φ3.4×13 m混合机电机功率计算设计*

张宏瑞

(甘肃酒钢集团西部重工股份有限公司，甘肃 嘉峪关 735100)

0 引 言

钢铁企业在炼铁过程中为保证高炉优质、高产、低耗、长寿，就需要将原料矿石进行烧结，为高炉提供化学成分稳定、颗粒均匀、还原性好、冶金性能高的优质烧结矿。在烧结工艺中，圆筒混合机是烧结工程的主要设备之一，主要用途是将粉矿、燃料溶剂，和水按一定比例混合形成球状的颗粒物，送入烧结机进行烧结，形成炼铁高炉所需的粒度较大，且多孔结构，强度较大保证高炉顺行的物料。它主要是一个直径φ4 m左右，长13 m左右的圆筒，水平稍微倾斜2°左右，其传动装置是电机带动减速机，通过开式齿轮带动在四个托辊上旋转，在生产运转中它的故障点主要在机械传动部分，混合机机械传动部分的“心脏”就是其主电机，选型功率低很容易超负荷生产，出现“小马拉大车”的现象，达不到设计产量，且设备易损坏，使整个生产工艺线停产，造成严重经济损失；也要防止选型功率超高现象，造成成本上升能源的浪费，其机械传动部分的其余传动件依据电机所承受的扭矩进行设计选型。因此，如何准确地计算出混合机主电机所需的功率，并准确选出设计型号是设计混合机的关键因素。针对新疆阿勒泰金昊铁业180 m2烧结工程配套的φ3.4×13 m混合机主电机设计选型过程计算，解决了长期以来混合机主电机设计凭经验选型问题，达到了设计此类设备时有了较为准确计算的理论依据。

1 混合机主电机选型计算

混合机主电机设计规格选型主要根据烧结工程配套所要求的混合机的基本参数为依据进行计算设计。主要参数有：填充率Ψ、筒体转速v、生产能力(产量)、支承方式、混合料堆比重γ、物料安息角α、筒体倾角λ等。主电机功率计算设计主要计算物料在筒体内产生总体的扭矩大小，依据扭矩大小设计选型[3]。

现以新疆阿勒泰金昊铁业技改项目180 m2烧结工程配套的φ3.4×13 m混合机满足生产需求的进行计算设计。

1.1 工艺参数设计要求

新疆阿勒泰金昊铁业φ3.4×13 m混合设计要求如表1所列。

表1 新疆阿勒泰金昊铁业φ3.4×13 m混合设计要求

1.2 φ3.4×13 m混合机主电机功率选型设计计算

混合机筒体φ3.4×13 m，钢板材质Q345B,钢板厚度δ22，滚圈材质为锻件45#钢，设计筒体示意图如图1[3]。

图1 筒体示意图

物料在筒体内部运动：其直径φ3.4 m，半径为1.7 m。其截面积:

S=πr2=3.14×1.72=9.075 m2

计算筒体体积：

V=S×L=9.075×13=117.9 m3

有多少物料在筒体内运动，会产生抗力，就要依据所要求的生产能力：420～500 t/h，填充率ψ=14.22%，混合料堆比重：γ=1.8 t/m3，进行计算。

其中填充率ψ是指物料在圆筒内的重量或体积占圆筒理论物料重量或体积的百分数；混合料堆比重γ是单位体积(包括煤物料之间的孔隙和物料颗粒内部的毛细孔)的物料的质量。

物料运动中在筒体内的总重为：G=筒体体积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

物料在筒体所处于什么位置与填充率ψ及物料安息角α有关。其中物料安息角α是指松散物料堆放时与水平面的夹角，运动安息角是物料在运动中的安息角为此角度时是不会滑落。

物料在筒体中任何位置的运动中存在的位置如下：φ3.4 m筒体截面积为S=9 079 202 mm2，填充率ψ=14.22%。

物料在同体中的状态如图2所示。

图2 物料在同体中的状态 图3 物料在筒体中运动时的状态

物料在筒体内任何一个截面的面积S1为总面积S与填充率ψ相乘。

物料的截面积：

S1=S×ψ=9 079 202×14.22%

=1 291 062.6 (mm2)

物料安息角是35°确定物料重心位置相对于筒体逆时针转动轴的重心力矩的距离L=996.7 mm

物料在筒体中运动时的状态如图3所示。

物料在筒体内产生扭矩：

T=G×L1 kg=9.8 N，1 t=1 000 kg

则：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混合机转速：v= 6.5 r/min

选定大齿圈齿数：

Z1=140，小齿轮齿数：Z2=27

选定主减速机的速比：i=28

传动总速比：i=140/27×28=145.2

电机处所承受的扭矩T为物料运动所需扭矩除以总传动比：

T=T1/i总=294 776.2÷145.2

=2 030.1 (N·m)

扭矩公式：T=9 550P/n

式中：T为扭矩，N·m；P为输出功率，kW；n为电机转速，r/min。电机转速依据电机防护等级 IP44，一般转速为1 000 r/min。

根据扭矩公式：T1=9 550×P1/n1[3]

电机所需功率：

P1=T÷9 550×1 000=212.5 (kW)

考虑到新疆阿勒泰地区海拔及气候影响造成损失在3%，增加功率212.5×3%=6.3 (kW)。

物料突然增加导致电机扭矩随之突然增加因素占15%,增加功率212.5×15%=31.8 (kW)。

混合料在筒体内存在粘料现象造成电机扭矩增加因素占3%,增加功率212.5×3%=6.3 (kW)。

电机安全系数Q=1.5，增加功率=212.5×1.5=318.7 (kW)。

主电机所需总功率：

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

经计算所需功率：P=363.2 (kW)

根据常用电机的功率规格,选择电机功率为400 kW。根据所选电机功率400 kW及参数要求：电压等级 AC.10 kV(≥200 kW时)为高压电机。电机功率选定后，主电机型号为:YKK5004-6。

其中：YKK为中型高压系列电动机；500为电机机座号为500；4为400 kW；6为电机极数。

根据所选电机的最大转速990 r/min验算最初的要求指标筒体转速：6.5 r/min如下：

V=990×1/28×27/140

=6.818 r/min (转速误差在4%满足需求)。

经过验算最终选用电机为功率335 kW,转速990 r/min,型号为：YKK4508-6。

2 结 语

经计算选型的新疆阿勒泰金昊铁业技改项目180 m2烧结工程配套的φ3.4×13 m混合机主电机在新疆地区，完全符合设计产量要求，主传动上不易出故障，且不浪费能源。此计算设计理论同样应用到榆钢公司混合机及酒钢集团公司烧结厂不同规格混合机及新疆其他地区的混合机。此次对混合机研究总结出主电机功率计算选型的方法，为我们设计此类产品提供了可依据的计算方法，保证了设备系统的正常运行。