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高炉无料钟炉顶上密封阀和上截料阀的设计【12张CAD图纸+毕业论文】

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关键词：: 高炉无料钟炉顶密封以及上截料阀设计高炉无料钟炉顶上截料阀 cad 图纸毕业论文

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高炉无料钟炉顶上密封阀和上截料阀的设计

50页 17000字数+论文说明书+12张CAD图纸【详情如下】

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高炉无料钟炉顶上密封阀和

上截料阀的设计

摘要

高炉是钢铁冶炼的重要设备，高炉炼铁是获得大量生铁的主要手段。高炉冶炼的原理是把氧化铁还原成含有碳硅锰硫磷等杂质的生铁。高炉的炉顶装料设是用来装料入炉并使炉料在炉内合理分布，同时还要起到炉顶密封作用的设备。近代工业的迅速发展，带动钢铁冶金技术的发展，传统的高炉炉顶设备存在着设备复杂、密封性能差等缺点。本文设计的无料钟炉顶装料装置具有设备结构简单、传动效率高、设备重量轻、布料灵活、密封性能好等优点，能够满足现代高炉大型化和超高压操作的要求。而本文主要设计串罐式无料钟炉顶的上密封阀、上截料阀等机构，主要包括主传动方案的设计，基本参数的选择计算，重要零件的设计和强度校核，以及一些标准件的选择和校核，如轴承、键、液压缸等。无料钟炉顶简化了炉顶的设备的结构，满足现代化大生产的要求，对于今后高炉炉顶的发展和研究提供了新方向。

关键词：高炉无料钟、炉顶设备、高炉冶炼、高压操作、密封阀、截料阀

Design for flow-control valve and conseal

valve of Beel-less Blast Furnace Top

Abstract

The blastfurnace is an important iron and steel smelting equipment, the blastfurnace production is the main method to obtain a mass of pig irons. The principle of high blast furnace smelting iron oxide is reduced to carbon-containing impurities such as Si-Mn cast iron parathion. The charginge quipment of furnace top

is sued to load the stuff to a stove and make furnace chargescatter rationally within the stove, and the equipment must play a part in the furnace tophermetic sealing at the same time. The rapid development of modern industry, technology-led development of the iron and steel metallurgy, traditional furnace top equipment has many shortcomings, such ascomplicated structure, bad capability of preeurization. There are several advantages in this new type equipment ,it has the simpler structure,high drively efficiency,light weight, flexible distributing charg,standout hermeticcapability and so on, and all the characteristics can satisfy the request of extra-highpressure and the mainframe furnace. The key design mainly includes flow control valve and sealed valve and so on. Included the choice of hydraulic pressure cylinder, the basic parameter of the fretsaw machine’s choice and account, important parts of the design and strength check, as well as some standard parts selection and verification, such as bearings, keys, such as hydraulic cylinders. Bell-less top of the equipment simplified the structure to meet the requirements of modern large-scale production blast furnace top for the future development and research provides a new direction.

Key words: blast furnace bell, top equipment, blast furnace smelting, high-pressure operation, flow-control valve and, sealed valve

摘要 I

Abstract II

1.绪论 1

1.1选题的目的和背景 1

1.1.1选题的目的 1

1.1.2选题的背景 1

1.2高炉炉顶设备发展现状及趋势 2

1.3 无料钟炉顶布料器 2

1.3.1无料钟炉顶的组成和操作流程 2

1.3.2无料钟炉顶发展的方向 3

1.4 其他形式的高炉炉顶装置 4

1.4.1钟式炉顶布料器 4

1.4.2钟阀式炉顶布料器 5

1.5设计目标概述 6

1.5.1 上密封阀 6

1.5.2上截料阀 7

1.6设计的目的及任务 8

2.无料钟炉顶的总体方案设计 9

2.1串罐式和并罐式的结构与分析比较 9

2.1.1串罐式和并罐式炉顶结构 9

2.1.2串罐式和并罐式的分析比较 11

2.2 设计方案的确定 12

2.2.1 上截料阀的运动分析 12

2.2.2上截料阀传动方案的确定 12

2.2.3上密封阀传动方案的确定 13

2.2.4上密封阀执行和驱动方案的确定 13

3上密封阀的设计计算 15

3.1上截料阀驱动力和行程的计算 15

3.1.1行程的计算 15

3.1.2 驱动力计算 18

3.2液压缸的选择计算 20

3.2.1液压缸型号的选择 20

3.2.2液压缸活塞杆行程的确定 20

3.3 上截料阀花键轴的设计及强度校核 21

3.3.1 花键轴的受力分析 21

3.3.2 花键轴弯矩的计算和弯矩、扭矩图的绘制 22

3.3.3 花键轴的强度校核 24

3.4花键轴套的强度校核 24

3.4.1 花键轴套的受力分析 24

3.4.2 花键轴套弯矩的计算和弯矩、扭矩图的绘制 25

3.4.3 花键轴的强度校核 27

3.5花键的设计和校核 27

3.5.1花键轴上的花键选择和校核 27

3.5.2花键轴套的花键选择和校核 28

4. 上密封阀的设计计算 29

4.1 上密封阀液压缸的选择 29

4.2上密封轴的设计和强度校核 30

4.2.1上密封轴的受力分析 30

4.2.2上密封轴弯矩的计算和弯矩、扭矩图的绘制 31

4.2.3 上密封轴的强度校核 32

4.3上密封轴的键强度校核 33

4.4上密封轴的轴承校核 34

4.4.1轴承的选择 34

4.4.2验算轴承的寿命 35

5. 润滑方式的确定 37

5.1 润滑的定义和润滑方式种类 37

5.2润滑方式的选择 38

5.2.1上截料阀的润滑方式的选择 38

5.2.2 上密封轴的润滑方式的选择 38

6.经济性分析 39

总结 41

致谢 43

参考文献 44

1.绪论

1.1选题的目的和背景

1.1.1选题的目的

高炉炼铁是目前获得大量生铁的主要手段。近些年，随着高炉设备水平的不断提高，中、小高炉逐渐被大型、巨型高炉所代替。这里就要求高炉炼铁技术在高炉装备、延长高炉寿命、提高喷煤比、提高高炉原燃料质量、改进高炉操作等方面都要有明显的进步。近年来，我国炼铁生产技术处于快速发展阶段，生铁产量高速增长，炼铁装备在向大型化、自动化、高效化、长寿化、节能降耗、高效率方向发展。同时，一些炼铁企业已开始对环保治理方面的投入，向清洁炼铁方向发展。应当指出，我国炼铁工业是产业集中度低，高炉平均炉容偏小(约在500m3左右)，处于多层次共同发展阶段。现在我国先进的炼铁技术装备与落后的装备并存。因此对于炼铁如何进一步提高技术装备水平，如何进一步优化工艺，实现高产、低耗、环保的指标，对整个钢铁工业乃至全球经济的发展都具有重要的意义[1] [2]。

1.1.2选题的背景

高炉炼铁工序是钢铁生产的关键环节之一，也是技术进步与创新的重要领域。钢铁工业的飞速发展，推动了高炉炼铁技术的突破。无料钟炉顶是一项革命性的发明，为高炉操作带来了新的方式。1970年卢森堡威尔斯厂和保尔?伍斯尔公司发明的无料钟布料器（PW式无料钟炉顶设备），克服了马基式布料器的基本缺陷，在技术上是一次质的飞跃[3]。1972年世界上第一个安装无料钟炉顶设备的高炉在德国Hamborg厂开炉。对于我国众多中小高炉群而言，如何进一步提高技术装备水平，如何进一步优化工艺，实现高产、低耗、环保的指标，对整个钢铁工业的发展具有重要而现实的意义。采用无料钟炉顶等核心技术与设备，是推进我国中小高炉技术和工艺进步、提高生产效率和降低成本的重要途径。

1.2高炉炉顶设备发展现状及趋势

炉顶装料设备是用来装料入炉并使炉料在炉内合理分布，同时要起炉顶密封作用的设备，是高炉结构中重要的组成部分。目前世界高炉的新建和改造上，均采用无料钟炉顶新技术，无料钟炉顶逐渐取代有料钟炉顶成为主要的炉顶设备。

布料设备作为无料钟炉顶设备的核心部分，他的研究和开发一直倍受关注。我国从70年代开始研制无料钟炉顶，1979年第一座无料钟炉顶在首钢投产。现在全过一共有50余座高炉采用无料钟炉顶，其中一部分是国内自行研制开发的（例如BT型、BG型、SS型炉顶装置等），一部分是引进PW公司的技术和设备[4]。

总结

在设计中，参阅了大量的文献，查阅了很多网上资料，在指导老师的帮助下，经过仔细的分析和严密的推理计算，完成了对无料钟高炉炉顶上密封阀和上截料阀的结构设计工作。设计的原理和步骤式建立在科学基础上的，引用了众多权威著作或者刊物上的公式和设计理论，具体的设计内容总结如下：

1、无料钟炉顶的总体方案设计

分析了无料钟炉顶的几种形式，并比较了他们优缺点，结合设计的要求，选择串罐式炉顶。

2、上密封阀和上截料阀的驱动方案确定

上密封阀和上截料阀都采用液压传动，其中上截料阀是由液压缸和连

机构完成驱动。采用液压传动的原因：①设备机构精简，重量轻，节省投资；

②工作平稳，冲击小，减轻炉顶框架结构，降低炉顶高度；③减少了电机容量和功率消耗；④传动准确，相应速度快，驱动力大，密封性能好；⑤液压传动调速范围大，可以减小冲击负荷，液压元件通用性大，检修方便。

3、上密封阀和上截料阀的设计

上截料阀的设计：分析了截料阀的运动，由内、外球体的相对运动实现截料的目的，内、外球体分别由截料阀的花键轴和花键轴套驱动，而花键轴和花键轴套由是由液压缸驱动的连杆驱动的，液压缸的伸缩，来带动内、外球体的开启和闭合。

上密封阀的设计：分析了上密封阀的运动，液压缸驱动上密封轴，从而带动上密封轴上的阀板摆动，阀板上镶有橡胶密封圈能与密封阀座实现紧密的结合，密封住来自下方的上升煤气，达到密封的效果。

4、重要零件的计算

上截料阀：计算上截料阀的驱动力和行程，选择合适的液压缸型号；花键轴和花键轴套的强度校核；花键的强度校核。

上密封阀：计算上密封阀的驱动力和行程，选择合适的液压缸型号；上密封轴的强度校核；平键的校核；轴承（调心滚子轴承）的校核。

5、润滑方式的选择

通过对上密封阀和上截料阀的工作环境和受力情况分析。选择了较常见和简单的润滑方式—脂润滑。

6经济性分析

结合设计的理论和设计思想，对所设计的零件和采用标准件，给出经济性分析，分析其工作优点，简单概括采用该方案带来的经济效益。

通过半年的毕业设计和生产学习，使我对高炉炼铁的工作原理步骤和高炉的结构等方面的知识有了更深刻的理解。在设计中，需要运用机械专业各门的综合知识，我重新温习了以前的知识并与设计运用相结合；为了更好的完成设计，我广泛的摄取了大量关于机械和设计内容相关的新知识，丰富了理论的学习，并很好的与实践相结合，为我今后在工作岗位行的学习和工作奠定了良好的基础。通过毕业设计，我深刻的感觉到毕业设计是对我们大学所学习知识的深化和应用，把书本上的理论知识，运用到生产实际中，并在实际中检验理论知识的正确性。

然而由于本人能力有限，知识水平和设计经验的不足，难免导致设计过程中出现一些错误，真诚希望各位老师给予我批评指正。

致谢

通过一学期的学习和努力，完成了本次毕业设计，在此我首先感谢要我的导老师宋华教授，在设计中给予我的悉心教导和培养。无论是设计方案的确定，还是论文的撰写，每一个细节都凝聚着老师的心血和希望。老师知识渊博，教风优秀，治学严谨，待人和蔼，在学术上是我们的学习的典范和楷模。他教育我们的不仅是知识和经验，更要重要的是为人的道理。再次感谢老师的教诲之恩，我将永远铭记于心。

感谢我的母校为我们毕业设计提供了丰富的信息资料和良好的学习环境，使得我们能顺利的完成设计。在离开母校的日子，我会更加努力，发愤图强，做一名母校的合格毕业生。

同时还要感谢鞍山钢铁集团的指导现场实习的工人师傅们，在工厂实习期间对我们的细致的讲解，使我们获得了现场经验，而且对现场的设备和设计的题目有了更深的了解，有助于更好的完成设计任务。

最后，对百忙之中评阅设计论文和参加答辩的专家、教授表示衷心的感谢！

参考文献

[1] 严允进主编.炼铁机械（第2版）.北京：冶金工业出版社. 2007

[2] 张少军，尹忠俊.高炉大型化与我国高炉的发展状况. 1997. 7

[3]Use of medical literature . 2nd ed London:Butterworthe, 1977. 462.

pintormation sources foe research and development. ISBN040870916_2

[4]由文泉.实用高炉炼铁技术.冶金工业出版社，2002:22-33

[5] 《新型高炉无料钟炉顶装料装置的研制与分析》广东高校信息杂志. 2002.

[6]国家冶金局 .中国钢铁工业年鉴 . 1995-2002

[7]王俊，杨显兰 .高炉无料钟炉顶装料布置设计特点及问题讨论【J】中国钢铁年会论文集. 2005. 6

[8]马竹梧等，无料钟炉顶设备的自动控制，冶金自动化，1981 ( 4 )

[9] 陈昆鹏主编. 滚动轴承应用、设计、性能测试及故障诊断技术手册.中国知识出版社出版. 2008. 3

[10]孙凌嘉，张春林主编，机械基础综合课程设计.北京：北京理工大学出版社. 2004. 6

[11]徐灏主编，邱宣怀，蔡春源，汪恺，于茵副主编.机械设计手册5.机械工业出版社出版. 1992

[12]徐灏主编，邱宣怀，蔡春源，汪恺，于茵副主编.机械设计手册3.机械工业出版社出版. 1992

[13]刘鸿文主编.材料力学.北京：高等教育出版社. 2004. 1

[14]巩云鹏主编.机械设计课程设计.东北大学出版社.2000. 12

[15]濮良贵、纪名刚主编.机械设计（第八版）.高等教育出版社.2006. 8

[16] 黄文轩编著. 润滑剂添加剂应用指南. 中国石化出版社出版2007. 3. 1

内容简介：: 2008 年中国钢铁行业发展研究分析 1 。中国的钢铁工业的现状概括作为最大的钢铁生产国和消费国，中国展示了她在世界舞台上的重要性。多年来，中国的钢铁行业双边的加速器改造技术和投资的新项目已经拥有了巨大的需求市场。部分设备和产品质量已达到世界水平，快速增长的劳动生产率的提高了她的声誉，使得中国钢铁工业在国际上有了发言权。中国的钢铁生产能力，一直在稳步增长。固定资产投资在 2005 年增加了27 。与此同时，产品结构进一步改善使高附加值产品出现在市场上。输出的多头钢总数内已下降至 52 ，而钢板高达 39 。大规模的钢铁公司出现了增长。中国的粗钢产量已达三万零八百四十三点七八万吨增长，在2006 年第三季度和钢产量已达到三万三千九百零三点四九零万吨，同比上升。 1 月至 9 月份，来自国际市场的的需求日益增的加出口势头，这是钢产量的增长的核心因素。另一方面，结构升级将使根据过时的重叠模型的业务而过度生产率高的生产将走向失败趋势。 2005 年，虽然中国的钢产量一直在增加，但是过度上涨的生产和系统的问题，引发暴涨库存钢坯和钢材价格的下滑，然而磁铁矿铁矿石和灰尘的价格仍然顽保持不变，这使生产成本增长 15 ，造成企业的盈利能力降低。 2006年的变化已经表明，回收的钢材价格和生产成本还一直很高。在中国的钢铁业和低质量的产品都是低密度存在的。从 2005 年开始，很多行业往往是集中了 10 万吨的年产量，在 2004 年生产企业的数目正在以 2 到 8个百分点增加。有 18家公司的钢产量超过 500吨分享的粗钢市场。在世界舞台上，一些大钢铁生产商，如美国，日本，韩国和俄罗斯有共同的 60 至80 的本国市场。从这个意义上讲，增加密度是中国的钢铁行业的需要作好准备的工作，以维持竞争的秩序正常。我们发现，东道国的大钢铁公司出现了的这种趋势，因此，大规模的并购在未来几年将会出现的更大。另一方面，中国的钢铁行业已经开始激化创新。以宝钢为例，专有研究高档汽车钢板的 193 种产品，留下了一个强大的记录。这将有助于推动国有化钢板在中国的汽车产业的普及使用。在 1780，鞍钢成功地开发了一种重要的宽带线冷轧钢板，体现了设备的生产水平和生产技能。此外，在全新的产品和处理保护环境的问题上也取得很大的成绩。作为中国的钢铁业先驱，它将继续在这一领域前沿领跑。 2 。在中国的钢铁工业并购动机 2005 年 4 月 20 日，国务院通过了关于发展对中国钢铁行业的方针政策。它的目的是提高企业的自身竞争力，并在这一部门提供健全的发展道路。技术升级将转变成新的商业模式，作为准则和规定使业内人士优先考虑这一点，使并购频繁。从现在起两年，钢铁行业已经持续了留下了一个惊人线索的成功案例。案例研究在钢铁行业时间参与并购案例简介 2004 年 9月大连金牛股份有限公司，北满特殊钢股份有限公司，抚顺特殊钢有限公司东北特殊钢集团有限公司的资产重组前辽宁特钢集团和黑龙江省北满特殊钢集团进行资产合并。注册资本为人民币 3,644,171. 5 6 个全资子公司， 11个控股子公司和 1 个股份制子公司，包括两间上市公司的抚顺特殊钢有限公司，大连金牛股份有限公司。中国东方资产管理公司（，中国华融资产管理公司，中国信达资产管理公司拥有的份额，和。 2005 年 5月首钢集团在份额水钢组水钢集团是一个重要的国有钢铁公司在西南地区的注册资本为人民币美元。它享有全面产品生产能力年产 130 万吨铁， 130 万吨钢材和的股票价值人民币八万零五百点零万。根据协定，其人民币六万八千四百三十万，的总存量的水钢组将赠送给首钢集团，这使得首钢集团的第一股东。贵州省国有资产委员会在的股票，而其他共享的中国信达资产管理公司，中国华融资产管理公司，中国长城资产管理公司 2005 年 8月鞍山钢铁集团公司与本溪钢铁（集团）有限公司作为世界上两个最大的钢铁公司在中国东北部，鞍山钢铁集团和本溪钢铁（集团）有限公司共同发现鞍本钢集团宣布仪式在沈阳。出生鞍本钢铁集团是一个大事件的历史上中国的钢铁工业的发展和一个基准，振兴东北老工业基地。婚姻双方表明了中国的钢铁业预示着在突破了点阶段和可持续的发展道路。 2005 年10 月米塔尔钢铁公司，吨接管湖南华菱钢铁限公司米塔尔钢铁公司，吨，作为最大的钢铁生产商已持有的股票的湖南华菱钢铁有限公司的美元。这是第一种情况下考虑对外国公司在中国的上市公司和最大的交易中显示的股票。 2005 年圣戈班全收购徐圣戈班的 106位财富 500强中有 32 亿美元的年销11 月州钢铁总厂售额。圣戈班（徐州）管道有限公司，采取杀价后的收购徐州钢铁总厂。美元九千六百点零万中被放在了与美元，注册资本 5900 万美元。它侧重于生产和销售的铁管和其他相关产品以及铁，灰尘和其削减得失，而制造和安装工业炉窑和设备。中信泰富有限公司购入石家庄钢铁有限公司中信泰富有限公司抓住 80 的股票，石家庄钢铁有限公司，与人民币十二点八零亿和其新注册资本人民币一万九千六百四十零点零零万编号。收购完成后，中信泰富有限公司扩大注册资本控股的石家庄钢铁有限公司 65 。基于现状的钢铁市场和供应的上游和下游企业。我们确定了一些影响中国钢铁行业发展的因素。首先，市场密度。一些公司在这个部门的整体竞争力一直处于令人难以置信的较弱状态，缺乏规模效益。以河北为例，有超过数以千计的年产量 50 万吨的企业集群存在。随后辽宁省出现同样的故事。截至 2005 年 9 月底，共有6383 家公司在这个部门中，多数公司只有年产不到 50 万吨。的公司都倒闭，亏损为人民币 72 亿元，其中 73 这样的钢铁公司在贵州省，由于亏损破产损失的人民币五万四千八点零零万，占总损失的，在云南省钢铁企业的破产损失人民币。规模性经济是至关重要的，也是钢铁行业赖以生存的根本。集合部门的成本已经过度到一个加速阶段，一些地方的中型和小型企业将由于生产高密度的出现而淘汰或者湮没。其次，对企业落后技术改造的要求。国务院关于工业建设的的名单，这些企业对小炉，电动和小弧转炉将投入过时，而要施以市场规则下进行公平竞争的政策。通过提升产业结构，使得生产力和市场份额分配准备就绪。在美好的蓝图中可以看出保证产品结构，技术装备制造和更换旧的产品设备等新的问题。这应被看作是中国钢铁工业的核心竞争力。最后，国外对中国钢铁行业发展趋势的影响。源源不断的外国资本涌入，取得了的国内钢铁业的股份会更难。我们发现它是市场份额，而不是寻求短期利益的外国对口经济入侵，此外，中国的钢产量 30 的股票在占有世界上 40 的销售额，在世界各地有良好的市场。外国一个低密度的生产，是一个黄金机会是提供给国际钢铁权威的盈利总量仅是国内企业的 30 的钢铁产量，同时消除鸿沟，获得全国单一公司是有限的区域市场。在面临挑战的外国竞争和免疫国家支柱产业的外国控制下，并购国内企业提高生产将是唯一的出路。 3 。中国的钢铁工业的并购趋势分析钢铁企业已经把注意力集中在 M A 的 2005 年。并购已经横扫唐钢集团，武汉钢铁（集团）公司和攀枝花钢铁（集团）公司这使公司规模扩大和挑起内部结构变形来得以提升竞争力。中国的钢铁企业已加强在高并购期间与对手越来越激烈的竞争。根据数据调查显示的数据：更多的独资的钢铁公司影响力的区域面积和程度的凶猛竞争将降温。区域并购可分为几个类别确定：鞍本钢铁集团收购钢铁企业在东北地区 ;首钢集团和唐钢集团在北部地区 ;宝钢集团合并马钢和杭州钢铁集团公司在东部和南部中国 ;武汉钢铁团）公司接管对口邻近省市的中部和南部地区 ;攀枝花钢铁（集团）公司作为主要参与者西南地区 ; 在西北地区，新疆八一钢铁有限公司，酒钢钢铁集团和宝钢集团。纵向并购正在加剧，考虑成本投资地点。纵向并购的原料供应商，如采矿公司和机械公司将提高材料成本上限。此举将控制成本的原料和抵御短期供应的材料。中国的钢铁企业的并购加快全球化和强大能力的钢铁公司的趋势。这种类型的并购功能接管矿业公司和中等规模的钢铁企业，供其审议的资源配置。 1992 年，首钢集团购美元，用于购置。随着能力的发展，宝钢集团将发挥更多的作用，在海外并购中。武钢团）公司需要一定的时间海外并购。 A 008 1. s As of on s on in in as of in s a s 005 7%. At on of 2% up 9%. of a s 08,437,800 in 006 39,034,900 to is in On of if is of s in of of 5% 005. 006, in of is s in 005, to be 0 of 004. 8 00 in On of 0 0% of In s to up as to We to be a of of &A in to be On s of a 93 in It up of s a 780mm of In to s it in 2. M&A s s 0, 2005. It at of in be on &A M&A in on an of in in &A in 2004 o., o., o., o., by of ,644,171.5 11 o., o., 2005 is an It of .3 of 1.3 of .2 of of 05,000,000. 84,300,000 of be of 2005 As in a in s a in of s in of 2005 o., MT o.,o., as of o.,a s 2005 06 00 32 of o., 6 in 9 It on on o., 0% of o., 96,400,000. o., up 5%. on of in We ha ve of &A s A. of to of in of 0 of As of 005, 383 in in of 00,000 of in .2 in 3% of in 48,000,000 of in is to of in in an of in be B. of by be to of be be in in of be as s C. &A s of &A in We it is in s 0% in 0% in it a is to in of of in is 0% to of of is M&A of to be in 3. M&A s &A 005. M&A up to s in &A to &A of A. &A in in be &A be a in as o., B. &A in &A as up as to on of of C. M&A s is to up in &A of of 992, as &A s as of &A &A 辽宁科技大学本科生毕业设计第 I 页高炉无料钟炉顶上密封阀和上截料阀的设计摘要高炉是钢铁冶炼的重要设备，高炉炼铁是获得大量生铁的主要手段。高炉冶炼的原理是把氧化铁还原成含有碳硅锰硫磷等杂质的生铁。高炉的炉顶装料设是用来装料入炉并使炉料在炉内合理分布，同时还要起到炉顶密封作用的设备。近代工业的迅速发展，带动钢铁冶金技术的发展，传统的高炉炉顶设备存在着设备复杂、密封性能差等缺点。本文设计的无料钟炉顶装料装置具有设备结构简单、传动效率高、设备重量轻、布料灵活、密封性能好等优点，能够满足现代高炉大型化和超高压操作的要求。而本文主要设计串罐式无料钟炉顶的上密封阀、上截料阀等机构，主要包括主传动方案的设计，基本参数的选择计算，重要零件的设计和强度校核，以及一些标准件的选择和校核，如轴承、键、液压缸等。无料钟炉顶简化了炉顶的设备的结构，满足现代化大生产的要求，对于今后高炉炉顶的发展和研究提供了新方向。关键词：高炉无料钟、炉顶设备、高炉冶炼、高压操作、密封阀、截料阀辽宁科技大学本科生毕业设计第 he is an is to a of of is to of is to to a a in at of of of in it so of so of of s of as as as as of to of a 辽宁科技大学本科生毕业设计第辽宁科技大学本科生毕业设计第目录摘要 . I . . 1 题的目的和背景 . 1 题的目的 . 1 题的背景 . 1 炉炉顶设备发展现状及趋势 . 2 料钟炉顶布料器 . 2 料钟炉顶的组成和操作流程 . 2 料钟炉顶发展的方向 . 3 他形式的高炉炉顶装置 . 4 式炉顶布料器 . 4 阀式炉顶布料器 . 5 计目标概述 . 6 密封阀 . 6 截料阀 . 7 计的目的及任务 . 8 . 9 罐式和并罐式的结构与分析比较 . 9 罐式和并罐式炉顶结构 . 9 式和并罐式的分析比较 . 11 计方案的确定 . 12 截料阀的运动分析 . 12 . 12 . 13 . 13 辽宁科技大学本科生毕业设计第 V 页 3 上密封阀的设计计算 . 15 截料阀驱动力和行程的计算 . 15 程的计算 . 15 动力计算 . 18 压缸的选择计算 . 20 . 20 压缸活塞杆行程的确定 . 20 截料阀花键轴的设计及强度校核 . 21 键轴的受力分析 . 21 键轴弯矩的计算和弯矩、扭矩图的绘制 . 22 键轴的强度校核 . 24 键轴套的强度校核 . 24 键轴套的受力分析 . 24 键轴套弯矩的计算和弯矩、扭矩图的绘制 . 25 键轴的强度校核 . 27 键的设计和校核 . 27 键轴上的花键选择和校核 . 27 键轴套的花键选择和校核 . 28 4. 上密封阀的设计计算 . 29 密封阀液压缸的选择 . 29 密封轴的设计和强度校核 . 30 密封轴的受力分析 . 30 密封轴弯矩的计算和弯矩、扭矩图的绘制 . 31 密封轴的强度校核 . 32 密封轴的键强度校核 . 33 密封轴的轴承校核 . 34 承的选择 . 34 . 35 5. 润滑方式的确定 . 37 辽宁科技大学本科生毕业设计第滑的定义和润滑方式种类 . 37 滑方式的选择 . 38 截料阀的润滑方式的选择 . 38 密封轴的润滑方式的选择 . 38 . 39 总结 . 41 致谢 . 43 参考文献 . 44 辽宁科技大学本科生毕业设计第 1 页题的目的和背景题的目的高炉炼铁是目前获得大量生铁的主要手段。近些年，随着高炉设备水平的不断提高，中、小高炉逐渐被大型、巨型高炉所代替。这里就要求高炉炼铁技术在高炉装备、延长高炉寿命、提高喷煤比、提高高炉原燃料质量、改进高炉操作等方面都要有明显的进步。近年来，我国炼铁生产技术处于快速发展阶段，生铁产量高速增长，炼铁装备在向大型化、自动化、高效化、长寿化、节能降耗、高效率方向发展。同时，一些炼铁企业已开始对环保治理方面的投入，向清洁炼铁方向发展。应当指出，我国炼铁工业是产业集中度低，高炉平均炉容偏小 (约在 500，处于多层次共同发展阶段。现在我国先进的炼铁技术装备与落后的装备并存。因此对于炼铁如何进一步提高技术装备水平，如何进一步优化工艺，实现高产、低耗、环保的指标，对整个钢铁工业乃至全球经济的发展都具有重要的意义 1 2。题的背景高炉炼铁工序是钢铁生产的关键环节之一，也是技术进步与创新的重要领域。钢铁工业的飞速发展，推动了高炉炼铁技术的突破。无料钟炉顶是一项革命性的发明，为高炉操作带来了新的方式。 1970 年卢森堡威尔斯厂和保尔伍斯尔公司发明的无料钟布料器（无料钟炉顶设备），克服了马基式布料器的基本缺陷，在技术上是一次质的飞跃 3。 1972 年世界上第一个安装无料钟炉顶设备的高炉在德国开炉。对于我国众多中小高炉群而言，如何进一步提高技术装备水平，如何进一步优化工艺，实现高产、低耗、环保的指标，对整个钢铁工业的发展具有重要而现实的意义。采用无料钟炉顶等核心技术与设备，是推进我国中小高炉技术和工艺进步、提高生产效率和降低成本的重要途径。辽宁科技大学本科生毕业设计第 2 页炉炉顶设备发展现状及趋势炉顶装料设备是用来装料入炉并使炉料在炉内合理分布，同时要起炉顶密封作用的设备，是高炉结构中重要的组成部分。目前世界高炉的新建和改造上，均采用无料钟炉顶新技术，无料钟炉顶逐渐取代有料钟炉顶成为主要的炉顶设备。布料设备作为无料钟炉顶设备的核心部分，他的研究和开发一直倍受关注。我国从 70 年代开始研制无料钟炉顶， 1979 年第一座无料钟炉顶在首钢投产。现在全过一共有 50 余座高炉采用无料钟炉顶，其中一部分是国内自行研制开发的（例如、、炉顶装置等），一部分是引进司的技术和设备 4。料钟炉顶布料器现在高炉无料钟炉顶在世界各国的到了迅速推广，尤其是特大型高炉使用无料钟炉顶设备已经成为一种趋势。我国的宝钢、鞍钢、首钢、武钢、马钢、攀钢等钢铁集团新建和改扩建的大高炉均采用了无料钟炉顶技术。采用无料钟炉顶设备使炉顶结构大大简化，布料灵活性大大加强，设备的重量减轻，使用寿命也得到大大提高，密封性好实现了高炉的大型化和高压操作的要求，各部件均易于维护（均可在正常停炉 6时内完成，维修费用低），投资少效益高。卢森堡保尔沃特（无料钟炉顶技术及相应专利技术的发明者和拥有者，无料钟炉顶为高炉操作带来了新的方式，已在全世界 200 多座高炉上安装 5。料钟炉顶的组成和操作流程高炉无料中炉顶主要由布料器、下密封阀、下节流阀、料罐、上密封阀、上节流阀、挡料阀、上料斗、受料斗、液压站等组成。如图示：高炉无料钟炉顶操作流程：关闭密封阀通过放散孔放散常压下开启上密封阀截料阀关闭时装料聊满后开启截料阀放料关闭截料阀下密封阀开排压阀开下密封阀开下节流阀阀开溜槽布料下节流阀关下密封阀关，持续工作，往复循环。辽宁科技大学本科生毕业设计第 3 页料钟炉顶发展的方向无料钟炉顶从诞生以来，工艺日趋完善，密封愈加严密，布料方式更加合理，效率越来越高，成本越来越低。但是炉顶布料装置的密封性差，氮气消耗量大，生产成本高。所以通过对高炉技术和工艺进步的改进，提高生产效率和降低成本。发展方向主要集中在提高高炉设备的是使用率、实现高压操作和超高喷煤，进一步延长炉役寿命和环境保护等几个领域，从而使得更为广泛的应用 6 7。受料斗上节流阀上密封阀下节流阀下密封阀布料器图 1. 1 高炉无料钟炉顶装料装置总图辽宁科技大学本科生毕业设计第 4 页他形式的高炉炉顶装置对炉顶装料设备的基本要求：要适应高炉生产能力；布料均匀，能够调节炉料堆尖位置；保证炉顶可靠密封；设备结构简单和坚固；操作方便，尽可能实现自动化。式炉顶布料器随着近代钢铁工业的发展，高炉炉顶装置也由了飞速发展。 19 世纪初，钟式炉顶的出现时高炉发展的一次飞跃。针对起初的双钟式炉顶炉料偏析严重的问题而设计的马基式布料器逐渐取代了盖涅特布料器，马基式布料器继承了巴利式大钟、大斗的有点，并且用双钟、双斗克服加料时煤气泄漏的缺陷，这样就使炉料堆尖较均匀的分布在大斗里。此种布料器得到广泛的应用。马基式布料器在常压高炉上使用，其密封性尚能够满足要求，但炉顶压力超过 147上，容易漏气，使大钟很快磨损，更换大钟要花费很多时间，效率降低。因此，马基式炉顶已经不能满足现代高炉的生产要求。为了解决以上缺点，双钟式炉顶很快出现了，很快在世界范围得广泛的应用。它由布料器、受料斗、小钟料斗、小料钟、大钟料斗、大料钟等组成，如图所示。装料时，受料斗接受料车或皮带送入的炉料，并进入小钟斗，然后打开小钟将炉料倒入大钟斗，关闭小钟，在打开大钟，将炉料按要求布到炉内。大小钟的启闭必须交错进行，保证装料时煤气密封。由于高炉冶炼技术的发展，高炉的容积不断扩大，炉顶压力不断提高，双钟式炉顶具有的体积笨重，密封性能差，维护工作量大，不能实现高压操作等缺点，已不能满足生产的要求。辽宁科技大学本科生毕业设计第 5 页图 1. 2 马基式布料器双钟炉顶 1大料斗； 2大钟； 3大钟杆； 4煤气封罩； 5炉顶封板； 6炉顶法兰； 7小料斗下部内层； 8小料斗下部外层； 9小料斗上部； 10小齿轮； 11大齿轮； 12支撑轮； 13定位轮； 14小钟杆； 15钟杆密封； 16轴承； 17大钟杆吊挂件； 18小钟杆吊挂件； 19放散阀； 20均压阀； 21小钟密封； 22大料斗上节； 23受料漏斗阀式炉顶布料器为了满足高炉容积的扩大和高压操作的推广，出现了三钟式、四钟式和钟阀式。钟阀式炉顶装料设备是 20 世纪 60 年代初由日本石川岛播磨厂开发出来的，它吸取了双钟式的优点，满足了高炉的高压甚至超高压操作。同时也解决了传统的钟式炉顶径向布料能力的不足。钟阀式炉顶由多种，用的最多的是双钟双阀式炉顶。它有两个均压室，大钟均压室可以直接利用炉喉煤气，不必设置均压设备。辽宁科技大学本科生毕业设计第 6 页且密封阀的阀盖始终不和原料接触，可以避免原料的冲击和磨损，有利于提高寿命。钟阀式炉顶也有缺点，它仍然需要庞大而笨重的大、小料钟及其料斗，炉顶高度较大，给制造、运输和安装带来了一系列困难 1。计目标概述密封阀实现高压操作的关键保证高炉的密封性，所以对于炉顶装置的密封性要求十分严格。在排压系统能正常工作的条件下，上下密封阀的密封效果的好坏直接影响高炉高压操作工艺。上密封阀上部是与大气相通，下部与料罐相连，如果密封效果不好会引起煤气泄漏，泄漏的煤气不仅影响操作人员的健康，而且夹带着大量的炉料、粉尘对其他设备的接触面产生强烈的磨损，是造成炉顶设备的损坏的主要原因。炉顶设备的维护需要耗费大量的资源，因此，保证炉顶的密封性就保证了高炉的顺利生产，在设计中对密封阀的设计要求较高，以保证密封性。其结构图示：图 1. 3 料罐体及上密封阀结构简图辽宁科技大学本科生毕业设计第 7 页截料阀截流阀的准确开度是保证每环布料圈数与设定达到一致的关键参数。截流阀的动作依靠液压装置的伸缩完成，由于行程较短，液压装置动作速度较快，要想满足精确的开度控制，必须在控制方式上对其进行提前量的预判断处理。在设计程序时，考虑到该液压装置速度不可调，因此只能根据装置的动作规律判断停止时的惯性数据，然后在程序中增加停止时的提前量控制，使上截流阀依靠机械惯性停止在设定位置 8。无料钟炉顶能实现径向和周向布料。使高炉布料合理均匀，通过截料阀实现料罐内的炉料按要求控制，保证高炉正常工作。在操作中，当料罐受料式时，截料阀处于关闭的状态，所使下密封阀不受炉料的冲击和磨损，提高下密封阀的使用寿命。无料钟的上截料阀式由液压控制传动控制的，具有反映速度快和冲击小等优点。其结构简图如图示：图 1 . 4 上截料阀结构简图辽宁科技大学本科生毕业设计第 8 页计的目的及任务本毕业设计的目的是基于无料钟炉顶设计的基础之上，通过对其结构和性能的分析进行设计并进一步对其该进，使其更加适应当今大规模的生产，提高工作效率。设计的任务和内容： 1 收集相关的资料，根据资料分析各种形式的高炉炉顶装料设备的特点，根据我国的发展的实际情况，做进一步的分析。 2 根据设计题目对无料钟炉顶装料装置进行设计，其具体内容包括上密封阀和上节流阀的设计。选择最佳方案以达到延长设备的使用寿命，降低成本和提高生产效益的目的。 3 设计上密封阀和上节流阀的结构尺寸，满足其强度要求的同时要考虑成本，从而获得最优化设计方案。 4 计算各零件的尺寸的同时，对部分重要的零件进行强度校核，满足强度要求，确保工作中安全可靠。 5 根据已经计算得的数据，计算机绘制纸。 6 对所设计的无料钟炉顶装置的上密封阀和上节流阀进行经济性分析，要求索设计的炉顶设备为最优化方案，投入使用能获得较大的经济效益。辽宁科技大学本科生毕业设计第 9 页总体方案设计随着无料钟炉顶的广泛应用和不断改进，不仅设备结构由了很大的变化，并且在总体布置上也出现了多种形式，概括起来大致无聊中炉顶可分为并罐式、串罐式和串并罐式三种。其中使用较为广泛的是串罐式 1。罐式和并罐式的结构与分析比较罐式和并罐式炉顶结构串罐式无钟炉顶的特点：投资较低；在上部结构中所需空间小；设备高度与并罐式炉顶基本一致；极大的保证了炉料在炉内分布的对称性，减小了炉料偏析。中心排料，旋转溜槽所受炉料的冲击增大。图罐式无钟炉顶装置示意图辽宁科技大学本科生毕业设计第 10 页 1上料皮带机； 2挡板； 3受料漏斗； 4上闸阀； 5上密封阀； 6称量料罐； 7下节流阀； 8下密封阀； 9中心喉管； 10旋转溜槽； 11中心导料器并罐式无钟炉顶的结构：由受料漏斗、称量料罐、中心喉管、气密箱、旋转溜槽等五部分组成。并罐式无钟炉顶的特点：布料理想，调剂灵活；设备总高度较低；密封性好，能承受高压操作；两个称量料罐交替工作。中心喉管磨损较快；存在并罐效应。由于称量料罐中心线和高炉中心线有较大的间距，会在布料时产生料流偏析现象，称之为并罐效应。图罐式无钟炉顶装置示意图辽宁科技大学本科生毕业设计第 11 页 1移动受料漏斗； 2上密封阀； 3均压放散系统； 4称量料罐； 5料罐称量装置； 6节流阀； 7下密封阀； 8眼镜阀； 9中心喉管； 10气密箱传动装置； 11气密箱冷却系统； 12旋转溜槽； 13溜槽更换装置罐式和并罐式的分析比较两种形式的无料钟炉顶的主要区别在于他们的结构上，串罐式二个罐上下相通的，而并罐式是二个罐并列安放。由于他们结构形式的不同，与并罐式比较串罐式少了一套上密封阀、下密封阀和一个下截料阀和均压放散阀，这样在工艺上方串罐式可以节省大量的资金，同时串罐式在冶炼工艺较并罐式也有显著的优点，因此串罐式能得广泛的应用。表串罐式和并罐式的设备比较项目串罐式无料钟并罐式无料钟设备组成旋转或固定上料罐、称量移动受料斗、左右料罐、料罐、下阀箱、布料溜槽等下阀箱、齿轮箱、布料溜槽等装料能力较小较大截料阀的调节精度好较差放料罐卸料偏析设有导料管，效果较好可设导料管，效果欠佳料罐内炉料偏析较小较大炉料称量准确性高准确性较差布料特点炉喉圆周布料均匀炉喉圆周布料不均匀炉顶装料设备高度与并罐式相当与串罐式相当设备更换及磨损较易更换下阀箱，炉料对下无法更换下阀箱，炉料对下阀箱和中心喉管磨损较小阀箱，炉料对其磨损大设备重量较轻较重备用性能无有均排压设备一套二套辽宁科技大学本科生毕业设计第 12 页分析：根据对串罐式和并罐式的结构比较，串罐式较并罐式有很大优点，现代化高炉生产工艺日趋完善，对设备要求也越来越严格，要满足现代大生产要求，提高效率降低生产成本。无料钟炉顶设备具备这些优点，在高炉钢铁冶炼得到了广泛的应用。计方案的确定截料阀的运动分析上截料阀的运动由一套连杆机构和液压缸驱动实现的，靠内外球体的相对运动来达到截料的目的，内外球体分别由球形截料阀的花键轴和花键轴套驱动，花键轴和花键轴套分别由摇臂带动四连杆机构驱动的，而摇臂的动力是由液压缸共给。截料阀传动方案的确定根据上截料阀的工作特点，截料阀运动需要克服很大的力，而且需要快速相应。为了满足上述的要求，所以上截料阀的传动方式采用连杆机构与液压缸驱动方式，具有以下优点：设备机构精简，重量轻，节省投资；工作平稳，冲击小，减轻炉顶框架结构，降低炉顶高度；减少了电机容量和功率消耗；传动准确，相应速度快，驱动力大，密封性能好；液压传动调速范围大，可以减小冲击负荷，液压元件通用性大，检修方便。截料阀由内球体和外球体的相对运动实现的，花键轴驱动内球体，花键轴套驱动外球体，内外球体的运动需要打开一定的角度，应选择承载能力高，对中性好，而且导向性好，应力集中小，所以根据以上的要求选择花键轴和花键轴套作为动力传动机构。因为载荷较小所以选择静联接。由于花键轴和花键轴套由相对运动，容易产生磨损，增加生产成本，降低生产效率，所以辽宁科技大学本科生毕业设计第 13 页在花键轴和花键轴套之间加一个小轴套，减小重要零件的磨损，符合最优化设计原则。上截料阀的结构如图 1 2 3 45图截料阀结构图 1、内球体 2、外球体 3、小轴套 4、花键轴套 5、花键轴密封阀传动方案的确定上密封阀在工作时要求平稳，保证良好的密封性，故采用液压缸和曲柄传动。该传动方案的优点是：整体机构简洁，设备质量轻，节省投资，上密封阀在工作时启闭平稳，防止过载，且能够通过液压系统调节升降速度。液压系统的使用可以降低炉顶的高度，减小整个高炉的重量。密封阀执行和驱动方案的确定上密封阀的位置是安装在称量罐的上部，溜槽上面的上密封阀的直径很小，且镶有橡胶密封圈，密封性能良好，适应高压操作的要求。上密封阀式借助曲柄转动带动阀板使阀板上的橡胶圈和密封阀座紧密结合，封住来自下部的压力煤气，从而达到密封的效果。上密封阀的驱动装置式采用液压和曲柄传动。曲柄绕上密封轴转动，曲柄带动阀板实现开启和闭合，达到密封作用。密封阀不直接与炉料接触，从而提高了辽宁科技大学本科生毕业设计第 14 页橡胶圈和阀体的使用寿命，满足密封要求。此装置的结构简单、动作准确。按照高炉的动作要求，液压缸的控制电磁阀控制上密封阀的开启。上密封阀的结构如图示： 1 2 3 4图密封阀结构图 1、上法兰组件 2、上密封阀座 3、阀板组件 4、曲柄上密封阀轴承选择方案的确定上密封阀轴承承受较大的径向载荷，不承受轴向载荷，同时上密封阀的轴与轴承座孔的轴线必须保持同轴线，不能有相对倾斜。轴承选择是根据其所受载荷的大小、方向、性质等依据确定的。综上所述，上密封阀的轴承选择调心滚子轴承，调心滚子轴承是在有二条滚道的内圈和滚道为球面的外圈之间，装配有鼓形调心滚子的轴承。外圈滚道面的曲率中心与轴承中心一致，所以具有与自动调心球轴承同样的调心功能。在轴、外壳出现挠曲时，可以自动调整，不增加轴承负担。调心滚子轴承可以承受径向负荷及二个方向的轴向负荷。径向负荷能力大，适用于有重负荷、冲击负荷的情况。内圈内径是锥孔的轴承，可直接安装。或使用紧定套、拆卸筒安装在圆柱轴上。保持架使用钢板冲压保持架、聚酰胺成形保持架及铜合金车制保持架。调心滚子轴承可承受较大的径向载荷，同时也能承受一定的轴向载荷。该类轴承外圈滚道是球面形，故具有调心性能，当轴受力弯曲或

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