

чи, что вызывает качание люльки и наклон печи.

На рис. 16 показана кинематическая схема гидравлического и

электромеханического с реечной передачей механизмов наклона печи. В

первом из них (рис. 16, а) наклон люльки 7 с печью обеспечивают шар-

нирно закрепленные на фундаменте гидроцилиндры 5 за счет подачи

масла от маслостанции в надпоршневое или подпоршневое пространство

гидроцилиндров. Масло к цилиндрам 5 подается от маслостанции, раз-

мещенной в отдельном помещении и включающей насос 13, предохрани-

тельный клапан 15, манометр 16, распределительный золотник 11, дрос-

сель 12 и фильтры 14. Направление наклона люльки 7 с печью в сторону

сливного носка 9 или рабочего окна 8, т. е. подача масла в ветвь 2 или 3

маслопровода, определяется положением золотника 11 путем включения

соответствующего электромагнита 10. Скорость наклона регулируется

дросселем 12, установленным в сливной магистрали. Угол наклона печи

при перекатывании люльки по фундаментным балкам 1 ограничивается

конечными выключателями 4. Так как гидроцилиндры при наклоне печи

меняют свое положение, в трубопроводы 2 и 3 включены гибкие участки

6 из рукавов высокого давления.

Во втором механизме (рис. 16, б) рейки имеют отдельный при-

вод, устанавливаемый на фундаменте под печью со стороны рабочего

окна. В каждом приводе вращение от электродвигателя 2 через зубчатую

муфту передается трехступенчатому редуктору 3, соединенному зубчатой

муфтой с валом реечной шестерни 5, которая входит в зацепление с рей-

кой 4. Последняя соединена шарниром 7 с сектором люльки 8. При на-

клоне печи рейки получают сложное движение: поступательное – от при-

водных шестерен и качательное – вокруг оси этих шестерен – в результа-

те перемещения люльки. Необходимое прижатие рейки к шестерне, осу-

ществляется с помощью качающейся прижимной обоймы 6. Вал реечной

шестерни опирается на два подшипниковых узла 8. Привод снабжен тор-

мозом 1, с включением которого автоматически отключается электродви-

гатель.

Конструкции механизмов вращения ванны, подъема и поворота

свода с их опорой на люльку. Большая часть строившихся в последние

десятилетия отечественных печей этого типа схожи с устройством 100-т

печи, схематически показанной на рис. 17. Корпус печи (на рисунке не

показан) опирается на люльку 8 через четыре опорных тумбы 9. Свод 12

подвешен к полупорталу, состоящему из двух Г-образных стоек 14 с по-

мощью цепей 11, перекинутых через ролики 13. Концы цепей соединены

приводом 7 (электродвигатель и червячный редуктор с тяговым винтом),

который перемещает цепи, обеспечивая подъем и опускание свода. Два

привода 7 соединены синхронизирующим валом 15.

Полупортал закреплен на литой стальной поворотной плите 1,

которая одним концом насажена на поворотный вал 4 диаметром 750 мм.

Вал закреплен в люльке, опираясь на подпятник 5 и верхний 6 и нижний

роликовые подшипники. Вращение вала осуществляет электродвигатель

с редуктором 2 через коническую шестерню, входящую в зацепление с

коническим зубчатым сектором 3, закрепленным на валу 4.

На поворотной плите 1 между Г-образными стойками закрепле-

ны три стойки механизма перемещения электродов (на рис.не показаны).

Рис. 16. Схема механизмов наклона печей: а – с гидравлическим приводом; 1 –

фундаментная балка; 2, 3 – ветви маслопровода; 4 – конечный выключатель; 5 –

гидроцилиндр; 6 – гибкий рукав; 7 – люлька; 8 – рабочее окно; 9 – сливной носок;

10 – электромагнит; 11 – распределительный золотник; 12 – дроссель; 13 – насос;

14 – фильтр; 15 – предохранительный клапан; 16 – манометр; б – с электромеха-

ническим приводом с реечной передачей: 1 – тормоз; 2 – электродвигатель; 3 –

редуктор; 4 – рейка; 5 – шестерня; 6 – прижимная обойма; 7 – шарнир; 8 – люлька

При открывании печи для загрузки включают привод 7, припод-

нимая свод на 150–300 мм, и поднимают электроды, выводя их из рабо-

чего пространства. Далее включают привод 2, поворачивая вал 4 на угол

в 80°; вместе с валом вокруг его оси поворачивается плита 1 и закреплен-

ные на ней портал, свод и электроды, открывая рабочее пространство

сверху.