振动冷却器性能参数分析

2018-01-17李宝伟孙艳红

山西冶金 2017年6期

李宝伟，孙艳红

（山东钢铁集团日照有限公司，山东日照 276800）

转底炉炼铁工艺是近30年来开发的非高炉的新技术。炉内温度高达1 250～1 350℃左右，碳球在高温度条件下，随着高炉底层旋转，可迅速减少铁矿石生成金属球团。最后由螺旋输送机分开，冷却后作为原料或EAF炼钢原料输送到炉中。振动冷却器（见图1）是用于冷却转底炉成品的专用设备。除了冷却材料外，它还在材料运输中起着重要的作用。在工作过程中，整个设备位于隔离弹簧上，周期性的激励由安装在振动基础上的电机产生，加强系统的纵向振动，因此落入槽中的散装物料不断向前抛出，用来加强物料运输能力。罐壁也通过冷却水冷却，同时实现物料处理和冷却目的。振动冷却器的具体设计参数见表1。

为了获得振动冷却器的振动特性和参数，提高设计质量，进行了振动冷却器的动力学分析和参数计算，并采用动态信号采集系统进行振动试验和分析[1]。

1 振动冷却器动态分析

振动冷却器的振动是质量弹簧阻尼系统典型、稳定的强制振动。冷却器主要由冷却箱、励磁机（振动电机）和支撑弹簧组成。图2是根据振动冷却器的结构得到的机械模型。

在振动过程中，冷却槽和弹簧分别产生阻尼力和弹簧力[2-3]。系统的振动方程可以描述如下：

图1 振动冷却器结构图

表1 设计技术参数

图2 振动式冷却器机械模型

振动式冷却器处于强制振动状态。由于阻尼作用，自由振动在启动后不久就会衰减。所以只考虑稳态解决方案。微分方程的具体解如下：

式中：λx为x方向幅度；λy为y方向幅度；Φ1为 x方向上相位差角；Φ2为y方向上相位差角；而阻尼很小时 Φ1≈Φ2。

上述方程式表示了振动系统冷却器的振幅和动态系数之间的关系。

由于冷却器在特别大的共振状态下工作，kx≈ky≤M+2mω2，刚度值被忽略，则合成振幅如下所示：

从等式（6）可以看出，冷却器的振动轨迹是直线。通过动态分析，精确地给出运动规律和动力学参数之间的关系，为振动冷却器的设计和研究提供了理论保证。

实际平均物料速度：

式中：CD为吊索运动的影响系数，1.0～1.1；Ch为物料层厚度的影响系数，0.7～1.0；vk为同向设计平均速度

率；Pqe为反向运动电机功率；ω为电机角速度。生产量：

式中：h为材料层厚度，60 mm；B为冷却槽的宽度1.6 m；v为材料的平均速度；γ为材料的密度1.8 t/m3。

2 测试方法和测试结果分析

振动冷却器是一种复杂的弹性体。通常四个角点出现最大变形。为了更好地反映振动特性，进行了动态响应试验。四个角点 A，A'，B，B'是测量点。C，C'双方的质心也是测量点。测量每个点的x，y，z三个方向的振动信号。测试内容包括振动加速度、振动轨迹、振动方向角、冷却器的振幅和频率。加速度传感器的质量远小于振动冷却器的质量，因此加速度传感器质量对振动试验结果的影响可以忽略不计[4-5]。

安装在x，y，z方向测量点的压电传感器输出的加速度信号，由电荷放大器放大并输入到动态信号采集系统DH5920，过程信号由计算机软件系统收集，并且接收响应时间波形。测试系统框图如图3所示。