高炉主上料装置设计
重庆科技学院
毕业设计（论文）题目1350M3高炉主上料装置设计
学院机械与动力工程学院
专业班级设维08-01
学生姓名宋卫学号2008630644 指导教师何正春职称工程师
评阅教师职称
2011年 6 月8 日
重庆科技学院
毕业设计（论文）任务书
院（系）机械与动力工程学院
专业班级设维08-01
学生姓名宋卫学号2008630644
指导教师何正春职称工程师
题目：1350M3高炉主上料装置设计
______________________________________
（任务起止日期2011年03月21 日至2011年06月24日）
系主任年月日
学生毕业设计（论文）原创性声明
本人以信誉声明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导下进行的设计（研究）工作及取得的成果，设计（论文）中引用他（她）人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计（研究）所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
毕业设计（论文）作者（签字）：
年月日
摘要
本次毕业设计是关于13503
m高炉主上料装置的设计。首先进行充分的调研，包括设备的使用条件、环境条件，作好详细的资料调研收集，了解高炉炼铁的生产工艺过程，分析各种可能的方案，进行必要的可行性和必要性分析，根据要求设计出能根据炼铁工艺的要求，满足13503
m高炉炉顶上料的高炉上料装置，并且有较好的使用和维护性能。对设计的输送设备的主要零部件进行强度校核，主要标准件的选取进行充分的理论计算分析。最后设计出了能满足要求的带式输送机上料装置。
关键词：高炉上料装置驱动装置
目录
摘要................................................................................................I 1 绪论 (1)
1.1 高炉炼铁工艺 (1)
1.2 高炉上料方式的选择 (2)
1.3 运输物料的特性 (3)
1.4 设计上料装置的原始数据 (3)
1.4.1 查资料所的参考数据 (3)
1.4.2 据炼铁工艺计算所得数据 (3)
2 带式输送机主要参数的确定 (5)
2.1 速度、倾角的选择 (5)
2.2 带宽的选择 (5)
2.3 输送量的计算 (6)
3 运行阻力，驱动功率，张力的计算 (8)
3.1 驱动装置和驱动形式的选择 (8)
3.2 运行阻力的计算 (11)
3.3 驱动功率的计算 (14)
3.4 张力计算 (14)
4 带式输送机的主要零部件设计 (15)
4.1 输送带的设计 (15)
4.2支承装置（托辊）的设计 (17)
4.3 驱动装置的设计 (20)
4.3.1 电动机的选择 (20)
4.3.2 驱动滚筒的设计 (21)
4.3.3 减速器的选择 (22)
4.3.4 联轴器的选择 (22)
4.3.5 制动器的选择 (24)
4.3.6 逆止器的选择 (25)
4.4 辅助装置的设计 (26)
4.4.1 清扫装置的设计 (26)
4.4.2 张紧装置的设计 (28)
4.4.3 机电保护装置的设计 (28)
5 带式输送机的运转维护知识 (30)
6 结论 (31)
参考文献 (32)
致谢 (33)
1 绪论
1.1 高炉炼铁工艺
炼铁过程实质上是将铁从其自然形态——矿石等含铁化合物中还原出来的过程。炼铁方法主要有高炉法、直接还原法、熔融还原法等，其原理是矿石在特定的气氛中（还原物质 CO、
H、C；适宜温度等）通过物化反应获取还原后的
2
生铁。生铁除了少部分用于铸造外，绝大部分是作为炼钢原料。高炉炼铁是现代炼铁的主要方法，钢铁生产中的重要环节。这种方法是由古代竖炉炼铁发展、改进而成的。尽管世界各国研究发展了很多新的炼铁法，但由于高炉炼铁技术经济指标良好，工艺简单，生产量大,劳动生产率高,能耗低，这种方法生产的铁仍占世界铁总产量的95％以上。炼铁工艺是是将含铁原料（烧结矿、球团矿或铁矿）燃料、（焦炭、煤粉等）及其它辅助原料（石灰石、白云石、锰矿等）按一定比例自高炉炉顶装入高炉，并由热风炉在高炉下部沿炉周的风口向高炉内鼓入热风助焦炭燃烧（有的高炉也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料），在高温下焦炭中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气。原料、燃料随着炉内熔炼等过程的进行而下降，在炉料下降和上升的煤气相遇，先后发生传热、还原、熔化、脱炭作用而生成生铁，铁矿石原料中的杂质与加入炉内的熔剂相结合而成渣，炉底铁水间断地放出装入铁水罐，送往炼钢厂。同时产生高炉煤气，炉渣两种副产品，高炉渣铁主要矿石中不还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成，自渣口排出后，经水淬处理后全部作为水泥生产原料；产生的煤气从炉顶导出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。
高炉生产工艺流程包括以下几个系统：
①高炉本体；
②上料设备系统；
③装料设备系统；
④送风设备系统；
⑤煤气净化设备系统；
⑥渣铁处理系统；
⑦喷吹燃料系统。
此次我们设计的就是13503
m高炉上料装置。其上料工艺流程如图1.1所示:
图1.1 高炉上料工艺流程
1.2 高炉上料方式的选择
20世纪60年代开始高炉迅速大型化，炉容增大到3000～5000m3，采用斜桥料车上料已不能满足生产要求。尤其在采用冷烧结矿以后，胶带寿命延长，能满足连续运转的要求，2500m3以上高炉多采用胶带运输机上料。1000m3以上、2500m3以下高炉结合地形、布置等条件，可选用胶带运输机或斜桥料车上料。1000m3以下高炉则仍以斜桥料车上料为主。目前我国中小高炉大都采用斜桥料车卷扬机上料。随着高炉容积不断增大，这种上料方式的问题越来越明显，例如随着料车容量和钢绳负荷增加，必须加大钢绳直径，增大斜桥总重，而且庞大的料车卷扬机和很深的料车坑，是设备和基建费用大大增加，对于大容积高炉，用斜桥料车上料已不能满足要求，所以用皮带上料。故此次设计选用皮带上料。
图1.2 带式输送机上料系统示意图
图1.3 斜桥料车上料系统示意图
1.3 运输物料的特性
输送物料混合矿（烧结矿，球团矿）焦炭
物料密度 1.63
t
/m
/m
t 0.53
物料安息角 35° 30°
工作环境：多尘、潮湿，-5°~70°。
1.4 设计上料装置的原始数据
①高炉容积为1350立方米；
②倾角不大于12°；
③两端高差约20米。
1.4.1 查资料所的参考数据
通过网络、图书、期刊等查取一组重钢13503
m高炉的数据作参考资料：年产钢水t4
126 ，平均日产3618t,利用系数2.68t/3m,作业率95%，焦比10
.
63
420kg/t，煤比100kg/t,渣比400kg/t.
1.4.2 据炼铁工艺计算所得数据
通过参考《炼铁工艺》［3］对重钢的数据进行计算：
①通过配料计算知平均冶炼一吨生铁需混合矿1744.21kg，焦炭445.20kg；
②日均需混合矿6311t，焦炭1611t；
③按经验取批次为195，则混合矿批重32364kg，焦炭批重8262kg。
2 带式输送机主要参数的确定
2.1 速度、倾角的选择
由《运输机械设计选用手册》［5］推荐，带速选择原则：
①输送量大、输送带较宽时，应选择较高的带速。
②较长的水平输送机，应选择较高的带速；输送机倾角愈大，输送距离愈短，则带速应愈低。
③物料易滚动、粒度大、磨琢性强的，或容易扬尘的以及环境卫生条件要求较高的，宜选用较低带速。
④一般用于给了或输送粉尘量大时，带速可取0.8m/s~1m/s；或根据物料特性和工艺要求决定。
⑤人工配料称重时，带速不应大于1.25m/s。
⑥采用犁式卸料器时，带速不宜超过2.0m/s。
⑦采用卸料车时，带速一般不宜超过2.5m/s；当输送细碎物料或小块料时，允许带速为3.15m/s。
⑧有计量秤时，带速应按自动计量秤的要求决定。
⑨输送成品物件时，带速一般小于1.25m/s。
带速与带宽、输送能力、物料性质、块度和输送机的线路倾角有关.当输送机向上运输时，倾角大，带速应低；下运时，带速更应低；水平运输时，可选择高带速。带速的确定还应考虑输送机卸料装置类型，当采用犁式卸料车时，带速不宜超过3.15m/s。考虑高炉上料的工作条件，取带速为2m/s，倾角为12°，则输送机长96m。
2.2 带宽的选择
输送带的宽度取决于物料的粒度、输送量和带速，也取决于物料的性质。如带速不变，加大带宽，输送量增大。
粒度大小会影响带宽的选择，一般动堆积角为20°，块料仅含10%的粉料，带宽为其最大粒度的3倍；如全为块料，带宽为其最大粒度的5倍。一般料块宽均控制在350mm以下。
各种带宽适用的最大块度，如表.2所示：
表2.1 带宽与最大块度关系（mm）
考虑高炉上料装置输送物料的特性取带宽为1200mm。
2.3 输送量的计算
系统的设备能力以每昼夜最大上料批数表示，通常一批料由一个矿批和一个焦批组成(图4)。运送一批料的总时间T=2t1+2t2，式中t1为上料胶带运输机输送一批料中的焦炭或矿石(包括熔剂)的时间，s；t0为一批料中矿批与焦批的料尾和料头的间隙时间，t0必须大于炉顶装料设备作业时间，s0设计中还应考虑一批料由二个矿批和二个焦批组成的情况。高炉上料周期分布如图2.1所示：
图2.1 高炉上料周期分布
根据高炉设计的生产率对上料量的要求，应选择合适的皮带速度和宽度，使其运输量满足高炉对上料量的要求。前面所取速度为2m/s，宽度为1200mm。
设计按槽型皮带考虑，其有效带宽：
=B
b（2.1）mm
9.0-
.0
B2
≤时05
-
b（2.2）
=B
>时25
.0
mm
B2
考虑物料特性取B
=，皮带槽角取30°。
b8.0
在不同的物料动堆积角ρ时，输送带上物料最大横切面积S值如表2.2所示：
表2.2
输送量可表示为：
ρ
=（2.3）
Q3600
SvK
t；
式中 Q—输送量，
h
S—输送带上物料最大横切面积,2
m；
v —带速，s
m ；
ρ—物料松散密度，kg/3m ； K —倾斜系数，如表2.3所示：
表2.3
故带入数据可分别求得： 焦炭输送量 h t Q c 614= 矿石输送量 h t Q 21270= 考虑到设计余量故取额定输送量: h t Q e 2500=
3 运行阻力、驱动功率、张力的计算
3.1 驱动装置和驱动形式的选择
驱动系统一般必须用到的设备有电动机、联轴器、减速器、制动器等。
电动机通过联轴器、减速器带动传动滚筒转动或其他驱动机构，借助于滚筒或其他驱动机构与输送带之间的摩擦力，使输送带运动。带式输送机的驱动方式按驱动装置可分为单点驱动方式和多点驱动方式两种。
通用固定式输送带输送机多采用单点驱动方式，即驱动装置集中的安装在输送机长度的某一个位置处，一般放在机头处。单点驱动方式按传动滚筒的数目分，可分为单滚筒和双滚筒驱动。对每个滚筒的驱动又可分为单电动机驱动和多电动机驱动。因单点驱动方式最常用，凡是没有指明是多点驱动方式的，即为单驱动方式，故一般对单点驱动方式，“单点”两字省略。
单筒、单电动机驱动方式最简单，在考虑驱动方式时应是首选方式。在大运量、长距离的钢绳芯胶带输送机中往往采用多电动机驱动。带式输送机常见典型的布置方式如表3.1所示：
表3.1 带式输送机常见布置方式
皮带上料机的传动装置的形式可以是多种多样的，对高炉上料来说双滚筒驱动是比较适合的一种，布置形式如图3.1所示：
图3.1 所设计的带式输送机布置形式
如此布置的理由：由图可知，两个驱动滚筒,各由两台电动机，通过液力联轴器、减速器而带动。四台电动机中有一台为备用，不论哪台驱动装置发生故障，均可保证胶带继续运行。两个驱动滚筒的表面包着一层带沟的橡胶，目的在于增大及稳定驱动滚筒与胶带间的摩擦系数。
液力耦合器装在电动机与减速器之间,用来均衡电动机负载和使胶带启动平稳及避免冲击。制动器用来防止胶带机带料停机时产生逆转，避免出现胶带与炉料的下滑。
由皮带传动的理论可知：
1S S F n u -= （3.1） μαe S S n 1= （3.2） 式中 u F —皮带所传递的圆周力； n S —皮带紧边拉力； 1S —皮带松边拉力；
μ—皮带和驱动卷轴间的摩擦系数； α—皮带在驱动卷筒上的包角。
图3.2 输送带张力理论图
皮带松边拉力可认为与初拉力成正比，由于双滚筒驱动时，皮带和卷筒的包角远大于单卷筒驱动时的包角，在相同系统出力、提升高度、提升角度等外界因素条件下，多滚筒驱动时的初拉力可比单滚筒驱动时大为降低；同时，胶带张紧装置的平衡重量也大为减轻。因此多滚筒驱动的优点就是在相同负载条件下，大大提高胶带机的输送能力，故在较大功率的胶带输送机上，常采用多滚筒驱动。
采用双滚筒驱动后，随之而来的是在两个驱动滚筒之间怎样分配功率（圆周力）更为合理。对于一台外界条件已定的双滚筒驱动的胶带输送机，有四种分配驱动功率的方案：最小张力法；等圆周力分配法；等驱动单元法和圆周力任意分配法。
通过分析可知：按最小张力法分配驱动功率，其胶带中的最大张力最小，因而所需要的装紧装置重锤重量也较小；按等圆周力分配法则最不利，在μ时，胶带的最大张力将增大12%~14%，装紧装置重锤也要相应增加。
.0
=
~
30
.0
20
最小张力法虽使胶带的最大张力最小，但是在高炉皮带上料机中则不宜采用。其原因是：①此时两个驱动滚筒的驱动功率之比值为μ?
e，即两个卷筒的功率相差达两倍以上，于是所选用的电动机型号、减速器中心距将不同。而实际上同一型号不同中心距的减速器即使名义传动比一样，可是实际传动比有时却不同；再加上不同型号的电动机之额定转速也不相同，会使两驱动滚筒的实际转速更大。因此，这种方案既要增加备品的品种、规格，又难以保证两个滚筒的圆周线速度一致，从而对皮带的运行带来损害。②采用最小张力法所获得的减少皮带张力与等驱动单元法（圆周力比值2:1）相比，所减少的数值比例较小仅占4%，故实用价值不大。
等圆周力法的分配法，随能使驱动装置、传动部件标准化，便于制造，减少备品种类，但它的功率分配是1:1，偏离μ?
e的值较多，因而使皮带中工作张力较大。
等单元驱动法是等圆周力法的改进，使驱动滚筒传递圆周力的比值由等圆周力法的1:1变为较接近μ?
e的2:1，从而达到既能减少皮带中的张力，又能保证驱动装置具有通用性，减少备品种类，便于维修。
鉴于上述分析，在设计钢丝绳芯皮带上料机时，采用等单元驱动法较为合适。其传动装置配置形式如图3.3所示：
图3.3 所设计的传动装置配置形式 1— 驱动滚筒1（两个驱动电机）
2— 驱动滚筒2（一个驱动电机，一个备用电机）
3.2 运行阻力的计算
在稳定工况运行时需要的驱动力（运行阻力）W F 综合了摩擦力、重力和质量的作用。输送机的功率消耗W P 是运行阻力和运行速度的乘积，即：
v F P W W ?= （3.3） 将运行阻力细分,这些阻力的和W F 等于从传动滚筒传递到输送带上的圆周力u F ：
u St S S N H W F F F F F F F =++++=21 （3.4）
式中 H F —主要阻力； N F —附加阻力； 1S F —特种主要阻力； 2S F —特种附加阻力； St F —倾斜阻力。
① 主要阻力H F
主要阻力为承载段和空载段托辊旋转阻力，由托辊轴承和密封件摩擦产生，托辊轴承一旦进入赃物此阻力加大。主要阻力还与输送带在托辊间凹陷和输送带同物料反复弯曲产生阻力有关。
()[]δcos 2G B RU RO H q q q q fLg F +++= （3.5）
式中 f —平均摩擦系数，按经验去0.02； L —带式输送机长度，96m ； g —重力加速度；
RO q —承载托辊单位质量，由托辊设计部分得m kg 2.20=RO q ；RU q —回
程托辊单位质量，m kg q RU 4.15=；
B q —输送带单位质量，m kg 4.32；
G
q —物料单位质量，m
kg v
Q
q G 3476.3==
；
δ—输送机倾角，12°。 代入数据得：
()[]N F H 824912cos 3474.3224.152.208.99602.0=?+?++???=
② 附加阻力N F
附加阻力包括：加料区物料的惯性阻力及物料与输送带间的摩擦阻力，物料与导料槽侧板间的摩擦阻力，清扫器的摩擦阻力，输送带经过滚筒的的弯曲阻力和非传动滚筒的轴承阻力。
附加阻力的总和以系数C 加以考虑 H
N F F C +
=1 （3.6）
()H N F C F 1-= （3.7） 当装料系数约为0.7~1.1，而且附加阻力在全部阻力中所占比例很小时，系数C 可由表3.2给出：
故取附加阻力系数为1.82，代入数据得：
()N
F N 67648249182.1=?-=
③ 特种主要阻力1S F 特种主要阻力表示为：
gl S F F F +=ε1 （3.8） 式中 εF —托辊前倾阻力；
gl F —输送物料与导料板间的摩擦阻力。 其中：
()εδμεεεsin cos 0g q q L C F G B += （3.9） 22
2
2b
v gl Q F e gl ρμ=
（3.10）
式中 εC —槽角的槽型系数,槽角30°时,为0.4；
0μ—承载托辊和输送带间的摩擦系数，取0.3；
εl —装有前倾托辊的设备长度，为90m ； ε—前倾角，12°；
l —装有导料板的设备长度，为5m 。 代入数据得：
()N
F 1088912sin 12cos 8.93474.32903.04.0=????+???=ε
N F gl 23058
.0216005
8.9694
5.02
2
2=?????=
N F F F gl S 131941=+=ε
④ 特种附加阻力2S F 特种附加阻力表示为：
a r S F F F +=2 （3.11） 式中 r F —输送带清扫器的摩擦阻力； a F —卸料器的摩擦阻力。 其中：
3μAp F r = （3.12） a a BK F = （3.13） 式中 A —输送带和清扫器的接触面积；
p
—输送带和清扫器间的压力，一般取80kPa ；
3μ—输送带和清扫器间的摩擦系数，取0.5； a K —刮板系数，一般取1500m N 。 代入数据得：
N F r 80002.010805.03=???= N F a 180015002.1=?=
N F F F a r S 9800180080002=+=+=
⑤ 倾斜阻力St F 倾斜阻力表示为：