热闷钢渣用单轨移动罩车的设计.pdf

固 废 处 理 热闷钢渣用单轨移动罩车的设计 陈玲刘瑱彭亦明周然 中冶建筑研究总院有限公司， 北京 100088 摘要 根据钢渣热闷工艺要求进行单轨移动罩车的结构设计与行走装置的设计， 通过三维建模软件及理论力学分析计 算此罩车的配重及质心， 使罩车与导向装置接触处的压力最小， 且罩车施加给低地轨的横向静摩擦力最小。通过此方 法设计的单轨移动罩车能大大改善钢渣热闷厂房的工作环境， 减少厂房的腐蚀， 提高厂房屋顶的寿命周期。 关键词 单轨; 罩车; 配重; 腐蚀 DOI 10. 7617 /j. issn. 1000 － 8942. 2013. 03. 026 DESIGN OF A MONORAIL MOVING COVER VEHICLE FOR HOT STUFFY STEEL SLAG Chen LingLiu ZhenPeng YimingZhou Ran Central Research Institute of Building and Construction Co． ， Ltd， MCC，Beijing 100088， China AbstractConstruction design and walk device design of a monorail moving cover vehicle were done according to steel slag hot stuffy technological requirements． And the balance weight and the center of mass design of this vehicle were computed by three-dimensional modeling software and theoretical mechanics analysis，which made the touched force be the least between the vehicle and the guide，and the static friction force be the least on the low ground rack suffering from the vehicle． By this way the vehicle was able to improve the work environment in the steel slag hot stuffy workshop，and reduce the workshop corrosion， and improve the life cycle of the workshop roof． Keywordsmonorail;cover vehicle;balance weight;corrosion 1概述 钢渣是钢铁制造过程中产生数量最多的固体废 弃物， 也是钢铁企业可开发利用的宝贵资源。对于一 个铁、 钢产能平衡的钢铁联合企业， 每生产 1 t 钢将产 生 350 kg 的高炉渣和 150 kg 的钢渣， 其中含有一定 量的渣钢， 同时也含有一定量的污染性物质。当前我 国冶金行业面临着能源消耗高、 环境污染严重、 资源 利用差 钢渣铁的质量分数为 20 ～ 40 、 质量突 破难等重大问题， 因此有效的钢渣处理方式和利用途 径对资源回收和环境保护具有积极意义 ［1］。 尽管钢渣热闷工艺能实现钢渣“零排放” ， 产生巨 大的社会效益与经济效益 ［2］， 但是钢渣热闷过程中产 生了大量水蒸气与少量烟尘， 由于水蒸气侵蚀屋顶， 屋 顶需定期更换， 且使厂房内能见度很低， 所以水蒸气及 灰尘使作业场环境恶劣， 造成环境污染， 并损坏厂房， 为此设计集尘罩车来去除厂房内水蒸气与烟尘 ［2- 3］。 2单轨移动罩车的设计 2. 1单轨移动罩车的工艺结构设计及特点 1 在某钢渣热闷车间， 为方便挖掘机运行， 罩车 底部以单轨支撑， 顶部靠近厂房立柱一侧以导向装置 支撑， 如图 1 所示。此除尘罩车装置包括除尘罩、 管 道对接装置、 驱动装置、 轨道清扫装置。该设备的除 尘罩采用大容量空间罩， 可以显著增大容气量， 并使 得挖掘机可在罩内作业。 2 该设备采用单地轨与导向装置， 使得挖掘机 可在热闷坑一侧无障碍工作， 不致撞坏轨道。 3 三角形侧面主梁结构及配重装置， 都是为了 罩车平衡行驶且所受尽可能小的横拉力。 4 该设备的驱动装置安装在除尘罩的主动轮 上， 能够使除尘罩在给定的轨道上移动， 无需拆装除 尘罩即可方便的进行维修保养。 5 该设备的管道对接装置一端连接厂房内主管 301 环境工程 2013 年 6 月第 31 卷第 3 期 道， 另一端活动， 可实现与除尘罩管道的快速对接。 图 1单轨移动罩车示意 2. 2热闷罩车的使用方法 钢渣热闷工艺中， 热闷坑一侧需要挖掘机工作， 因此集尘罩车所用轨道最好在挖掘机工作另一侧。 此罩车设备主要除掉打水过程中的水蒸气和挖掘机 翻渣过程的灰尘。 该设备采用单地轨与高拉轨 即导向装置 ， 使 得挖掘机可在热闷坑一侧无障碍工作， 不致撞坏轨 道; 三角形侧面主梁结构及配重装置， 都是为了罩车 平衡行驶且所受尽可能小的横拉力。该设备的驱动 装置安装在除尘罩的主动轮上， 能够使除尘罩在给定 的轨道上移动， 无需拆装除尘罩即可方便的进行维修 保养; 该设备的管道对接装置一端连接厂房内主管 道， 另一端活动， 可实现与除尘罩管道的快速对接; 该 设备能大大改善钢渣热闷厂房的工作环境， 减少厂房 的腐蚀， 提高厂房屋顶的寿命周期。 当热闷坑翻渣或打水工艺前， 除尘罩车驶至热闷 坑上方就位， 除尘罩的管道与厂房内主管道通过管道 连接装置对接， 除尘罩快速将罩内水蒸气和灰尘排出 厂房。此热闷坑在热闷工艺时段， 可将罩车驶至另一 热闷坑来除去其翻渣与打水工艺出现的水蒸气与灰 尘。同排 4 个热闷坑可共用一个除尘罩车， 精简了设 备并减少了占地空间。 2. 3罩车配重的设计计算 利用三维建模软件及理论力学分析， 分别计算罩 车空载情况和罩顶允许的落灰情况下自身重量及重 心， 根据厂房的空间限制情况， 设计配重重量及位置， 使罩车与导向装置接触处的压力最小， 并且罩车施加 给低地轨的静摩擦力最小。 首先对罩车进行横向静力学分析， 如图 2 所示。 罩车横向受重力 G， 轨道顶部对罩车车轮的正压力 N2， 轨道顶部对罩车车轮的横向摩擦力 f， 及立柱横 梁对罩车导向装置的正压力 N1。 图 2罩车横向力学分析 联立平衡方程组如下 f N1 G N2 G L1 N1 L { 2 在三维软件中， 建立罩车半车三维模型如图 3 所 示， 得出以下结果 配重质量 9286. 6 kg; 配重中心距 轨道中心的水平距离为 3125 mm。 分罩顶无灰载荷情况与 20 mm 灰载荷两种情况 考虑受力 1 在罩顶无灰载情况下， 导向装置所受压力 N1 1. 05 t 根据已有参数， 可以算出罩车车轮所受的横向摩 擦力 f 1. 05 t 轨道顶部对罩车车轮的正压力 N2 32 t 罩车车轮与钢轨之间的静摩擦系数为 μ 0. 15 则最大静摩擦力 f静 μG 4. 8 t。 因为 f ＜ f静， 所以罩车不会发生横向滑动。 2 在 20 mm 灰载荷情况下， 导向装置所受压力 N1 0. 25 t 罩车车轮与钢轨之间的摩擦力 f 0. 25 t 轨道顶部对罩车车轮的正压力 N2 30 t 罩车车轮与钢轨之间的最大静摩擦力 f静 4. 5 t 因为 f ＜ f静， 所以罩车不会发生横向滑动。 综上所述， 如此配置使整车重心保证在配重与车 架中间， 并使导向装置所受压力最小， 减少了立柱横 401 环境工程 2013 年 6 月第 31 卷第 3 期 梁的土建成本; 并且罩车不会发生横向位移。 图 3罩车半车三维模型 2. 4罩车行走装置的设计 根据工艺要求， 罩车的行驶速度为 12. 6 m/min， 在罩车车架上配备 2 个主动轮和 2 个被动轮。每个 主动轮轴上安装一台减速电机。经计算， 选择的电机 型号 为 SAT97-YZYEJ5. 5kW- 9. 6PRM-M4- 90， 其 功 率为 5. 5 kW， 转速为 9. 6 r/min。 3结论 根据钢渣热闷的工艺特点及工艺要求， 单轨移动 罩车在工艺设计上有如下特点 1 除尘罩采用大容量空间罩， 可以显著增大容 气量， 并使得挖掘机可在罩内作业。 2 该设备采用单地轨与导向装置， 使得挖掘机 可在热闷坑一侧无障碍工作， 不致撞坏轨道。 3 该设备的驱动装置安装在除尘罩的主动轮 上， 能够使除尘罩在给定的轨道上移动， 无需拆装除 尘罩即可方便的进行维修保养。 4 该设备的管道对接装置可实现与除尘罩管道 的快速对接。 单轨移动罩车在设备设计上有如下特点 在罩顶无灰载荷情况与 20mm 灰载荷两种情况， 分别对罩车进行横向力学分析。结合罩车的三维模 型的分析， 设计出单轨罩车最合适的配重。如此配置 使整车重心保证在配重与车架中间， 并使导向装置所 受压力最小， 减少了立柱横梁的土建成本; 并且罩车 不会发生横向位移。 综上所述， 通过此方法设计的单轨移动罩车能大 大改善钢渣热闷厂房的工作环境， 减少厂房的腐蚀， 提高厂房屋顶的寿命周期。 参考文献 ［1］马忠民， 翟国营， 刘三军． 安钢钢铁渣循环利用方案探讨［J］． 河南冶金， 2010， 18 5 26- 29． ［2］王纯， 钱雷， 杨景玲， 等． 熔融钢渣池式热闷在新余钢铁钢渣处 理中的应用［J］． 环境工程， 2012， 30 4 90- 92． ［3］柴轶凡， 彭军， 安胜利． 钢渣综合利用及钢渣热闷技术概述 ［J］． 内蒙古科技大学学报，2012， 31 3 250- 253. ［4］夏俊双， 孙红亮， 刘建新， 等． 转炉钢渣热闷技术在济钢的开发 应用［J］． 工业安全与环保，2009， 35 3 45- 46. 作者通信处陈玲100088北京海淀区西土城路 33 号 中冶建筑研 究总院有限公司环保事业部 电话 010 82227619 E- mailmcczyhb 126． com 2012 － 09 － 24 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 84 页 ［6］徐迎超，闫波，樊泳，等． 燃气 － 蒸汽联合循环 CCPP 发电 在首钢迁钢公司中的应用［J］． 冶金动力，2011 1 27- 29． ［7］Moigne E Y，ANDR A，GREIs I，et al．BWR steam dryer for extended power uprate［J］．Nuclear Engineering and Design， 2008，238 8 2106- 2114． ［8］李嘉，黄素逸，王晓墨，等． 波形板分离器的冷态实验研究［J］ ． 华中科技大学学报． 自然科学版， 2008，36 1 112- 114． ［9］黄龙浩，肖海平，谢乾，等． 湿法脱硫系统除雾器性能的实验 研究［J］． 现代电力，2009，26 4 71- 75． ［ 10］孙婧元，刘文剑，楼佳明，等． 折流式气液分离器内流场的数 值模拟与实验研究［J］． 北京理工大学学报，2011，31 12 1455- 1460． ［ 11］王进卿，池作和，张光学，等． 双钩波形板分离器的冷态试验 研究［J］． 流体机械，2012 3 8- 11． ［ 12］文闯，曹学文，杨燕，等． 超声速旋流分离器内气液两相流流 动特性［J］． 中国石油大学学报． 自然科学版，2011，35 4 129- 133． ［ 13］Galletti C，Brunazzi E，Tognotti L． A numerical model for gas flow and droplet motion in wave-plate mist eliminators with drainage channels［J］．Chemical Engineering Science，2010，635639- 5652． 作者通信处丁志江066004河北省秦皇岛市燕山大学环境与化 学工程学院 E- mail527780053 qq． com 2012 － 09 － 14 收稿 501 环境工程 2013 年 6 月第 31 卷第 3 期