張宏瑞

(甘肅酒鋼集團(tuán)西部重工股份有限公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100)

0 引 言

鋼鐵企業(yè)在煉鐵過程中為保證高爐優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗、長壽，就需要將原料礦石進(jìn)行燒結(jié)，為高爐提供化學(xué)成分穩(wěn)定、顆粒均勻、還原性好、冶金性能高的優(yōu)質(zhì)燒結(jié)礦。在燒結(jié)工藝中，圓筒混合機(jī)是燒結(jié)工程的主要設(shè)備之一，主要用途是將粉礦、燃料溶劑，和水按一定比例混合形成球狀的顆粒物，送入燒結(jié)機(jī)進(jìn)行燒結(jié)，形成煉鐵高爐所需的粒度較大，且多孔結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度較大保證高爐順行的物料。它主要是一個(gè)直徑φ4 m左右，長13 m左右的圓筒，水平稍微傾斜2°左右，其傳動(dòng)裝置是電機(jī)帶動(dòng)減速機(jī)，通過開式齒輪帶動(dòng)在四個(gè)托輥上旋轉(zhuǎn)，在生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)中它的故障點(diǎn)主要在機(jī)械傳動(dòng)部分，混合機(jī)機(jī)械傳動(dòng)部分的“心臟”就是其主電機(jī)，選型功率低很容易超負(fù)荷生產(chǎn)，出現(xiàn)“小馬拉大車”的現(xiàn)象，達(dá)不到設(shè)計(jì)產(chǎn)量，且設(shè)備易損壞，使整個(gè)生產(chǎn)工藝線停產(chǎn)，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失；也要防止選型功率超高現(xiàn)象，造成成本上升能源的浪費(fèi)，其機(jī)械傳動(dòng)部分的其余傳動(dòng)件依據(jù)電機(jī)所承受的扭矩進(jìn)行設(shè)計(jì)選型。因此，如何準(zhǔn)確地計(jì)算出混合機(jī)主電機(jī)所需的功率，并準(zhǔn)確選出設(shè)計(jì)型號是設(shè)計(jì)混合機(jī)的關(guān)鍵因素。針對新疆阿勒泰金昊鐵業(yè)180 m2燒結(jié)工程配套的φ3.4×13 m混合機(jī)主電機(jī)設(shè)計(jì)選型過程計(jì)算，解決了長期以來混合機(jī)主電機(jī)設(shè)計(jì)憑經(jīng)驗(yàn)選型問題，達(dá)到了設(shè)計(jì)此類設(shè)備時(shí)有了較為準(zhǔn)確計(jì)算的理論依據(jù)。

1 混合機(jī)主電機(jī)選型計(jì)算

混合機(jī)主電機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)格選型主要根據(jù)燒結(jié)工程配套所要求的混合機(jī)的基本參數(shù)為依據(jù)進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)。主要參數(shù)有：填充率Ψ、筒體轉(zhuǎn)速v、生產(chǎn)能力(產(chǎn)量)、支承方式、混合料堆比重γ、物料安息角α、筒體傾角λ等。主電機(jī)功率計(jì)算設(shè)計(jì)主要計(jì)算物料在筒體內(nèi)產(chǎn)生總體的扭矩大小，依據(jù)扭矩大小設(shè)計(jì)選型[3]。

現(xiàn)以新疆阿勒泰金昊鐵業(yè)技改項(xiàng)目180 m2燒結(jié)工程配套的φ3.4×13 m混合機(jī)滿足生產(chǎn)需求的進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)。

1.1 工藝參數(shù)設(shè)計(jì)要求

新疆阿勒泰金昊鐵業(yè)φ3.4×13 m混合設(shè)計(jì)要求如表1所列。

表1 新疆阿勒泰金昊鐵業(yè)φ3.4×13 m混合設(shè)計(jì)要求

1.2 φ3.4×13 m混合機(jī)主電機(jī)功率選型設(shè)計(jì)計(jì)算

混合機(jī)筒體φ3.4×13 m，鋼板材質(zhì)Q345B,鋼板厚度δ22，滾圈材質(zhì)為鍛件45#鋼，設(shè)計(jì)筒體示意圖如圖1[3]。

圖1 筒體示意圖

物料在筒體內(nèi)部運(yùn)動(dòng)：其直徑φ3.4 m，半徑為1.7 m。其截面積:

S=πr2=3.14×1.72=9.075 m2

計(jì)算筒體體積：

V=S×L=9.075×13=117.9 m3

有多少物料在筒體內(nèi)運(yùn)動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生抗力，就要依據(jù)所要求的生產(chǎn)能力：420～500 t/h，填充率ψ=14.22%，混合料堆比重：γ=1.8 t/m3，進(jìn)行計(jì)算。

其中填充率ψ是指物料在圓筒內(nèi)的重量或體積占圓筒理論物料重量或體積的百分?jǐn)?shù)；混合料堆比重γ是單位體積(包括煤物料之間的孔隙和物料顆粒內(nèi)部的毛細(xì)孔)的物料的質(zhì)量。

物料運(yùn)動(dòng)中在筒體內(nèi)的總重為：G=筒體體積V×填充率ψ×混合料料堆比重λ[3]。

G=V.ψ.λ

=117.9×14.22%×1.8=30.2 t

物料在筒體所處于什么位置與填充率ψ及物料安息角α有關(guān)。其中物料安息角α是指松散物料堆放時(shí)與水平面的夾角，運(yùn)動(dòng)安息角是物料在運(yùn)動(dòng)中的安息角為此角度時(shí)是不會(huì)滑落。

物料在筒體中任何位置的運(yùn)動(dòng)中存在的位置如下：φ3.4 m筒體截面積為S=9 079 202 mm2，填充率ψ=14.22%。

物料在同體中的狀態(tài)如圖2所示。

圖2 物料在同體中的狀態(tài) 圖3 物料在筒體中運(yùn)動(dòng)時(shí)的狀態(tài)

物料在筒體內(nèi)任何一個(gè)截面的面積S1為總面積S與填充率ψ相乘。

物料的截面積：

S1=S×ψ=9 079 202×14.22%

=1 291 062.6 (mm2)

物料安息角是35°確定物料重心位置相對于筒體逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)軸的重心力矩的距離L=996.7 mm

物料在筒體中運(yùn)動(dòng)時(shí)的狀態(tài)如圖3所示。

物料在筒體內(nèi)產(chǎn)生扭矩：

T=G×L1 kg=9.8 N，1 t=1 000 kg

則：30.2 T=30.2×1 000×9.8=295 960 N

T=G×L=295 960×0.996

=294 776.2 (N·m)

φ3.4×13混合機(jī)轉(zhuǎn)速：v= 6.5 r/min

選定大齒圈齒數(shù)：

Z1=140，小齒輪齒數(shù)：Z2=27

選定主減速機(jī)的速比：i=28

傳動(dòng)總速比：i=140/27×28=145.2

電機(jī)處所承受的扭矩T為物料運(yùn)動(dòng)所需扭矩除以總傳動(dòng)比：

T=T1/i總=294 776.2÷145.2

=2 030.1 (N·m)

扭矩公式：T=9 550P/n

式中：T為扭矩，N·m；P為輸出功率，kW；n為電機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min。電機(jī)轉(zhuǎn)速依據(jù)電機(jī)防護(hù)等級 IP44，一般轉(zhuǎn)速為1 000 r/min。

根據(jù)扭矩公式：T1=9 550×P1/n1[3]

電機(jī)所需功率：

P1=T÷9 550×1 000=212.5 (kW)

考慮到新疆阿勒泰地區(qū)海拔及氣候影響造成損失在3%，增加功率212.5×3%=6.3 (kW)。

物料突然增加導(dǎo)致電機(jī)扭矩隨之突然增加因素占15%,增加功率212.5×15%=31.8 (kW)。

混合料在筒體內(nèi)存在粘料現(xiàn)象造成電機(jī)扭矩增加因素占3%,增加功率212.5×3%=6.3 (kW)。

電機(jī)安全系數(shù)Q=1.5，增加功率=212.5×1.5=318.7 (kW)。

主電機(jī)所需總功率：

P=6.3+31.8+6.3+318.7=363.15 (kW)

經(jīng)計(jì)算所需功率：P=363.2 (kW)

根據(jù)常用電機(jī)的功率規(guī)格,選擇電機(jī)功率為400 kW。根據(jù)所選電機(jī)功率400 kW及參數(shù)要求：電壓等級 AC.10 kV(≥200 kW時(shí))為高壓電機(jī)。電機(jī)功率選定后，主電機(jī)型號為:YKK5004-6。

其中：YKK為中型高壓系列電動(dòng)機(jī)；500為電機(jī)機(jī)座號為500；4為400 kW；6為電機(jī)極數(shù)。

根據(jù)所選電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速990 r/min驗(yàn)算最初的要求指標(biāo)筒體轉(zhuǎn)速：6.5 r/min如下：

V=990×1/28×27/140

=6.818 r/min (轉(zhuǎn)速誤差在4%滿足需求)。

經(jīng)過驗(yàn)算最終選用電機(jī)為功率335 kW,轉(zhuǎn)速990 r/min,型號為：YKK4508-6。

2 結(jié) 語

經(jīng)計(jì)算選型的新疆阿勒泰金昊鐵業(yè)技改項(xiàng)目180 m2燒結(jié)工程配套的φ3.4×13 m混合機(jī)主電機(jī)在新疆地區(qū)，完全符合設(shè)計(jì)產(chǎn)量要求，主傳動(dòng)上不易出故障，且不浪費(fèi)能源。此計(jì)算設(shè)計(jì)理論同樣應(yīng)用到榆鋼公司混合機(jī)及酒鋼集團(tuán)公司燒結(jié)廠不同規(guī)格混合機(jī)及新疆其他地區(qū)的混合機(jī)。此次對混合機(jī)研究總結(jié)出主電機(jī)功率計(jì)算選型的方法，為我們設(shè)計(jì)此類產(chǎn)品提供了可依據(jù)的計(jì)算方法，保證了設(shè)備系統(tǒng)的正常運(yùn)行。