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380t特大型液压倾翻装置的研究及应用

时间:2019-05-14 13:54来源:山东省冶金设计院股份有 作者:刘 洋 李庆洋 王 点击:
  • 摘  要  山钢日照公司炼铁厂铸铁车间采用了380t液压倾翻装置,此装置为国内最大的铸铁机液压倾翻装置。本文详细介绍了380t液压倾翻装置的主要结构、主要参数及技术特点,主要对该装置的安全性、可靠性及操作方便性进行重点研究。380t液压倾翻装置投入使用后,较好的完成了开炉初期繁重的浇铸任务,提高了浇铸的安全性、可靠性,减少了铁损,创造了较好的经济效益。

    关键词  高炉  铸铁机  特大型液压倾翻装置

     

    1  液压倾翻装置应用背景

    现在大型钢铁联合企业中都配有铸铁机,铸铁机是炼铁生产工艺的辅助设备。山钢日照公司炼铁厂配备2台75m铸铁机,当炼钢故障或检修时,将高炉多余的铁水用于铸成生铁块。

    在传统的铸铁机车间工艺设计中,铁水罐倾翻铸铁的方式一般采用落地式倾翻卷扬机、铸造吊车、液压倾翻装置三种设备。由于铁水运输方式采用汽车运输,因此铁水罐无法实现在罐车上翻转,从而铁水罐倾翻铸铁的方式只能采用铸造吊车或液压倾翻装置。根据现场情况和车间布置,以及对倾翻方式和工艺流程的研究,山钢日照精品基地铸铁机倾翻铸铁设备采用了液压倾翻装置来替代铸造吊车。山钢日照公司炼铁厂采用210t铁水罐,210t铁水罐额定总重达到380t,因此设计研发制造了380t特大型液压倾翻装置。经2017年12月铸铁机投产以来,380t液压倾翻装置使用效果良好,不仅满足了铸铁机的生产工艺,而且大幅降低工程投资,安全可靠,占地面积小、占用空间低,使铸铁车间的设备布置更加紧凑,更加合理,具有铸铁流量稳定,飞溅小,铁损小的优势特点。

    2  生产流程和工艺平面布置

    2.1  生产流程

    210t铁水罐由铁水罐运输车运送至铸铁机车间,由380/30t铸造起重机将铁水罐吊起,然后将重罐放落在铸铁机铁水溜槽前的液压倾翻装置中,座包完毕检查安全锁包后,开启380t液压倾翻装置将铁水罐倾翻,铁水经铁水溜槽流入铸铁机铁模内完成铸铁。

    2.2  工艺平面布置

    铸铁车间为独立车间,车间内设2台75m铸铁机,1台380/30t铸造吊车及2台380t液压倾翻装置。车间长84m,跨度为25m,铁水运输线垂直与铸铁车间,铁水罐运输车垂直进入车间后,由380t铸造吊车吊起后运至铸铁机铁水流槽前,放置在液压倾翻装置内。两铸铁机紧凑布置,两铸铁机中心线间距24m。

    3  380t液压倾翻装置的结构组成及主要参数

    380t液压倾翻装置由机械部分、液压部分、电控部分组成。

    3.1  液压倾翻装置机械部分组成

    机械部分主要由倾翻支架、倾翻液压缸、锁紧装置、靴状底座、转角测量器及缓冲器组成。

    3.1.1  靴状底座

    靴状底座为一焊接结构件,通过地脚螺栓固定在基础上,用以支承铁水罐、倾翻支架及倾翻过程中的力矩。倾翻用液压缸的支座和缓冲器也通过螺栓与靴状底座连接。

    液压中间管线、锁紧油缸管线、水冷管线都铺设在靴状底座内部,靴状底座上铺设各种隔热设施和防辐射设施,确保设备安全运行。

    3.1.2  倾翻支架

    倾翻支架为钢板焊接结构,用于夹持铁水罐倾翻,材质Q345B,;整体为勺形,两侧面各有一个立柱和一个“r”形梁,分别通过铰连与底座框架连成一个整体。为便于铁水罐定位、配合铁水罐的方箱就位与导向,倾翻支架设计有2个带斜度的导向座,2个垂直的高位限位导向座,导向座接触面作耐磨处理。

    3.1.3  锁紧装置

    锁紧装置为插销结构,液压驱动,设计用于铁水罐倾翻过程中的意外保护。锁紧解除后才能起包,落包安全后自动锁紧;锁紧装置未锁紧,不得翻包。

    3.2  液压倾翻装置液压部分组成

    每套液压倾翻设备配套1套液压系统,2台液压倾翻装置的液压站可实现相互备用。

    液压站由二台压力补偿变量柱塞泵及循环用叶片泵、阀台、油箱、冷却循环装置及电控系统等组成。

    3.3  液压倾翻装置电控部分组成

    每压倾翻设备配套1套电控系统,每套电控系统电气设备包括:控制柜(含PLC)、操作台、现场设备操作箱、液压站操作箱、接近开关、编码器及声光报警仪。

    3.3.1  控制柜

    控制柜含低压供电部分、控制系统及一整套PLC系统。

    PLC系统主要用于采集一些开关量及模拟量的信号,通过内部编程,对整个液压倾翻装置内设备进行控制。

    控制信号包括倾翻支架运行状态、接收铸铁机的转速信号;上传倾翻装置的倾翻工作速度(时间)、铸铁机的链速信息、故障历史信息。

    3.3.2  操作台

    操作台具有,参数设定、模式选择、倾翻过程一般操作的功能。

    操作台上可设定倾翻支架的回转速度,实时了解液压站及倾翻设备的状态。

    3.3.3  现场设备操作箱

    现场设备操作箱主要用于现场调试或检修;现场设备操作箱上设有本地/远程选择开关和起动、上升、下降、停止状态操作按扭以及相应的指示灯。

    3.3.4  液压站操作箱

    液压站操作箱主要用操作工现场调试或检修液压站时,用来控制液压站的操作。

    3.4  液压倾翻装置主要技术参数

    380t液压倾翻装置的主要技术参数。

    3.5  液压倾翻装置机械部分技术特点

    采用“短力臂”模型,使举升油缸摆动角度小,避免油缸承受较大弯曲力,减小磨损,使油缸的密封更加可靠,减少油缸内泄的风险。

    底座与倾翻支架联接转轴处为一整块钢板,底座支柱与底座之间处为一整块钢板,保证在长时间交变载作用下,足够的刚度和强度。

    3.6  液压倾翻装置液压部分技术特点

    3.6.1  液压系统安全介绍

    液压倾翻装置液压系统是驱动铁水罐倾翻并进行控制的专用液压系统,铁水罐倾翻装置架是由2个对称的液压缸将台架倾转直至铁水倒入铁水溜槽内,之后自动复位,铁水罐随之倾转,具有液压缸在任意位置定位的功能。由于液压缸的工作对象是承载210t铁水的铁水罐倾翻浇铸工作,因此,根据铸铁工艺要求,设备情况和一些特殊故障(如单缸工作、突然停电、管路破裂)的要求,从液压系统的设计上,确保了液压缸安全可靠的工作。

    380t液压倾翻装置液压主要技术参数。

    为了使液压缸能够停在任意位置,即使是软管破裂也能使液压缸锁定在当前位置,为此,将液控单向阀直接安装在液压缸上,液压缸上还装有平衡阀,在液压缸下降时,平衡阀作用于液压缸的负载。每个液压缸上还装有3个安全溢流阀,当作用在液压缸上的负载突然超载时,对液压缸进行安全保护。

    液压控制阀台用于控制倾翻装置液压缸的平稳升降,并在故障状态时,能够控制液压缸,使铁水罐倾翻装置安全复位。为了保证在铁水倾倒过程的均速性和油缸速度无级可调,采用带反馈的电液比例换向阀进行控制。

    控制阀装置上设有停电或故障状态下液压缸复位回路。发生停电时,在控制阀装置上手动操纵三通球阀使蓄能器的液压油打开液控单向阀,以便利用倾翻装置的重力使液压缸下降复位。另外,系统在故障状态(如停泵)时,手动操纵电磁换向阀,以靠倾翻装置的重力使液压缸下降复位。当停电或故障时,液压缸上装有时其复位的液压单向阀,截止阀和单向阀。

    3.6.2  液压系统防火要求

    为了防火,液压系统工作介质采用脂肪酸脂类液压油。

    4  380t液压倾翻装置有限元分析

    4.1  液压倾翻装置重心计算

    整个设备的运行重心必须在整个底座的范围内,通过计算倾翻装置重心对重心范围进行校核。

    4.1.1  铁水重心计算

    铁水额定质量为230t,在倾倒过程中,在26°时铁水罐开始出铁水,铁水重心的力臂达到最大。

    4.1.2  空铁水罐重心计算

    设空铁水罐加残渣的总质量为150t,三维建模可知,钢包重心位于钢包耳轴下方785mm处。空铁水罐在倾翻装置上,围绕转点转动时重心的的变化位置。

    4.1.3  倾翻支架重心计算

    倾翻支架在0°到90°间,重心变化位置。

    经过三部分重心计算,整个设备的运行重心均在整个底座的范围内。

    4.2  利用有限元的方法对液压倾翻装置受力分析

    重型倾翻支架及底座,承受铁水、铁水罐及支架自重叠加荷载和弯矩,为校验倾翻装置是否设计合理,对整个支架和底座受力计算的同时,通过ANSYS有限元分析的方法对受力进行分析与校核。

    4.2.1  倾翻支架受力分析

    (1)铁水罐0°时分析

    铁水罐起始位置,即0°时应力、应变及位移分析。

    由图分析,起始状态主要应力分布在倾翻支架方箱底面,此处设计考虑底板加厚,并作耐磨处理,倾翻支架整体无明显应力集中。

    (2)铁水罐26°时分析

    在铁水倾倒过程中,26°时铁水罐开始出铁水,此时铁水重心的力臂达到最大。此时应力、应变及位移分析。

    由图分析,与油缸耳轴转点应力很集中,由此计算倾翻支架上的油缸套筒外径需要550mm以上。

    4.2.2  支座受力分析

    底座只要承受铁水、铁水罐及支架自重叠加荷载和弯矩,具体计算。

    底座主要应力分布在底座支柱顶部销轴开孔处,开孔处需加强作耐磨处理,底座整体无明显应力集中。

    综上,通过ANSYS有限元分析后,液压倾翻装置在结构强度,刚度及稳定性方面满足的设计要求,通过有限元分析,找到应力集中的作用点,并采取针对性的有效措施,使液压倾翻装置设计更加合理及优化。

    5  总述

    山钢日照公司炼铁厂铸铁车间液压倾翻装置额定倾翻载荷为380t,目前为世界上铸铁车间内最大型液压倾翻装置,实现了我国在该领域特大型液压倾翻装置的突破。自2017年12月380t液压倾翻装置投入使用以来,经受住了高炉初期大量铸铁的生产需要。380t特大型液压倾翻装置的稳定运行,既提高了铸铁机的生产能力,增强了铸铁工艺安全性,并且降低了工程直接投资和运行成本,相对冶金铸造吊车倾翻,液压倾翻装置及铸铁车间结构的投资节省50%以上。同时,使用液压倾翻装置铸铁具有铸铁流量稳定,飞溅小,铁损小的优势特点。通过生产实践证实,特大型液压倾翻装置能够在本行业内或相近行业推广。

    6  参考文献

    [1]朱镇钟.铸管厂铸铁机专用液压倾翻装置[J].铸造设备与工艺,2014(2):14-17.

    (责任编辑:zgltw)
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