电弧炉渣门机构设计【13张图纸4A0】【优秀】
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电弧炉渣门机构设计
41页 17000字数+说明书+开题报告+13张CAD图纸
中期.doc
主动轮5A1.dwg
图纸说明2A4.dwg
左链轮4A1.dwg
液压回路A4.dwg
液压缸图纸3A0.dwg
炉门图纸2A0.dwg
电弧炉渣门机构设计开题报告.doc
电弧炉渣门机构设计论文.doc
装配图A0.dwg
零件总图6A0.dwg
摘 要
本次设计，主要是针对电弧炉可升降的渣门的结构设计、冷却系统的设计、以及炉渣门的提升机构的设计。其中，炉渣门的结构设计包括：炉门材料的选择，炉门外形结构设计。冷却系统的设计包括：冷却方式的选择，材料的选择，以及设计炉门的计算。炉渣门的提升机构设计包括：提升的方式，传动方式，传动系统的布置，动力源装置，以及传动系统各部件的校核。电弧炉渣门提升机构在保证电弧炉安全稳定工作的情况下，炉门可以平稳提升降落，而且反应迅速。
关键词：电弧炉；电弧炉渣门；炉门提升
目录
1 绪论1
1.1题目背景1
1.2 国内外发展的概况及研究意义1
1.2.1国内外发展的概况1
1.2.2研究意义2
1.3论文的提出与本文的组织3
1.3.1论文的提出及本人的主要工作3
1.3.2方案设计3
1.3.3论文主要内容3
2 炉渣门冷却系统设计4
2.1 冷却的方式4
2.2 冷却系统的布置5
2.3 管的材料的选择6
2.4 冷却水量的计算7
3 电弧炉渣门结构设计8
3.1电炉渣门结构设计8
3.2电炉渣门的材料选型及经济性分析9
4 炉渣门提升机构设计11
4.1 提升负载的计算11
4.1.1炉门的质量计算及分析11
4.1.2 冷却水重量的计算11
4.1.3炉门总重量的计算11
4.2炉渣门提升机构设计12
4.2.1提升机构的基本要求12
4.2.2提升方案比较及选择12
4.2.3提升机构链轮设计13
4.2.4提升机构链条设计17
4.2.5 提升机构传动轴设计17
4.2.6 提升机构液压系统设计20
5 结论27
参考文献28
致 谢30
毕业设计（论文）知识产权声明31
毕业设计（论文）独创性声明32
附录133
附录234
附录336
研究意义
电弧炉是利用石墨电极和炉料之间产生的电弧来冶炼金属的设备，所以电弧是电弧炉的主要热源在一定的电压档位下。由于电弧功率与电弧长度有着直接的关系。而电弧弧长在冶炼过程中又经常发生变化。所以必须对电弧弧长进行控制,以保证电弧功率的稳定，从而达到缩短冶炼时间，降低吨钢电耗的目的。所以，电弧炉渣门就需要不定时开启闭合。所以电弧炉渣门是电弧炉不可缺少的一部分，电弧炉渣门机构设计关系着电弧炉的工作效率，和电弧炉的能耗。电弧炉的排渣门，包括诸如被冷却的、可垂直滑动地装在所述 炉的排渣口前面的板，其特征在于门包括用于形成朝向门槛并 大致在门的整个宽度上延伸的气帘以在门关闭或部分打开期间 密封门的底部的装置，所述用于形成气帘的装置包括一个连到 压缩气源装置和设在门的下部的至少一根水平冷却管的空气管 ，所述空气管包括朝向门槛的孔[7]。对电弧炉渣门进行深入研究，了解其发展过程，掌握电弧炉渣门在发展过程中所积累的经验和技术，从而进一步改进电弧炉渣门的结构，提高电弧炉在工作时的稳定性、安全性以提高电弧炉炼钢的生产效率和经济意义。论文的提出及本人的主要工作
电弧炉（electric arc furnace）利用电极电弧产生的高温熔炼矿石和金属的电炉。气体放电形成电弧时能量很集中，弧区温度在3000℃以上。对于熔炼金属，电弧炉比其他炼钢炉工艺灵活性大，能有效地除去硫、磷等杂质，炉温容易控制，设备占地面积小，适于优质合金钢的熔炼。而电弧炉渣门是电弧炉的重要组成部分，通过渣门观察、捣料、补料、出渣等，每一步都影响着电弧炉的生产效率。因此，电弧炉渣门的设计合理性，对电弧炉的生产有着至关重要的影响。因此，提出电弧炉渣门机构设计是十分必要的。
本论文是电弧炉渣门机构设计，主要工作内容包括:电弧炉渣门的本体和提升机构的设计；冷却系统的设计及其冷却水量的相关计算；以及电弧炉炉渣门机构各部件的校核等内容。
1.3.2方案设计
本设计主要分为四部分，现各部分方案有：冷却系统的方案有两种，构提升机构方案有两种，液压缸的布置方案有两种，液压回路的设计方案两种。对于电弧炉门综合分析，可得方案有2222=16种，经过总体分析，选出最优方案。
1.3.3论文主要内容
随着科技的发展，电弧炉炼钢技术不断提高，电弧炉的设计在不断改进，电弧炉门的设计也在不断改善。所以要总结前人的设计经验来完成自己的设计。论文主要内容包括以下几个方面。第一，电弧炉的本体设计，包括炉门的结构及材料的选择。电弧炉渣门的结构和材料的选择关系到电弧炉渣门的使用寿命及操作的灵敏程度，提升机构的设计决定了电弧炉渣门升降操作的方便程度。第二，冷却系统的设计与电弧炉渣门的操作息息相关，合理的冷却效率才能满足对炉门的操作，而冷却水量的计算又影响着炉门的冷却效率。第三，零部件校核，为满足电弧炉渣门的实际工作需要，所以，要对电弧炉渣门的各部件进行校核。
- 内容简介：
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毕业设计（论文）中期报告题目：电弧炉渣门机构设计 系 别 机电信息系 专 业 机械设计造及其自动化 班 级 姓 名 学 号 导 师 2013年 3月 12 日1.设计（论文）进展状况在开题答辩之前，主要进行了电弧炉渣门提升机构方案的筛选和确定，以及三维图、二维图的绘制和液压回路的确定。在中期答辩之前，我对之前绘制的三维图进行了修改和完善，之后在完成提升机构的装配（如图1），最后应用UG对电弧炉门的提升机构进行了运动仿真，录制了运动过程的动画，主要模拟了炉门提升过程中炉门、主动轮、从动轮、小轮和链条的运动情况。 图1之后，我完成了外文文献的翻译，这其中包括查找文献和查阅词典以及翻译后文章格式的修改。接着，我对电弧炉炉门冷却系统的各个参数进行了计算包括水量、炉门冷却管的各个参数，以确定电弧炉冷却管的设计。计算过程简述如下：已给要求和已知条件：水压为0.6Mpa， 冷却水进水口35， 出水口水的温度为55。1.1根据：标准GB3087-中国国家标准 用途：用于低中压锅炉(工作压力一般不大于5.88MPa，工作温度在450以下)的受热面管子、集箱及蒸气管道。常用钢管牌号：10、20。根据：标准GB5310-中国国家标准 用途：用于高压锅炉(工作压力一般在9.8MPa以上，工作温度在450650之间)的受热面管子、集箱、省煤器、过热器再热器等，常用钢牌号：20G、20MnG、15MoG、15CrMoG、12Cr2MoG、12Cr1MoV等。所以选取冷却管材料为20g，改材料特性：抗拉强度(Mpa) 410550 ， 屈服强度(Mpa) 245， 炉门材料选择Q235。1.2根据炼钢电弧炉管式水冷系统的设计与应用 冷却水流量是指每个水冷块单位面积所需冷却水量。冷却水流量的确定与每块水冷块的面积、热流值、冷却水温升、水的比热等因素有关。每台炉子的炉壳内径、功率水平不尽相同,其水冷块的面积、热流值也不一定相同,但是冷却水温升一般取20（本设计为20）水的比热容一般为4.186 skJ/(kg)。因此单位面积冷却水流量一般取每平方米5一8m3/h 本设计取5m3/h，冷却水的流速一般小于3m/s，取3m/s。1.3.根据机械工程手册无缝钢管的推荐通径，根据D=1.1*，W为体积流量，V为流速：得D=1.1*=84.7取85.管厚的计算： S=PD/（2*）+CS为管壁厚度 P为管内介质压力 D,管子外径一工作温度下管材许用应力 -对无缝钢管沙取1C管壁厚度附加值 S=0.6*82.5/（2*22*1）+89mm 得内径d=85-9*2=67mm 1.4布满整个炉门，钢管排布间距20mm。质量计算，通过UG软件，测得电弧炉炉门（包括冷却管）的体积为34591324.6mm，20g钢材料密度=7.85g/cm3 。 质量M=34591324*10-3*7.85=271.54kg 冷却管质量计算（通过UG测得冷却管长度为18670mm）：体积V=*（852-672）*18670=3.14*2476*18670=160394716.8mm3=160394.716cm3M=160394.716*7.85=1259098.5g=1251kg。 水的质量： 水的体积v=3.14*672*18670/1000=263162.2cm3 M=v*1=263162.2g=263.162kg 则炉门总质量为： M1+M2+M3=271.54+1251+263.16=1785.7kg2.存在问题及解决措施 在运动仿真过程中遇到的问题主要是对软件的掌握程度不够深，常会遇到一些问题或错误，大部分问题通过查阅书籍或网络后解决。在翻译外文文献过程中遇到的问题主要是对机械专业词汇的认识量不多，以导致翻译过程中句子翻译的不完整；其次是英语水平的有限性，于是，翻译过程中会有句子翻译不通，或翻译错误的情况，为解决这种情况，我主要通过向同学询问和讨论，以及通过网络查询。在中期答辩前整个工作中最难的部分是关于电弧炉炉门冷却管的计算，需要查阅大量资料。3.后期工作安排 后期的主要工作是完善冷却系统的计算，之后，主要的工作集中在各部分零件的详细设计及各部分强度校核上，包括：链轮、链条的设计；根据之前的计算，确定液压缸的型号；链条形状及型号的选择；链条的应力分析，检验链条的强度。之后主要是电弧炉炉门机构设计的说明书即毕业论文的准备。 指导教师签字： 年 月 日毕业设计(论文)开题报告题目：电弧炉渣门机构设计系 别 机电信息系 专 业 机械设计造及其自动化 班 级 姓 名 学 号 导 师 2012年12月26日91. 毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况）(1) 题目背景本题目来自工程实际，具有很高的实用价值，涉及到机械、流体力学、热学和液压设计方面的知识，学生通过本毕业设计，能够将大学中学到的机械、电子、液压设计方面的知识很好的用到实际工程中，培养学生进行实际工程设计的技能。(2) 研究意义电弧炉的排渣门，包括诸如被冷却的、可垂直滑动地装在所述 炉的排渣口前面的板，其特征在于门包括用于形成朝向门槛，并大致在门的整个宽度上延伸的气帘，以在门关闭或部分打开期间密封门的底部的装置。对电弧炉渣门进行深入研究，了解其发展过程，掌握电弧炉渣门在发展过程中所积累的经验和技术，从而进一步改进电弧炉渣门的结构，提高电弧炉在工作时的稳定性、安全性以提高电弧炉炼钢的生产效率和经济意义。(3) 国内外相关研究情况1) 国内研究情况我国电弧炉以冶炼合金钢为主,多集中于特殊钢厂,一般容量小于50t。从20世纪90年代起,我国相继建设了多座大容量超高功率电弧炉。据统计,为了提高钢的质量,电弧炉钢厂还建有钢包精炼装置(LF炉)并采取全连铸生产。有些钢厂,如上海宝钢、天津钢管公司等还拥有VD真空精炼装置。电弧炉门的发展，主要是在冷却方式和提升机构的改进。早期的的冷却方式主要是使用耐高温材料，我国中小型电炉、炉顶使用高铝烧成砖和不烧砖。局部使用高铝质或刚玉质不定形耐火材料；炉墙一般使用焦油镁砂砖,焦油白云石砖,油浸镁砖和镁碳砖。由于炉门主要是排放钢渣、吹氧、添加各种辅助材料,观察、检测炉内状态和钢水温度的地方。钢渣物理渗透和化学侵蚀、氧化、热震是造成损毁的主要原因。因此，对炉门的维护有很大不便，而且维修费事费力，造成很多经济损失。于是，随着科技的发展，炉门也在一步步发展，现在的电弧炉炉门发展为用一套液体冷系统来冷却炉门，这样不仅更方便，而且提高电弧炉的效率。2) 国外研究情况电弧炉（电炉）钢产量增长在过去几十年。许多这样的生产在国家艺术生产更高价值加上产品如连铸扁平轧制钢。这些大量使用生铁，注入氧和碳，注入泡沫和电能源。注入的氧可以直接与铁形成铁氧化物，碳在铁或固体碳形成公司，或公司在气相形式的后燃生产二氧化碳。如何氧分布在这些反应是至关重要的性能。现代交流电弧炉高效的工作模块，开始与基本氧炉。然而，应用高功率电弧炉引起的问题导致的电流引线与有害影响供电网络。这限制了应用直流电弧炉。应用直流导致解决电特性的炉和方式的改进弧，要求在不同时期制定弧。在其研究的基础上，结合当前概念开发，炉门的研究总是随着电弧炉的发展而深入，同时随科技的发展而发展。 2. 本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施(1) 主要内容电弧炉的渣门作用有出渣、观察、捣料、补炉等。渣门要求能开启和闭合，渣门机构由渣门本体、提升机构组成，渣门本体要求通水冷却，本论文主要为电弧炉渣门的本体和提升机构的设计，及其冷却水量的相关计算等内容。(2) 研究方案电弧炉的渣门在冶炼的过程中有着重要的作用，首先在整个冶炼过程中要通过炉门进行观察、捣料、补炉等，而后在冶炼完成后要从炉门出渣、清理。对炉门的保护、提高炉门的寿命对整个冶炼过程的效率起到至关重要的作用。1) 冷却系统设计方案常用的对炉门的保护有两种方式，使用耐火材料和管式水冷。传统的方式是使用耐火材料，而这种方式存在很多不足，其最大的问题就是炉门经常运动，会受到损毁，因此会造成很多不便，甚至造成重大损失，这会严重影响电弧炉的工作效率。管式水冷是通过循环液、水泵、管道和水箱组成一个冷却系统，通过水泵使冷却液再管道里流动，同时和水箱构成一个循环系统，从而带走热量达到循环冷却的 图1 炉门冷却回路目的。采用水冷可以大大提高冷却效率，缩短冷却时间，提高生产效率。因此本论文设计中采用水冷方式。为节约成本，冷却液选择水，冷却管选择耐热钢材料。根据要求水压为0.6Mpa，计算出管壁内径为，壁厚为6.75mm。校核管壁所承受的压力，排布方式为中间间隔20mm，冷却管排布形状如图1。2）电弧炉渣门结构提升机构方案电弧炉渣门的提升结构可分为电动式和液压式。电动式提升机构中包括：炉门、支承架、电动卷扬机、提升轮、支承座及传动轴和牵引钢丝绳等组成。炉门与提升轮及卷扬机分别用钢丝绳链接，是一个简化了二卷筒结构。是由异步电机提供动力，以钢丝绳提升轮方式。这种结构形式其使用性、通用性和经济性较好，结构稳定,被广泛使用。 液压提升式中液压缸或气压缸为动力，拉动链条，链条绕过链轮，连接到炉门，链轮与轴连接，并带动轴转动，轴另一端也是一个链轮，链轮带动链条运动，实现两侧同时拉动炉门，达到平稳的上升，完成炉门提升。炉门是电弧炉在冶炼过程中扒渣、吹氧、取样、测温及加少量原料的窗口。正常炉门热损失占全部输人功率的0.17-0.35%，炉门打开时则更大。所以，炉门与炉门框间能否压紧、保证良好的密封是很重要的, 这就要求炉门装置传动可靠,操作迅速, 并保证炉门口密封。综合分析以上两种方案本设计选用第二种方案，即液压提升机构。而液压提升又分为气压缸机构和液压缸。气压缸机构主要通过压缩空气使气缸中的活塞动作。在炉门机构中由活塞杆通过拉动定滑轮上的炉门链子使炉门升降。液压缸是将液压能转变为机械能的、做直线往复运动（或摆动运动）的液压执行元件。它结构简单、工作可靠。用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运动平稳，因此在各种机械的液压系统中得到广泛应用。由于气压传动介质的流动性、可压缩性、粘性、易受污染等特性以及易受温度、压力等环境的影响等原因，使得气压缸往复运动动态性能表现得比机械传动复杂得多，极易出现振动、噪声、冲击和爬行等不正常工作状态，而且故障原因不易确定， 图2 液压缸影响设备的稳定运行 。相比之下，液压缸与气压缸存在明显的区别。气压缸易出现气压缸内部涩滞、润滑不良或气压缸孔径加工超差、气压泵或气压缸进入空气、密封件质量与滑移或爬行，而这些问题都会气压缸活塞滑移或爬行将使气压缸工作不稳定。综合比较，液压缸有更稳定的工作性能。所以本设计选择液压缸，如图2。3）液压缸的布置方案液压缸的布置方式有两种方式。第一种，环形超重链加链轮提升方式。即使用单液压缸，在炉门一边使用液压缸，通过链条，再带动轴一端的链轮，同时带动链轮所在的轴转动，而另一端也也为一链轮，和链条机构，这样，在液压缸工作时能同时带动两边同时上升，达到平稳上升的过程。第二种是两边都有液压缸，即双液压缸工作，同时带动链条和链轮转动，从而提升电弧炉渣门，这样做可以提供较大的上升动力。比较两种方式，由于液压缸的能承载较大的负载，而且价格较高，维护修理较为不便，综合比较经济性能，在满足要求的同时兼顾经济效益，所以选择单液压缸工作。装配结果如图3。 图3 装配图4）液压回路的设计方案液压回路是控制液压缸的伸缩，从而使电弧炉渣门提升、下降，并且能使炉门在打开后能停留，所以此液压回路必须在满足要求的同时必备自锁功能，才能满足工作需要。控制主阀台由电磁换向阀、液压锁和单向节流阀等元件构成，实现炉门升降调速和位置锁紧的功能。其中平衡阀起到平衡炉门重力使得下降速度可控的作用，不会出现超速现象。溢流阀的作用是构成一个缓冲回路，使得炉门惯性得以缓冲，且缓冲力大小能够实现无级调节。为达到这种自锁要求，也可以使用“自锁式液压缸”，这种液压缸解决了液压元件的数量多、维护不便、系统占用空间大的不足。但是这种液压缸价格高，精度高，一般适用于航空方面，不经济。而电弧炉门提升机构不需要太高精度，因此选择由液压元件组成的带自锁的回路即可，如图4。 图4 液压回路3. 本课题研究的重点及难点，前期已开展工作（1）研究的重点本论文主要为电弧炉渣门的本体、提升机构设计及其冷却水量的相关计算等内容。（2）研究难点突破前人的经典设计，创新改善电弧炉渣门的炉门、提升机构设计及相关水量的计算。（3）前期已开展工作 认真阅读任务书，查找资料，了解电弧炉门的基本工作方式，及其在设计时应该满足的要求。查阅相关参数，了解电弧炉渣门所处的工作环境。 电弧炉在工作时，炉内辐射温度为1200C，根据冷却水进水口温度350C，出水口不大于550C，计算出冷却水管的内径为60mm，外径为82.5mm。壁厚为6.25mm，并校核压力。 比较水冷与非水冷的性能异同，确定水冷的冷却方式。查阅机械设计手册液压部分确定液压回路。4. 完成本课题的工作方案及进度计划第一二周与导师见面，接受任务书；第三四周了解熟悉自己所设计的内容，查阅资料，完成开题报告，准备开题答辩；第五到八周，进行论文写作，起草自己的论文，画出所需要的三维及二维图，并完善自己的中期报告，准备中期答辩。第九至十三周 修改论文，交论文初稿，交给指导老师审阅；第十五周论文定稿，准备论文答辩。5 指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见）指导教师： 年 月 日 6 所在系审查意见： 系主管领导： 年 月 日参考文献1 西耶利贝尔纳 ，雅克布拉姆 ，雅克勒高夫 ，丹尼尔贝尔纳，多米尼克罗齐，克劳德苏格尔.电弧炉的排渣门P.法国专利：CN93117515.1 1993.1-2.2 中国金属学会.2001年全国钢铁企业焦化、炼铁、炼钢技术经济指标览J.2002.4-4.3 李峰，刘润藻，李士琦.炉炼钢技术的国内外现状及发展趋势J.2003,9.(6)85-864 邢守渭.炼钢电炉用耐火材料.冶金部洛阳衬火材料研究院J.工业加热1997,(3):2-35 电弧炉用耐火材料同步寿命技术开发J. 李纯.辽宁科技大学材料学院. 高东善. 鞍山申嘉新技术开发有限公司.任利华，李宝生，宋恩余.鞍钢重型机械有限责任公司:1-16 Development of a Decarburization and Slag Formation Model for the Electric Arc FurnaceJ.Hiroyuki MATSUURA,1 Christopher P. MANNING,2 Raimundo A. F. O. FORTES3 and Richard J.FRUEHAN4 ISIJ Internation
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