环保节能热风冲天炉模型毕业设计论文.docx
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环保节能热风冲天炉模型毕业设计论文
本科生毕业论文（设计）册
论文题目环保节能热风冲天炉模型毕业设计论文
学院职业技术学院
专业机械制造工艺教育
班级（届）2014届
学生姓名王志远
指导教师朱九成
2014年5月7日
目录
摘要：
II
引言：
1
1.冲天炉的发展历史2
2.冲天炉的未来发展趋势2
二冲天炉的创新及设计3
1.冲天炉的构成3
2.整体结构设计3
3.创新设计任务6
三.具体改进方法8
1.加料口的设计8
2.滑轮组的设计9
3.小车及轨道的设计10
4卷扬机构参数设计12
6.送风系统的设计13
7除尘装置的设计14
8.保温装置的设计（依照《铸铁与冲天炉使用手册》）15
四．本作品的有益效果：
16
结论17
致谢18
参考文献；19
Abstract：
20
环保节能热风冲天炉的设计论文
职业技术学院机械制造工艺教育
指导教师朱九成
作者王志远
摘要：
冲天炉是一种化铁成本低廉但高污染高能耗的化铁设备，因此现国家已禁止使用此设备。
本设计用机械装置和机械自动化技术将冲天炉排烟环节密封保温与引导，使废热烟气进行二次利用，（如热处理铸件预热和铸型烘干等），烟气经过两次除尘（湿式除尘·干式除尘）达到排放标准（鼓风温度大于400℃烟尘排放标准值为150mg／Nm3）后再排入大气，使冲天炉节能效果提高一倍。
通过对冲天炉的机械改造与过去传统的冲天炉相比使之成为环保节能的设备。
利用上料斗的运动和钢丝绳、滑轮等机构形成联动装置自动关闭加料口密封门，当加料密封门打开时，利用加料小车的上升的运动，自动打开进风管支路的阀门，风通过管道使加料口密封门打开时形成气幕，阻止加料口门开启时烟气和高温的外溢，使加料口开启时仍然起到密封效果。
原冲天炉烟囱安装管道将废热烟气引入热处理室（如热处理或铸型烘干窖），废热被再次利用然后经过除尘达标后排出，气体进入烟囱排入大气。
因保留了其化铁成本低廉的优点（与电炉相比吨铁水降低费用300余元），为冲天炉赋予了“新的生命价值”。
关键词：
冲天炉节能环保
引言：
我国作为钢铁大国也是钢铁需求大国，这就难免会对钢铁熔炼有更大的需求，因此面对这样的需求熔炼设备就起起主导作用。
一直以来冲天炉就是熔炼行业中的主角，冲天炉是一种化铁设备，与其他化铁设备相比，它具有设备简单、价格低廉，化铁生产成本低等优点。
所以，它能传承至今。
但是能源（焦炭）利用率低，它排放烟气，严重污染环境（上图为老式冲天炉参考照片）。
特别是在我国近年雾霾严重的情况下，环保部门对冲天炉进行强制性停用。
这一举措虽然减少了大气的污染，但对铸造企业经济改善有不利的影响。
据调查，用电炉化铁与冲天炉化铁每吨铸件将会使生产成本提高300元左右，致使这些企业收益大幅降低，有的甚至破产。
因此本设计通过改造使冲天炉的排放达到国家标准要求（鼓风温度大于400℃烟尘排放标准值为150mg／Nm3）[1]，且使能源的利用率提高，使废然烟气进行二次利用，这就是本设计要解决的问题。
1.冲天炉的发展历史
倾转式冲天炉是在1722年开始逐渐被接受和盛行的。
但是到了1858年J.Irland式冲天炉的出现就标志着冲天炉开始进入了新的时代，进入近代冲天炉时代。
到1867年美国人F.M.Root和P.H.Root合作成功发明了罗茨鼓风机为近代冲天炉铸铁熔炼奠定基础。
至1870年在汉诺威城出现了H.Krigar式带有前炉的冲天炉后，冲天炉就成为世界各国铸铁熔炼的主要设备，一直被延用[2]。
但到了二十世纪七十年代，由于冲天炉的能耗和污染问题严重，逐渐的被停止使用。
2.冲天炉的未来发展趋势
目前冲天炉的铸铁熔炼面临巨大的挑战，毫不夸张的说冲天炉的发展正处灭亡的边缘。
由于他污染过于严重，能耗大，对不可再生资源的需求较多，逐渐的被电炉所代替。
但电炉的经济效益对于企业的发展起到很大的威胁,很多企业的生存已经受到了不同程度的影响。
所以冲天炉要想能够继续生存就只能朝着环保节能的方向去发展，解决污染严重的问题才能够重登历史舞台。
因此环保节能热风冲天炉的设计是必然的发展趋势，对原有的冲天炉进行能源结构调整。
减少不可再生资源的使用，实现资源的节约和综合循环利用。
控制冲天炉的污染排放，经过技术处理使冲天炉排放的烟气稳定的达到国家排放标准，并且能过对它的余热进行二次利用，节省资源。
使冲天炉重新拥有新的生命，这将成为冲天炉技术必须要攻克的方向，也是冲天炉能够继续生存下去的唯一可能。
二冲天炉的创新及设计
1.冲天炉的构成
一个完整的老式冲天炉是由后炉、前炉、送风系统三部分组成。
而本设计中的冲天炉是在老式冲天炉的基础上加了热处理系统和烟气处理系统[3]。
组成
作用
后炉
支撑部分
由炉基，炉腿，炉底板及炉底门组成，支撑炉体、炉顶和炉料的作用
炉体
有炉底，炉缸和炉身组成，是冲天炉的熔炼部分。
前炉
由过桥和前炉体组成，起储存铁水，均匀成分和温度，减少增碳、增硫及使渣铁分离的作用。
送风系统
有风管、风箱、风口组成，起向炉内均匀平稳送风的作用。
热处理系统
有保温岩棉、引流管道、热处理室组成起到对工件热处理对废热进行二次利用和节能的作用。
烟气处理系统
有干式除尘装置、湿式除尘装置、烟囱组成起到排出炉气和处理污染烟气的作用。
2.整体结构设计
2.2.1整体结构的设计要求
冲天炉的工作情况的好与坏是由炉子各个组成部分的结构和尺寸的关系直接决定的。
因此我们除了要了解和掌握现有冲天炉的熔炼工艺和炉况控制的问题外，还需要使理论计算和实践经验充分的结合，否则就会出现理论和实际的不一致的现象摸着石头过河才是我们需要的根本原则。
而且作为我们年轻人还要不断地拓展自己的知识，根据社会生产的需要与科学技术的发展方向和未来，使我们具有改进、创新和设计现代化冲天炉的基本能力，设计并创造出适应现在国情的新型节能化冲天炉，用来满足我国飞速的科技发展的需要，为社会主义建设事业提供动力之源。
在设计冲天炉时必须“根据实际的生产情况，来确定要实施的具体的工作方针”。
最首要的就是必须要满足生产车间对生产的各项基本要求，并且要尽可能的采用目前先进的科学技术成就，来获得更高的科学生产技术水平、实现理想的经济效益；但同时还要必须工作可靠，安全稳定，不断地用科学技术水平来提高和改善工作环境；另外在设计冲天炉的结构上还要考虑到安装、生产制造、操作和维修的便利问题；冲天炉的实际生产能力还要考虑适应车间生产发展的需要，要适当的留有余地以便有什么不时之需。
再设计时为了要满足上述的基本要求，在设计中，必须要到设计的生产车间去了解目前的一些不合理的设计和设计缺陷，要贯彻从群众中来，到群众中去的基本工作方法，进入到基层中去深入的调查和研究，以便能够获得我们所需要的第一手资料。
这些资料应包括：
主要的生产产品、生产种类、铁水的牌号和生产率等问题；要对铁水的最高控制温度；铸件最大重量；每天熔化的铁水量；原材料（主要是燃料和生铁）的主要来源和质量标准；厂房的结构布置、大小和高度，车间工作的基本要求和生产制度及今后的发展要求等做到深入的了解，结合这些情况在对炉子进行合理有效的确定其基本结构和相应的尺寸，在对炉子进行相应的对比和分析。
最后才能拟定出切合实际的有效的设计和改进法案。
2.2.2新型冲天炉的整体结构设计
本设计是上述的要求下在原有的冲天炉基础上，加上密封保温装置把废热和烟气通过管道引导到热处理窑或是烘干窑，利用后的烟气再通过两道除尘装置，增加一道烟气处理系统，使达到国家规定的排放标准后再通过烟囱排入大气（模型实体图可见图片2-1）。
环保节能热风冲天炉模型整体结构实体图片2-1
2.2.3冲天炉模型整体尺寸的设计
冲天炉模型的尺寸设计在本设计中也是相对比较复杂的问题，由于生产车间的条件有限，只能量体裁衣。
这就使设计的工作稍加复杂了些。
本模型的主体尺寸是依照（《铸铁合金及熔炼》冲天炉设计章节）的老式冲天炉设计计算缩减而来。
本设计的主要设计内容是创新部分的尺寸设计，具体尺寸可见图2-2和图2-4。
图2-2
三维实体图2-4
3.创新设计任务
2.3.1环保的创新
由于老式冲天炉的烟气主要是通过烟囱直接排入大气的，所导致排放的污染物超标（主要的污染物有CO2SO3CO）[4]。
因此我们首要解决的就是烟囱烟气排放问题。
针对这个问题本设计就利用管道把烟气引入双除尘设施中不让他直接就排出大气，以达到国家标准。
这是本设计的一个创新点。
2.3.2节能的创新
老式冲天炉直接排放的烟气的余温可以达到400°-500°左右，这些高热温度因为无处利用便直接就排到了大气中让它散失。
本设计考虑到这些温度可以作为资源进行二次利用，所以就通过管道把那些烟气废热引入到热处理窑或是烘干窑，这些高温完全可以达到某些铸件的退火热处理要求或者作为烘干设施的主要介质。
这样我们对冲天炉的废热和烟气进行了二次利用就起到了节能的效果。
2.3.3密封和保温的创新
既然本设计要对那些高温进行二次利用，就要采取一定措施尽可能的避免高温的流失。
以供二次利用的最高需求。
考了到老式冲天炉温度的主要流失的地方就是烟气排放口、加料口。
所以本设计也对加料口进行了密封装置的创新设计。
在加料口处加有密封盖并且能与加料小车联动，采用机械的方式自动在加料时关开门，同时在开门的时候在加料口四周布置好的通气管道会向冲天炉里面吹起形成气幕墙防止烟气和废热的溢出，起到密封的作用。
三.具体改进方法
1.加料口的设计
在加料口处增加密封门，在不加料的时候，可将加料口密封。
密封具体办法；密封门上分别有两块斜铁，密封口两侧同样有两个滚轮，当密封盖下降时由斜铁
的厚度的变化使滚轮和斜铁逐渐接触并压紧斜铁使密封门密封;在加料时，设在加料口周边的多孔管路喷出的压缩气体，形成气幕，将加料口密封，使烟气不能溢入大气。
本设计用这样的两道密封措施使烟气在任何时候都不至溢出出冲天炉，
加料口图3-1
而危害大气环境，实体图可见图3-1。
加料门的开启和关闭均由钢丝绳、滑轮组和加料小车自动进行产生联动动作实现自动化。
其具体原理是把密封门上控制其启闭的钢丝绳通过滑轮组连接到加料小车的后轮上，当加料小车上升的同时就会牵引钢丝绳沿滑轮组的确定方向开始运动，实现密封门的开启。
当加料小车返回时，密封门就会因重力自行回到密封位置。
压缩空气的阀门开启也是由加料小车自动启闭，原理是在空压机的阀门上安有成三角形的两个拨杆，和小车上也装有一个拨杆，当小车上升的过程中拨动阀门上的开启拨杆，是阀门打开同时阀门关闭拨杆到达拨动位置进行准备。
当小车返回时就会拨动到已经进入到准备位置的关闭阀门拨杆，使阀门关闭，同样开启拨杆又会进入准备位置。
这样即在不增加动力源的情况下，同样能实现加料口密封的自动进行，实现自动化减少劳动力的投入。
2.滑轮组的设计
小车升降和密封门的开闭都是通过滑轮组来是实现的，并能实现他两个动作的联动（动作原理在加料口设计中已经介绍过本节主要介绍滑轮组的位置功用）。
本设计中用了五个定滑轮，其位置可见图3-2和图3-3。
滑轮安装图3-2
其作用分别是热风上边的两个滑轮是来实现密封门的开启和关闭。
支架上成
90度角的两个滑轮是链接小车和密封门实现联动的，这两个滑轮的位置直接影响着加料车和密封门开关的关系，由于加料车和密封门的行程是不等的要想让这两个动作实现联动就必须靠着两个滑轮的位置来控制。
因此在制作过程中本阶段就遇到了很多问题，首先之前计算的滑轮安装位置拿到现实中就出现了很大的误差，要么加料小车已经到达加料位置密封门仍没有开启或者就是没有完全开启，要么就是加料小车还没有到达加料位置密封门已经完全开启。
鉴于这种情况只能去慢慢的试位置，后来通过我们反复的实验终于实现了应有的功能解决了上面的问题。
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