螺旋排料機(jī)的設(shè)計(jì)分析

王華林，鐘小平，陸大成

（重慶賽迪熱工環(huán)保工程技術(shù)有限公司，重慶401122）

螺旋排料機(jī)的設(shè)計(jì)分析

王華林，鐘小平，陸大成

（重慶賽迪熱工環(huán)保工程技術(shù)有限公司，重慶401122）

介紹了設(shè)備螺旋排料機(jī)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),根據(jù)排料機(jī)的工作特點(diǎn)，重點(diǎn)討論了排料機(jī)水冷結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)并確定了螺旋軸的基本參數(shù)。

螺旋排料機(jī)；水冷結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)

近年來，我國鋼鐵產(chǎn)量增速迅猛，鋼鐵設(shè)備趨向大型化，一方面推動(dòng)了國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，另一方面也把能耗和環(huán)境污染兩大問題擺在我們面前。出于環(huán)保和節(jié)能降耗考慮，上世紀(jì)70年代，美國率先發(fā)起研究環(huán)形爐加熱含碳球團(tuán)直接還原的煉鐵新技術(shù)，我國在上世紀(jì)90年代也啟動(dòng)了這項(xiàng)技術(shù)的研究工作。該技術(shù)與高爐煉鐵流程比較，省去了焦化和燒結(jié)兩大工藝環(huán)節(jié)，可以提高能源利用率、降低產(chǎn)品能耗、使噸鋼成本有較大幅度的下降，對環(huán)境保護(hù)、改善鋼鐵工業(yè)的能源結(jié)構(gòu)和提升經(jīng)濟(jì)效益都有積極的推動(dòng)作用。目前，我國還原鐵環(huán)形爐法已有多家科研機(jī)構(gòu)和學(xué)院進(jìn)行了理論研究和試驗(yàn)。我公司自主投資建立了還原鐵環(huán)形爐中試平臺，搭建了一座直徑4 m的直接還原鐵環(huán)形爐。

還原鐵環(huán)形爐直接還原含碳球團(tuán)的焙燒時(shí)間短，機(jī)械化程度高，因此必須配套設(shè)置專用的排料設(shè)備。由于焙燒后的金屬化球團(tuán)溫度高，約1 100℃，在環(huán)形爐床轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，需要連續(xù)、快速地排出。為與中試平臺的直接還原鐵環(huán)形爐相配套，設(shè)計(jì)了專用的螺旋排料機(jī)（以下簡稱排料機(jī)）。

中試還原鐵環(huán)形爐爐底寬1 000 mm，生產(chǎn)能力為1.2 t/h，球團(tuán)粒徑為8～22 mm的球狀顆粒，其堆積密度約為1.0 t/m3。螺旋排料機(jī)由于在高溫環(huán)境下工作，它與普通螺旋排料機(jī)的主要區(qū)別在于增加了水冷結(jié)構(gòu)，其驅(qū)動(dòng)形式、螺旋軸的結(jié)構(gòu)以及螺旋葉片材料和厚度的選擇都需特殊設(shè)計(jì)。

1 螺旋軸的設(shè)計(jì)

1.1 螺旋軸的設(shè)計(jì)

根據(jù)還原球團(tuán)產(chǎn)品的流動(dòng)特性，設(shè)計(jì)采用全葉片式螺旋。由于排料機(jī)工作于高溫環(huán)境中，考慮物料的磨琢性，螺旋葉片的材料應(yīng)具備耐高溫、耐磨性能好等特點(diǎn)，且葉片設(shè)計(jì)應(yīng)便于維護(hù)。綜合考慮這些因素，螺旋軸本體及葉片均選用高溫耐熱合金且葉片與軸采用螺栓連接的結(jié)構(gòu)形式，當(dāng)工作葉片磨損后，拆卸換上新的葉片即可。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 螺旋結(jié)構(gòu)示意圖

1.2螺旋軸支撐軸承座設(shè)計(jì)

如圖2所示，螺旋軸支撐軸承座直接安裝在爐墻上。為了避免軸承受爐墻高溫輻射的影響，軸承座設(shè)計(jì)成通水冷卻的結(jié)構(gòu)形式，有效的保證了軸承的使用壽命。軸承座左右、下端設(shè)計(jì)有調(diào)節(jié)螺釘，可以對螺旋軸進(jìn)行調(diào)整。

圖2 螺旋軸支撐水冷軸承座示意圖

1.3 螺旋軸水冷方式設(shè)計(jì)

如圖3所示，出料螺旋軸體采用雙套管設(shè)計(jì)，兩端軸頭設(shè)計(jì)成一端實(shí)心、一端空心，內(nèi)套管從空心軸端頭插入螺旋軸內(nèi)，一直深入到接近封閉端面。內(nèi)套水冷管與軸身套筒壁之間設(shè)置支撐板。水冷管通過旋轉(zhuǎn)接頭直接接上進(jìn)水回水的冷卻系統(tǒng)，并且進(jìn)水回水都在螺旋軸的一端，這樣水冷配管簡單，無需考慮冷卻系統(tǒng)的密封與泄漏問題，占地小，結(jié)構(gòu)緊湊。

圖3 螺旋軸水冷結(jié)構(gòu)示意圖

2 驅(qū)動(dòng)方式設(shè)計(jì)

對于雙套管水冷卻的螺旋軸，因?yàn)橐欢耸菍?shí)心軸，可采用齒輪馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)。齒輪馬達(dá)通過萬向聯(lián)軸器直接與螺旋軸實(shí)心軸頭連接。萬向聯(lián)軸器將傳動(dòng)的齒輪馬達(dá)遠(yuǎn)離高溫區(qū)，改善了工作條件，延長使用壽命。

3 基本參數(shù)確定

3.1 螺旋軸基本參數(shù)的確定

根據(jù)中試還原鐵環(huán)形爐的參數(shù)，確定配套設(shè)備螺旋排料機(jī)螺旋軸的基本參數(shù)：螺旋直徑D、螺旋軸直徑d和葉片厚度t。

式中：k—常數(shù)，取k=0.064 5

Q—產(chǎn)量，Q=1.4 t/h

Ψ—填充系數(shù)，取Ψ=0.2

c—排料機(jī)傾斜修正系數(shù)，取c=1

從大綱來看，該課程的作業(yè)設(shè)計(jì)要求學(xué)生掌握科學(xué)的研究方法并做到理論與實(shí)踐相結(jié)合。例如，兩項(xiàng)關(guān)鍵性任務(wù)要求學(xué)生先分別和英語學(xué)習(xí)者（ELL）以及英語學(xué)習(xí)者的家長做三小時(shí)以上的面對面訪談。然后要對該學(xué)生進(jìn)行案例分析，從教學(xué)方式、授課環(huán)境、課外活動(dòng)、學(xué)科和課堂管理等方面對美國學(xué)校教育和英語學(xué)習(xí)者母國的學(xué)校教育進(jìn)行比較，還要從書寫體系、語音、詞法、句法、語義、語用學(xué)、深層文化等角度對兩種不同語言和文化進(jìn)行對比分析，幫助學(xué)生和家長找出差異，盡快適應(yīng)所在地區(qū)的學(xué)校學(xué)習(xí)，快速提升英語水平。

ρ—被輸送物料的堆積密度，ρ=1.0 t/m3

計(jì)算得D=140 mm

根據(jù)所需冷卻水量，確定冷卻水管的口徑為34 mm，以及螺旋軸的強(qiáng)度計(jì)算，由此確定螺旋軸的直徑d=150 mm。螺旋軸直徑與螺旋直徑的比值為～0.5，確定螺旋直徑D=300 mm。由于排料機(jī)工作于高溫環(huán)境中，螺旋直徑過大不利于冷卻，所以D值圓整不必類似普通螺旋輸送機(jī)一樣拘泥于500 mm的整數(shù)倍。

在片式預(yù)熱器中，筋片高度與筋片厚度的比值通常約為6~9?，F(xiàn)排料機(jī)葉片的高度為（300-150）/2= 75 mm，參考上述比值，并考慮還原后的金屬化球團(tuán)容易磨損葉片，故取葉片厚度t=15 mm。

3.2 排料機(jī)轉(zhuǎn)速

（1）最大轉(zhuǎn)速

式中，A—物料綜合特性系數(shù)，取A=25。

（2）實(shí)際所需轉(zhuǎn)速

式中，k1—螺旋節(jié)距與螺旋直徑的比值，取k1=0.8。

計(jì)算得n=45.5 r/min，考慮螺旋葉片在高溫情況下的磨損情況，綜合考慮確定n=20 r/min。

3.3 所需功率

式中：B—電機(jī)備用系數(shù)，取B=1.4

λ—物料阻力系數(shù)，取λ=4

L—排料機(jī)工作長度，取L=1.28

Q—產(chǎn)量，取Q=1.4 t/h

計(jì)算得N=1.5 kW

根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)和防止意外的需要，確定N=2.2 kW。

4 結(jié)語

按上述設(shè)計(jì)制造的水冷螺旋排料機(jī)已在公司的中試試驗(yàn)平臺的還原鐵環(huán)形爐上使用，運(yùn)行正常，相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)得到實(shí)際驗(yàn)證。隨著大、中型還原鐵環(huán)形爐的工程推廣，螺旋排料機(jī)作為生產(chǎn)線上的關(guān)鍵配套設(shè)備，該中試設(shè)計(jì)相關(guān)計(jì)算依據(jù)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，必將為后續(xù)的工程設(shè)計(jì)提供有力的技術(shù)支撐。

[1]周渝生郭玉華，許海川，等.我國轉(zhuǎn)底爐工藝技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與前景淺析[J].攀枝花科技與信息，2010，35(4)：11-15，48.

[2]王華林，鐘小平，陸大成.一種螺旋出料裝置：L2018 58878U[P]. 2011-06-08.

[3]《運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊》編輯委員會(huì).運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999.

Design Analysis of Screw Discharge Machine

WANG Hualin,ZHONG Xiaoping,LU Dacheng
（Chongqing CISDIThermal&Environmental Engineering Co.,Ltd,Chongqing 400013,China)

The equipment design structure of screw discharg e machine was introduced.According to the working characteristics of the discharge machine,the designcharacteristics of dischargemachine watercooling structure are discussed in detail,and the basic parameters ofthe screw shaftare determined.

screw discharge machine;structure of water-cooling;design

TF325.2

B

1001-6988（2016）06-0028-02

2016-08-24

王華林（1979—），女，工學(xué)碩士，高級工程師，主要從事冶金工業(yè)爐窯設(shè)備的設(shè)計(jì)及應(yīng)用工作.