||
ДонНТУ >
Портал
магістрів ДонНТУ ||
Зростання конкуренції, посилення екологічних вимог, а також ускладнення видобутку та попередньої підготовки сировини — ці та інші фактори висувають все більш високі вимоги до металургійної галузі України. Тому вдосконалення традиційних і розробка нових технологій є необхідною умовою сталого розвитку металургії. Нові інтенсивні технології і процеси пред'являють не лише високі вимоги до якості сировини, але і вимагають нові його види. В умовах посилення дефіциту малосірчистого коксівного вугілля та інтенсифікації процесів дедалі більшого значення набуватимуть комплексні рудно-паливні матеріали, а процеси попереднього часткового відновлення все ширше будуть застосовуватися при підготовці сировини. Традиційні методи згрудкування сировини агломерацією і обливання багато в чому вичерпали свої резерви і можливості. Так, при існуючому технічному рівні складно отримати металізованої агломерат або міцні окатиші з високим вмістом вільного вуглецю. У той же час подібні матеріали отримують за допомогою брикетування. Однак брикетування в чорній металургії поки ще не набуло належного визнання. Частка сировини, окускованного брикетуванням, залишається на рівні 2%. В основному це брикетовані металізованої матеріали, флюси і феросплави для виробництва сталі. Брикетування може успішно розвиватися в тому випадку, якщо воно буде використано у сфері металургійного виробництва, де його переваги особливо очевидні. У першу чергу це відноситься до утилізації пилоподібних відходів [1]. Таким чином, прогрес в області брикетування і потреба в сировині з новими властивостями відроджують інтерес до брикетуванню як методу згрудкування залізорудної сировини.
Основним агрегатом технологічного обладнання для виробництва брикетів є брикетний прес. Його призначення — одержання комплексних рудно-паливних матеріалів, металізованої агломерату, міцних окатишів з високим вмістом вільного вуглецю [2].
Мета роботи — дослідження процесу брикетування та розробка методики розрахунку параметрів преса для виготовлення брикетів.
Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі задачі:
— проаналізувати переваги і недоліки існуючих конструкцій брикетних пресів;
— вибрати оптимальне технічне рішення;
— спроектувати і виготовити фізичний аналог вдосконаленого преса;
— провести лабораторні дослідження параметрів роботи преса;
— розробити методику розрахунку енергосилових характеристик преса.
В останні роки завдання створення надійних вітчизняних пресів для брикетування дрібнофракційних сировинних матеріалів і промислових відходів набуває все більшої актуальності. Пов'язано це не тільки із збільшеним інтересом до брикетуванню, але і з тим, що в України і в країнах СНД практично не має досвіду проектування і виготовлення валкових брикетних пресів, відсутні підприємства, що спеціалізуються на їх виробництві. Незначна кількість валкових пресів вітчизняного виробництва, що працюють на різних підприємствах, розроблено та виготовлено різними неспеціалізованими підприємствами. У зв'язку з цим відсутній єдиний підхід до принципів розрахунку і проектування пресів та їх основних вузлів. Недостатньо повний облік властивостей шихтових матеріалів і особливостей технології їх брикетування призводить до невідповідності проектних і реальних навантажень, що виникають у їх основних вузлах і приводі [2].
В даний час існує безліч різних конструкцій і конфігурацій валкових брикетних пресів, що пов'язане з матеріалом, що брикетується, тобто сировиною для отримання брикетів заданої форми і механічних властивостей. Інститутом чорної металургії НАН України (ІЧМ), що мають значний досвід у розробці технології брикетування різних шихтових матеріалів, створені валкові преси продуктивністю від 0,5 до 15 т / год, конструкція яких проста, надійна і зручна в експлуатації. Розрахунок параметрів пресів виконаний на основі розробленої в ІЧМ методики, яка враховує фізико - механічні властивості шихт, умови захоплення шихт валками, механізм розвитку навантажень у місці деформації і вплив конфігурації формуючих елементів на параметри брикету.
Валковий прес (рис. 1) являє собою конструкцію бесстанінного типу і складається з наступних основних вузлів: двох робочих валків з подушками, завантажувального пристрою, пристрою притиску валків та запобігання преса від перевантаження, приводу преса і рами. Скомпоновано прес з приводом і завантажувальним пристроєм на загальній рамі.
Робочі валки (приводний 1 і не приводний 2 встановлені в підшипникових опорах (подушках). Подушки приводного валка нерухомі і жорстко закріплені на рамі 3. Подушки неприводному валка з'єднані з рамою шарнірно за допомогою пальців 4 і мають можливість переміщення при перевищенні заданого зусилля пресування . Рухомі та нерухомі подушки з'єднані між собою попарно за допомогою демпфуючих пристроїв 5. Демпфуючі пристрої являють собою набір тарілчастих пружин, встановлених в циліндричних корпусах. Попередньо затягуванням пружин встановлюється задане значення зусилля в демпферах, необхідне для врівноваження розпірного зусилля, що виникає між валкими в процесі брикетування шихти. Затягування пружин проводиться за допомогою гайок 7 і може здійснюватися поза преса. Фіксація гайок виконується за допомогою контргайок та стопорних шайб. Затягування пружин залежить від зусилля пресування і визначається по поданій в паспорті преса навантажувальній діаграмі. Зазор між робочими поверхнями валків встановлюється і регулюється гайками 6 на штоках демпферів, що охоплюють сухарі шарнірних опор неприводному валка. При перевищенні заданого зусилля пресування (зусилля попереднього затягування пружин), у тому числі при попаданні у міжвалковий простір сторонніх предметів, неприводний валок відхиляється і зазор може бути збільшений до 15 мм з відновленням робочого зазору після зменшення зусилля.
Валки забезпечені змінними кільцевими бандажами з профільованою робочою поверхнею. Монтаж і демонтаж бандажів проводиться за допомогою клиновидних кілець. Завантажувальний пристрій 8 складається із зварної воронки, розміщеної у верхній частині розчину валків і закріпленої на спеціальній рамі, яка охоплює поверхні бандажів. Регулювання подачі матеріалу в міжвалковий простір здійснюється за допомогою шибера 9. Завантажувальний пристрій встановлено і закріплено на рамі 3. До складу приводу входить наступне обладнання: електродвигун 10, зубчаста ланцюгова передача 11, редуктор 12, синхронізуюча шестеренна передача 13 з напівмуфтою 14. Від електродвигуна обертаючий момент передасться через ланцюгову передачу на швидкохідний вал редуктора і далі через напівмуфту на приводний вал преса, який через синхронізує шестеренних (з великим модулем зуба) передачу приводить в обертання неприводний вал. Прес може бути встановлений як на фундаменті, так і на металоконструкції з можливістю розміщення під ним ємності для збору готової продукції (брикетів) [2].
Подібну конструкцію має прес фірми "Кепперн" (ФРН) продуктивністю по шихті для коксування до 90 т / год (рис. 2), однак йому притаманні і деякі відмінності.
Натомість численних болтових з'єднань, за допомогою яких здійснювалася збірка станин, застосоване з'єднання на штифтах, діаметр валків сягає 1400 мм, для переміщення бічних стійок використовується гідросистема з циліндрами, які розташовані в основі станини між бічними стійками, синхронізуюча відкрита зубчаста передача розташована посередині бочки валка. Традиційна форма станини має U–подібну форму нижньої частини. Лінія роз'єму проходить по лінії центрів валкових блоків преса. Така конструкція забезпечує жорсткість і міцність станини, але заміна в ній зношених валкових блоків пов'язана зі значними витратами часу [3].
Валковий брикетний прес для згрудкування матеріалів з низькою насипною масою створений у ДонНІІчерметі. Дослідний зразок преса виготовлено спільно з Магнітогорським металургійним комбінатом і випробуваний при згрудкуванні активного вапна дрібних фракцій. Прес БПЕ–4М (БПО–600) має станину з відкидними в одну сторону бічними стійками (рис.3). Діаметр валків даного преса 600 мм із зубчасто–желобковим профілем. Продуктивність по готовим брикетам до 3 м.куб. / год [3].
У літературі відомі технічні і конструктивні рішення валкових пресів для брикетування, що реалізують принцип багатоступеневого ущільнення. На рис. 4 представлена ?схема багатовалкового преса для брикетування вугілля [5]. Мелкодісперсний матеріал надходить через завантажувальну воронку 1, розподільний пристрій 2 і рівномірним шаром заповнює жолоб обертового пресуючого валка 3, вступаючи спочатку під гладкі приводні пресуючі валки 4, потім під профільний пресуючий валок 5. По мірі просування матеріалу під пресуючими валками 4 ступінь обтиснення стрічки збільшується до заданих параметрів, а під профільним, пресуюючим валком 5 стрічка попередньо профілюється. За допомогою знімача 9 стрічка відокремлюється від пресуючого валка 3 та по направляючим валкам 8 надходить до пресуючого валка 6, де остаточно профілюється. У них відбувається формування профільних стрічок, які примусово знімаються з канавок валків знімачами і направляються в зубчасті валки 7, в яких стрічка поділяється на окремі брикети. Далі вони направляються перекидним клапаном 10 у воронку для брикетів.
Ще одна конструкція валкового преса з багатоступеневим ущільненням представлена на рис. 5.
Дрібнодісперсний матеріал формується уздовж робочої поверхні валка 7 і попередньо ущільнюється валком 1 з виступами 6. Подальше пресування матеріалу здійснюється валками 2, 3 та валками 4, 5. Виступи 8 на підставі матриці утворюють поглиблення в брикетній стрічці, що полегшує її поділ на окремі брикети. Витяг з матриці спресованого матеріалу здійснюється як за рахунок виштовхувальної складової сил пружного розширення, що діють в криволінійній зоні, так і вилковим ножем 9. Витягнуті з матриці брикети проштовхуються у видачний лоток 10.
Робота преса здійснюється наступним чином. Сипучий матеріал дозатором 5 подається в простір між ущільнювальними валками 3та 4, поверхня яких має гладку форму. У залежності від кута повороту валків, матеріал, втягує у місце деформації, з вихідного порошкоподібного стану на лінії центрів валків перетворюється в компактну стрічку [6].
Схема валкового преса, представлена на рис. 6, є удосконаленням відомого двухвалкового преса [7].
За рахунок підпору і сил зовнішнього тертя стрічка за напрямляючими 6 втягується до місця деформації другої стадії до валків 1, 3. Далі стрічка за напрямляючими 7 переміщується до зони пресування між валками 1 і 2, у якій стрічка доводиться до стану брикета.
Незважаючи на перспективність наявних розробок, у тому числі і наведених вище, слід зазначити, що широкого впровадження в практиці брикетування конструкції пресів з багатоступеневим ущільненням не отримали. Викликано це, перш за все, недостатньою вивченістю механізму постадійного деформування шихт. Теорія процесу брикетування при такій схемі епіцентра деформації не розроблена, відсутня методика розрахунку основних технологічних, силових і конструктивних параметрів процесу та обладнання, неможливо спрогнозувати результат [8].
Останнім часом у конструюванні валкових брикетних пресів основним напрямком є вдосконалення їх компонування і створення блокової конструкції, що забезпечує різке скорочення тривалості простоїв брикетних установок при заміні деталей та вузлів, що вийшли з ладу, проведенні профілактичних оглядів, пов'язаних з частковим розбиранням брикетної установки або преса.
Проаналізувавши існуючі конструкції двухвалкових пресів, і виключивши більшість недоліків, була розроблена вдосконалена конструкція преса. (Для проведення досліджень та отримання залежності крутного моменту від розпірного зусилля при пресуванні була дещо видозмінена конструкція приводу валків).
Прес включає робочу кліть (рис.7), що складається з двох станин 1 відкритого типу, пов'язаних між собою кришкою 5.
Усередині кліті розміщені два валки 3, встановлені в підшипникових опорах 4, корпуси яких мають можливість відносного переміщення уздовж направляючих станин.
На циліндричній поверхні кожного з валків в середній її частині виконані поглиблення 2, при змиканні яких, за умови синхронного обертання валків, короткочасно утворюються порожнини для формування брикетів. Синхронізація обертання валків забезпечена зубчастими колесами 6, встановленими поблизу однієї з підшипникових опор які перебувають у зачепленні. Опора одного з валків зафіксована щодо станин, і він забезпечений цапфою для передачі крутного моменту, тобто є привідним. Його обертання здійснює привід, який складається з електродвигуна 9, швидкохідного двоступінчастого конічно - циліндричного редуктора 8 і тихохідного черв'ячного редуктора 7.
Для притиснення веденого валка до ведучого прес обладнаний гідравлічною системою, до складу якої входить напірний 13 і силовий циліндри 12, пов'язані між собою трубкою. Робочий тиск рідини у робочому циліндрі створюється комплектом грузів 15,які впливають через важіль 14 на його шток. Шток силового циліндра 11 через траверсу 10 впливає на стрижні 16, встановлені в канал кришки і вільними кінцями впираються в подушки підшипникових опор веденого валка. Гідравлічна система не тільки дозволяє регулювати силу притиснення валків за рахунок зміни кількості (маси) навішуваних на важіль грузів, але і запобігає виходу з ладу зубчастих коліс у разі попадання між валками сторонніх предметів, оскільки дає можливість при виникненні небезпечних розпірних зусиль розімкнути зубчасте зачеплення.
Прес забезпечений також пристроєм попередньої підпресовки матеріалу брикетів. Цей пристрій розміщено на кліті і складається з приймального бункера 17, що має форму усіченого конуса і соосно встановленого над валками в зоні змикання їх осередків. Усередині бункера в нижній його частині на вертикальному валу закріплений шнек 18, що має конічну форму. Обертання валу зі шнеком забезпечує привід, який складається з черв'ячного мотор–редуктора 20 і тихохідного двоступінчастого конічно–циліндричного редуктора 19.
Для контролю енергосилових параметрів приводу преса між валами його швидкохідного і тихохідного редуктора замість звичайної муфти встановлюється спеціальна, забезпечена тензоризисторним перетворювачем, включеним у вимірювальну систему, який дозволяє в режимі реального часу фіксувати крутний момент, що передається. На траверсі, яка розподіляє зусилля між нажимними стрижнями, що притискують подушки підшипникових опор веденого валка, також закріплений тензометричний перетворювач, який входить в контрольно-вимірювальну систему і фіксує сумарне зусилля, що розвивається силовим гідроциліндром. При одночасному записі сигналів, що надходять з обох перетворювачів, можна отримати об'єктивну інформацію про залежність крутного моменту, який розвивається приводом преса під час формоутворення брикетів, і розпірним зусиллям, що діють на обидва валка.
Розрахунок основних параметрів і сил, що діють в процесі роботи преса, був проведений за наближеною методикою [4]. За допомогою комп'ютерної програми КОМПАС 3D була виготовлена тривимірна модель установки (рис. 8).
На підставі креслень, отриманих за допомогою тривимірної моделі і розрахунків основних енергосилових параметрів, була сконструйована і виготовлена ?фізична лабораторна модель двухвалкового преса для брикетування вторинних матеріалів (рис.9).
Технічна характеристика лабораторного двухвалкового преса:
— брикетувальний матеріал — дрібна фракція кам'яновугільного пилу;
— продуктивність преса 110 кг / год;
— маса брикету 0,02 кг;
— зусилля при пресуванні 2300 H;
— потужність приводу валків 120 Вт;
— потужність приводу підпресувального пристрою 30 Вт.
Під час панисання данного реферату магістерська робота ще не була завершеною, а тільки все підготовлено до проведення дослідів на лабораторній установці. Строк остаточного закінчення: 31 січня 2012 року. Повний текст роботи за темою можуть бути отримані у автора або його наукового керівника після указанної дати.
© Старостін О.С., ДонНТУ 2011