机械毕业设计（论文）-80T转炉倾动装置设计与计算【全套图纸】

内蒙古科技大学 本科生毕业设计说明书 学生姓名： 学 号：0864103333 专 业：机械设计制造及自动化系 班 级：机 2008-3 班 指导教师： I 摘要摘要 氧气顶吹炼钢转炉倾动设计说明书。首先在绪论部分介绍了炼钢技术发展概述，氧气 顶吹炼钢转炉炼钢工艺流程及主要生产设备，国内外氧气顶吹转炉描述。近代大型氧气顶 吹炼钢转炉的发展状况主要进行了倾动力矩的计算、最佳耳轴位置的确定、最大扭振力矩 的计算，并计算了托圈的强度、刚度及载荷应力。此次设计所采用的方法为类比法，即参 考以往的成功设计，分析他们与我设计的区别与类似之处，然后做适当的修改。通过设计 得到一个经济、合理的倾动机构，主要零部件也成功的通过了校核。转炉倾动机构在不断 的更新和改革，为完美地适应炼钢生产的需要，世界各国研发出了很多新的设备结构和配 置形式。我做的设计也借鉴了那些设计或对其做适当的修改以便使设计更加符合自己的设 计要求。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 关键字： 氧气顶吹 炼钢转炉 倾动机构 托圈 耳轴 II Summary Oxygen top-blown converter tilting design specification. First of all in the introduction section of the steel-making technology development overview, oxygen top-blown converter steel making process and main equipment, oxygen top-blown converter described at home and abroad. Development situation of modern large oxygen top-blown converter tilting moment for calculations, the main determination of the best ear axis position, maximum torsional vibration calculation of torque, and to computation of support ring of strength, stiffness and stress loads. The design approach to analogy, that refer to the previous success of design, analysis of their differences and similarities with my design, and then make the appropriate changes. By design is a tilting mechanism of the economy, reasonable, main parts and has successfully passed verification. Converter tilting mechanism is constantly updating and reform, to perfectly meet the needs of steel production, countries around the world have developed many new device structures and configurations. I do design also draws those who design or to make appropriate changes in order to make the design more in line with your own design requirements. Keywords ：oxygen top-blown converter tilting mechanism support ring trunnion 目录目录 摘要.I 关键字.I 第一章 绪论.1 1.1 炼钢技术发展概述。 .1 1.1.1 其中较为突出的几点综述如下：.2 1.2 各类转炉炉型的特点 .3 1.3 氧气顶吹转炉车间的设备 .4 1.4 国内外氧气顶吹转炉评述、近代大型氧气转炉发展状况 .5 第二章 确定倾动机构的方案.7 2.1 转炉倾动机械的工作特点 .7 2.2 倾动机械形式及特点 .8 2.3 缓冲止动装置形式 .8 2.4 倾动机械的传动形式 .9 第三章 炉体部分的计算.11 3.1 力学性能参数的计算 .11 3.1.1 转炉传动比的分配、转动速度的确定.11 3.1.2 倾动力矩的计算，最佳耳轴位置的确定.11 3.2 转炉炉腔内型的选择和计算 .11 3.2.1 炉型的类别.11 3.3 炉型主要尺寸的确定 .13 3.3.1 熔池直径的确定.13 3.3.2 炉帽和炉身尺寸的计算公式.14 3.3.3 转炉空炉力矩的计算.15 3.3.4 炉液力矩的计算：.21 3.4 最佳耳轴位置的确定 .23 3.4.1 确定最佳耳轴位置的原则： .23 3.4.2 下面确定最佳耳轴位置： .24 第四章 倾动机构的过程设计.26 4.1 初选电动机 .26 4.1.1 初步确定电动机的功率.26 4.1.2 选定电动机.27 4.1.3 过载校核.27 4.2 分配传动比 .27 4.2.1 分配传动比的一般原则.28 4.2.2 分配传动比.28 4.3 选择加速器的传动方案 .28 4.3.1 减速器传动方案的比较.28 4.3.2 选择减速器的传动方案.29 4.4 各级传动齿轮的计算 .29 4.4.1 确定高速轴斜齿圆柱齿轮的基本参数.29 4.4.2 确定中速轴斜齿圆柱齿轮的基本参数.32 4.4.3 确定低速轴斜齿圆柱齿轮的基本参数.34 4.4.4 一次减速机传动齿轮参数的确定.37 4.5 各轴的设计与校核 .39 4.5.1 最小轴径的计算.39 4.5.2 各轴轴承的选择.40 4.6 求各轴的支反力并且画受力图、弯矩图、扭矩图 .40 4.6.1 高速轴的设计计算 .40 4.6.2 第二根轴：计算简图如下图所示：.43 4.6.3 第三根轴，计算简图如下图所示：.45 4.6.4 第四根轴，计算简图如下图所示：.48 第五章 扭力杆装置的设计.51 5.1 选择材料 .51 5.2 结构设计计算 .51 第六章 结束语.52 第七章 参考文献.53 1 第一章第一章 绪论绪论 1.11.1 炼钢技术发展概述。炼钢技术发展概述。 氧气顶吹转炉炼钢又叫 LD 炼钢法。1949 年 6 月由奥地利的 Voest-Alpine 联合公司实验成功，并在 1952 年和 1953 年先后在其所属的林茨（Linz）和道 纳维茨（Donawitz）两钢厂投入工业生产（故又名 LD 法）这种炼钢法已在国 内外的炼钢中充分显示了重要作用。 过去世界钢产量中平炉钢占绝对优势而现在确被氧气顶吹转炉钢所取代， 近年来世界几个小时，钢产量可达 40005000 吨而同容量的平炉一昼夜只能 炼得 300400 吨钢，平均每几小时产量相差十几倍另外吹炼一转炉钢所需的 时间上看，与平炉，电炉等炼钢方法相比，要短的多。平炉即使采用吹氧强化 也无法与其相比。电弧炉在采用超高功率、吹氧强化的情况下，仅在 12 分钟之 内即可吹炼一炉钢，两者相比，电炉要多用 68 倍以上的时间。 据 1977 年统计，国外氧气顶吹转炉有 460 多座，最多的是日本，有 94 座。 最大的转炉容量是西德奥古斯特蒂森钢铁公司的两座 350 吨转炉。 氧气顶吹转炉之所以能够这么迅速的发展，其原因主要在于和其他炼钢方 法相比它具有一系列的优越性。 图 1.1 是氧气顶吹转炉主体结构图。它由炉体 1、支承装置 2 和倾动机械 3 所组成。 2 1.1.1 其中较为突出的几点综述如下：其中较为突出的几点综述如下： （1）生产率高。 一座容量为 100 吨的氧气顶吹转炉连续生产和平炉，电弧炉一样熔炼各种 成分的铁水。所不同的是平炉和电弧炉可以熔炼 100%的废钢，而氧气顶吹转炉 在现在的操作工艺条件下，一般只能使用 25%30%的废钢料。 （2）投资少、成本低。 建氧气顶吹转炉车间需要的基本建设的单位投资，比相同规模的平炉车间 节省 30%左右，即使包括相应辅助车间（制氧车间）在内的投资，仍然比平炉 车间要省。 此外，投资后的经营管理费用，也比平炉车间节省。据有关资料报道利用 转炉废气余热发电，其发电量可以补偿制氧车间电力消耗而有余。 （3）原料适应性强。 氧气顶吹转炉对原料情况的要求，与空气转炉相比并不那么严格，可各主 要产钢国家的氧气顶吹转炉钢产量几乎都占总量几乎都占钢产量的 50%以上， 而日本则稳定在 80%左右。1974 年世界氧气顶吹转炉钢产量已超过总炼钢量的 一半，约 60%左右 1976 年世界氧气顶吹炼钢量为 4.46 亿吨，占总产量的 70% 左右。 3 （4）炼钢的钢质量好、多品种。 在初期的氧气顶吹转炉中一般只能生产低碳沸腾钢，而现在所冶炼的钢种 中不但包括全部平炉钢，而且还包括相当大的一部分电弧钢，而钢的质量与平 炉钢基本相同或略优。氧气顶吹转炉钢的深充性能好，适宜轧制板，管，丝， 带等钢材这类约占钢材总量的 50%60%或更高。 （5）适于高度机械化和自动化生产 氧气顶吹转炉由于冶炼时间短，生产效率高，再加转炉容量不断扩大， 为了准确控制冶炼过程，保证获得合格的钢水和出炉温度，必须进行自动控制 盒检测实现生产过程自动化。 综上所述，由于氧气顶吹转炉开始投入生产并带来的巨大利益，相继在许 多国家得到推广，到 1972 年国外氧气顶吹转炉钢产量已占世界钢总产量的 53%，在各种炼钢法中占绝对优势，目前氧气顶吹转炉钢主要炼钢的方法。 而我们所说的氧气顶吹炼钢法，是由水冷氧枪自了转炉炉口伸入炉内直接 向熔炉吹入高速氧流的一种炼钢方法。 、 1.21.2 各类转炉炉型的特点各类转炉炉型的特点 炼钢的方法主要是三种，转炉、平炉和电弧炉。现在，大规模生产冲压用 钢板的一般用转炉冶炼。 为了提高钢水质量，冶炼以后还可以对钢水进行精炼处理，精炼可以有效 的脱氧、脱碳、微调处理等。 在 50 年代，氧气顶吹转炉炼钢的初期，转炉倾动机构基本都是采用空气转 炉，即贝赛多转炉的倾动机构结构形式。随着氧气转炉的发展熔炉的不断扩大， 空气转炉形式的倾动机构已不能适应托圈下凹变形引起身轴曲翘和动负荷。扭 振疲劳等工作状态的需要，且随炉子容量的不断扩大这下矛盾更加突出。 为了解决这些矛盾，国内外炼钢工作者和设计、研究人员做了大量研究和 改进工作，是转炉倾动机构出现了许多新的结构和配置形式。它们可归结为落 地式、全悬式和半悬式三种。不管哪一种，都要求它们的总体配置尽可能紧凑， 避免使转炉胯间距加大，增加土建费用； 比较几种倾动机械的特点及应用场合： （1）落地式配置。这种机械特点是全部传动机械均安装在地基上，通过联 4 轴器或大齿轮与耳轴连接，实现转炉的倾动。并且其结构简单，只要采用适当 传动结构形式，就可使之适应托圈下凹引起的耳轴翘曲变形，但占地面积比其 他结构形式大，抗冲击及抗扭疲劳能力差。 （2）半悬式配置倾动机械，这种配置的特点是将最末一级齿轮副的主动小 齿轮装在齿轮副的壳体上，与大齿轮一起悬挂在耳轴上，而其他传动零件仍安 装在地基上。初级减速机与末级减速机齿轮副间，仍用万向联轴器或齿轮联轴 器连接。总之，半悬挂倾动机械能适应托圈下凹变形，克服了末级减速机齿轮 啮合的不良影响。如配合使用行星差动调速，则可以既能满足转炉调速和备用 要求，又能节省设备投资费用。但由于初级减速机与悬挂减速机之间仍有联轴 器，不可避免地会使倾动机械的占地面积增大，布置不够紧凑。 （3）全悬挂配置的倾动机械。这种机械的特点是从电动机到末级齿轮传动 副全部传动装置都悬挂在耳轴上。此类倾动机械一般采用多电机，多初级减速 器共同带动悬挂在耳轴上的大齿轮使转炉倾动。这种多驱动的优点在于，一个 驱动系统发生事故，其他系统仍然可继续工作，直到一炉冶炼结束，具有较强 的备用能力；其次能充分发挥大齿轮的作用，单个齿传动力减小，设备重量和 尺寸也相应减小。 包钢氧气顶吹转炉为 210 吨四点全悬挂驱动氧气顶吹转炉本体，如图 图 1.2 1.31.3 氧气顶吹转炉车间的设备氧气顶吹转炉车间的设备 5 现代氧气顶吹转炉车间设备是以转炉设备为主体，同时配备供氧、供料、 出钢、出渣、注锭、烟气处理及修炉等操作系统，而各操作系统之间是通过各 种运输和起重设备联系起来的。 转炉主体设备是实现炼钢工艺操作的主要设备，它由炉体、炉体支撑装置 和炉体倾动机构等组成。 供氧系统由输氧管道、阀门和向转炉吹氧的装置等设备组成。氧气顶吹转 炉炼钢时，用氧量大，要求供养及时、氧压稳定，安全可靠。 铁水是氧气顶吹转炉炼钢的主要原料，炼一吨钢就需要一吨左右的铁水。 为确保转炉正常生产，铁水供应因充足、及时；成分均匀、温度稳定；称量总 确。铁水供应设备由铁水贮存、铁水预处理、运输及称量等设备组成。铁水贮 存设备主要有混铁炉和混铁车。 转炉生产对散装状料供应设备要求及时运输、快速加料、称量准确、运转 可靠、维修方便、能改善劳动条件。整个系统包括将散状料由地下仓运至高位 料仓的上料机械设备和将散状料自高位料仓加入转炉内的加料设备。 废钢由电磁起重机在原料厂装入废钢料箱，再由机车或起重机械运至转炉 平台，然后由炉前起重机械或废钢加料机加入转炉。 铁合金运于钢水的脱氧和合金化。转炉侧面的平台设有铁合金料仓、铁合 金烘烤炉和称量装置。出钢时把铁合金从料仓或烘烤炉卸出，称量后运至炉后 通过溜槽加入盛钢筒中。 转炉下设有电动盛钢筒和渣车等设备。转炉钢水倒入盛钢筒由盛钢筒运至 注锭车间进行浇注。渣则由渣罐车运至附近渣厂进行处理。铸锭系统包括（铸 锭起重机、浇注平台、盛钢筒修理设备和脱模、整模设备）和连铸设备。 当转炉炉衬被侵蚀比较严重而无法修补时，就必须停止吹炼，进行拆炉和 修炉。修炉机械设备包括补炉机、拆炉机和修炉机等。 由于氧气顶吹转炉炼钢过程中产生大量的棕色高温的烟气（含有大量的 CO 和铁粉，是一种很好的气体燃料和化工原料） ，因此必须对转炉排出的烟气 进行净化和回收。烟气净化设备包括：活动烟罩、固定烟道、溢流文氏管可、 调喉口文氏管、弯头脱水器和抽风机等。 1.41.4 国内外氧气顶吹转炉评述、近代大型氧气转炉发展状况国内外氧气顶吹转炉评述、近代大型氧气转炉发展状况 6 19241925 年间，德国开始在空气底吹转炉上采用鼓风的实验，实验结 果表明，随着富氧程度的提高，转炉钢的质量得到显著的改善，但鼓风中含氧 40%以上时，炉底风眼砖很容易损坏。 1948 年德国人特罗在瑞士，改进了使用纯氧的吹炼方法，采用水冷氧气喷 管，从转炉炉口伸入炉内，在熔池的上方供氧进行吹炼，得到满意的结果。经 过不断的试验和改进以后，形成了氧气顶吹转炉的雏形。奥地利钢铁公司根据 特罗的设计，先后在装入量为 2 吨，10 吨，15 吨的转炉上进行氧气顶吹工业性 试验，取得了丰富的经验。与 19501951 年在林茨和多纳维茨两地相续建立 了 30 吨氧气顶吹转炉车间，分别在 1952 年 11 月和 1953 年投入了生产。 由于氧气顶吹转炉炼钢首先在林茨和多纳维茨两地投产。所以取这两个城 市名的第一个字母 L-D 作为氧气顶吹转炉炼钢法的代称。 7 第二章第二章 确定倾动机构的方案确定倾动机构的方案 2.12.1 转炉倾动机械的工作特点转炉倾动机械的工作特点 在转炉设备中的倾动机械是实现转炉炼钢生产的关键设备之一。 转炉倾动机械工作的特点： （1）减速比大。炉体的工作对象是高温的液态金属，在兑铁水，出钢等操 作时，要求炉体能平稳倾动和准确停位。因此炉子采用很低的倾动速度 0.2 1.0r/min 左右。为获得如此低的转速，需要很大的减速比，通常约为 700 1000，甚至数千。 （2）倾动力矩大。转炉炉体自重很大，再加装料重量等，整个被倾动部分 重量达到上百吨或上千吨。要使这样大重量的转炉倾动，就必须在转炉耳轴上 施加几百至几千吨力.米的倾动力矩。 （3）启、制动频繁，承受较大的载荷，转炉炼一炉钢的时间通常只有四十 分钟左右。以我国 S-7 厂 120 吨转炉的操作看，在 40min 左右时间里，需启、 制动次数多达 24 次之多，若再加上慢速去的 4 到 5 次点动数要超过 30 多次。 如果原材料中磷高，吹炼过程中倒渣次数增加，则操作就更加频繁。所以转炉 倾动机械的工作属于“启动工作制” 。机构中除承受基本静载荷之外，还要承受 由于启、制动等引起的动载荷。这种载荷在炉口刮渣操作时，其数值甚至达到 静载荷的两倍以上。 再者，转炉倾动机械工作环境是高温、多渣尘，这都表明转炉倾动机械工作的 繁重和条件的恶劣。 根据转炉倾动机械的工作特点和操作工艺的需要，倾动机械应满足以下几点： （1）在整个生产过程中，必须满足工艺的需要。例如，以一定的转速连续回 转 360 度，可停留在任意位置上，而且能与氧枪及钢水罐车，烟罩等有一定的联 锁要求。 （2）再生产过程中，必须能安全可靠的运行。不应发生电动机齿轮及轴、制 动器等设备事故，即使某一部分发生事故时，也要求倾动机械有能力继续工作， 维持到一炉冶炼结束。 （3）能适应高温，动载，扭振的作用，具有较长的寿命。 8 （4）结构紧凑，重量轻，机械效率高，安装维修方便。 转炉倾动机械随着氧气转炉炼钢生产的普及和发展也在不断地发展和完善， 出现了各种形式的倾动机械。 2.22.2 倾动机械形式及特点倾动机械形式及特点 80T 转炉倾动机械的构造不同于一般，它具有不少独有的特点。 （1）运行同步 由于 4 台驱动电机及 4 套一次减速器中，同标高的 2 台的输入轴用钢制联 轴器相连接，运行一致，又通过 1 套电控系统保证不同标高的两台电动机同步 运行，保证了 4 套动力输入装置的同步运行。 （2）载荷均匀 （3）悬挂连接 全套倾动机械是“4 点啮合全悬挂式”除能自动补偿耳轴变形后齿轮传动 的良好啮合外，一次减速器与二次减速器的连接也是全悬挂式。二次减速器的 4 根主动齿轮轴分别是 4 套一次减速器的悬挂轴，这比通常采取的两次减速器 之间箱壳法兰盘固定轴接要合理，无论在齿轮的受力还是制造。安装方面都得 到改善。 （4）柔性支承 由于倾动扭矩产生的水平力，通过二次减速器齿轮箱下部推杆，作用于 两侧的支承系统，经过蝶形弹簧水平地传递到地基上。设计使正常扭矩时为刚 性传递，超过正常扭矩时则为柔性传递。 2.32.3 缓冲止动装置形式缓冲止动装置形式 初期的全悬挂式倾动机械仅仅作为减小倾动机械重量和占地面积的措施， 而没有考虑降低冲击机扭振疲劳的作用。目前全悬挂式倾动机械根据级冲止动 装置的结构形式，可以分为三种： （1）带有弹簧缓冲止动装置的全悬挂式倾动机械。这种用弹簧（或弹簧液 压）缓冲止动的扭矩平衡装置的作用，主要换成和降低启动、制动、顶渣等工 艺操作的生产冲击和扭振疲劳，并阻止悬挂减速机壳转动。但这种弹簧缓冲止 动的扭矩平衡装置，由于原件较多，弹簧寿命短，不能长期有效工作。 （2）带橡胶缓冲止动装置的全悬挂倾动机械。这种缓冲止动扭矩平衡装置 9 虽然比弹簧缓冲止动装置寿命长一些，但仍然零件多，而是多用水平装置的缓 冲止动装置。这种水平配置的结构，使耳轴轴承承受水平和耳轴轴承座承受倾 翻力矩，增加了二轴轴承和轴承座的负荷。 （3）带有扭力杆缓冲止动装置的全悬挂式倾动机械。这种装置不使二轴轴 承产生附加水平力，不使二轴轴承座受倾翻力矩。同时，由于这种缓冲止动装 置零件少，使用寿命较长，缓冲及减振性能也较好。如图 图 2.1 综合分析上述各类倾动机械对其设计要求满足程序，我选择了带有抗扭力 杆缓冲止动装置的全悬挂式倾动机械。 2.42.4 倾动机械的传动形式倾动机械的传动形式 倾动机械的传动形式目前使用的是交直流电动机圆柱齿轮减速机和交 流电动机行星差动减速机两种。 （1）交直流电动机圆柱齿轮减速机。若采用交直流电动机实现快，慢 速两种倾动速度要求，只能在慢速时采用多点动的方法。但是，这样电动操作 使得启动、制动过于频繁。这种倾动机械的电气系统和机械系统都承受着严重 的冲击和尖峰载荷，而且经常造成接触器触点和制动器电磁线圈烧坏，增加了 电气系统的事故，影响了生产的正常进行。直流电动机电动机组调速方案 是适应转炉 0.11.5/min 两种情动速度的最简形式。这种传统的直流变速机的 10 驱动，可以实现多级或无极变速。通过一般的齿轮减速机就能充分满足不同倾 动速度的要求，而且直流电动机具有过载能力强等优点，有利于保证转炉操作 要求。当然，直流系统较为复杂，投资较高，往往受到一定条件限制。 （2）交流电动机行星差动减速装置，这种装置是机械和电气相结合的 一种变速方法。它把电动驱动和机械传动综合起来解决了只靠交流电动机难以 解决的调速问题。这种传动与直流电动机比较，电动机的总容量不变，而电气 设备的总容量却可以减少到直流驱动时的 1/3-1/4。电气和机械设备的重量可大 为减轻，投资业可节约 1/3-2/3。但当前行星差动减速机国内还不能普遍生产。 所以我采用直流电动机圆柱齿轮减速机传动形式。为了保证转炉的可靠生 产，对较大的转炉采用多驱动结构，可以减小大齿轮及大件的尺寸，重量，安 装，加工及运输。同时，还可使配置紧凑，费用降低，以及具有备用能力宽裕 和机动性能等优点。一般采用四驱就已经足够了。太多的驱动会造成结构复杂， 并使配置空间狭窄，给安装，维修带来很多不便。所以我选择四点驱动。 至此，我所要设计的氧气顶吹转炉倾动机械设计方案如下： 1、采用全悬挂式配置倾动机。 2、用水平扭力杆式扭矩平衡止动装置。 3、用直流电动机圆柱齿轮减速机装置。 11 第三章第三章 炉体部分的计算炉体部分的计算 3.13.1 力学性能参数的计算力学性能参数的计算 3.1.13.1.1 转炉传动比的分配、转动速度的确定转炉传动比的分配、转动速度的确定 (1)转炉速度的确定。转炉倾动转速的正确选定，直接关系到冶炼操作工序 的顺利进行，减轻倾动设备重量，节省投资及降低电动机功率。 炉子容量不同，其转度也相应不同，以便满足出钢、倒渣、取样、测量、 兑铁水等操作工艺和生产率的要求。 按任务书所给的要求，80 吨转炉转速为 0.2-1.0r/min。 （2）传动比的分配。以为倾动机械选用全悬挂结构及配置形式，对转炉倾 动机械的减速比分析表明，一般每级减速比为 4-6 左右，先选悬挂齿轮副的速 度比可根据制造条件和可能略加大到 7-9，暂选 8. 3.1.23.1.2 倾动力矩的计算，最佳耳轴位置的确定倾动力矩的计算，最佳耳轴位置的确定 转炉倾动力矩的计算，目前在于正确选定耳轴位置，并做为倾动机械设计 的基本载荷参数，使设计的倾动机械能保证转炉安全生产又能达到经济合理。 标米 3/吨.分 倾动力矩由三部分组成： M=MK+MY+MM 式中 MK炉壳和炉衬引起的力矩，称为空炉力矩。 MY炉内铁水和炉渣引起的力矩，称为炉液力矩。 MM转炉耳轴的摩擦力矩。 转炉倾动力矩的大小与以下三个因素有关： （1） 转炉容量、转炉形状和其本身重量。 （2） 倾转角度。 （3） 耳轴与炉体重心间的距离。 因此，进行转炉倾动力矩的计算时，首先要涉及到转炉的炉型。 12 3.23.2 转炉炉腔内型的选择和计算转炉炉腔内型的选择和计算 3.2.13.2.1 炉型的类别炉型的类别 目前，国内外氧气顶吹转炉炉型大致有如图 所示： 图 3.1 A 型：炉帽为截锥体，炉身为圆筒形，炉底为球缺形。 B 型：炉帽为截锥体，炉身为圆筒形，炉底为倒截锥体和球缺形。 C 型：炉帽为截锥形，但倾角较大，炉身为上大下小的倒截锥体，炉底为 球缺形。 A 型几何形状比 B 和 C 型简单，炉壳也便于制造，炉衬砌筑方便。对于中 等容量和大容量转炉，多采用这种形状。 B 型和 A 型相比，在同样熔池深度情况下，如采用适当的底部尺寸，则熔 池直径比 A 型大，这能增加熔池反应面积，有利于铁水炉渣进行化学反应和 脱磷。我国中型转炉一般均采用这种炉型，而小型转炉则为了砌筑方便，将球 缺部分去掉，其余部分保持相同。 C 型能保证在一定熔池深度和熔池面积的前提下，具有较大的自由空间， 适用于冶炼高磷生铁。 分析后，本设计采用 A 型： 50 吨以上的筒球型炉子的球底半径选熔池直径的 1.11.25 倍，即 R=1.11.25D炼钢设计参考资料 13 1、容积比： 6 吨以下=0.90.95 V T 1230 吨=0.9 V T 5080 吨=0.850.9 V T 120 吨左右=0.85 V T 2、高度比： 6 吨以下=1.61.7 H D 总 壳 1230 吨=1.51.6 H D 总 壳 5080 吨=1.41.5 H D 总 壳 120 吨左右=1.31.4 H D 总 壳 3.33.3 炉型主要尺寸的确定炉型主要尺寸的确定 3.3.1 熔池直径的确定熔池直径的确定 转炉熔池直径是转炉的主要工艺参数，合理是熔池工艺直径和熔池深度对 于保证氧气顶吹转炉冶炼过程化学反应的顺利进行，减少喷溅，减少炉底侵蚀 是很重要的。 1、当转炉容量200 吨，供氧强度为 2.5 标米 3/吨分时，熔池直径计算公式 为：m 91.2 1.94.4 17 R G DK t 式中 DR熔池表面直径，米； G金属装入量，吨，G=1.1480=91.2t; t吹氧时间，分，取 17min; K比例常数，K=1.852.1， （小炉取上限，大炉取下限） 2、氧气质量流量的计算 单位时间氧气质量流量按以下公式计算： 00 Q =60q G Kg S 14 式中 氧气比重，； 3 Kg m qo供氧强度，； 3 3minm t G金属装入量，吨，G=1.1480=91.2； Q0=1.429391.2/60=6。52Kg/s 1、单孔枪头出口直径： cm -0.286 0 -0.286 13.8Pg = 1- Q D Pg 单 3.3.23.3.2 炉帽和炉身尺寸的计算公式炉帽和炉身尺寸的计算公式 1、炉帽高度 H帽的计算： 1)H帽=1/2(D-d口)tan=2594.85 毫米 式中 H帽炉帽高度，毫米； D熔池直径，毫米； d口炉口直径，毫米;(一般去熔池直径的 0.430.53)，取 0.45D=1980 毫米； 炉帽水平倾角（一般取 6068）取 650； 2)炉帽有效容积 V帽的计算 V帽=0.262H帽（D2+d 口+Dd口）=21.34 m3； 式中 V帽炉帽高度，米； D熔池直径，米； D口炉口直径，米； 0.262体积系数，即 /12; 2、炉身尺寸的确定 1） 、取 V/T=0.9（指转炉工作容积和与转炉公称容积 2） T=91.2t 则 V=0.991.2=82.08 m3 2)、V底= （高数 P105） 2 4 4 cos 33 Rsh =0.253+2.584=2.837 m3 15 炉身体积： V身=V（V帽+V底） =82.0816.872.86=57.9 m3 炉身高： h身=3.81 m 2 D 4 V 身 3、炉子内衬尺寸的确定：如图 炼钢设计参考资料 P108 炉帽：工作层 520mm 填充层 60mm 永久层 115mm 炉身：工作层 600mm 填充层 60mm 永久层 115mm 炉壳厚度：1=0.0115DK=70 mm; D K=DR+21+22 式中 1炉衬厚度，mm; 2炉壳钢板厚度，mm; 则 DK=4400+2（60+115+600）+2*71=6093 mm 水冷炉口高取 115mm，则 . . 满足要求。 3.3.33.3.3 转炉空炉力矩的计算转炉空炉力矩的计算 16 图 3.2 （1）转炉炉帽的计算： 炉壳：. 永久层：. 填充层：. 工作层：. 帽 22 453 4 -RRh 386.284 t G 帽 2= 22 4 2299 h + 3 RR RR A = 22 4 h 2.9752.975 1.765 1.765 3 =238.47 t G 帽 3= 22 4 338832 h + 3 RR RR A =4.24 t G 帽 4= 22 4 447743 h + 3 RR RR A =12.075 t 17 G 帽 5= 22 4 55664 h + 3 RR RR A =62.93 t 炉帽分重心的计算： Z 帽 1= 22 1110104 123 22 111010 +2+3h 4 E RR RR hhhh RRRR A = 4 h9.28711.18 10.1 6.085 418.23 =1.081+6.085 =7.166 m Z 帽 2= 22 22994 123 22 2299 +2+3h 4 E RR RR hhhh RRRR A = 4 h8.85 10.59.34 6.085 417.21 =10.81+6.085 =7.166 m Z 帽 3= 1239 0.115 -+h 2 E hhhh = 4 h8.189.448017 6.085 415.62 =1.07+6.085 =7.155 m Z 帽 4= 22 44774 123 22 4477 +2+3h 4 E RR RR hhhh RRRR A = 4 h7.848.907.58 6.085 414.82 =1.065+6.085 =7.150 m Z 帽 5= 22 55664 123 22 5566 +2+3h 4 E RR RR hhhh RRRR A 18 = 4 h4.844.362.94 6.085 47.99 =0.98+6.085 =7.065 m 炉帽的合成重量及重心： G 帽=G 帽 1+G 帽 2+G 帽 3+G 帽 4+G 帽 5 =386.284238.474.243+12.07562.931 =92.715 t Z 帽= 1122334455 12345 GZGZGZGZGZ GGGGG 底底底底底底底底底底 底底底底底 = 2442-1507.44-26.77+76.13-391.76 92.715 =7.232 m （2）转炉炉身段的计算： 炉身的分重量： G 身 1= 22 123 1 -RRh =9.28-8.853.81 7.8 =39.89 t G 身 2= 22 233 2 -RRh =8.85-8.183.81 2.7 =21.67 t G 身 3= 22 343 3 -RRh =8.18-7.843.81 2.6 =10.56 t G 身 4= 22 453 4 -RRh =7.84-4.843.81 2.9 =104.9 t 19 炉身的合成重量及重心： G 身=G 身 1+G 身 2+G 身 3+G 身 4 =39.89+21.67+10.56+104.9 =177.02 t Z 身= 3 12 2 E h hhh =4.18 m （3）炉底部分的计算： 炉底分重量的计算： G 底 1= 2 2 15 81 4cos 3 R h =32.330.99 1.3767.8 3 =625.264 t G 底 2= 2 2 14 71 4cos 3 R h = 31.5280.99 1.3055.1 3 =386.728 t G 底 3= 2 2 13 632 4cos 3 R h = 30.250.99 1.190.1 3 =6.915 t G 底 4= 2 2 12 543 4cos 3 R h =29.5940.99 1.130.3 3 =19.727 t G 底 5= 2 2 11 44 4cos 3 R h = 23.4260.990.532.9 3 20 =108.287 t 炉底的分重心的计算： Z 底 1= 8158 12 158 4 43 E hRh hhh Rh =2.2750.469 =1.806 m Z 底 2= 7147 12 147 4 43 E hRh hhh Rh =2.2750.444 =1.83 m Z 底 3= 6136 12 136 4 43 E hRh hhh Rh =2.2750.405 =1.87 m Z 底 4= 5125 12 125 4 43 E hRh hhh Rh =2.2750.384 =1.89 m Z 底 5= 2112 12 112 4 43 E hRh hhh Rh =2.2750.178 =2.097 m 炉底的合成重量及重心的计算： G 底=G 底 1+G 底 2+G 底 3+G 底 4+G 底 5 =625.264386.7286.915+19.727108.287 =143.061 t 21 Z 底= 112233 123 G ZG ZG Z GGG 口口口口口口 口口口 =1.5245 m （4）水冷炉口的计算： 图 3.3 水冷炉口的分重量的计算： G 口 1= 22 9 17171919 h +- 3 RRRR 水 =56.07 G 口 2= 22 4 161611 h +- 3 RRRR 水 =49.52 t G 口 3= 2 18 R-水 =0.36 t 水冷炉口分重心的计算： Z 口 1= 22 917171919 123 22 17171919 h+2+3 4 E RRRR hhhh RRRR A =6.085+1.135 =7.22 m 22 Z 口 2= 22 1116164 123 22 111616 +2+3h 4 E RR RR hhhh RRRR A = 6.058+1.0818 =7.167 m Z 口 3= 1239 0.115 -+h 2 E hhhh =8.736 m 水冷炉口的重量及其重心的计算： G 口=G 口 1+G 口 2+G 口 3 =5