φ3.4×13 m混合機電機功率計算設計*

張宏瑞

(甘肅酒鋼集團西部重工股份有限公司，甘肅 嘉峪關 735100)

0 引 言

鋼鐵企業在煉鐵過程中為保證高爐優質、高產、低耗、長壽，就需要將原料礦石進行燒結，為高爐提供化學成分穩定、顆粒均勻、還原性好、冶金性能高的優質燒結礦。在燒結工藝中，圓筒混合機是燒結工程的主要設備之一，主要用途是將粉礦、燃料溶劑，和水按一定比例混合形成球狀的顆粒物，送入燒結機進行燒結，形成煉鐵高爐所需的粒度較大，且多孔結構，強度較大保證高爐順行的物料。它主要是一個直徑φ4 m左右，長13 m左右的圓筒，水平稍微傾斜2°左右，其傳動裝置是電機帶動減速機，通過開式齒輪帶動在四個托輥上旋轉，在生產運轉中它的故障點主要在機械傳動部分，混合機機械傳動部分的“心臟”就是其主電機，選型功率低很容易超負荷生產，出現“小馬拉大車”的現象，達不到設計產量，且設備易損壞，使整個生產工藝線停產，造成嚴重經濟損失；也要防止選型功率超高現象，造成成本上升能源的浪費，其機械傳動部分的其余傳動件依據電機所承受的扭矩進行設計選型。因此，如何準確地計算出混合機主電機所需的功率，并準確選出設計型號是設計混合機的關鍵因素。針對新疆阿勒泰金昊鐵業180 m2燒結工程配套的φ3.4×13 m混合機主電機設計選型過程計算，解決了長期以來混合機主電機設計憑經驗選型問題，達到了設計此類設備時有了較為準確計算的理論依據。

1 混合機主電機選型計算

混合機主電機設計規格選型主要根據燒結工程配套所要求的混合機的基本參數為依據進行計算設計。主要參數有：填充率Ψ、筒體轉速v、生產能力(產量)、支承方式、混合料堆比重γ、物料安息角α、筒體傾角λ等。主電機功率計算設計主要計算物料在筒體內產生總體的扭矩大小，依據扭矩大小設計選型[3]。

現以新疆阿勒泰金昊鐵業技改項目180 m2燒結工程配套的φ3.4×13 m混合機滿足生產需求的進行計算設計。

1.1 工藝參數設計要求

新疆阿勒泰金昊鐵業φ3.4×13 m混合設計要求如表1所列。

表1 新疆阿勒泰金昊鐵業φ3.4×13 m混合設計要求

1.2 φ3.4×13 m混合機主電機功率選型設計計算

混合機筒體φ3.4×13 m，鋼板材質Q345B,鋼板厚度δ22，滾圈材質為鍛件45#鋼，設計筒體示意圖如圖1[3]。

圖1 筒體示意圖

物料在筒體內部運動：其直徑φ3.4 m，半徑為1.7 m。其截面積:

S=πr2=3.14×1.72=9.075 m2

計算筒體體積：

V=S×L=9.075×13=117.9 m3

有多少物料在筒體內運動，會產生抗力，就要依據所要求的生產能力：420～500 t/h，填充率ψ=14.22%，混合料堆比重：γ=1.8 t/m3，進行計算。

其中填充率ψ是指物料在圓筒內的重量或體積占圓筒理論物料重量或體積的百分數；混合料堆比重γ是單位體積(包括煤物料之間的孔隙和物料顆粒內部的毛細孔)的物料的質量。

物料運動中在筒體內的總重為：G=筒體體積V×填充率ψ×混合料料堆比重λ[3]。

G=V.ψ.λ

=117.9×14.22%×1.8=30.2 t

物料在筒體所處于什么位置與填充率ψ及物料安息角α有關。其中物料安息角α是指松散物料堆放時與水平面的夾角，運動安息角是物料在運動中的安息角為此角度時是不會滑落。

物料在筒體中任何位置的運動中存在的位置如下：φ3.4 m筒體截面積為S=9 079 202 mm2，填充率ψ=14.22%。

物料在同體中的狀態如圖2所示。

圖2 物料在同體中的狀態 圖3 物料在筒體中運動時的狀態

物料在筒體內任何一個截面的面積S1為總面積S與填充率ψ相乘。

物料的截面積：

S1=S×ψ=9 079 202×14.22%

=1 291 062.6 (mm2)

物料安息角是35°確定物料重心位置相對于筒體逆時針轉動軸的重心力矩的距離L=996.7 mm

物料在筒體中運動時的狀態如圖3所示。

物料在筒體內產生扭矩：

T=G×L1 kg=9.8 N，1 t=1 000 kg

則：30.2 T=30.2×1 000×9.8=295 960 N

T=G×L=295 960×0.996

=294 776.2 (N·m)

φ3.4×13混合機轉速：v= 6.5 r/min

選定大齒圈齒數：

Z1=140，小齒輪齒數：Z2=27

選定主減速機的速比：i=28

傳動總速比：i=140/27×28=145.2

電機處所承受的扭矩T為物料運動所需扭矩除以總傳動比：

T=T1/i總=294 776.2÷145.2

=2 030.1 (N·m)

扭矩公式：T=9 550P/n

式中：T為扭矩，N·m；P為輸出功率，kW；n為電機轉速，r/min。電機轉速依據電機防護等級 IP44，一般轉速為1 000 r/min。

根據扭矩公式：T1=9 550×P1/n1[3]

電機所需功率：

P1=T÷9 550×1 000=212.5 (kW)

考慮到新疆阿勒泰地區海拔及氣候影響造成損失在3%，增加功率212.5×3%=6.3 (kW)。

物料突然增加導致電機扭矩隨之突然增加因素占15%,增加功率212.5×15%=31.8 (kW)。

混合料在筒體內存在粘料現象造成電機扭矩增加因素占3%,增加功率212.5×3%=6.3 (kW)。

電機安全系數Q=1.5，增加功率=212.5×1.5=318.7 (kW)。

主電機所需總功率：

P=6.3+31.8+6.3+318.7=363.15 (kW)

經計算所需功率：P=363.2 (kW)

根據常用電機的功率規格,選擇電機功率為400 kW。根據所選電機功率400 kW及參數要求：電壓等級 AC.10 kV(≥200 kW時)為高壓電機。電機功率選定后，主電機型號為:YKK5004-6。

其中：YKK為中型高壓系列電動機；500為電機機座號為500；4為400 kW；6為電機極數。

根據所選電機的最大轉速990 r/min驗算最初的要求指標筒體轉速：6.5 r/min如下：

V=990×1/28×27/140

=6.818 r/min (轉速誤差在4%滿足需求)。

經過驗算最終選用電機為功率335 kW,轉速990 r/min,型號為：YKK4508-6。

2 結 語

經計算選型的新疆阿勒泰金昊鐵業技改項目180 m2燒結工程配套的φ3.4×13 m混合機主電機在新疆地區，完全符合設計產量要求，主傳動上不易出故障，且不浪費能源。此計算設計理論同樣應用到榆鋼公司混合機及酒鋼集團公司燒結廠不同規格混合機及新疆其他地區的混合機。此次對混合機研究總結出主電機功率計算選型的方法，為我們設計此類產品提供了可依據的計算方法，保證了設備系統的正常運行。