机械毕业设计（论文）-电弧炉渣门机构设计【全套图纸】.doc

本科毕业设计本科毕业设计( (论文论文) ) 题目题目：电弧炉渣门机构设计电弧炉渣门机构设计 系系 别：别： 机电信息系 专专 业：业：机械设计制造及其自动化 班班 级：级： 学学 生：生： 学学 号：号： 指导教师：指导教师： 2013 年 5 月 电弧炉渣门机构设计电弧炉渣门机构设计 摘摘 要要 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：关键词：电弧炉；电弧炉渣门；炉门提升 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 II Electric arc furnace slag door mechanism design Abstract The design, design for the the slag door electric arc furnace can lift structural design, the design of the cooling system, and the slag door lifting mechanism. Among them, the structural design of the slag door comprising: a door the choice of materials, the door shape structural design. The design of the cooling system comprising: a cooling mode selection, material selection, as well as the design of the oven door calculation. The slag door lifting mechanism design includes: an elevated manner, the transmission mode, the arrangement of the transmission system, the power source means, and the transmission system of each member checked. Electric arc furnace slag door lifting mechanism in the case to ensure the security and stability of the electric arc furnace, the door can enhance the smooth landing and quick response. Key Words: Electric arc furnace; slag door; Door upgrade III 主要符号表主要符号表 A 截面面积截面面积 K 安全系数安全系数 Dm 外径外径 d 内径内径 对无缝钢管系数取对无缝钢管系数取 C 管壁厚度附加值管壁厚度附加值 工作温度下管材许用应力工作温度下管材许用应力 缸底材料抗拉强度（缸底材料抗拉强度（Pa） b b S 为管壁厚度为管壁厚度 P 为管内介质压力为管内介质压力 Ps 缸内额定压强缸内额定压强 V 体积体积 M 重量重量 齿距角齿距角 H 链轮中心至链窝底面垂直距离链轮中心至链窝底面垂直距离 Mv 垂直方向上弯矩垂直方向上弯矩 MH 水平方向上弯矩水平方向上弯矩 P 液压缸的供油压力液压缸的供油压力 IV 目录目录 1 绪论绪论.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 V 4.2.6 提升机构液压系统设计.20 5 结论结论.27 参考文献参考文献.28 致致 谢谢.30 毕业设计（论文）知识产权声明毕业设计（论文）知识产权声明.31 毕业设计（论文）独创性声明毕业设计（论文）独创性声明.32 附录附录 1.33 附录附录 2.34 附录附录 3.36 1 绪论 1 1 绪论绪论 1.11.1 题目背景题目背景 众所周知，以电弧炉炼钢为核心的短流程炼钢工艺，在工程投资、占地面 积、吨钢的资源消耗、能源消耗和二氧化碳等污染物排放量比长流程炼钢工艺 大幅减少，同时以废钢为原料也直接体现了金属材料的循环利用，更符合钢铁 行业可持续发展、科学发展和低碳经济发展的要求。全球电弧炉钢产量呈不断 上升的趋势很大一部分也是得益于电弧炉炼钢技术和装备技术的不断创新和进 步。现代工业化炼钢方法以高的生产率、优良的质量和低廉的成本,帮助钢铁产 品成为社会最广泛使用的金属材料。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。 1.21.2 国内外发展的概况及研究意义国内外发展的概况及研究意义 1.2.1 国内外发展的概况国内外发展的概况 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，是电弧炉的重 要组成部分。我国对于电弧炉的研究起步较晚 20 世纪 60 年代以前,我国只能仿 照 5 吨以下的电弧炉,电炉钢产量极低。70 年代,经过科研工作者的努力,自主 设计并制造了我国第一台全液压传动炉盖旋开式顶装料 30t 电弧炉，结束了仿 制的历史。80 年代，随着国民经济的快速发展,我国电弧炉数量增加极快,但大 多数是技术经济指标落后的小炉子。1992 年，平均电弧炉容量 4.6t/台。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。经过几十年,特别是改革开 放后三十年的发展,我国在自主创新开发具有中国特色的现代电弧炉炼钢技术方 面取得了丰富的成果。据统计1,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2。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3。由于炉门主要是排放 （论文） 2 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4。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。 1900 年 PaulHerouh 在法国建立了第一座工业用电弧炉。1909 年在美国建 成了一座 15 吨三相电弧炉炉壳为圆形，用三相交流电供电，三个电极穿过炉顶 孔伸入炉中，这是世界上第一座圆形炉壳的电弧炉。1926 年，在德国制造成功 了炉盖移动式电弧炉，首次实现电弧炉炉顶加料。1964 年,美国 Schwabe 等首 次提出了超高功率电弧炉的概念电弧炉（电炉）钢产量增长在过去几十年不断 增长。许多国家投入到生产更高价值的产品如：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一氧化碳，或一氧化碳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5。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。在其研究基础上，结合当前概念 开发6。 1.2.2 研究意义研究意义 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） 3 1.3 论文的提出与本文的组织论文的提出与本文的组织 1.3.1 论文的提出及本人的主要工作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 2 2 2 2=16 种，经过总体分析，选出最优 方案。 1.3.3 论文主要内容论文主要内容 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。 （论文） 4 2 炉渣门冷却系统设计炉渣门冷却系统设计 2.1 冷却的方式冷却的方式 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。因此再本次设计中采用水冷。 水冷炉渣门的发展经历了从局部水冷护渣门，(护墙热点区)到全水冷炉门的 过程。结构型式也由早期的铸铁箱式水冷块、后来的钢板焊接箱式到最新的密 排管式水冷块。整个炉壁由若干块水冷块组成。水冷块的尺寸大小不一,具体视 各自所在的位置而定。炉壳由钢管焊成的环形框架和加强筋所组成。此环管既 作为进、出水的干线管道，又起到护壳框架的结构件作用。护壳与炉底之间为 螺栓活接。 水冷的优点：(1)增加电弧炉的有效容积；(2)减少装炉次数；(3)提高熔化速 率，缩短冶炼时间；(4)大大减少耐材消耗；(5)大大减少热停工时间；(6)采用最 佳弧长操作提高功率因素；(7)利用冷却水温度信号协助过程控制缺点；(1)需要 进行专门的加工制作；(2)增加功率消耗一般约为 10 度电每吨钢。 焊接箱式水冷炉壁系统，它主要由三个部分组成:控制系统，冷却水管线， 水冷块。冷却水主水管为上下两路。每块水冷块都与上、下水管相连。上面进 水、下面出水。每块水冷块的出水管上都装有溢流阀，以防水压过高产生事故。 水冷块由 2025 毫米厚的优质钢板采用埋弧焊焊接。焊接后进行超声波探伤和 13 个大气压的高压水压力试验。 密排管式水冷块比焊接箱式水冷块的优点：(1)水的流动状况好，不会产生 “死角” ；(2)不容易产生气泡,因此无局部过热；(3)耐高压，结构较轻巧，并为 用热水冷却提供条件；(4)耐热应力性能好因此，结论是密排管式水冷块优于焊 接箱式。 （论文） 5 2.22.2 冷却系统的布置冷却系统的布置 为节约成本，考虑实际工作中的经济性，冷却液选择水，加酸及阻垢剂处 理后循环使用。循环冷却水是工业用水中的用水大项,在石油化工、电力、钢铁、 冶金等行业，循环冷却水的用量占企业用水总量的 50-90%。由于原水中有不同 的含盐量，循环冷却水浓缩到一定倍数必须排出一定的浓水，并补充新水。一 台 30 万 KW 冷凝机组，循环冷却水量要达到 3.3 万吨/时左右，假定原水中含 盐量为 1000mg/L，浓缩倍数为 3 倍，那么循环冷却水的浓水排放约在 68 左右，即 198264m /h，同时需补充的新水等于排水及蒸发损失等，补充水量 3 大约为循环水量的 22.6%，将为 660860m /h 左右，水资源消耗与污水排放 3 的数量是很大的。循环冷却水由于受浓缩倍数的制约，在运行中必须要排出一 定量的浓水和补充一定量的新水，使冷却水中的含盐量、PH 值、有机物浓度、 悬浮物含量控制在一个合理的允许范围。 冷却水在系统中不断循环重复使用，由于各种无机离子、有机物质、水不 溶物等，不断随补充水及冷却塔洗涤进入，随水温的升高（冷却），水份不断 蒸发浓缩，以及设备结构和材料等多种因素的综合作用，使循环水系统在短时 间内会出现：严重的沉积物（水垢）附着、设备腐蚀（锈垢）和微生物的大量 滋生（生物粘泥、软垢附着），以及由此形成的粘泥污垢堵塞管道等问题。它 们会威胁和破坏工厂设备长周期地安全生产，甚至造成较大的经济损失。 主要表现为：（1）水冷换热器传热效率快速降低（换热管壁结水垢）； （2）换热管内循环水流量减少（甚至逐渐堵塞换热管）；（3）设备加速腐蚀 设备加（主要表现为垢下腐蚀）；（4）设备的使用寿命成倍缩短；（5）增加 生产运行成本。 循环冷却水的处理可以归结为以下四个方面：增设旁滤装置，旁滤流量一 般为循环水量的 1%-5%，过滤去除悬浮物质，以去除悬浮物；软化除盐或投加 阻垢剂控制结垢；投加阻垢剂，使金属表面形成一层薄膜将金属覆盖起来，从 而与腐蚀介质隔绝，防止金属腐蚀，控制腐蚀；投加杀生剂控制微生物。 使用循环冷却的意义：随着工业的高度发展，人类生存环境的恶化，社会 的可持续发展及其涉及的生态、环境、资源、经济等方面都成为国际和社会关 注的焦点，被提高到发展战略的高度。人类已认识到在促进经济发展的同时， 必须充分考虑自然资源的长期供给能力和生态环境的长期承受能力，因此广泛 应用环境无害技术和清洁生产方式，实现高效益、节约资源和能源，减少废物 排放等可持续发展战略措施，从而减少对环境的污染，实现绿色环保。这一结 构形式的水冷块是用无缝钢管相互并列、焊接而成。每块水冷块中间位置上有 （论文） 6 一根与其它管子成 90 度的进水管和一块衬板(起加强件作用)。密排管式水冷炉 具有冷却水循环阻力小、冷却均匀、冷却效果好、内部无焊缝等优点。 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 8mm。校核管壁所承受的压力，排布方式为mm5 .82mm67外径为 中间间隔 20mm，采用密排管式水冷块，冷却管排布形式如图 2.1。 图 2.1 冷却管排布图 2.32.3 管的材料的选择管的材料的选择 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。 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。 水冷壁管是电电炉的主设备之一，20G 以其良好的力学性能和耐腐蚀等特 点而广泛用于制造的水冷壁管8。 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 Q235B，Q235B 有一定的伸长率、强度， 良好的韧性和铸造性，易于冲压和焊接，广泛用于一般机械零件的制造。主要 用于建筑、桥梁工程上质量要求较高的焊接结构件，材质是 Q235B 的钢材的机 械性能要远远优于材质是 Q235A 的钢材。 （论文） 7 冷却管经过焊接，成为密排结构，焊条选择 E4303，J422 焊条是普通叫法， 对应国际标准牌号 E4303。它是一种酸性焊条，药皮钛钙型，J 表示结构钢焊条， 42 是 42kg/mm 焊缝金属的抗拉强度，熔金抗拉强度不低于 420MPa。主要用途:用 2 于焊接较重要的低碳钢结构和强度等级低的低合金钢，一般用于焊接钢结构 和普通碳钢管道的焊接焊缝质量等级级，参见附录 2。 2.42.4 冷却水量的计算冷却水量的计算 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 5-8m3/h, 本设计取 20m3/h，冷却水的流速一般小于 3m/s，取 1m/s。根据机械工程手册无缝钢管的推荐通径： 根据：D=1.1 W/V （2.1） W 为体积流量，V 为流速： 得 D=0.08248m82.48mm，取 82.5mm. 60601 20 1 . 1 管厚的计算： S =+ C 2 PD （2.2） S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； -对无缝钢管系数取 1； C管壁厚度附加值； 把数值带入公式 2.2 得： S=+68mm； 1222 5 . 826 . 0 得内径 d=82.5-8 2=66.5mm，圆整后取 67mm。 西安工业大学北方信息工程学院（论文） 7 3 电弧炉渣门结构设计 8 3 电弧炉渣门结构设计电弧炉渣门结构设计 3.13.1 电炉渣门结构设计电炉渣门结构设计 炉渣门的结构分为两部分，即冷却系统部分和支撑部分。冷却系统部分为 密排水冷块，包括无缝冷却水回路的钢管和管与之间拐角处的连接件。支撑部 分为一块衬板，及炉门固定及提升接头部分。根据冷却管的长度和排布，确定 炉门支撑衬板尺寸为 1400mm 1005mm；如图 3.2。 图3.1炉门主视图 图3.2炉门左视图 （论文） 9 冷却管外径为85mm，确定侧面支撑板尺寸为 975mm 92.5mm 如图 3.3 为满足炉门升降平稳，设计炉门与电弧炉主体之间的相对运动为滑动，电弧炉 炉体设计滑动轨道即滑动槽，而电弧炉渣门两侧设计滑动板，构成滑动副。电 弧炉渣门两侧的滑动板尺寸为 975mm 62mm。 3.23.2 电炉渣门的材料选型及经济性分析电炉渣门的材料选型及经济性分析 炉门材料的选择要满足的需要有：在工作温度下，应有足够的强度、合理 的强韧性配合及组织性质稳定性，可使构件的壁厚不致太大以易于加工并不致 显著地影响传热效果，从钢材性能上保证长期安全运行；良好的冷、热加工性 能，其中特别是良好的焊接性能；高压锅炉钢应是优质钢或特殊质量钢，为电 炉或纯权顶吹转炉冶炼，镇静钢，在冶炼时除用优质原料外一般要求加以炉外 精炼和真空脱气等工艺以使有害杂质，如 硫、确、锡、锑、砷等及气体含量降 到最低程度，使钢纯净化，以避免脆性断裂事故发生。炉门支撑结构为钢板件 焊接而成。因此对材料的焊接性能、强度都有较高的要求，所以对材料的综合 性能有较高的要求。由于 Q235 含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接 等性能得到较好配合，用途最广泛，经济性较好。所以，炉门的支撑结构的材 料选择 Q235。 炉门支撑结构加工工艺为焊接，所以在焊接后存在焊接残余应力，所以要 对炉门进行热处理，以消除焊接残余应力。在较高的温度下进行退火热处理时， 材料的屈服强度随着温度的升高而降低， 而材料内部的焊接残余拉应力一个 重要的特点是与材料本身屈服强度存在着一个平衡， 因此屈服强度的降低导致 与残余拉应力的平衡被打破， 此时材料内部的焊接残余应力随之下降， 下降 程度取决于屈服强度的变化， 理论上是加热温度越高，残余应力降低的越多。 且在高温下残余应力下降速度较快。当焊缝的应力峰值已降到材料在给定温度 下的屈服强度水平后，应力下降速度减缓，随后是蠕变引起应力松弛过程。蠕 变在高温时也起作用，但在本试验条件下由于时间较短其作用远小于高温引起 的材料屈服强度的降低，即较高温度退火消除焊接残余应力时，材料屈服强度 随温度升高而降低9。 在完成电弧炉渣门基本结构设计，及冷却管的设计后，要对炉门整体包括 炉门支撑结构和冷却管进行检测。因为冷却管是通过焊接而成，冷却管里内通 过循环冷却液，承受一定压力，而且工作在高温环境下。所以，炉渣门表面及 （论文） 10 金属内部的缺陷，会对炉门造成很大的影响。若处理不好这些缺陷，将会造成 电弧炉渣门的寿命大大减少，甚至会引发安全事故。对金属进行无损探伤，是 解决这一问题的有效方法。无损探伤是在不损坏工件或原材料工作状态的前提 下，对被检验部件的表面和内部质量进行检查的一种测试手段。无损探伤检测 是利用物质的声、光、磁和电等特性，在不损害或不影响被检测对象使用性能 的前提下，检测被检对象中是否存在缺陷或不均匀性，给出缺陷大小，位置， 性质和数量等信息。常用的无损探伤方法有：X 光射线探伤、超声波探伤、磁 粉探伤、渗透探伤、涡流探伤、 射线探伤、萤光探伤、着色探伤等。无损探 伤可以改进制造工艺；降低制造成本；提高产品的可靠性；保证设备的安全运 行。探伤的范围：焊缝表面缺陷检查。检查焊缝表面裂纹、未焊透及焊漏等焊 接质量；内腔检查。检查表面裂纹、起皮、拉线、划痕、凹坑、凸起、斑点、 腐蚀等缺陷；状态检查。当某些产品(如蜗轮泵、发动机等)工作后，按技术要 求规定的项目进行内窥检测；装配检查，装配或某一工序完成后，检查各零部 组件装配位置是否符合图样或技术条件的要求;是否存在装配缺陷；多余物检查。 检查产品内腔残余内屑，外来物等多余物。 磁粉探伤是目前工厂常用的无损探伤，渗透探伤的优点：操作简单,不需要 复杂设备,费用低廉，缺陷显示直观；具有相当高的灵敏度,能发现宽度 1 微米 以下的缺陷。这种方法由于检验对象不受材料组织结构和化学成分的限制；渗 透探伤广泛应用于黑色和有色金属锻件、铸件、焊接件、机加工件以及陶瓷、 玻璃、塑料等表面缺陷的检查；它能检查出裂纹、冷隔、夹杂、疏松、折叠、 气孔等缺陷。所以，考虑到电弧炉门的工作要求，及经济性要求选择磁粉无损 探伤。磁粉探伤是用来检测铁磁性材料表面和近表面缺陷的一种检测方法。当 工件磁化时，若工件表面或近表面有缺陷存在，由于缺陷处的磁阻增大而产生 漏磁，形成局部磁场，磁粉便在此处显示缺陷的形状和位置，从而判断缺陷的 存在。 4 炉渣门提升机构设计 11 4 炉渣门提升机构设计炉渣门提升机构设计 4.1 提升负载的计算提升负载的计算 4.1.1 炉门的质量计算及分析炉门的质量计算及分析 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 炉炉渣门（不包括冷却管）的体积为 V =24239157mm ， 1 3 20g 钢材料密度=7.85g/cm 。 3 质量 M =24239157 10- 7.85=190276.15g=190.28kg。 1 3 冷却管质量计算（通过 UG 测得冷却管长度为 18670 mm）： 体积计算：V2=（D -d）L 22 (4.1) V2=（85 -67 ） 18670 22 =3.14 2476 18670 =160394.716cm 3 M =160394.716 7.85=1259098.5g=1251kg。 2 4.1.2 冷却水重量的计算冷却水重量的计算 炉门冷却水的质量，是指炉门冷却系统在正常工作时，即满足冷却要求时 炉门冷却管内充满水时，水的总重量。 充满水时水的质量计算： 冷却管内径为 67mm，通过软件 UG 测得冷却管长度为 18670mm； 充满水时水的体积 V =3.14 672 18670 0.001=263162.2cm ； 3 3 充满水时水的质量 M = V=263162.2g=263.162kg。 331 4.1.3 炉门总重量的计算炉门总重量的计算 炉渣门（不包括冷却管）的质量 M =190.28kg； 1 冷却管的质量：M =1251kg； 2 水的质量：M=263.162kg； 3 则炉门总质量为： M1+M2+M3=190.28+1251+263.16=1704.4kg （论文） 12 4.2 炉渣门提升机构设计炉渣门提升机构设计 4.2.1 提升机构的基本要求提升机构的基本要求 炉渣门的提升机构不仅要满足结构上的合理性，还要满足实际工作中的安 全可靠，加热炉炉门提升机构除应保证炉门能平稳地升降而且要反应迅速满足 操作的方便灵敏性，还要适应高温的工作环境，而且还要满足经济性的要求炉 门提升速度为 3m/min。炉门的提升速度由压力油路中的节流阀控制。炉门下降 靠其自重，当油缸回油时，炉门便在自重作用下自动下降。下降速度由回油路 上的节流阀控制。 4.2.2 提升方案比较及选择提升方案比较及选择 电弧炉渣门的提升动力结构可分为电动式和液压式。 电动式提升机构是由异步电机提供动力，以钢丝绳提升轮方式。经综合分 析本文选用第二种方案，即整个炉门机构由炉门、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10。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11。 液压提升机构，使用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%，所以炉门打开时则更大。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12。 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,再由活塞杆通过拉动定 滑轮上的炉门链子使炉门升降13。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，液压缸是液 压传动系统中实现往复运动和小于360回摆运动的液压执行元件。具有结构简 单，工作可靠，制造容易以及使用维护方便、低速稳定性好等优点。因此在各 （论文） 12 种机械 的液压系统中得到广泛应用。 由于液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，使得液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，影响设备的稳定运行14。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4.1。 图4.1液压缸布置图 4.2.3 提升机构链轮设计提升机构链轮设计 电弧炉渣门提升过程中对传动装置的要求：（1）要有较高的承载能力； （2）在具有较大的破断负荷同时, 要有较大的延伸率；（3）在最大承载力的 作用下要有较小的变形,以保证良好的啮合；（4）有较高的疲劳强度；（5）有 较高的耐磨性；（6）有较高的韧性和较大的吸收冲击负荷的能力。综合各方面 （论文） 13 考虑，尤其是工作环境干燥高温，而且对传动的精度要求不严格，再考虑经济 性，所以 （论文） 14 选择圆环链条配合链轮传动,如图4.2。 圆环链的服役条件是：(1)承受拉力；(2)由脉动负荷产生的疲劳；(3)链环 与链环之间、链环与链轮之间、链环与中板和槽帮之间产生摩擦和磨损；(4)由 煤粉、岩粉及潮湿空气作用产生腐蚀。 图4.2链轮链条传动 链链轮的设计： 根据机械传动设计手册表 7-3-3 圆环链静力拉伸试验负荷和破断负荷，已知 炉门充满水后总重量为约为 1.7 吨，所以，链条的规格选择 d t=10 40，材料 为 Q235B，Q235B 有一定的伸长率、强度，良好的韧性和铸造性，易于冲压和 焊接，广泛用于一般机械零件的制造。主要用于建筑、桥梁工程上质量要求较 高的焊接结构件。根据械传动设计手册表 7-3-9 选择链轮齿数为 1615。 齿距角： =22.5 z 2 16 1802 （4.2） 节圆直径： （论文） 14 D = 0 22 z 90 sin d z 90 sin t 22 16 90 sin 10 16 90 sin 40 （4.3） （论文） 15 =385mm； 链轮中心至链窝底面垂直距离： H=0.5 ddtD 2 2 0 （4.4） =0.5=368mm；101040385 2 2 齿廓圆弧中心坐标： x=18.5mm；-t5 . 03-405 . 0 y=H+0.5d=368+0.5 10=373mm； 齿廓圆弧半径： A=t+d+=40+10+3=53mm； tg = d2H A （4.5） =0.07；4.1； 103682 53 B= (4.6) z 180 sin sin A =757 0.12=90mm； 1 . 4 16 180 sin 1 . 4sin 53 R = (4.7) 1 d d z 2dBB5 . 0 2 180 cos 2 2 =105 . 03 2 10 16 180 cos32109090 2 2 =；105 . 06498 . 0 14408100 =92.8mm; 实际齿廓圆弧半径： 立槽宽度 L=1.35d=13.5mm； R =0.5d+mm=5+2=7mm； 3 5 . 20 (4.8) = 3 1 2 L sin R =87； 14 13.5 sin 1 R =R +R (4.9) 113 cos1 （论文） 15 =92.8+ 7=99.45mm； 齿顶圆直径： （论文） 16 D=385+30=415mm；dD32 0a 齿根圆角半径：R=5mm；d5 . 0 2 链轮中心至立槽底面垂直距离： H = (4.10) n dd-tD 2 2 0 =371mm；1030385