专利名称：液压传动式混铁炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及冶金领域，具体是一种冶金设备——液压传动式混铁炉。
背景技术：
混铁炉是钢铁企业的重要大型设备。高炉生产的铁水首先存放在混铁炉中，再从 混铁炉倾倒出来，供应转炉炼钢使用。混铁炉贮存铁水，均勻铁水成分和温度，协调高炉与 转炉的生产，起到稳定生产的作用，被钢铁企业广泛的使用。混铁炉是一个横卧在有圆弧导 轨底座上的圆柱体，上部设兑铁口，前部设出铁嘴，后下部设倾动支架，倾动支架竖直连接 倾动系统。整体的形状象个茶壶。混铁炉的传动系统是转炉炼钢附属设备混铁炉执行工艺动作的动力系统。混铁炉 兑入、倒出铁水、倒出铁水后回复原姿态、砌筑耐火材料等等工艺动作，都由传动系统完成。 当传动系统执行结构向上做举升动作时，混铁炉会绕平行于水平轴线的旋转中心线旋转前 倾即偏心旋转，则铁水从出铁嘴流出，就象茶壶倒水一样。倾动系统向下做回收动作时，混 铁炉则旋转后倾，停止出铁水。由于混铁炉的偏心旋转中心线在混铁炉几何中心线的前上 方，因此，当混铁炉作偏心旋转前倾时，混铁炉后部重于前部，产生一个势能，当混铁炉出铁 水恰遇停电时，人工打开制动器，这个势能会使混铁炉自动回复原姿态。现有技术的混铁炉的传动系统一直沿用前苏联的齿轮齿条传动。如图1、图2所 示，是机械传动(齿轮齿条传动)混铁炉，混铁炉炉体1后下部安装有倾动支座9，倾动支座 9竖直连接一件齿条19，齿条19与齿轮形成齿轮副，齿轮副外有齿轮箱23，齿轮箱23有供 齿轮副直线运动旋转运动的铜合金轴承，齿轮两侧有轴承座25，轴承座25安装在轴承座底 座M上，轴承座底座M锚固在砼基础上。齿轮通过联轴器沈及传动轴27和减速机20连 接。电动机21安装在电动机底座四上，电动机驱动减速机20，减速机20安装在减速机底 座28上，通过联轴器沈和传动轴27带动齿轮转动，齿轮带动齿条19作上下的直线运动，齿 条19上端用销轴连接在混铁炉炉壳的倾动支座9上，齿条19向上举升或向下收缩，使混铁 炉1绕旋转中心向前或向后转动；当齿条19向上举升，炉体1向前旋转，出铁嘴3则向下运 动，铁水从出铁嘴3流到铁水罐供炼钢使用；炉体1转动的角度在-5°至47°之间。机械 传动的磨擦副，均配置有润滑装置。铁水供应完成后，齿条19向下收缩，炉体1向后旋转， 出铁嘴3则向上运动，铁水停止倒出，等待下一个工作周期。这种齿轮齿条传动的混铁炉采用纯机械的传动系统，其缺点在于需要配备多点 干油润滑系统、结构复杂、装配安装繁琐、重量大、加工难度大、加工周期长、备品备件多、制 造成本高、维护成本大、投资大、能耗相对较高、使用寿命相对较短。
发明内容
本发明的目的在于提供一种液压传动式混铁炉及其具体结构的设计方法。本发明所采用的技术方案是
一种液压传动式混铁炉，包括炉体、悬挂支承装置和倾动装置，炉体是一个旋转体，其旋转轴水平布置，炉体顶部设置有兑铁口，炉体的一侧设置有出铁口、另一侧连接倾动装 置，悬挂支承装置吊装炉体，使其在倾动装置的驱动下绕旋转轴倾动；所述炉体的重心与旋 转轴偏离，炉体的倾动是偏心倾动；所述倾动装置包括动力设备和液压传动系统，液压传动 系统的活塞输出端固定连接炉体侧面的底部，该活塞输出端作的直线运动。所述倾动装置包括依次连接的电机、油泵、油箱、直线液压缸和活塞杆，活塞杆设 置在直线液压缸中，一端铰接炉体、另一端具有活塞，活塞将液压缸隔离为上、下油腔，直线 液压缸缸口设置有活塞杆的限位端盖，电机驱动油泵将油箱中的液压油分别进入直线液压 缸的上、下油腔，通过活塞两端的压力差驱动活塞杆沿直线液压缸内作的直线运动。所述液压缸内壁采用二次冷拔的加工方法。所述活塞杆是一根空心杆。所述活塞杆表面采用滚压和/或镀硬铬的表面处理方法。所述液压缸的上、下油腔之间设置有联通油管，联通油管上安装有常闭阀门。所述活塞杆的行程等于炉体最大倾动角度的弦长。所述液压缸内径d的大小，通过以下公式得到
式中，d为液压缸内径，单位为mm， Q为液压缸推力，单位为KN， P为液压油设计压力，单位为MPa， e为不同液压油设计压力下的液压介质常数；
所述液压缸推力Q通过混铁炉倾动需要的举升力M确定，其大小通过以下公式得到
式中，G为混铁炉自重，单位为Kg， S为混铁炉重心中心与旋转中心的距离，单位为mm， R为混铁炉的倾动力矩，单位为Ν·πι。本发明所产生的有益效果是
本发明的液压传动式混铁炉与机械传动系统的混铁炉相比，具有以下优点 1.空间设计灵活。液压传动式混铁炉的传动系统可以随意布置，甚至可以布置在主车 间以外；而机械传动系统必须布置在混铁炉下方。2.设备基础简单、基础受力稳定。液压传动式混铁炉的液压传动系统上，仅需要一 个液压缸铰接支座，就可以牢靠地在砼基础；而机械传动系统的齿轮箱底座、减速机底座、 电动机底座都必须设置在砼基础上。另外液压传动系统的液压缸，对砼基础只有垂直作用 力，受力稳定；而机械传动系统不仅有垂直作用力，还有倾动力矩，受力复杂、不稳定。3.不需润滑、节省人力物力。液压传动式混铁炉的液压传动摩擦副不需要润滑； 而机械传动系统需要配置多点干油润滑。4.无级变速、自动调节。液压传动式混铁炉的液压传动选用了恒功率油泵，举升力自动调节，可以克服混铁炉倾动时偶遇较大的阻；在机械传动系统中根本无法实现。5.使用寿命更长、机械损耗小、不需频繁更换。由于目前国内液压技术日益完善， 液压系统的寿命超过机械传动系统。同时，本发明的液压传动式混铁炉在液压传动的运动 部件——液压缸杆表面，设置有镀铬层，耐磨能力高于机械传动中齿轮齿条磨损；齿轮齿条 使用三至五年就需要更换，大大浪费人力物力。6.成本相对低廉，性价比高。液压传动式混铁炉的液压传动系统的主要备件是 各部密封件、过滤件、软管、换向阀、阀门、液压油等；而机械传动系统的主要备件是铜瓦、铜 套、齿轮、齿条、联轴器、制动器等。后者的价值约是前者价值的五至十倍，同级别混铁炉传 动系统的重量，成本，价格相比，液压传动是机械传动的五分之三，具有很强的竞争力。7.传动功率大、节能减排。液压传动式混铁炉的液压传动电动机的功率低于机械 传动，以900t混铁炉为例液压传动油泵电动机功率是45千瓦，机械传动则需要55千瓦， 节能百分之十八。8、操作简便、无需培训、安全性能强。液压传动式混铁炉和机械传动式混铁炉在操 作上没有区别，无需另外培训，包括混铁炉其它的部位的电气连锁、仪表显示、安全设施、电 控柜、操作台等，完全保持原来的传统操作习惯，这对操作工人安全作业，接受新型设备很 有好处。本发明的液压传动式混铁炉，是对混铁炉传统传动系统的根本革新，是当前机械 行业冶金设备的先进性创造。使混铁炉的传动系统结构简化、工艺简单、重量减轻，缩短了 加工周期、减少备件、便于维护，节约投资、降低能耗、操作简便、安全性能强、延长设备的使 用寿命。
图1是现有技术的机械传动式混铁炉的主视结构示意图； 图2是现有技术的机械传动式混铁炉的侧视结构示意图3是本发明液压传动式混铁炉的主视结构示意图； 图4是本发明液压传动式混铁炉的侧视结构示意图； 图5是本发明液压传动式混铁炉的液压缸的结构示意图。图中标号表示1-炉体，2-端盖，3-出铁嘴，4-兑铁口，5-煤气空气管道，6-燃气 管道，7-炉盖，8-油箱，9-倾动支座，10-活塞杆，11-液压缸，12-油管，13-换向阀，14-油 泵，15-手动球阀，16-联通油管，17-止回阀，18-铰链支座，19-齿条，20-减速机，21-电动 机，22-制动器，23-齿轮箱，24-轴承座底座，25-轴承座，26-联轴器，27-传动轴，28-减速 机底座，电动机底座，A-下油腔，B-上油腔。
具体实施例方式如图3 图4所示本发明是一种液压传动式混铁炉，包括炉体1、悬挂支承装置 和倾动装置，炉体1是一个两端具有端盖2的筒体，该筒体是一个旋转体，其旋转轴与该筒 体的中心轴线平行、水平布置。炉体1圆周面上设置有兑铁口 4和出铁嘴3 (出铁口)，兑铁 口 4设置在炉体1的顶部。在不向炉内兑铁水时，为了保温和节省能源要关闭炉盖7，铁水 保温所需的煤气，是通过煤气空气管道5输送的，燃气管道6输送煤气，空气用来助燃。出铁嘴3设置在炉体1的前侧、相应地炉体1的后侧连接倾动装置。托滚支承装置支撑炉体 1，使炉体1可以在倾动装置的驱动下、绕旋转轴往复倾动。炉体1的重心与旋转轴偏离，使 得炉体1的倾动是偏心倾动。倾动装置包括动力设备和液压传动系统，液压泵站为动力源，液压缸11为执行机 构，包括依次连接的电机、油泵14、油箱8、直线液压缸11和活塞杆10。液压泵站的心脏是 油泵14，电动机21为油泵14提供动力，油泵14的控制装置是换向阀13，油箱8存放液压 油，油箱8中设置了对液压油过滤、加热、冷却等等设施。输送液压油的油管12采用无缝钢 管和高压软管，油管12上配有各种阀门。液压缸11底部使用销轴连接在铰链支座18上， 铰链支座18锚固在砼基础上。圆柱形的直线液压缸11的安装位置，基本和背景技术的机 械传动混铁炉中齿条19的位置重合，以获得最佳效果。也就是说，本发明的液压传动混铁 炉完全取消了机械传动部分，改用液压传动所替代，而混铁炉其余结构及对工艺动作的要 求没有变动。如图5所示活塞杆10设置在直线液压缸11中，活塞杆10顶端使用销轴铰接在 混铁炉炉体1的倾动支座9上、底端设置有与液压缸11内壁滑动接触的活塞，液压缸11缸 口设置有活塞杆10的限位端盖。活塞将液压缸11隔离为下油腔A和上油腔B，电动机21 驱动油泵14将油箱8中的液压油通过油管12传输，分别送入液压缸11的下油腔A和上油 腔B。如此，由于下油腔A和上油腔B内的液压各不相同，使得活塞两端具有压力差，该压 力差驱动活塞沿液压缸11缸壁滑动，从而驱动活塞杆10作上、下的直线运动。同时，由于 活塞杆10的向上举升或向下收缩，使混铁炉1绕旋转轴向前或向后转动。活塞杆10上、下 动作的动力，来源自电机油泵14，油泵14泵出8MPa至IOMI3a液压油的压力，推动液压缸11 内的活塞运动，活塞带动活塞杆10运动。液压传动选用了恒功率油泵14，恒功率油泵14的 特点是，在保证流量不变的前提下，压力随运动阻力的变化而自动同步调节，既能克服偶遇 局部的阻力变化，又保证混铁炉稳定的倾动速度。当活塞杆10向上举升，混铁炉1向前旋转，出铁嘴3则向下运动，铁水从出铁嘴3 流到铁水罐供炼钢使用。铁水供应完成后，活塞杆10向下收缩，混铁炉1向后旋转，出铁嘴 3则向上运动，铁水停止倒出，等待下一个工作周期。液压缸11混铁炉1转动的角度在-5° 至52°之间，活塞杆10的行程等于混铁炉最大倾动角度的弦长。混铁炉在向铁水包倾倒铁水时，如果恰遇停电，铁水继续倾倒，是很危险的，所以 混铁炉都装备了手动复位装置。本发明在液压缸11的外部，轴向设置了联通油管16，联通 油管16将液压缸11的下油腔A和上油腔B联通，联通油管16上设置了一个常闭阀门(手动 球阀15)和止回阀17。当混铁炉出铁水恰遇停电时，人工打开手动球阀15，使下油腔A和上 油腔B内的压力平衡，混铁炉因偏心旋转产生的重量势能，迫使液压缸11下油腔A的液压 油，通过联通油管16补充到液压缸11的上油腔B，下油腔A多余的液压油排入油箱8。此 时的活塞杆10几乎没有下降阻力，混铁炉自动复位的反应迅速，这是机械传动达不到的， 因为机械传动自动复位时，混铁炉的重量势能要带动减速机作增速运动，所以反应迟缓。液压传动系统的制作重点是液压缸11，液压缸11的内壁及活塞杆10的直线度、 粗糙度、抗磨性能、抗弯强度要求很高。我们采取了各种措施，如对液压缸11的内壁采用了 二次冷拔处理，提高了液压缸11的表面粗糙度和抗磨性能。活塞杆10采用空心杆，活塞杆 10沿轴线钻有通孔，且其内、外表面采用了滚压和镀硬铬处理，大大的提高活塞杆10的直线度、耐磨和抗弯强度能力。如此，使得液压缸的各部件都具有很高的强度，正常使用下，其 寿命可以长达六到八年。根据混铁炉铁水容量的大小，大致分为150t，300t，600t，900t，1300t几个等级，
钢铁企业根据需要进行选择配备。不同规格、大小的混铁炉的结构形式、传动方式基本相 同，但是，液压缸11各部尺寸是设计的关键，液压缸11需要输出的力量是设计基础。不同 级别的混铁炉，外形尺寸、重量差异很大，所需的举升力也不同，因此，不同级别的混铁炉， 应该配备不同尺寸的液压传动系统，具体体现在液压缸11的内径、活塞杆10的直径和行程 等方面。液压传动系统的设计，首先保证液压传动的举升力不小于机械传动的举升力。以 900t混铁炉为例，机械传动的举升力是1730KN。而采用液压传动方式时，内径500mm，压力 8. SMPa的液压缸11也能达到同样的举升力。为了保证混铁炉达到52°的倾动角度，液压 缸11的行程设定为4800mm。为了保证混铁炉达到38mm/S的倾动速度，液压泵的流量不小 于210L/min。由此看来混铁炉液压传动系统比较其它产品上的液压系统，是个庞然大物，但 是比较相应的机械传动系统，却轻巧了许多。900t混铁炉的液压传动系统总重20t，机械传 动系统总重41t。以铁水容量900t的混铁炉为例液压缸11的总长为5800mm，行程为4300mm，内径 为500mm，壁厚为45mm ；活塞杆10的直径为300mm，轴向通孔的内径为50mm。油泵14的型 号为A7V160CVIRPF，工作压力为8MPa，流量为^OL/s。电动机21的功率为45KW，换向阀13 的型号为CBW200C-AIFRY，油箱8的容量为5m3，油管12的承压能力为40MPa。以上设计， 使得液压缸11输出的最大推力为1960KN，推进速度为35mm/s。同时，该整套液压传动系统 总重量约20000Kg，而同级别机械传动系统总重量约41000Kg，较以往的机械传动系统的重 量大大减轻。活塞杆10的行程L等于炉体1最大倾动角度d·,的弦长，按以下公式计算
权利要求
1.一种液压传动式混铁炉，包括炉体、悬挂支承装置和倾动装置，炉体是一个旋转体， 其旋转轴水平布置，炉体顶部设置有兑铁口，炉体的一侧设置有出铁口、另一侧连接倾动装 置，悬挂支承装置吊装炉体，使其在倾动装置的驱动下绕旋转轴倾动；其特征在于所述炉 体的重心与旋转轴偏离，炉体的倾动是偏心倾动；所述倾动装置包括动力设备和液压传动 系统，液压传动系统的活塞输出端固定连接炉体侧面的底部，该活塞输出端作直线运动。
2.根据权利要求1所述的液压传动式混铁炉，其特征在于所述倾动装置包括依次连 接的电机、油泵、油箱、直线液压缸和活塞杆，活塞杆设置在直线液压缸中，一端铰接炉体、 另一端具有活塞，活塞将液压缸隔离为上、下油腔，直线液压缸缸口设置有活塞杆的限位端 盖，电机驱动油泵将油箱中的液压油分别进入直线液压缸的上、下油腔，通过活塞两端的压 力差驱动活塞杆沿直线液压缸内作直线运动。
3.根据权利要求2所述的液压传动式混铁炉，其特征在于所述液压缸内壁采用二次 冷拔的加工方法。
4.根据权利要求2所述的液压传动式混铁炉，其特征在于所述活塞杆是一根空心杆。
5.根据权利要求2所述的液压传动式混铁炉，其特征在于所述活塞杆表面采用滚压 和/或镀硬铬的表面处理方法。
6.根据权利要求2所述的液压传动式混铁炉，其特征在于所述液压缸的上、下油腔之 间设置有联通油管，联通油管上安装有常闭阀门。
7.根据权利要求2所述的液压传动式混铁炉，其特征在于所述活塞杆的行程等于炉 体最大倾动角度的弦长。
8.根据权利要求2所述的液压传动式混铁炉，其特征在于所述液压缸内径d的大小， 通过以下公式得到式中，d为液压缸内径，单位为mm， Q为液压缸推力，单位为KN， P为液压油设计压力，单位为MPa， e为不同液压油设计压力下的液压介质常数；所述液压缸推力Q通过混铁炉倾动需要的举升力M确定，其大小通过以下公式得到 Q>M=i|i,式中，G为混铁炉自重，单位为Kg， S为混铁炉重心中心与旋转中心的距离，单位为mm， R为混铁炉的倾动力矩，单位为Ν·πι。
全文摘要
本发明提供一种液压传动式混铁炉，包括炉体、悬挂支承装置和倾动装置，炉体是一个旋转体，其旋转轴水平布置，炉体顶部设置有兑铁口，炉体的一侧设置有出铁口、另一侧连接倾动装置，悬挂支承装置吊装炉体，使其在倾动装置的驱动下绕旋转轴倾动；所述炉体的重心与旋转轴偏离，炉体的倾动是偏心倾动；所述倾动装置包括动力设备和液压传动系统，液压传动系统的活塞输出端固定连接炉体侧面的底部，该活塞输出端作直线运动。本发明是对混铁炉传统传动系统的根本革新，结构简化、工艺简单、重量减轻，缩短了加工周期、减少备件、便于维护，节约投资、降低能耗、操作简便、安全性能强、延长设备的使用寿命。
文档编号C21C1/06GK102094101SQ20111005746
公开日2011年6月15日 申请日期2011年3月10日 优先权日2011年3月10日
发明者齐瑶 申请人:德阳万达重型机械设备制造有限公司