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1、开题报告1.选题目的与意义 由于高炉炼铁对铁矿石品位的要求日益提高，贫铁矿资源被大量开发利用以及选矿工业的发展，提供了大量细磨铁精矿粉。这样的细磨精矿粉用于烧结不仅工艺技术困难，烧结生产指标恶化，而且能耗浪费，为了经济合理地利用这种精矿粉，早在20世纪20年代，瑞典就提出了生产球团矿的方法，20世纪40年代，美国开采出低品位铁燧岩磁铁矿，精选出的矿粉粒度极细，难于烧结。工业规模的球团生产于20世纪50年代逐渐换的应用，并使高炉生产用原料结构发生了变化。而从经济和实际冶炼效果上看，高炉全部使用烧结矿的炉料结构未必合理，高炉使用部分球团矿对冶炼过程是有益的。全世界1980年初年产已达3亿t，其中北
2、美占一半以上。 球团矿生产大致分三步(1)将细磨精矿粉、熔剂（添加剂）、燃料(1%2%，有时也可不加)和黏结剂(如皂土等约0.5%，有时也可不加)等原料进行配料与混合；(2)在造球机上加适当的水，滚成1015mm的生球（即造球）；(3)生球在高温焙烧机上进行高温焙烧，焙烧好的球团矿经冷却、破碎、筛分得到成品球团矿。有关工艺流程图见图1图1 造球机是球团矿生产工艺中的制造生球的重要设备之一，造球机的生产效率、生球质量等直接影响之后的生球固结生产，圆盘造球机因其设备相对较小、成球均匀、成球可直接用于下步生产流程，相比于圆筒造球机具有动力消耗小、设备维护方便、工艺流程简单等优势，在我国钢铁、建筑等行
3、业取得了广泛的应用。2.国内外研究现状 铁矿粉造球设备主要有圆盘造球机和圆筒造球机。我国广泛采用圆盘造球机，而欧美较多地采用圆筒机。圆盘机的优点是成球均匀，生产率高，基建和生产费用低；缺点是：操作不易稳定，实现高度的全自动控制有困难。盘式造球机的工艺参数有：转数、倾角、容积填充率等。 球团厂广泛采用圆筒造球法和圆盘造球法。圆筒造球机在国外广泛应用，它主要由传动装置、筒体、滚圈、支撑托轮齿圈、止推挡轮和筒内刮刀装置（刮刀、刮刀粱和传动装置）以及钢结构等组成。筒内刮刀可做往复运动，门形架上有洒水喷嘴，圆筒给料端内部有环形挡圈，排料端开出卸生球的螺旋形切口。通常圆筒造球机的利用系数约为712 t生球
4、/dm2（造球面积）。圆筒造球机设备较为复杂，但造出的生球质量较高（指9-16mm粒级所占比例和生球强度）。目前，国内球团厂基本采用圆盘造球机，其结构较为简单，操作较容易。圆盘造球机由圆盘、齿圈、主轴、端盖、传动装置、机座、刮刀装置、洒水喷嘴（角度可调整）、液压装置以及支撑架和溜料板等组成；圆盘和刮刀装置可以变频调速。圆盘造球机的倾角在4560范围内调节；圆盘转速由原料特性、生球粒度和圆盘直径等决定。圆盘造球机的生产能力与圆盘直径的2-2.5次方成正比。我国球团厂所使用的圆盘造球机直径有：3.6m、4.2 m、5.5m、6.0m、7.0m、7.5m；新近投产的球团厂多采用6.0m的圆盘造球机，
5、结构参见图2.图2圆盘造球机是球团生产工艺中的制造生球的设备。其结构组成为转动心轴结构，造球机圆盘支承在主轴上，主轴靠前端两支点铰接于设备底座的支承轴上，主轴箱的末端通过倾角调整器于底座相连。其工作原理是，机体上周边圆盘与水平成30-55度的倾斜角度，可在规定的范围内任意调节。电机通过齿轮减速机和一对圆锥齿轮来带动圆盘转动。盘上装有喷水管及刮料板等装置。粉料加进盘内被水湿润后，不断翻滚形成料粒-小料球-大料球，当小球偏向盘的中部继续滚大时，则滚向盘边排出。 2011年，河北钢铁集团邯钢贮运中心球团车间发明的一种改进的圆盘造球机排球球盘台帮刮料器和一种改进的圆盘造球机排球溜球槽两项创新成果，获得
6、国家知识产权局专利授权。目前，这两项专利技术都已成功应用于该车间9台造球机上，年创效益80万元以上。 据悉，圆盘造球机排球球盘台帮刮料器和圆盘造球机排球溜球槽，都属于球团生产使用的圆盘造球机排球系统配套系列专用设备。该车间发明的一种改进的圆盘造球机排球球盘台帮刮料器，解决了以往使用普通刮料器装置，在生产过程中球盘台帮粘料和磨损严重、使用寿命短、球盘向外甩球掉料严重、岗位工人劳动强度大等问题；而一种改进的圆盘造球机排球溜球槽，解决了传统溜槽粘料、磨损、掉料和寿命短、制约造球机出球量和生球质量不能满足生产实际需要等问题，使溜球槽使用寿命可延长1年以上。造球设备主要有圆筒造球机和圆盘造球机两类。(一
7、）圆筒造球机圆筒造球机是球团厂采用最早的造球设备。其构造与烧结厂用的圆筒混料机相似，圆筒内安装与筒壁平行的刮刀，圆筒的前端安装加水装置。圆筒直径为2.443.5m，长度通常为直径的2.53.5倍。圆筒的圆周速度为0.351.35m/s。转速范围一般为816r/min，倾角6度左右。圆筒造球机结构简单，设备可靠，运转平稳，维护工作量小，原料适应性强，单机产量大。但圆筒利用面积小，只有40%，设备重，电耗高。因本身无分级作用，排出的生球粒度不均匀，需要筛分。因此圆筒造球机循环负荷大，使生产率降低和增加运输消耗，国内尚未采用此种设备。(二）圆盘造球机圆盘造球机是目前国内外广泛使用的造球设备，我国球团
8、厂都采用这种设备，从结构上可分为伞齿轮传动的圆盘造球机和内齿轮圈传动的圆盘造球机。伞齿轮传动的圆盘造球机主要由圆盘、刮刀、刮刀架、大伞齿轮、小圆锥齿轮、主轴、调倾角机构、减速机、电动机、三角皮带和底座等组成，见图3。造球机的转速可通过改变皮带轮的直径来调整，圆盘的倾角可以通过螺杆调节。伞齿轮传动的圆盘造球机结构图图31-刮刀架；2-刮刀；3-圆盘；4-伞齿轮；5-减速机；6-中心轴；7-调倾角螺杆；8-电动机；9-底座。内齿轮圈传动圆盘造球机结构图图41-圆盘；2-刮刀；3-刮刀架；4-小齿轮；5-减速机；6-电动机；7-调倾角螺杆；8-底座；9-内齿圈。4. 方案论证及方案设计本次设计主要是
9、设计出直径6m圆盘造球机的全部结构以及配套设备、并对其刮刀轨迹进行优化设计。圆盘造球机的设计主要包括以下问题：1.圆盘造球机在国内房帖、建筑行业已有多年的应用经验，其设计已经相对成熟，几种加好的产品结构已经确定，本次设计需要综合分析各种结构的优缺点，并结合国外的先进设计经验，设计出符合国内生产现状的圆盘造球机产品。2.圆盘造球机应用已经非常普遍，参考设计资料非常丰富，但其中大多是圆盘和刮刀尺寸设计、功率计算以及刮刀轨迹设计优化。缺乏结构设计、强度分析资料，需要参考其他结构进行设计，而且圆盘造球机制造工艺包含焊接变形，需要设计出符合刚度、强度以及稳定性要求的机械产品。3.圆盘造球机需要符合实际的
10、生产经验进行设计，实际生产中的成球状况以及生产效率等不能由计算模拟得出，且生产过程中的影响因素较多，故需要向经验丰富的现场人员或指导老师请教了解实际情况。5.方案比较及技术经济性评价圆盘造球机采用伞齿轮传动的圆盘还是内齿轮圈传动，两者进行比较伞齿轮传送结构简单，投资少，上马快，所以早期生产设备均采用这种传动方式，但是当盘径大时，其运转不平稳，且维护工作量大，所以正在逐渐淘汰，内齿圈传动，这种造球机全部为焊接结构，整个圆盘用大型滚动轴承支撑,运行平稳;而且维护量小,易损件易于更换,现在国内造球机多采用此传动方式。圆盘造球机的传动系统中内齿圈传动具有重量轻、结构简单的特点,所以确定造球机的传动形式
11、为:电机减速器小齿轮内齿圈造球盘。且维修方便，维护量小，损件易更换。6. 研究步骤方法措施1. 执行系统设计：圆盘、刮刀、刮刀架、机架、给水管结构设计。重点设计内容是圆盘尺寸、转速、刮刀数量、布置方式、转速的设计、计算刮刀轨迹方程，可根据已确定尺寸利用三维软件solidworks软件制作圆盘造球机简易三维模型，设置运动仿真，观察刮刀运动方式以及刮刀轨迹，分析刮刀的刮到性，最终确定各项参数，为之后的设计做准备2. 动力系统设计根据执行系统所得参数，计算圆盘工作消耗总功率、圆盘功率、刮刀功率。推导出主电机功率以及刮刀功率，结合实际经验选择电机。3. 传动系统设计4. 圆盘造球机传动分为主齿轮减速装
12、置和减速器减速装置，结合电机功率及电机输出转速和圆盘工作时转速，选择合理的减速器，这里选择一级涡轮蜗杆减速器，同时对圆盘造球机主转轴进行受力分析和强度校核，保证设备强度刚度寿命及稳定性，满足生产要求，可建立adsys模型对其结构静力分析，求解外载荷引起的位移、应力和力。优化机械结构。5. 操纵和控制系统设计：主要包括圆盘倾角调节装置、刮刀架微调装置、刮刀电机变频装置，从而满足不同物料、不同生产环境的要求。提高设备适用性、生产效率。6. 绘制整体装配图以及零件图，书写设计论文7. 研究工作进度第01-04周：收集资料、确定方案、开题报告、文献综述、计算力能参数；第05-08周：确定主要零部件结构参数，完成主要零部件结构设计；第09-12周：外文翻译，完成主要零部件的图纸；第13-16周：完成总体设计图纸、完成零件图、说明书、审图改图；第17-18周：整理说明，准备答辩
