分析KR法铁水预处理脱硫时钢结构平台振动产生的原因及解决措施.pdf

第1 8 卷第3 期 2 0 0 8 牟7 月 安徽冶金科技职业学院学报 J o u r n a ld A n h u iV o c a 6 0 n a lC o l l e g e0 fM e t a l l u 嘟a f l dT e c h n o l o g y V 0 1 ．1 8 ．N b ．3 J u l ．2 0 0 8 分析K R 法铁水预处理脱硫时钢结构 平台振动产生的原因及解决措施 王成 马钢股份公司第四钢轧总厂安徽马鞍山2 4 3 0 0 0 摘要由于K R 铁水脱硫技术采用的是纯机械搅拌其具有良舟的动力学条件和很高的脱硫效率。但由于机械传动不可 避免带来钢结构的整体振动。探讨K R 法脱硫时产生振动的原因和解决的办法。 关键词K R 脱硫；振动；搅拌头 中图分类号T F 5 3 5 ．2 m 2 1 文献标识码B 文章编号1 6 7 2 9 9 9 4 2 0 0 8 0 3 0 0 1 0 0 3 近3 0 年来铁水脱硫技术迅速发展，现已经有 十几种处理方法，其中应用最广且最具代表性的主 要是喷吹法和K R 机械搅拌法。 K R 机械搅拌法，是将浇注耐火材料并经过烘 烤的十字形搅拌头，浸入铁水包熔池一定深度，借 其旋转产生漩涡，使氧化钙或碳化钙基脱硫粉剂与 铁水充分接触反应，达到脱硫目的。其优点是动力 学条件优越，有利于采用廉价的脱硫剂如C a O ，脱 硫效果比较稳定，效率高 脱硫到≤0 ．0 0 1 ％ ，脱 硫刺消耗少，适应于低硫品种钢要求高、比例大的 钢厂采用。 试生产时平台振动现象 马钢四钢轧铁水预处理项目主体部分是引进 日本钻石 D E C 公司的技术和设备。整套系统由 两座K R 系统，四个扒渣站及相应的附属设备组 成。为了满足生产高规格钢种的需要，在进行深度 铁水预处理时，新搅拌头设计转速为1 0 0r p m ／m i n 一1 2 0r p m ／m i n ，旧搅拌头设计转速为1 5 0r p r n ／m i n 。 2 0 0 7 年3 月1 2 日2 } } K R 站热负荷试车时，操 作人员将搅拌头转速逐步提高到6 0r p m ／m i n ，整个 系统很正常，但当转速提高到7 0r p r n ／m i n 后发现整 个K R 站1 1m 以上平台 包括测温取样平台 振动 非常厉害，其振动主要表现为严重的南北方向晃动 收稿日期2 0 0 8 0 6 1 4 作者简介王成 1 9 7 1 一 ，男，马钢第四钢轧总厂，工程师，主要从事 铁水预处理机械设备的维护。 和轻微的东西方向晃动。同时，由于振动的影响， 搅拌电机的电流值及其不稳定，当提高转速时，电 流瞬时值急剧增大，转速稳定后，其电流波动幅度 仍达到3 0 A ，无法继续提高搅拌头的旋转速度，无 法满足生产工艺的要求。同时由于整个钢结构平 台及操作室晃动厉害，存在着极大的安全隐患。 2 振动产生的原因 K R 脱硫站在生产过程中，由于搅拌头在铁水 中的搅拌作用，罐中的铁水流动状态是湍流，这样， 浮在上层的反应剂可以跟随铁水的流动与罐中各 处的铁水充分接触反应。理论上搅拌头、铁水罐与 水平面完全垂直，搅拌头的中心与铁水罐中心完全 重合，铁水罐和搅拌头各处受力将是均匀的。此 时，搅拌器仅受铁水对其的扭力作用，四周各处受 力将十分均匀，不会产生大的振动。 搅拌过程中，铁水流动如图1 所示。 在生产过程中，搅拌头基本的受力情况是在旋 转时受到铁水的阻力。 其受力情况通过动力学及流体力学的变换，可 以得到 死 岛P 儿；d “ 1 式中 卜搅拌头搅拌时所受的铁水阻力矩 N m ； ∞一搅拌头旋转角速度r a d ／s ； p 一铁水密度 k g ／m 3 ； ，l i 一搅拌头计算转速 转／s ； 总第4 1 期王成分析K i t 法铁水预处理脱硫时钢结构平台振动产生的原因及解决措施 1 1 图1机械搅拌下铁水流场示惹图 d 一搅拌头直径 m ； 蜀一功率系数，由下式得到 繇巧A 川赛等等] 可 芳 n 3 5 砉 s i n 口 ” 2 其中 口一搅拌头角度 一般取9 妒 A 一尺寸系数，由下式得到 A 1 4 砉[ 6 7 0 砉- 0 ．6 2 1 8 5 ] 曰一尺寸系数，由下式得到 8 1 0 1 ．3 - 4 吾_ o ．5 2 “1 ‘x 告’ I 卜尺寸系数，由下式得到 形 1 ．1 4 万b 一2 ．5X 万b 一0 ．5 2 7 砉 4 3 6 一搅拌头厚度 m ； D 一铁水罐直径 m ； 卜铁水深度 m ； 肫一铁水雷诺数，由下式得到 R e 坐业 4 卢 其中，卢一动力粘度 P a s ，对于铁水t z 5 1 0 。3 P a s 根据在马钢四钢轧的K R 站的技术参数，可得 下列数据 搅拌头设计转速1 2 0r ／m i n d 1 ．4 9 1m b lr n 根据铁水罐参数，平均每罐铁水3 0 0 t ，可得下 列数据 D 4 ．2 9 2m Z 3 ．2 5 5r n 代入上列各式，可得 T 1 6 4 4 0 ．9 7 5N m 以上为纯理想时的受力状态，K R 钢结构梁的 强度是按照T 1 6 4 4 0 ．9 7 5N m 设计。但是，在实 际生产过程中，不可能达到理想状态，而且搅拌过 程中由于要加入固体介质、温度变化及化学反应， 再考虑到机械效率及其惯性力矩，其受力的现场情 况与理论情况有一定的出入，即实际的阻力矩r T 。而且搅拌头、铁水罐、倾翻车中心不可能在 同一位置，而且理论上搅拌头不应该晃动，但实际 上由于受力的不均匀，搅拌头制作时产生的误差， 搅拌器在组装中产生的误差，同时由于搅拌器导轨 在安装过程中允许的误差，综合在一起，搅拌头与 地面有着一定的垂直度误差，在生产中处于圆周运 动。这样，搅拌头运动到各个方向所受到的反作用 力会进行有规律的与其反向产生固定的差值变化， 通过搅拌头升降导轨框架传递到钢结构上，从而能 够明显的感觉到整个钢结构的振动。 涉 图2 搅拌头中心轴线做圆周运动 导致回转力矩的周期性变化 倾翻车轨道为东西走向，在生产中由于铁水漩 涡产生作用在铁水罐壁的力，带动倾翻车进行有规 则的东西朝向的有轻微的走动，抵消了这个方向的 绝大多数的作用力，所以整体钢结构在这个方向的 晃动非常轻微。但由于倾翻车无法进行南北方向 的运动，所以这个方向上，钢结构承受了铁水罐壁 所有的反作用力，因而南北方向的振动感很强烈。 在生产中，搅拌器上下共有4 个液压夹钳使搅 拌器上下各8 个点能够紧贴在导轨上。可以将所收 1 2 安徽冶金科技职业学院学报2 0 0 8 年第3 期 到的力均匀分布在与4 个导轨焊接的H 型钢上， 再由整体钢结构来承受。钢结构的设计并没有考 虑过多的受力状况，仅仅在操作室两旁的立柱之间 设计了7 组8 0 8 0 角钢作为柱间支撑，对于其他 位置，并没有考虑设计支撑以加强整体的结构强 度。 同时，根据制造图纸和实际测量的数据可得 到，倾翻车两边座罐位之间距离为5 0 8 0i l l n l ，铁水 罐两边座罐挡块之间距离为4 7 8 6 6h i m ，当铁水 罐座罐于倾翻车上时，铁水罐与倾翻车的最大中心 偏差可达2 9 4I I ⅡI l 一3 0 0l l l m 。当搅拌头在偏离铁 水罐中心的位置旋转时，产生1 6 4 4 0N ．m 的铁水阻 力矩对铁水罐各个方向的作用力是不等的，铁水对 搅拌头的反作用力将使搅拌头升降机构产生晃动， 从而产生振动，偏离的位置越大，振动越大。 3 解决措施 由于产生了较大的振动，很明显，钢结构强度 不够是重要原因，所以首先考虑对结构的强度进行 加固。对于当前的结构来说，K R 生产时产生的力 量完全由支撑搅拌器所位于的四根立柱来承受，强 度明显不够。因此，考虑到将搅拌时产生的力由整 体的钢结构来承受。 基于上述考虑，在原先的钢结构设计的基础 上，我们将原有立柱之间8 0 8 0 角钢的柱间支撑 更换为1 2 5 1 2 5 角钢，同时在每层平台与角钢联 接处增设1 根1 6 槽钢。在V f L 1 1 2 0 0 和VF L 1 4 2 0 0 的平台的立柱之间各增设l 组1 2 5 1 2 5 角 钢，经过这样加固处理后，在搅拌过程中其操作室 振动感明显下降。 结构的加强是为了将产生振动的反作用力均 匀分散到整体的结构上。但是，搅拌头、铁水罐在 生产中的中心偏移过大将会产生更大的作用力，所 以必须考虑将其两者的中心尽可能的接近。 为了保证铁水罐的与搅拌头的中心在一起，我 们将搅拌头的中心位置测量出来，并引出线垂在地 面做上标记。接着将倾翻车开到搅拌位测量中心， 根据两者偏差的数值，我们调整限位开关的位置， 使二者对中。 但是，由上述可知，铁水罐与倾翻车的中心偏 差可达3 0 0 咖～2 9 4i ／a n ，为此，我们专门为每辆车 设置了座罐挡铁安装在倾翻车座罐位的两边内侧， 挡铁的宽度为1 0 0m m 。这样，行车起吊铁水罐时． 留出5 0m i l l 一4 4m m 的安全活动空间。我们尽量 将搅拌头与铁水罐的中心靠在一起。由于铁水罐 在每运送完一罐铁水后，其罐中内壁受到铁水的侵 蚀，导致每罐的中心实际产生偏差，所以，我们也对 铁水罐内壁的修理时间也提出了要求。 综上所述，其目的是为了在生产过程中保证搅 拌头的中心处于铁水罐的中心，以保证在生产过程 中搅拌器个方向受到的作用力尽量保持均衡，从而 减少搅拌头受到的力。 4 结论 通过上述的改进，经过测试，在搅拌生产时，搅 拌头的旋转速度已能提高到1 2 0r p m ／m i n ，同时，整 个结构的振动感很轻微，而电机的电流值没有超过 额定值9 0 0A ，在每阶段结束进行提速时，电流峰值 最大增加1 6 0A 左右，当转速稳定后，电流值也稳 定在7 5 A 左右，其上下波动幅度不超过5 A ，整体处 于正常状态，比较令人满意，已经能满足正常生产 的需要。 参考文献 [ 1 ] 刘榴，陈黎明．K R 法铁水脱硫主体设备介绍及有关 计算[ J ] ．上海宝钢工程设计．2 1 X ／2 年第l 期，3 3 3 8 [ 2 ] 王雪东，李凤喜．K R 脱硫技术的应用与进步[ J ] ．炼 钢．2 0 0 4 ．4 A n a l y z e st h eS t e eS t r u c t u r eP l a tf o r mV i b r a t i o nR e a s o na n d S o l u t i o nw h e nI r o nP r e t r e a t m e n tb yt h eD e s u l f u r i z eo fK RM e t h e d W A N G C h e n g A b s t r a c t B e c a s et h e d e s u l f i a _ f z eo fK Rm e t h o dw a su s e di nm a c h i n e ，i th a dt h ef i n eo fe x c e H e n c 圯 w i t h i nc i r c u m s t a n c el i q u i dd y l 艇m c a n dt h ee f f i c i e n c yo fd e s u l f u r i z e ．B u tt h em a c h i n ed r i v e rm u s tt o n g o nv i b r a n c yw i t hs t e e ls t r u c t u r e ．T h i sd i s c o u r s em a i nd e c l a r e dt h en 粥旧o no ft h ev i b r a n c yb r m gO nw i t hd e s - 蜘孺o fK Rm e t h o da n dt h em e t h o do fs o l v e d ．． K e yw o r d s t h ed e s u l f u r i z e0 fK Rm e t h o d ；v i b r a n c y ；i m p e l l e r 分析KR法铁水预处理脱硫时钢结构平台振动产生的原因及解分析KR法铁水预处理脱硫时钢结构平台振动产生的原因及解 决措施决措施 作者王成， WANG Cheng 作者单位马钢股份公司第四钢轧总厂,安徽马鞍山,243000 刊名 安徽冶金科技职业学院学报 英文刊名JOURNAL OF ANHUI VOCATIONAL COLLEGE OF METALLURGY AND TECHNOLOGY 年，卷期2008，183 引用次数0次 参考文献2条参考文献2条 1.刘榴.陈黎明 KR法铁水脱硫主体设备介绍及有关计算 20021 2.王雪冬.李凤喜.陈清泉.李具中 KR脱硫技术的应用与进步[期刊论文]-炼钢 20044 相似文献0条相似文献0条 本文链接 下载时间2010年5月15日