转炉倾动机构毕业设计说明书.pdf

内蒙古科技大学 本科生毕业设计说明书 毕业论文 题 目 转炉倾动机构的设计 学生姓名 赵永强 学 号 2003041441 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机 2003 4 班 指导教师 张玉宝副教授 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 I 转炉倾动机构的设计转炉倾动机构的设计转炉倾动机构的设计转炉倾动机构的设计 摘摘摘摘 要要要要 钢铁工业是整个工业发展的基础 钢铁产品的产量与质量对于我国综合国力的提高 有至关重要的影响 目前 较为流行和使用的炼钢方法是转炉炼钢法 这种炼钢法具有 冶炼时间短 生产率高 投资少 成本低 建设速度快 原料适应性强 冶炼钢的质量 好 适用于高度机械化和自动化生产等优点 转炉倾动机构是转炉炼钢中的关键部分 它处于高温多尘环境工作 倾动力矩大 速比高 启动和制动频繁 承受较大的动载荷 因此对于转炉倾动机构的研究和设计是 十分必要的 不仅关系到兑铁水 加废钢 取样 测绘 出钢 倒渣 喷补炉等工艺操 作顺利进行 而且关系到产品安全和人生安全等重大问题 本设计说明书以包钢炼钢厂 80 吨转炉全悬挂倾动装置为借鉴 以倾动角度连续回转 360 倾动速度范围从 0 1r min 到 1 0r min 进行的设计 转炉可连续工作并可根据 工艺要求实现任意位置的点动进行设计 主要内容包括 转炉倾动力矩的计算 本次设 计采用计算机程序设计 倾动机械及其传动件的设计 包括传动方案的选择 根据倾动 力矩进行电动机的选择和校核 减速器的设计 主要零部件的强度校核 抗扭缓冲装置 的设计 此外 还进行了技术经济性分析 关键词关键词关键词关键词 转炉 倾动机构 传动方案 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 II Tilting Agencies Converter Design Abstract Iron and steel industry as a whole is the foundation for industrial development The output of steel products and quality for China s comprehensive national strength has increased a vital impact Currently more popular and use of the steel making method is BOF which has steelmaking method refining a short time high productivity less investment low cost fast speed adaptability raw materials smelting steel quality apply to highly mechanized and automated production advantages Converter tilting mechanism BOF is a key part of it at high temperature and dust environment dumping Moment high speed ratio activation and brake frequently to take greater dynamic load Because converter tilting the research and design is necessary not only against the hot metal to increase scrap sampling mapping Steel reversing slag Gunning process heaters operating smoothly but is also related to product safety and life safety and other major issues The design of brochures to 80 tons of Baotou Steel steelworks all flags converter tilting device for the reference Tilting to continuous rotary angle of 360 Tilting speed range from 0 to 1 0r min 1r min the design Converter may be under continuous working process requirements to achieve arbitrary move the location of the design Main contents include Moment converter dumping calculations this design using computer programming Tilting pieces of machinery and drive the design including the choice of driving programs According to the dumping Moment of choice for motor and Verification reducer design the main components of strength check torsional buffer design in addition also the 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 III techno economic analysis Key words converter Tilting institutions Transmission 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 IV 目 录 摘 要 错误错误错误错误 未定义书签未定义书签未定义书签未定义书签 Abstract 错误错误错误错误 未定义书签未定义书签未定义书签未定义书签 第一章 绪 论 1 1 1 氧气转炉炼钢法简介 1 1 1 1 氧气顶吹转炉炼钢法 LD 法 1 1 1 2 氧气底吹转炉炼钢法 OBM Q BOP LWS 法 1 1 1 3 氧气 顶 底 复合吹炼法 LD OB 法 2 1 1 4 氧气侧吹转炉炼法 2 1 2 氧气顶吹转炉车间设备简介 3 1 2 1 转炉主体设备 3 1 2 2 供氧系统设备 3 1 2 3 铁水供应系统 3 1 2 4 散状原料供应系统设备 4 1 2 5 废钢供应设备 4 1 2 6 铁合金供应设备 4 1 2 7 出渣 出钢和铸锭系统设备 4 1 2 8 修炉机械设备 4 1 2 9 烟气净化和回收设备 4 1 3 本文研究内容 5 第二章 初步确定设计方案 6 2 1 初始条件 6 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 V 2 1 1 设计题目 6 2 1 2 技术参数及性能 6 2 2 氧气顶吹转炉倾动设计原则分析 6 2 2 1 氧气顶吹转炉倾动装置的基本要求 6 2 2 2 转炉倾动机构的设计原则分析 6 2 3 倾动机械的几种基本结构和配置形式 7 2 3 1 落地式配置倾动机械 7 2 3 2 半悬挂式配置倾动机械 7 2 3 3 全悬挂式配置倾动机械 7 2 4 倾动机械的优缺点比较 8 2 5 转炉倾动机构的结构设计 10 2 6 确定方案 10 第三章倾动力矩的计算和最佳耳轴位置的确定 11 3 1 转炉炉壳质量及重心位置的计算 11 3 1 1 建立空炉模型 11 3 1 2 炉壳重量与重心的计算 12 3 2 转炉炉衬质量及重心位置的计算 14 3 2 1 建立空炉炉衬模型 14 3 2 2 炉衬重量与重心的计算 15 3 3 空炉质量及重心位置的计算 18 3 4 转炉摩擦力矩的计算 18 3 5 转炉炉液力矩的计算及最佳耳轴位置的确定 20 3 5 1 计算原理和数学模型 20 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 VI 3 2 1 计算结果 21 第四章 倾动机械的过程设计 23 4 1 初选电动机 23 4 1 1 初步确定电动机的功率 23 4 1 2 电动机的复合特点 23 4 1 3 选定电动机 24 4 1 4 过载校核 24 4 2 分配传动比 25 4 2 1 分配传动比的一般原则 25 4 2 2 分配传动比 26 4 3 选择减速器的传动方案 26 4 3 1 减速器传动方案的比较 26 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 高速轴斜齿圆柱齿轮的基本参数的确定 29 4 4 2 中间级斜齿圆柱齿轮的基本参数的确定 31 4 4 3 低速轴斜齿圆柱齿轮的基本参数的确定 33 4 4 4 一次减速机传动齿轮的基本参数的确定 35 4 5 各轴的设计与校核 38 4 5 1 最小轴径的计算 38 4 5 2 各轴轴承的选择 39 4 5 3 求各轴承的支反力并且画受力图 弯矩图 扭矩图 39 4 5 3 1 高速轴的设计计算 39 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 VII 4 5 3 2 第二轴的设计计算 41 4 5 3 3 第三轴的设计计算 44 4 5 3 4 第四轴的设计计算 46 4 6 箱体尺寸计算与选择 48 4 6 1 内腔宽度 48 4 6 1 箱座壁厚 49 第五章 扭力杆装置的设计 50 5 1 材料的选择 50 5 2 结构设计计算 50 5 3 间隙值的设计与计算 51 第六章 技术经济性分析 52 6 1 技术经济分析概述 52 6 2 技术经济分析方法 53 6 3 技术经济分析 53 6 4 综合分析 55 结论 56 致谢 57 参考文献 58 附录 59 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 1 第一章绪第一章绪第一章绪第一章绪 论论论论 1 11 11 11 1 氧气转炉炼钢法简介氧气转炉炼钢法简介氧气转炉炼钢法简介氧气转炉炼钢法简介 氧气转炉炼钢时近三十年发展起来的新的炼钢方法 根据氧气吹入转炉的方式 可 分为顶吹 底吹 顶 底 复合吹 斜吹和侧吹等几种方法 1 1 11 1 11 1 11 1 1 氧气氧气氧气氧气顶吹转炉炼钢顶吹转炉炼钢顶吹转炉炼钢顶吹转炉炼钢法法法法 LDLDLDLD 法法法法 氧气顶吹转炉炼钢法是 1949 年 6 月由奥地利的 Voest alpine 联合公司试验成功的 并在 1952 年和 1953 年先后在其所属的林茨 Linz 和多纳维茨 Donawitz 两钢厂投 入生产 氧气顶吹转炉炼钢法是通过双层水冷吹氧管自炉口处向炉内金属熔池吹入氧气进行 冶炼 生产实践证明 这种炼钢法具有显著的优越性 1 冶炼时间短 生产率高 2 投资少 成本低 建设速度快 但这种炼钢法具有一定的缺点 1 冶炼高磷生铁有一定的困难 2 氧气从上部吹入对熔池的搅拌能力不够强烈 使钢 渣不能充分混合 3 不能大量采用低廉的废钢作原料 4 吹氧设备和除尘系统需要较高的厂房 1 1 21 1 21 1 21 1 2 氧气底氧气底氧气底氧气底吹转炉炼钢吹转炉炼钢吹转炉炼钢吹转炉炼钢法法法法 OBM QOBM QOBM QOBM Q BOP LWSBOP LWSBOP LWSBOP LWS 法法法法 1968 年联邦德国马克西米利安冶金厂 Maximillan Shutte of Sulzbach Rosenberg 通过他们对托马斯转炉的改造 安装和运转了第一座商业用氧气底吹转炉 氧气底吹转炉炼钢法的新特征是它拥有双层管状喷嘴 这种喷嘴可通过气体或液态 碳氢化合物冷却作保护 当气体或碳氢化合物被吹入两管所形成的间隙时 分解作用使 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 2 其吸收大量的热从而对喷嘴进行冷却 适当的降低温度可以减少对炉底和喷嘴的化学侵 蚀和磨损 这种炼钢法的优点 1 投资成本较低 特别适于新建工厂中投产或由平炉进行改造 因为其可以避免在 高处安装氧枪所造成的昂贵成本 2 吹氧时间短 吹炼平稳 喷溅少 烟尘少 金属收得率高 生产率较高并且节省 设备成本 一些早期的支持者们甚至声称由于这种炼钢法的应用使得氧气供过于求 事实上 氧气底吹转炉炼钢法只产生少量的棕色烟尘 几乎没有必要采用水煤气处理设备 缺点 是炉底和喷嘴寿命难以解决 1 1 31 1 31 1 31 1 3 氧气氧气氧气氧气 顶顶顶顶 底底底底 复合吹复合吹复合吹复合吹炼炼炼炼法法法法 LDLDLDLD OBOBOBOB 法法法法 日本新日铁 1978 年首先在八幡厂 60 吨转炉上试验成功顶吹和底吹复合吹炼的新技 术 称为 LD OB 法 LD OB 法是顶吹氧气转炉采用在炉底辅助吹入搅拌气体的方法 使顶吹和底吹炼钢法可以相互取长补短 提高了熔池搅拌能力 克服了底吹化渣 去磷 的困难 LD OB 法的优点 1 提高金属收得率 降低氧 铁合金消耗 降低钢成本 2 炉子可控性提高 3 可生产特低碳的钢种 0 01 0 003 C 可是钢中含氮量仍维持在 10ppm 左右 4 提高去磷能力 5 可以充分发挥炉气净化系统的能力 1 1 41 1 41 1 41 1 4 氧气氧气氧气氧气侧吹转炉炼侧吹转炉炼侧吹转炉炼侧吹转炉炼法法法法 氧气侧吹转炉炼钢法是我国在侧吹空气转炉炼钢法的基础上研制成功的新的氧气炼钢 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 3 法 它的特定也是采用燃料油作为保护的双层喷枪代替空气侧吹转炉的风眼 利用喷枪 向熔池内吹氧炼钢 氧气侧吹转炉炼钢法的优点 1 氧气侧吹转炉吹炼过程平稳 喷溅少 烟尘少 热效率高 2 对原料的适应性强 设备简单 投资少 从以上分析可以看出几种炼钢方法各有优缺点 从目前来看 氧气顶吹转炉炼钢方 法仍占主导地位 其中工艺和设备发展较为成熟 1 21 21 21 2 氧气顶吹转炉车间设备简介氧气顶吹转炉车间设备简介氧气顶吹转炉车间设备简介氧气顶吹转炉车间设备简介 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 1 2 11 2 11 2 11 2 1 转炉转炉转炉转炉主体主体主体主体设备设备设备设备 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 机构组成 1 2 21 2 21 2 21 2 2 供氧系供氧系供氧系供氧系统设备统设备统设备统设备 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 1 2 31 2 31 2 31 2 3 铁铁铁铁水供水供水供水供应应应应系系系系统统统统 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 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 4 1 2 41 2 41 2 41 2 4 散散散散状状状状原料供原料供原料供原料供应应应应系系系系统设备统设备统设备统设备 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 1 2 51 2 51 2 51 2 5 废钢废钢废钢废钢供供供供应设备应设备应设备应设备 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 1 2 61 2 61 2 61 2 6 铁铁铁铁合金供合金供合金供合金供应设备应设备应设备应设备 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 1 2 71 2 71 2 71 2 7 出渣出渣出渣出渣 出出出出钢钢钢钢和和和和铸铸铸铸锭系统锭系统锭系统锭系统设备设备设备设备 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 1 2 1 2 1 2 1 2 8 8 8 8 修炉机械设备修炉机械设备修炉机械设备修炉机械设备 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 1 2 1 2 1 2 1 2 9 9 9 9 烟气净化和回收设备烟气净化和回收设备烟气净化和回收设备烟气净化和回收设备 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 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 5 1 1 1 1 3 3 3 3 本文研究内容本文研究内容本文研究内容本文研究内容 本文的主要研究内容包括以下几个方面 在计算分析转炉倾动过程中倾动力矩的基础上 确定倾动载荷及最佳耳轴位置 采 用 QB 语言实现炉液力矩及最佳耳轴位置的确定 进行电动机的选择与校核 以及一次减速机 二次减速机的设计 包括对相关零 件的设计与校核 且研究传动中传动比的优化分配 扭力杆装置的设计 技术经济性分析 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 6 第第第第二二二二章章章章初步确定设计方案初步确定设计方案初步确定设计方案初步确定设计方案 2 12 12 12 1 初始条件初始条件初始条件初始条件 2 1 12 1 12 1 12 1 1 设计题目设计题目设计题目设计题目 80 吨转炉倾动机械设计 2 1 22 1 22 1 22 1 2 技术参数及性能技术参数及性能技术参数及性能技术参数及性能 结构形式为 托圈支撑 三点螺栓连接 驱动形式为 全悬挂一端四点驱动 工程容量 80T 转炉连续回转 360 回转速度 1 0r Min 速度可调 在转炉回转任意角度可以停止并定位 2 2 2 2 2 2 2 2 氧气顶吹转炉倾动设计原则分析氧气顶吹转炉倾动设计原则分析氧气顶吹转炉倾动设计原则分析氧气顶吹转炉倾动设计原则分析 2 2 12 2 12 2 12 2 1 氧气顶吹转炉倾动装置的基本要求氧气顶吹转炉倾动装置的基本要求氧气顶吹转炉倾动装置的基本要求氧气顶吹转炉倾动装置的基本要求 氧气顶吹转炉倾动装置的基本要求 传动装置紧凑 维护和操作容易 传动效率高和可靠性高 2 2 22 2 22 2 22 2 2 转炉倾动机构的设计原则分析转炉倾动机构的设计原则分析转炉倾动机构的设计原则分析转炉倾动机构的设计原则分析 转炉倾动机构的设计原则分析 1 应满足转炉工艺操作的要求 例如能使炉体连续正反转360 并能平稳而准确地停 止在任意角度的位置上 2 倾动机构安全可靠 不应发生齿轮及轴 制动器等设备事故 且在某一部分发生故障 时 也要求倾动机械有能力继续工作至一炉冶炼结束 3 倾动机构能适应载荷的变化和转炉结构的变形 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 7 2 2 2 2 3 3 3 3 倾动机械的几种基本结构和配置形式倾动机械的几种基本结构和配置形式倾动机械的几种基本结构和配置形式倾动机械的几种基本结构和配置形式 本次设计的课题是 80 吨转炉倾动装置 由电动机 一次减速机 二次减速机 扭矩 缓冲平衡等组成 使转炉炉体完成兑铁水 出钢 加料 修炉等一系列工艺操作 而且 关系到产品安全和人生安全等重大问题 对于转炉倾动装置的研究是非常必要的 2 2 2 2 3 3 3 3 1 1 1 1 落地式配置倾动机械落地式配置倾动机械落地式配置倾动机械落地式配置倾动机械 落地式配置倾动机械的特点是 全部传动机械均安装在地基上 通过连轴器或大齿 轮与耳轴连接 实现转炉的倾动 落地式配置中按传动机械的结构又可分为蜗轮 正齿 轮传动 全正齿传动 和行星齿轮传动 落地式倾动机械结构简单 只要采用适当传动 结构形式 就可以使倾动机械适应托圈下凹引起的耳翘曲变形 但其占地面积比其它配 置形式大 抗冲击及抗扭振疲劳性能差 2 2 2 2 3 3 3 3 2 2 2 2 半悬挂式配置倾动机械半悬挂式配置倾动机械半悬挂式配置倾动机械半悬挂式配置倾动机械 半悬挂式配置倾动机械的特点是 将最末一级齿轮副的主动小齿轮装在该齿轮副的 壳体上 与大齿轮一起悬挂在耳轴上 而其它传动装置仍安装在基础上 初级减速机与 末级减速机齿轮副之间 任用万向联轴器或齿型联轴器连接 半悬挂式配置倾动机械从 传动结构又可分为 正齿传动倾动机械 行星差动齿轮传动机械 小车式双扭杆柔性倾 动机械 半悬挂式配置倾动机械能适应托圈下凹引起的耳翘曲变形 克服了末级减速机 齿轮啮合的不良影响 但由于初级减速机与悬挂减速机之间使用连轴器连接 使倾动机 械占地面积大 布置不够紧凑 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 全悬挂式配置倾动机械全悬挂式配置倾动机械全悬挂式配置倾动机械全悬挂式配置倾动机械 全悬挂式配置倾动机械 如图 1 1 所示 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 全悬挂式配置倾动机械根据缓冲止动装置的结构型式 可 分为 带有弹簧止动装置的全悬挂式配置倾动机械 带橡胶块缓冲止动装置的全悬挂式 配置倾动机械 带扭力杆缓冲止动装置的全悬挂式配置倾动机械 全悬挂式配置倾动机 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 8 械采用多电动机 多初级减速机共同带动悬挂在耳轴上的大齿轮使转炉倾动 其优点是 有较大的备用能力 一个驱动系统发生故障仍可继续进行工作 直到一炉冶炼结束 其 次能充分发挥大齿轮的作用 使各齿轮受力减小 设备的重量和尺寸也减小 全悬挂式 配置倾动机械从传动结构上分为 全正齿轮多点啮合传动 直流电动机驱动调速 大 小交流电动机驱动 多点啮合传动 行星差动调速 正齿轮 蜗轮双点啮合传动 直流 电动机驱动调速 全悬挂式配置倾动机械综合了落地式和半落地式的优点 克服了二者的缺点 是大型转 炉倾动机械发展的方向 图2 1四点啮合全悬挂扭力杆式倾动装置 2 2 2 2 4 4 4 4 倾动机械的优缺点比较倾动机械的优缺点比较倾动机械的优缺点比较倾动机械的优缺点比较 最早的氧气顶吹转炉于1949 年应用于奥地利林茨钢厂 倾动装置采用了液压传动作 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 9 为动力源 随之电气机械传动装置取代了液压传动装置 目前 倾动装置主要有3 种基本形式 落地式 半悬挂式及全悬挂式 随着现代转炉向 大型化发展 转炉倾动装置已由全悬挂式配置取代落地式配置和半悬挂式配置 并在国内 外钢厂中获得广泛应用 其型式的特点如下 属现在使用最多的配置型式 它将整个传动 装置全部挂在了耳轴的外伸端上 末级齿轮常采用多点啮合传动 使这种配置型式的结构 紧凑 重量轻 占地面积小 运转安全可靠 工作性能好 这种配置型式必须考虑采用性能 好的抗扭缓冲装置 此装置零部件少 使用寿命较长 具有很好的缓冲及减振性能 尤其 在转炉出钢 对铁水 扒渣等工艺过程中发挥缓冲吸振作用 与半悬挂型式相比较 最 突出的优点有 扭力杆缓冲止动装置的作用力不会传递到耳轴上 即耳轴上不会有附 加水平力 扭力杆装置的基础与半悬挂型式比较要小 为了防止过载 避免扭力杆的 损坏 在末级减速机机壳的下方 设置有止动支座 即保护挡铁 当倾动力矩超过正常倾 动力矩的2 5 倍时 末级减速机机壳底部与止动支座接触 扭力杆不再承受更大的扭矩 全悬挂式配置常用于大型转炉中 但现在也较多地应用于中型转炉中 通过以上的介绍我们知道 落地式是最早采用的一种布置形式 主要用于容量不大 的转炉上 缺点是末级大齿轮在托圈耳轴上 托圈变形引起耳轴轴线发生较大偏斜时 末级齿轮的正常啮合关系被破坏 产生载荷的集中分布 加速了齿轮的磨损 在此基础 上发展起来了半悬挂式配置倾动机械 其缺点是悬挂减速其与主减速器之间需要用一个 庞大的万向联轴器进行连接 占地面积较大 而全悬挂式配置倾动机械从电动机到末级 齿轮传动副全部传动装置都悬挂在耳轴上 采用多点啮合柔性支承传动 即使托圈发生 变形也不会影响齿轮副的正常啮合 同时也不需要通过笨重的万向联轴器实现悬挂减速 其与主减速器之间的连接 有较大的备用能力 能充分发挥大齿轮的作用 使各齿轮受 力减小 设备的重量和尺寸也减小 传动平稳 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 10 2 2 2 2 5 5 5 5 转转转转炉倾动机构的结构设计炉倾动机构的结构设计炉倾动机构的结构设计炉倾动机构的结构设计 现代氧气转炉倾动机构通常采用的是圆柱齿轮多点啮合传动 直流电动机驱动调速 带扭力杆缓冲止动装置的全悬挂式倾动机构型式 它主要由以下几个部分组成 驱动电动 机 一次减速机 二次减速机 扭力杆式扭矩平衡装置 抗扭止动装置及稀油润滑站等 2 2 2 2 6 6 6 6 确定方案确定方案确定方案确定方案 综上所述 本次设计的 80 吨转炉采用全正齿轮多点啮合传动 直流电动机驱动调速 带扭力杆缓冲止动装置的全悬挂式配置倾动机械 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 11 第第第第三三三三章章章章倾动力矩的计算和最佳耳轴位置的确定倾动力矩的计算和最佳耳轴位置的确定倾动力矩的计算和最佳耳轴位置的确定倾动力矩的计算和最佳耳轴位置的确定 转炉倾动力矩的计算 是由转炉炉体重量及其重心的计算和力矩计算两部分组成 其计算内容包括 1 空炉重量及其中心的计算 其中包括 炉壳重量及其重心的计算 新炉炉衬及其重心的计算 2 炉内液体 铁水 炉渣 中心的计算 3 预选耳轴和力矩的计算 4 确定最佳耳轴位置和力矩的计算 5 根据生产工艺要求进行的特殊计算 3 3 3 3 1 1 1 1 转炉炉壳质量及重心位置的计算转炉炉壳质量及重心位置的计算转炉炉壳质量及重心位置的计算转炉炉壳质量及重心位置的计算 3 3 3 3 1 1 1 1 1 1 1 1 建立空炉模型建立空炉模型建立空炉模型建立空炉模型 转炉炉型可分为 筒球型 锥球型 截锥型 筒球型是由圆柱体和球缺体组成的 特点 是结构简单 炉壳制造容易 炉衬砌筑方便 锥球型是由球缺体和截头圆锥体组成的 特点是适合钢水的流动 有利于保护炉底 有利于物理化学反应的进行 截锥型是截头 圆柱体 特点是结构简单 熔池为平底 易于砌筑 本次设计中选用铜球型来建立模型 如下图 3 1 所示 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 12 图 3 1 空炉炉壳模型 各参数值如下 1 D 3006mm 2 D 3066mm 3 D 5470mm 4 D 5530mm 5 D 4070mm 6 D 4130mm R 3456 6mm 1 h 2526mm 2 h 3860mm 3 h 1626 4mm 4 h 684 6mm h总 8697mm 以上参数的选择均参考自 80吨转炉设备使用规程 和 氧气顶吹转炉炼钢工艺与设备 3 3 3 3 1 1 1 1 2 2 2 2 炉壳重量与重心的计算炉壳重量与重心的计算炉壳重量与重心的计算炉壳重量与重心的计算 炉壳 炉衬的重量与重心的计算方法是一样的 其计算步骤如下 1 划分为简单的几何体 2 计算各几何体的重量 及其重心的坐标值 3 计算炉壳 炉衬各自的总重量 合成重心坐标值 4 空炉合成重量和合成重心的计算 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 13 一般取炉型垂直轴线为Z轴 Z轴通过炉底壳表面的一点为原点O 耳轴轴线方向为Y轴 通过原点与耳轴轴线垂直的轴为 X 轴 根据设计已知参数计算 密度 7 85 3 10 Kg 3 m 圆柱壳计算公式 G r1 r2 h 式 3 1 式中 r1 r2 G r1 r2 h 7 853 14 D3 2 D4 2 0 063 86 7 853 145 50 063 86 31 39 炉身圆柱壳 吨 c1 h Z1 93m 2 1 cc134 ZZhh1 93 1 624 0 6846 4 241m 圆台壳计算公式 G r1 r2 h 式 3 2 G r1 r2 h 7 853 14 1 518 2 75 0 0542 526 14 3 炉帽圆台壳 吨 圆台壳重心计算公式 c h 12 Z 3 1 i 式 3 3 式中 r2 r1 1 c1 h 12 Z 31 2 752 12 2 526 1 518 2 752 3 1 1 518 1 398m i i 2 cc1234 ZZhhh1 383 3 86 1 6264 0 6846 7 569m 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 14 G r1 r2 h 7 853 14 2 75 2 05 0 06 1 6264 11 546 炉底圆台壳 吨 式 3 4 r1 D5 D6 4 2 05m r2 D3 D4 4 2 75m 3 c1 h12 Z 31 2 75 12 1 6264 2 05 2 75 3 1 2 05 0 853m i i 3 c34c1 ZhhZ1 62640 6846 0 853 1 458m 球缺壳计算公式 G2 r h 式 3 5 G2 r h 7 8523 143 40 089890 6846 10 35 球缺壳 吨 4 c4 Zh 20 6846 2 0 34323m 合成计算 GGGGG 31 4 14 3 11 546 10 35 67 596 总炉帽圆台壳炉底圆台壳球缺壳炉身圆柱壳 吨 1234 ccccc Z GZGZGZ GZ G 3144 241 143 7 569 11 546 1 458 10 350 342369922 387 总总炉帽圆台壳炉底圆台壳球缺壳炉身圆柱壳 吨 3 3 3 3 2 2 2 2 转炉炉衬质量及重心位置的计算转炉炉衬质量及重心位置的计算转炉炉衬质量及重心位置的计算转炉炉衬质量及重心位置的计算 3 3 3 3 2 2 2 2 1 1 1 1 建立空炉炉衬模型建立空炉炉衬模型建立空炉炉衬模型建立空炉炉衬模型 炉衬厚度的选取 炉帽永久层60 115 工作层 400 600 炉身加料侧永久层 115 150 工作层 550 700 炉身出钢侧永久层 115 150 工作层 500 650 炉底永久层 300 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 15 450 工作层 60 650 建立空炉炉衬模型 如下图 3 2 所示 图 3 2 空炉炉衬模型 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 炉衬重量与重心炉衬重量与重心炉衬重量与重心炉衬重量与重心的计算的计算的计算的计算 1 炉帽部分 可分为高度为 h5 的大截锥体 高度为 h6 的小截锥体和高度为 h7 的圆 柱 体 的 三 个 简 单 几 何 体 分 别 求 其 重 量 重 心 然 后 再 合 成 2 25 zhd2233ch 22 h G RR RR r 3 3 142 526 2 7352 735 1 5031 503 3 3 109 85吨 式 3 6 2 2 52233 zhd01234 2 2 2233 22 22 hR2R R3R Zhhhhh 4RR RR 2 526 2 73522 735 1 5033 1 503 0 7515610 71 14251725 42 7352 735 1 5031 503 7 794 米 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 16 226 zhx2233ch 22 h G RR RR r 3 3 142 376 2 0852 0850 922050 92205 3 3 53118 吨 22 62233 zhx01234 22 2233 22 22 hR2R R3R Zhhhhh 4RR RR 2 376 2 08522 0850 9220530 92205 0 7515610 71 14251725 42 0852 0850 922050 92205 7 07 米 2 zhu37 ch 2 GR h r 3140 922050 15 3 1 2 吨 式 3 7 7 zhu012346 h Zhhhhhh 2 0 7515610 71 142517252 3760 075 8 622 米 合成计算 MAzhdzhxzhu GGGG 109 85531181 2 55 532 吨 zhdzhdzhxzhxzhuzhu MA zhdzhxzhu GZGZGZ Z GGG 109 857 79453 1187 071 2 8 622 55 532 8 4686 iii 米 式 3 8 2 炉身上段 22 sh1224 ch 22 G RR h r 314 2 7352 085 1 7253 50 9 吨 4 sh10123 h Zhhhh 2 0 7515610 71 14251725 2 5 3 米 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 17 3 炉身下段 22 sh22E3 ch 22 G RR h r 314 2 7351 835 1 4253 55 21 吨 3 sh1012 h Zhhh 2 0 7515610 71 1425 2 3 7335 米 4 炉底部分 2 21 zh2200ch 22 h G RR RR r 3 3 14 1 561 2 735 2 735 1 91 9 3 3 79 78 吨 2 2 22001 zh01 2 2 2200 22 22 R2R R3Rh Zhh 4RR RR 1 561 2 73522 735 1 93 1 9 0 751561 42 7352 735 1 91 9 1 6235 米 2 zhu22 ch 2 GR h r 3142 7350 71 3 50 吨 2 zhu01 h Zhh 2 0 751561 0 71 2 2 666 米 2z qzch 2 h Gh R r 3 0 81 3140 81 2 4835 3 3 1368 吨 EE q012 E h4Rh Zhhh 4 3Rh 0 8142 48350 81 0 7515610 71 432 18350 81 2 743 米 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 18 合成计算 pizhzhuq GGGG 79 78501368 116 1 吨 pi 79 78 1 6235502 66613 682 743 Z 116 1 194 米 5 炉衬的合成重量和合成重心 xchMAshxpi GGG G G 55 53250 955 21 116 1 272 742 吨 MAMAshshxxdd xch xch GZ GZ GZ GZ Z G 55 5328 4686 50 95 3 55 21 3 7335116 1 1 94 272 742 4 2949 iiii 米 3 3 3 3 3 3 3 3 空炉质量及重心位置的计算空炉质量及重心位置的计算空炉质量及重心位置的计算空炉质量及重心位置的计算 GGG 67 596272 742 340338 炉壳衬 吨 xch GZ GZ Z G G 67 5963 87 272 7424 2949 340 338 4 2 ii 壳壳衬衬 壳衬 米 3 3 3 3 4 4 4 4 转炉摩擦力矩的计算转炉摩擦力矩的计算转炉摩擦力矩的计算转炉摩擦力矩的计算 耳轴摩擦力矩计算公式 mkdtuoxue M GGGG d 2 式 3 9 式中 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 19 k G 空炉重量 KN d G 炉液重量 KN tuo G 托圈及附件重量 KN xue G 悬挂减速器的重量 KN 摩擦系数 滚动轴承取 0 02 0 05 d d dd 外内 2 根据炼钢设备中表1 4 取耳轴直径为 800 查机械设计手册第四卷 表28 2 15 去 轴承外径 1120 取 0 04 其中 k G 340 9 8 3332KN d G G钢 G渣 90 9 8 882KN mKdtuoxue M GGGG d 2 33328820 040 96 2 80 9KN m i 图 3 3 计算原理图 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 20 3 3 3 3 5 5 5 5 转炉炉液力矩的计算及最佳耳轴位置的确定转炉炉液力矩的计算及最佳耳轴位置的确定转炉炉液力矩的计算及最佳耳轴位置的确定转炉炉液力矩的计算及最佳耳轴位置的确定 3 53 53 53 5 1 1 1 1 计算原理和数学模型计算原理和数学模型计算原理和数学模型计算原理和数学模型 1 弓形半径 r 的计算公式 22 0 j 1j 1jj 1j rR RZ ZZ rR ZZ tgM ZZZ j1 2 3 当时 当时 式 3 10 2 弦高e计算公式 当 usi ZZ 和 j ZZ 时 2222us us us usi 22us usi 1ii 1 ZZ e R RZ R RZ j0 i0 tg ZZ e ZZ tgM ji i0 tg ZZ e ZZ tgMR R RZ tg us usi 1ii 1jjj ji j 0 ZZ e ZZ tgM RR ZZ tgM ji j0 tg 式 3 11 3 张角 计算公式 1 2cosre r 式 3 12 4 体积 z V和盛液重心坐标 x z 的计算公式 2u 2 z 0 2u 2 dz 0 2u 33 dz 0 1 Vr sin dz 2 1 ZZr sin dz V 2 2 xr sin 2 dz V 3 式 3 13 5 盛液力矩 d M d M hz cosxsinG 式 3 14 6 空炉力矩 k M kkk M hh cos G 式 3 15 7 合成力矩M dkm MM M M 式 3 16 8 预选耳轴坐标修正值 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 21 dkm k MM M dh GG cos 式 3 17 9 最佳耳轴位置的Z坐标值 hhdh 式 3 18 10 最佳耳轴位置确定后的合成力矩 k MM GG cosdh 式 3 19 3 53 53 53 5 2 2 2 2 计算结果计算结果计算结果计算结果 炉液的体形和重心是随着倾动角度的变化而变化的 在出钢过程中其重量也随着倾 动角度的变化而变化 为了方便快捷的计算 采用计算机编成进行计算 其中采用高斯 法进行近似计算 最佳耳轴的圈定采用全正原则 最后由计算机程序得出 最大倾动力矩T 2415KN m 最佳耳轴位置H 3 873m 详细计算查看附录 192 5487219765 470 655417549 756 518664754 1002 86920761 1260 95467033 1359 33021278 1576 55046817 1786 92139272 1908 76330578 1997 32684731 2013 10121304 2196 87699017 2201 87321622 2269 33012087 2379 65620296 2403 65302653 2410 46879133 2415 02089856 2411 3546869 2391 02467702 2234 21075446 2091 31579599 1896 93176378 1812 79647589 1789 22105799 1621 10789451 1486 01478854 1345 98921648 1238 65862347 1198 47813027 1190 77401233 1186 66302189 1180 99417322 1178 76650341 1176 98965601 1175 01472031 1169 78154542 1063 98978579 1057 77255012 1048 66321544 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 22 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 15913 17 21 25 29 33 37 图 3 4 转炉力矩图 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 23 第第第第四四四四章章章章倾动机械的过程设计倾动机械的过程设计倾动机械的过程设计倾动机械的过程设计 4 4 4 4 1 1 1 1 初选电动机初选电动机初选电动机初选电动机 4 4 4 4 1 1 1 1 1 1 1 1 初步确定电动机的功率初步确定电动机的功率初步确定电动机的功率初步确定电动机的功率 转炉电动机所需功率 max KMn N 975 式 4 1 式中 N 电动机需要的功率 千瓦 max M 转率计算最大倾动力矩 公斤力 米 n 转炉转速 转 分 12 KK K i 1 K 电压降引起的力矩误差 常取 1 2 2 K 电动机不同步造成的误差 一般取 1 1 倾动机械的总效率 对于齿轮传动 0 85 0 95 max KMn N 975 2415 1000 1 320 7 9 8 9750 94 64 87KW 4 4 4 4 1 1 1 1 2 2 2 2 电动机的复合特点电动机的复合特点电动机的复合特点电动机的复合特点 由于转炉倾动机械负载大 启制动频繁 并且经常受冲击载荷 进行一些逆转等 因此相应的电动机应该用较大的过载系数 能承受频繁的启动 制动 逆转 振动和冲 击等问题 内蒙古科技大学毕业设计说明书 毕业论文 24 4 4 4 4 1 1 1 1 3 3 3 3 选定电动机选定电动机选定电动机选定电动机 由 机械设计手册 单行本 减 变 速器 电机与电器 选取直流电动机 根据 电动机的工作制度和输出最大功率 初选电动机为 Z4 225 31 额定功率为 67KW 额定 转速 最大转速为680 1000r min 额定电压为400V 额定电流为197A 励磁功率为2580KW 重量为 800kg 励磁方式 串励 它的特点是启动力矩很大 起动转矩可达额定转矩的 5 倍左右 短 时过载可达额定转矩的 4 到 4 5 倍左右 转速变化率很大 空载转速极高 适于云要求 很大的启动制动转矩 转速允许有较大的负载 4 4 4 4 1 1 1 1 4 4 4 4 过载校核过载校核过载校核过载校核 1 塌炉过载校核 塌炉力矩按 3 倍于最大计算力矩考虑 即要求电动机的最大过载力矩大于最大倾动 力矩的三倍 根据 tamax 975 N M3M Kn 式 4 2 将过载系数 2 8 N 67千瓦 K 1 2 0 875 n 0 7rad min代入上式得 max 10009750 875674 32415739285 73M2 8762125 9 81 20 7 ii公斤力 米公斤力 米 故满足塌炉校核要求 2 事故过载校核 当一台电动机出事故时 另一台电动机要继续工作直到本炉冶炼结束 假设电动机在转 炉 0 7rad min 下的过载工作 此时过载系数 2