铸铁机的工作原理毕业设计（论文）

唐山科技职业技术学院毕业设计（论文）第 1 页 共 19 页前言本毕业设计是关于铸铁机改造的设计。在高炉冶炼过程中高炉生产的铁水主要是用来炼钢的，然而在炼钢能力不足，铁水过剩的情况下就需要使用铸铁机将过剩铁水铸成有形的固态铁面包铁。因此，铸铁机是作为高炉处理铁水的必不可少的重要设备，有高炉就必须有铸铁机。铸铁 机是把铁水连续铸成铁块的专用机械设备，对钢铁联合企业而言，它是高炉的辅助设备，在炼钢不具备接受铁水的条件下起到分流铁水的作用，或者炼钢厂过剩铁水、停产检修和特殊需要的部分铁水造块起周转鱼雷罐的作用。对独立炼铁厂而言，它是铸造生铁块（俗称面包铁）的最后一道生产工序的设备。按照滚轮固定的形式不同，铸铁机一般可分为滚轮固定式和滚轮移动式两种形式，现在使用的铸铁机大多都是在二十世纪六七十年代设计的，因而总的状况是作业环境差，机械化程度低，设备简陋陈旧。在本设计开始之前，利用在炼铁厂铸铁机实习的机会，我进行了资料的收集和整理工作，学习和了解了铸铁机的工作原理以及铸铁机的结构特点。利用在炼铁厂北区铸铁车间实习的机会，对铸铁机在生产中的应用有了较深刻的认识，使自己的设计能够和生产实际相结合。唐山科技职业技术学院毕业设计（论文）第 2 页 共 19 页目录1.铸铁机的工作原理11.1 铸铁机的概述11.2 铸铁机的基本结构21.3 铸铁机的工作原理22.铸铁机生产车间工艺流程42.1 铸铁过程中的主要控制参数、操作应注意的问题42.1.1 铸铁过程中主要控制的参数42.2 铸铁生产过程中注意事项42.2.1 鱼雷罐操作应注意事项42.2.2 链带速度过快的不利因素52.2.3 铸铁流嘴操作标准52.2.4 冷却水大小与型铁的质量关系52.2.5 机尾铁块装车后二次冷却的目的53.铸铁机设备改造73.1 铸铁机设备现状73.2.铸铁机设备改造的原因73.3.制约铸铁生产的不利因素83.3.1 铸铁机设计方式83.3.2 铸铁机连续作业时间率83.4 原因分析及对策104.铸铁机设备改造的实施及效果124.1 改进链带连接方式12唐山科技职业技术学院毕业设计（论文）第 3 页 共 19 页4.2 铸模材质改进124.2.1 模子大量粘模的原因134.2.2 防止粘模措施134.2.3 铸铁模破裂机理134.2.4 预防铸铁模破裂的方法134.3 喷浆系统改造144.4 机尾翻板改造154.5 铁水流槽改造，减少铁损，降低清理时间154.6 改进冷却方式，降低铁块冷却成型时间，提高链带机速度154.7.强化设备管理，减少设备“小耽误”16结束语 17致 谢 18参考文献 19唐山科技职业技术学院毕业设计（论文）第 4 页 共 19 页摘要唐钢炼铁厂目前有一台双链带滚轮固定式铸铁机。投产于 89 年10 月，生产 能力 1500t/天。工艺陈旧，设备老化。近年来，随着炼铁产能的不断增加，铸铁机要完成每天 2300-3000t 的铁水铸块任务，远大于 1500 吨天原设计能力。针对这一现状，在不增加铸铁设备的前提下，立足于老系统设备挖潜，从设备改造和维护两个方面入手，对铸铁机进行设备技术攻关，以满足铸铁生产的需要。关键词：滚轮固定式 链带 铸铁模 喷浆系统 铁水溜槽唐山科技职业技术学院毕业设计（论文）第 5 页 共 19 页1.铸铁机的工作原理1.1 铸铁机的概述铸铁机在高炉冶炼生产过程中应用十分广泛，是高炉生产必不可少的设备。目前，随着冶金行业的快速发展，铸铁机的规格及结构型式在不断增加，设备性能也在不断提高，已接近或达到国外同类产品的技术水平。在促进国际技术交流和贸易发展，提高产品在国际市场上的竞争能力，以及在保证铸铁机和冶金行业的健康发展有着极其重要的意义。铸铁机一般可分为滚轮固定式和滚轮移动式两种形式，由于设计年代大多是在二十世纪六七十年代设计的，机械化程度低，设备简陋陈旧。由于铸铁机作业环境恶劣，故障点多，给铸铁机设备的使用维护造成较大的困难。因此对各个岗位的设备要精心操作，及时点检维护使铸铁生产的主要设备必须保持良好状态，才能保证铸铁生产的运行，从而提高铸铁机作业率，对高炉的生产顺行提供有力保证。唐钢炼铁厂铸铁机是在上世纪按宝钢铸铁机的形式设计的，属滚轮固定式双链带式铸铁机，滚轮固定式铸铁机的特点是滚轮轴是固定的，每个链带 的链节有两个铸模，接点较少，所以易于润滑，备件消耗少，运行平稳， 铁水喷溅 少，可以防止 链带松弛、下垂等，使用寿命较长，机械化水平比较高，它是唐钢唯一的一台铸铁机，在唐钢的铁、钢平衡中起着至关重要的的作用。正常生产使用二百吨及以下鱼雷罐铸铁。主厂房内设一条铁路线（24#）鱼雷罐在铸铁位置自动倾翻，铁水铸完后在厂房东部可继续进行翻渣作业。机尾设有翻板装置对22#、23#两道 铁块装车线可装铁块。铸铁机要有足够的长度和适当的运行速度，以保证铸出质量良好唐山科技职业技术学院毕业设计（论文）第 6 页 共 19 页的面包铁，其生产能力取决于链带的速度和鱼雷罐体的倾翻速度以及设备作业率等因素，链带运行速度一般为 5-15 米/ 分，速度太慢，生产能力下降；速度过快，则冷却速度不够，容易产生铁块“ 淌浠”现象，使铁损增加，铁块质量差，同时设备容易磨损。铸铁机太短，冷却不好；太长，不利于铁模预热。模子温度不够， 喷浆效果差，容易粘模。铸铁块一般为 25-35 公斤，有的铸铁机铁模改造成小 铁模，铁块重 5 公斤左右，对化铁炉有利。可以降低焦比。唐 钢炼铁厂铸铁机生产铁块为4-8 公斤，直接为炼钢做冷料。1.2 铸铁机的基本结构铸铁机的基本结构包括头轮总成、尾轮总成、张紧装置、输送链条、铸铁模、往返托 轮组 、减速机、 变频调速 电机等部件。1.3 铸铁机的工作原理铸铁机是高炉炼铁工艺的最后一道工序。铸铁机是一条倾斜角为 6-9的链带轨道， 轨 道上固定着铸铁模，随着链条轨道循环运动。高炉生产的铁水用盛装铁水的鱼雷罐车运到铸铁机，盛装铁水的鱼雷罐在电气控制系统的作用下缓慢倾斜，鱼雷罐内铁水首先流到铁水溜槽，经铁水溜槽的分流嘴进入铸铁机链带的铸铁模内，经过循冷却水喷淋，铁水冷却，形成固态的成品面包铁。根据高炉出铁量的多少，铁水温度的高低，以及控制鱼雷罐倾翻速度，需要链带以不同的速度运行，而且因为铸铁模内装满铁水，所以链带在加速、减速及运行过程中要求平稳， 为了满足工艺要求，选择变频调速器驱动电机。唐山科技职业技术学院毕业设计（论文）第 7 页 共 19 页2.铸铁机生产车间工艺流程由于铸铁机布置形式主要取决于企业的生产规模场地条件和联合程度，由此产生工艺流程如下：对正罐位启动链带进行倾斜浇铸进行逐级冷却铁块装入车皮。铸铁机的两组链带，通过电动机驱动减速机，通过减速机带动链带的主动星形轮传动，使整个的链带随着上、下两组轨道均匀移动，即链带上的滚轮啮合着星形轮齿传动，进入下轨道后移到被动轮处，又啮合着被动轮转入上轨道作环形周期运转。铸铁时高温的液态铁水顺着铁水流槽均匀的流到链带上的铁模内，经过喷水冷却液态铁凝固。当铁模随链带转向下面时，铁块由于自重从模中脱落卸掉下来，顺着翻板流槽汇集到车皮中，而空铁模经过喷浆后继续浇铸，一直到铸完为止。2.1 铸铁过程中的主要控制参数、操作应注意的问题2.1.1 铸铁过程中主要控制的参数铁水罐启动速度链带运行速度冷却强度喷浆压力2.2 铸铁生产过程中注意事项2.2.1 铁水罐操作应注意事项1）链带要缓慢启动不能采用快速启动，以防链带耸动，使铁水外溢，增加铁损 2）铸铁时要注意罐口，保证铁流稳定，防止渣壳突然涌出，以免烫伤 操作人员和铁水损失 3）翻铁时要使链带浇铸的铁块度均匀，不能忽大忽小。唐山科技职业技术学院毕业设计（论文）第 8 页 共 19 页2.2.2 链带速度过快的不利因素1）链带速度的不均匀性增加使链带运行不平稳，振动加剧。2）在启动制动时由于惯性的作用，铁模内的铁水产生晃动较大，使铁水溅出铸模，增加铁损。3）铸铁不能充分的冷却凝固，造成破壳淌稀，铁块出现毛刺严重影响铁块表面质量。4）传动负荷增加使链带零件磨损。2.2.3 铸铁流嘴操作标准铁水流入模内，要用小耙将流嘴挠平，使铁水分布均匀，流嘴内有残铁时要及时处理保证其畅通无阻。铁水流线要正，使分配到两个流嘴的铁水要均匀，同时要求铁流嘴的质量和性能结构紧密，不漏铁表面平整，铁流分配均匀，寿命长容易维护。2.2.4 冷却水大小与型铁的质量关系水量过大会造成铁块起皮有麻点、弯腰；水量过小铁水冷却慢，铁块掉到车皮里容易发生破壳淌铁水，为了保证质量，第一节打水管的水量不能太大、太足并要求各节水管采用反淋打水和雾化喷淋等，逐级加大冷却强度。2.2.5 机尾铁块装车后二次冷却的目的在于避免铁块过热烧坏车皮、磁盘吊等设备，如果铁块太热无法卸车，重车 返回冷却将增加运输费用，影响车皮正确流转。唐山科技职业技术学院毕业设计（论文）第 9 页 共 19 页3.铸铁机设备改造3.1.铸铁机设备现状唐钢炼铁厂目前有一台双链带滚轮固定式铸铁机，于 1989 年 10月与 11260M 3 高炉同步建成投产，生产能力 1500t天，主要技术参数如下：链带型式：滚轮固定式链带长度：60.4m链带倾角：843链带节距：260mm最大工作速度：315mmin作业率：60按原设计方案，现铸铁机用于满足炼钢系统检修或生产故障情况下多余铁水的铸铁任务。因此，设计能力较小且投产 20 年来设备没有进行与高炉配套的设计更新，致使设备老化，工艺陈旧。3.2.铸铁机设备改造的原因近年来，随着唐钢炼铁厂 3高炉的扩容改造和南区 3200M3 高炉的建成达产，生铁产量不断提高，公司钢、铁平衡的格局发生了变化，每天要完成 23003000t 的铁水任务。因此，在不增加铸铁设备的情况下如何依靠老系统设备挖潜，加大铸铁设备技术改造，尽快提高铸铁机作业率，成为制约公司生产全局的重要课题。3.3.制约铸铁生产的不利因素铸铁是将铁水连续铸成铁块的作业，其工艺流程是喷浆浇铸冷却成型装车。铸铁设备包括铸铁机本体（链带及动力传动装置）、辅助设备系统（喷浆系统、鱼雷罐倾翻系统、冷却系统、机尾翻铁系统），铸铁生产 的连续性要求各个系统协调联动，设备配置合理优化，任唐山科技职业技术学院毕业设计（论文）第 10 页 共 19 页何一个环节出现故障都会造成生产的中断。铸铁机作业率是实现铸铁量与设计能力之比，即，作业率=实际作业能力设计能力。制约铸铁机作业率的因素有以下几个方面：3.3.1 铸铁机设计方式1.铸铁机型式2.铸铁模浇铸块度大小3.链带长度4.链带运行速度 3.3.2 铸铁机生产能力的计算1、决定铸铁机生产能力的主要因素1）铸铁模浇铸的块度大小。2）链带的速度。3）链带的长度。4）铸铁模的间距。5)铸铁机设备的作业率。2、铸铁机生产能力的计算模式：Q=2.88 P/D V K其中：Q铸铁机的综合生产能力，吨/昼夜P单个铸铁 模中铸铁块 重量，公斤D相邻两个铸模的间距，米V链带速度，米/分K铸铁机作业率3、铸铁机其他的参数计算铸铁 机设备作业率是指铸铁机每昼夜的作业效率K=100%铸铁 生产率是指单位时间内生产实际铸铁量与设计能力的比唐山科技职业技术学院毕业设计（论文）第 11 页 共 19 页值K1=100%铁损 率是指铁水损失量与进入厂房内总铁量之比K2=100%4、铸铁机连续作业时间率连续作业时间率= 连续作业时间日历时间100%而在铸铁机设计方式的四个方面不仅互相制约、互相影响，而且由设备本身设计性能决定而无法改变。因此，在设备条件相同的条件下，提高作业率最有效的方法是提高铸铁连续作业时间率，既通过减少设备故障，增加设备作业时间达到使铸铁作业率提高的目的。然而在铸铁生产中，由于设备故障点多，作业环境恶劣，特别是炼铁厂铸铁机自投产 20 年来没有进行与高炉生产配套的设计更新，设备老化，工艺陈旧，致使作业中故障频发（见铸铁机故障统计表）铸铁机故障统计表故障种类 故障次数 故障时间链带掉道 9 29h23机尾卡铁 21 6h27地坑轮掉道 6 3h48拖轮、拖架损坏 14 3h30二段流嘴损坏 11 4h27销轴脱出 15 8h4铸模破损 17 6h31其它 13 5h29合计 106 69h49唐山科技职业技术学院毕业设计（论文）第 12 页 共 19 页3.4 原因分析及对策通过对铸铁机目前生产现状研究分析，结合近几年的生产经验，并借鉴其他单位的作法，从设备本身及管理两个方面找出各类事故发生的原因及制约铸铁机作业能力的关键因素，确定具体攻关思路。制约铸铁机作业率原因分析及对策制约因素 原因 对策铸模断裂 材质不过关，抗热应力差。 改进铸模材质链带掉道1、链节磨损，造成链带节距误差。2、拉杆断裂，造成链带倾斜影响运行。1、改进链带连接方式。2、链带中部增加润滑装置。铁块脱模困难1、喷浆管堵塞2、喷浆不均匀3、工艺不合理1、喷浆装置改造2、配加白灰3、改进工艺机尾卡铁1、翻板内衬不光滑，造成翻铁不畅。2、冷却强度不够，机尾“甩稀”1、翻板内衬由钢轨改为衬板式。2、改进冷却方式，提高冷却强度。拖轮、拖架损坏1、拖轮无加油装置。2、设备作业环境恶劣。1、加强点检，及时更换。2、对拖轮轴承增加润滑装置，并定期给脂残铁率高造成清理时间过长1、链带倾斜运行不平衡2、铁水在链带上分布不均1、加强链带润滑，定期计划更换2、推行设备点检定修制，强唐山科技职业技术学院毕业设计（论文）第 13 页 共 19 页化科学管理。4.铸铁机设备改造的实施及效果4.1 改进链带连接方式在链节与销轴之间增加轴套采取“链节- 销轴- 轴套-链节”连接模式，避免链节与销轴直接磨损造成链带节距的误差。链带两侧销轴用定距管定位焊接（355 钢管自制）避免销轴滚动脱出增加链带运行稳定性。其作用是：一、减少链节磨损，杜绝因链带节距误差造成的链带倾斜掉道事故。二、避免销轴脱出造成设备故障停机。三、链带使用寿命由单链带铸铁 3.5 万吨提高到 5 万吨以上。链带是铸铁机主体设备，链带运行状况直接影响铸铁机作业率。现铸铁机过去采用链节销轴拉杆定距管连接，拉杆与销轴用定位销固定。 这种连接方式有以下几个缺陷：一、链节与销轴直接连接造成链节消耗增加；二、由于链节磨损造成链带节距偏差从而影响链带运行；三、拉杆强度不够发生断裂，造成链带运行蛇形，发生销轴脱落，链带掉道事故。 链带 掉道的原因 主、从星形轮偏移中心线；星形轮两侧不水平；链带使用期过长产生倾斜；链带运行中遇有障碍物；链带过紧或过松。针对这一问题进行攻关，并摸索出在链节与销轴之间轴套的连接方式。定距管用 355无缝钢管自制并与销轴焊接，提高了连接强度，保证了链带平稳运行，避免了销轴脱出及链带掉道事故。改造后链带使用寿命由过去的 3.5 万吨更换一次，提高到 5 万吨以上，铸铁作业率大大提高。4.2 铸模材质改进4.2.1 模子大量粘模的原因喷浆浓度或配比没有达到要求；喷浆管阻塞；水量不足冷却不好。唐山科技职业技术学院毕业设计（论文）第 14 页 共 19 页4.2.2 防止粘模措施一是加大煤泥灰浆的浓度；二是加大冷却水量；三是及时疏通喷浆管道，达到喷浆要求。4.2.3 铸铁模破裂机理在铁水浇铸中，铸铁模受高温铁水引起的快速升温和喷水引起的快速冷却之间所产生的热应力，超过了铸铁模的强度，从而造成铸铁模破损，破 损的部位就是铸铁模强度最差的部位，或者热应力最集中的部位。铸铁 模破损产生裂纹，由于铁水钻进裂纹造成夹铸铁块，脱模不好，往往由于脱模造成大量铁损，严重时影响链带正常运转。4.2.4 预防铸铁模破裂的方法预防铸铁模破损就是要从提高铸铁模强度和减少热应力这两方面进行提高铸铁模强度可以从以下方面进行：选择强度高的材料制作铁模；对现有的铸铁模进行加固；提高铸模的制造质量，减少内部缺陷；提高铸铁模的加工质量减少热应力的方法：a.提高铸铁块度合格率，防止不均匀铸铁；b.控制和稳定冷却强度，且冷却要均匀，防止局部过冷和过热；c. 控制和稳定热模温度； d.喷浆均匀；e. 适当增加灰浆中低传热物料的比例。铸铁模的材质由 20Mnsi 材质取代球墨铸铁模。目前国内铸铁机铸模大部分采用球墨铸铁材质。唐钢铸铁机过去也采用这一材质，但由于球墨铸铁热震稳定性差，在急冷急热环境下易断裂造成生产中断。而 20Mnsi 不 仅强度高、 韧性好，耐冲 击能力强，而且在温度急剧变化条件下不变形、不断裂，尤其适应北方气候条件连续铸铁生产的需要。铸铁模的作用要求其必须具备以下特点：一、较高的极限强度，二、较强的抗氧化性，三、抗急冷急 热能力。目前国内铸铁机均采用球唐山科技职业技术学院毕业设计（论文）第 15 页 共 19 页墨铸铁材质，由于其抵抗热应力能力差，经常发生断裂现象，制约了铸铁生产。2007 年 10 月份着手研究铸模材质，经反复试验，成功采用 20MnSi 取代球墨铸铁，杜 绝了铸模断裂 现象。铸铁模消耗也由每万吨 14.7 块降至 7.3 块。4.3 喷浆系统改造由管式喷浆嘴改为“鸭 嘴式” ，保 证喷浆均匀，避免管道堵塞。煤泥中加入适量 CaO（与煤泥比例 1：3）增加泥浆粘稠度，提高 铸模挂桨效果，使铁块顺利脱模。增加回浆装置，减少泥浆流失，实现泥浆循环利用。严格喷浆工艺标准，做到“加水适量、稠度适中、 搅拌充分、喷浆均匀” 。对废煤泥二次利用试验成功，回收废煤泥 180 吨，通过喷浆系统改造，保证 了铁块顺利脱模，降低了模具清理时间，减轻工人劳动强度，提高铸铁 作业率。4.4 机尾翻板改造由过去钢轨内衬改为 ZGMn13 衬板，便于检 修更换，提高使用寿命。由过去的 10 万吨更换一次提高到 50 万吨以上，同时避免了过去经常发生的卡铁现象造成的生产中断。提高了设备作业率，降低维护费用。翻板是成型铁块倾动装车装置，底部由钢轨铺成，由于钢轨强度不够， 经常 发生断裂，更换施工难度大，而且由于表面不平，经常发生卡铁现象造成生产中断。今年三月份，我们根据翻板尺寸及设计能力，自行设计 ZGMn13 衬板，不仅便于检修更换 ，而且使用寿命由过去10 万吨更换一次，提高到 50 万吨以上，避免卡铁现象，提高了设备作业能力，降低了维护费用。唐山科技职业技术学院毕业设计（论文）第 16 页 共 19 页4.5 铁水流槽改造，减少铁损，降低清理时间 采取降低铁水溜槽高度，改进溜嘴角度，缩小铁水落差，改进流槽角度，使链带铁水分布均匀，减少铁水外溢、飞溅，不仅便于铁水溜槽的维护， 缩短清理时间，而且降低铁损 2。4.6 改进冷却方式，降低铁块冷却成型时间，提高链带机速度在铸铁机设备条件不变连续铸铁的条件下，其作业能力主要取决于铁块的冷却成型速度。链带铁水冷却由直接打水改为追淋，避免管道堵塞和冷却水外溢，提高冷却效果。采用“掐头去尾，分段冷却”工艺，提高冷却水利用率。加强泵体管道阀门维护，确保水压 0.35Mpa 以上，提高冷却强度，从而降低包铁冷却成型时间，提高铸铁作业率。4.7 强化设备管理，减少设备“小耽误”加强链带润滑，在链带中部设计自动加油装置，减少链带磨损，延长使用周期。对拖轮轴承增加润滑装置并定期加油，增加托架运转灵活性，降低链带负荷，提高运行稳定性。拖轮消耗由每万吨 57 个降至 44 个。推行设备点检定修制。在强化全员设备点检的基础上，每旬安排68h 设备检修，根据链带运行情况及时调整更换，杜绝非计划停机。完善设备管理制度，强化设备科学管理。认真贯彻落实设备维护“四大标准”，根据生 产实际制定执行铸铁机链带周期更换办法及连续铸铁条件下设备检修、维护办法等制度。做好铸铁机主体及辅助设备运行动态跟踪及趋势分析，并科学组织检修，确保设备平稳高效运行。2008 年 111 月份累