高炉无料钟炉顶下密封阀和下节流阀的设计
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AY下密封阀装配图.dwg
下密封阀轴.dwg
从动端半轴.dwg
外文翻译--焊缝无损检测现状.doc
密封座.dwg
节流阀箱体装配图.dwg
节流阀箱安装总图.dwg
高炉无料钟炉顶下密封阀和下节流阀的设计说明书.doc
高炉无料钟炉顶总装图.dwg
高炉无料钟炉顶下密封阀
和下节流阀的设计
摘 要
炼铁是钢铁生产中的一个重要环节，生产出产品（主要是生铁）的质量和产量直接影响到炼钢生产。高炉生产是获得大量生铁的主要手段。然而随着高炉冶炼技术的发展，传统炉顶仍然存在着设备复杂、密封性能差和氮气使用量高等缺点。本文介绍了高炉无料钟炉顶装料布料装置的概况，在高炉顶部，炉顶装料设备是用来装料入炉并使炉料在炉内合理分布，同时起到炉顶密封作用的设备。而高炉无料钟炉顶中的密封阀、料流调节阀关键设备的结构特点并对所存在的问题进行研究与探讨。本次设计的主要内容有：传动方案的比较及方案的确定,电机和液压缸的选择与验算，减速机、轴、键的选择与校核和润滑等内容。本装置的设计简化了炉顶结构，提高了炉顶布料装置的可靠性、密封性，降低了经济成本，对于今后高炉炉顶设备的研究，提供了新的思路。
关键词：无料钟炉顶，装料布料装置，密封阀，节流阀
Abstrct
Iron-smelting iron and steel production is an important aspect of producing products (mainly iron) the quality and yield a direct impact on steel production. Blast furnace pig iron production is heavily the primary means. In the blast furnace at the top, top loading equipment is used to loading into the furnace and the furnace charge a reasonable distribution, and to play a top role in sealing the equipment. However, with blast furnace smelting technology development, there are still top of traditional complex equipment, poor performance sealed and nitrogen use of the Higher shortcomings. This paper describes the blast furnace of bell-less top fabric loading device profile, in blast furnace at the top, top loading equipment into the furnace is used for loading and charge a reasonable distribution in the furnace, while a top role in sealing Equipment. The blast furnace of bell-less top of the valve seals, material flow control valve key equipment and the structural characteristics of the problems existing research and study. The design elements include: Drive for comparison and for sure, the electrical and hydraulic cylinders and the choice of checking, reducer, reel, and the choice of key check and lubrication, and other content. This device simplifies the design of the top structure, improve the reliability of the device fabric top, seal and reduce the economic costs, the future of blast furnace top equipment, providing a new way of thinking.
Key words: bell-less top，fabric loading device，ealing valve，aterial flow valve
目 录
摘 要 I
Abstrct II
1绪论 1
1.1选题的背景和目的 1
1.1.1 选题背景 1
1.1.2 选题的目的 1
1.2 现代高炉的发展和发展前景 1
1.3 无料钟炉顶设备的优越性 2
1.4 高炉炉顶工作原理和操作 3
1.4.1 无料钟高炉炉顶的组成 3
1.4.2 无料钟高炉炉顶的布料过程 3
1.4.3 无料钟高炉炉顶的研究意义及发展方向 6
1.5 高炉炉顶密封阀与节流阀的概述 6
1.5.1 密封阀结构特征和用途 6
1.5.2 下节流阀与下密封阀作用 7
1.6 本课题设计的主要内容 8
2 总体方案设计 9
2.1 高炉的主要结构和作用 9
2.2 高炉主要设备的设计特点 10
2.2.1 布料器 10
2.2.2 料罐 11
2.2.3料流调节阀 11
2.2.4下密封阀 12
2.2.5 无料钟炉顶在技术上的优、缺点 12
2.3 具体方案的确定 15
2.3.1 下节流阀运动方案的确定 15
2.3.2 下节流阀传动方案的确定 15
2.3.3 下密封阀运动方案的确定 15
2.3.4 下密封阀传动方案的确定 15
2.2.5 下密封阀的性能 15
2.4无料钟炉顶特点 16
3 下节流阀的设计计算 17
3.1 下节流阀驱动行程的计算 17
3.2 轴的校核 18
3.2 精确校核轴的疲劳强度 21
3.3 键的选择和校核 24
3.3.1 选择键联接的类型和尺寸 24
3.3.2 校核键联接的强度 24
3.4 花键的校核 24
3.5 滚筒电机的选择 26
4 下密封阀的设计计算 27
4.1 下密封阀中液压缸的设计选取 27
4.2 下密轴的强度校核 29
4.3 平键校核 32
5 润滑方法的选择 33
5.1 润滑 33
5.1.1 减速器的润滑 33
5.1.2 下密封阀润滑方式选择 34
5.1.3 下节流阀润滑方式选择 34
6 设备可靠性与经济性分析 35
6.1 设备的可靠性 35
6.2 设备的经济可行性分析 35
结 束 语 36
致 谢 38
参考文献 39
1绪论
1.1选题的背景和目的
1.1.1 选题背景
在国民经济快速发展的拉动下，中国钢铁工业进入快速发展阶段，这也带动了高炉炼铁的快速发展。伴随着中国生铁产量的高速增长，中国高炉炼铁技术水平也取得了一定进展。南京博物院1959年6月在徐州利国驿峒山北400米处微山湖的南岸，清理汉代炼铁炉的遗迹。1970年8月，九四二四厂(后易名为上海梅山冶金公司)一座1060立方米高炉 出铁。翌年5月18日第二座同容积高炉建成投产。1976年6—11月，南钢一号高炉(300立方米)大修期间对槽下上料设备彻底改造 取消小行车 、称量车，代之以链板机、皮带机、电动翻板、电子秤称量斗，实现上料系统远距离集中控制操作。1985、1986年，上海梅山冶金公司两座高炉进行大修改造。二号高炉炉容扩大 到1250立方米，成为江苏之最。大修后的热风炉为改进内燃型，采用集中送风，并有烟气预热回收系统。一号高炉用热管式换热器预热助燃空气，二号高炉用分离式 热管预热助燃空气和煤气。1987年全厂平均风温达到1083℃，创历史水平。其中一号高炉年平均风温达到1111℃，为国内最好水平。泥炮和堵渣机亦由电动改为液压 传动，堵口时推力增大，从而增加了可靠性。目前，我国高炉炼铁也由原来的钟式炉顶逐渐被无料钟炉顶所代替[1]。
1.1.2 选题的目的
高炉炼铁一直是重要的炼铁工艺，也是技术进步和创新的重要领域。近年来，随着高炉设备的水平不断提高，中型、小型高炉逐渐被大型、巨型高炉代替。这就要求高炉炼铁技术在高炉装备提高喷煤比、延长高炉寿命、提高高炉原燃料质量、改进高炉操作等方面要有明显的进步。中国高炉炼铁在高效、低耗、长寿、优化操作技术等方面取得了进步。但是，精料技术、喷吹煤粉、热风温度等方面是呈下降态势。近年来，大型高炉生产技术水平，取得了明显进步，宝钢、马钢、上钢一厂、鞍钢、首钢等企业大高炉利用系数和燃料比等指标已达到先进水平。今后要进一步改善原燃料质量和提高热风温度[2]。
1.2 现代高炉的发展和发展前景
高炉大型化、现代化要求，促使世界各国对高炉炉顶装料布料装置进行了各种探讨和开发。早在20世纪70年代初期，先后由卢森堡、西德、苏联等国对炉顶实现无料钟布料，作出了种种设想和尝试。无料钟炉顶与有料钟炉顶装料设备相比，具有布料灵活、重量轻、维修方便，而且密封性能好等特点，给高压炉顶提供了优秀的条件。因此在新建、改建的高炉上都选用了无料钟布料装置[3]。
随着高炉大型化和冶炼强度的提高, 炉顶装料设备的性能也要求相应提高。设备结构的合理性、装备的选进性直接影响着高炉的产量和产品质量。现有高炉设备的结构及零部件有些已不能满足这种要求, 迫切需要改进。目前世界上大型高炉炉顶装料设备形式多样,有并罐无料钟、串罐无料钟、三罐无料钟及双钟四阀型等,这几种形式的无料钟各有其特点,都能满足高炉正常生产要求。其中串罐无料钟占主导地位。目前新建或改扩建的大型高炉上,基本上采用串罐无料钟炉顶。随着高炉操作稳定及长寿,无料钟炉顶的布料控制优越性充分显露出来。
1.3 无料钟炉顶设备的优越性
无料钟炉顶装置与以前的钟式炉顶或钟阀式加活动炉喉板的装料设备相比具有很大的优越性，一是布料灵活，有利于改善布料，提高煤气利用率；二是密封性好，有利于炉顶压力；三是维护方便，有利于提高高炉作业率。因此，自无料钟炉顶设备问世以来，迅速在各国高炉上推广应用，我国各大钢铁厂高炉也相继采用，先后由首钢、梅山、重钢、攀钢、唐钢、宝钢、鞍钢、武钢、马钢、等厂装备了无料钟炉顶装料装置。我国高炉设备，通过多年的引进、研制、开发，完全可用国内技术设计、制造。
无料钟高炉炉顶技术从70年代发展到现在已日益完善,目前世界上大型高炉炉顶装料设备形式多样,有并罐无料钟、串罐无料钟型等,这几种形式的无料钟各有其特点,都能满足高炉正常生产要求。其中串罐无料钟占主导地位。目前新建或改扩建的大型高炉上,基本上采用串罐无料钟炉顶。随着高炉操作稳定及长寿,无料钟炉顶的布料控制优越性充分显露出来。串罐顾名是思义是罐上下串通的，而且并罐是两个罐并列放置的形式。由于形式不同，串罐形式要少一套上、下密封阀和一个下料流阀、更重要的是串罐形式的冶炼工艺上，具有布料偏析小，称量正确的优点。正因为这样，对于现代高炉冶炼来说，实现正确下料控制的计算机功能易于实施，也是串罐无料钟炉顶，在世界各地纷纷采用的主要原因。我国宝钢二号高炉、一号高炉易地大修的高炉、鞍钢、马钢的大型高炉也先后引进一部分卢森堡技术和装备。在国内首批实现高度自动化的串罐式无料钟炉顶[4]。
6 设备可靠性与经济性分析
6.1 设备的可靠性
所谓可靠性，是指系统、设备或零部件在规定条件下和规定时间內，完成规定功能的能力。设备的可靠性是指贯穿整个寿命周期全过程的一个时间性指标，从设计规划、制造安装、使用维护，到修理报废为止，可靠性始终是设备的灵魂。而所谓经济性，不仅指优先考虑这个设备选用价格比较便宜的材料，而是要综合考虑选用这个材料对整个制造、运行使用和维修成本等的影响，以达到最佳技术经济效益，这对于设备有决定性的意义。
6.2 设备的经济可行性分析
炉顶有上，下两层密封阀不受炉料的磨损，寿命较长，阀和阀座的重量几尺寸较小，可以整体更新，亦可单独更换某个某个零件，简化了炉顶结构，极大地减轻了设备重量，降低了炉顶的高度，节省了设备的投资。现有炉顶布料设备缺陷性因素：一是布料设备结构复杂，二是布料设备密封性能差。无料钟炉顶密封阀采用了软、硬密封结构，提高了炉顶的性能和使用寿命，方便了维修。这些都式钟式炉顶设备所无法比拟的，因此炉顶装料设备的设计与开发具有十分重要的意义。
下密封阀和下节流阀机构设计合理、结构简单，各主要传动力与运动部分受力明确，工作可靠，运动阻力小，驱动机构简单，整体使用寿命长，设备重量轻，制造调整安装方便，符合经济性设计理论。
下密轴的轴承处采用了U型密封，防止灰尘等杂质进入，提高了轴承的寿命，无形中提高了设计的经济性。
结 束 语
随着高炉大型化和冶炼强度的提高, 炉顶装料设备的性能也要求相应提高。设备结构的合理性、装备的选进性直接影响着高炉的产量和产品质量。无料钟炉顶装料装置，主要由受料漏斗、上节流阀、上密封阀及料罐、下节流阀、下密封阀、布料器等六部分构成。此装置结构设计合理，便于安装和维护，布料灵活，密封可靠，减少了耗氮量，降低了成本。
本文的完成是在参阅了大量的参考文献的基础上，经过了一系列合理推理、分析和计算，对无料钟高炉炉顶的下密封阀和下节料阀进行了结构设计。
下节流阀的运动是靠扇形阀板与滚筒的配合来实现的。节流阀的扇形阀板是由花键轴和花键轴套来驱动的，通过调整扇形阀的开度和滚筒的转速，达到控制高压储料罐的排料速度以调节料流的目的。节流阀的阀板和滚筒用两个电机分别驱动的方法，控制合适的阀门开度，以达到控制料流的目的。
下密封阀安装在料罐的下部，溜槽布料器的下密封阀直径很小，又嵌有弹性良好的橡胶密封圈，密封性能良好，能适应高压操作。下密封阀的工作原理是借助曲柄转动阀板，是阀板上的橡胶圈与密封阀座紧密结合，封住来自下部的压力煤气。从而达到密封的效果。
通过对设备的环保性和密封性的分析，减少了设备对环境造成的污染和对改善工人的工作环境有着积极的作用。为创建资源节约型、环境友好型社会奠定一定的基础。由设备工作的密封性和运行环境不便经常添加润滑剂，且不允许润滑有流失而致污染，选取了润滑方式为脂润滑。
通过本次对无料钟炉顶设计，以及再次的生产实习，使我深一步了解到了炼铁过程以及高炉方面的知识。同时通过大量的计算和校核过程，让我再次温习了整个大学的专业知识，尤其是材料力学和机械设计方面，许多以前自己欠缺的都得到了补充，而且能够更好的结合起来。比如轴的校核过程中应用的静不定问题，是材料力学和机械设计两专业课的结合。以前对这方面比较模糊，但通过这次设计，我才真正掌握了静不定问题。还有电动机的校核问题，以前只有选择，没有进行校核，这次也得到了加强。运用理论力学、材料力学,机械原理等知识对密封阀进行分析，求出驱动力矩从而确定驱动形式为液压驱动，阀体等零件进行分析得出应力图解、应变图.另外再次温习了电脑制图，绘图时发现许多菜单都不会使用了。这都说明我们的知识和能力都需要加强，需要经常锻炼和使用。总之可以这么说是设计考验了我所掌握的知识，补充了一部分自己没掌握的知识，而且也让我懂得知识的重要性和知识综合运用的技巧性，同时为我步入工作岗位奠定了良好的基础。不过即使如此，我还是有许多不足，知识水平和实际经验的缺乏，导致设计过程中不可避免的出现某些错误，希望各位老师给我批评和指正。
致 谢
时光飞逝，斗转星移，大学的四年生活转瞬即逝，在此临近毕业之际，我忠心地向我的老师和同学们表示深深的谢意。感谢他们大家给与我的关心和帮助。首先感谢我的指导老师宋华老师，从选题到定稿，毕业设计的每一步都凝聚着宋老师的心血，宋老师渊博的知识，严谨的治学态度，宽广浩瀚的胸怀，以及宽厚待人的品格，都将使我终身难忘，宋老师不但教会了我们科学知识，更是教会了我做人的道理。我的论文撰写过程自始至终都是在宋老师全面、具体的指导下进行的。宋老师在百忙之中抽出时间，为我指点迷津，帮助我开拓写作思路，精心点评, 热忱鼓励。宋老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神给予我无尽的启迪。再次感谢宋老师在毕业论文撰写过程中给予我的帮助。
同时感谢鞍钢炼铁厂给我提供了一个实习的机会，使我不仅得到了到实际工作岗位进行锻炼的机会，而且还为我论文写作提供了第一手资料。感谢学校图书馆资料室的老师们所提供的资料。感谢我的家人和朋友们四年来对我的关心及在论文撰写过程中给予我的支持。感谢身边的每一个人，我会在今后的学习和工作当中再接再厉，秉承科大博学明德、经世致用的校训及科大师生的顽强拼搏精神，争取成为社会上一个有用之人！
参考文献
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