电弧炉渣门机构设计【12张CAD图纸和说明书】
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电弧
炉渣
机构
设计
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cad
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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
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
主要符号表
A 截面面积
K 安全系数
Dm 外径
d 内径
对无缝钢管系数取
C 管壁厚度附加值
[] 工作温度下管材许用应力
缸底材料抗拉强度（Pa）
S 为管壁厚度
P 为管内介质压力
Ps 缸内额定压强
V 体积
M 重量
α 齿距角
H 链轮中心至链窝底面垂直距离
Mv 垂直方向上弯矩
MH 水平方向上弯矩
P 液压缸的供油压力
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1 33
附录2 34
附录3 36
1 绪论
1.1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。
- 内容简介：
-
电弧炉脱碳和造渣模型的发展克里斯托弗P.曼宁，松浦浩之，1）2）FORTES3 雷蒙 AFO）和 Richard J. FRUEHAN4的）1）以前炼铁和炼钢的研究中心，材料科学与工程学院，卡耐基 - 梅隆大学。现在，在部高级材料科学的前沿科学，大学，研究生院 5-1-5 柏叶，柏市，千叶 277-8561日本东京。 2）材料处理解决方案的公司，邮政信箱 1203，伊斯顿，MA02334 USA。3）技术部和工业过程中，盖尔道 ACOS Longos的巴西 SA，AV。若昂XXIII，6777 DISTRITO 工业圣克鲁斯，RJ23560-900 巴西里约热内卢。4）炼铁和炼钢研究中心，卡耐基-梅隆大学材料科学与工程学院，5000 福布斯大街，匹兹堡，PA 15213 U.S.A.摘 要电弧炉甲脱碳和炉渣地层模型的开发，其中包括脱碳速率现象和炉渣中的碳质材料和铁的氧化物之间的反应，每个种类的金属，炉渣和气相的质量平衡，和熔化生铁，废钢和通量的行为。该模型被施加到两个铲斗充电动作电弧炉和动态的金属和炉渣组合物作为时间的函数的计算。融化模式为原料，碳 FeO的反应速率，和二次燃烧比的影响进行了研究。关键的参数，其中最强烈地影响着化学的发展，进行了鉴定。这些参数被运用到一些工业的情况下，例如，该模型可以准确地预测炉渣和金属化学的发展。该模型可以被用来优化的操作，提高产率、能源效率，并增加金属和炉渣的化学物质从热对热的一致性。关键词：电弧炉；脱碳；渣形成；质量平衡；模型的开发。1介绍电弧炉（EAF）生产的钢材已经在过去的几十年中显着增长。这条生产大部分是在国家的最先进的工厂生产价值较高的高附加值产品如连续投扁平材钢。这些炉子使用大量的生铁，注入氧，碳和注入泡沫渣 1和电能。注入以形成铁的氧化物，碳溶解在铁或固体碳形成 CO，氧气可以直接与铁反应，或在气相中的形式的燃烧后产生 CO2与 CO。如何分布在这些反应中的氧是炉的性能至关重要。在本研究中，脱碳和炉渣地层模型已经开发基于质量平衡脱碳动能方程，和炉渣中的碳质材料和铁的氧化物的还原反应之间。废钢和生铁的各种熔点的模式进行了检查，金属和炉渣中的铁氧化物的含量中的碳含量的变化被计算出。这里开发的模型可以被用来优化氧气喷射，磁通量增加，碳注入和产量以及泡沫渣，这是未来的主题。几个成功的模型已经开发了用于氧气炼钢（OSM） 2. OSM是一个真正的批处理过程，在该过程中的所有的铁水，废钢和通量在吹氧开始之前加入，和所有的金属和炉渣被监视的过程结束。的主要部分的一个的OSM的容器电荷，液体热金属，是均匀的温度，物理性质和化学。许多现代电弧炉运用于之前液态的的热的金属和炉渣，通量和碳连续喷射过程中各阶段的过程中，和炉渣被冲出来的。此外，注入的碳减少了整个热炉渣中 FeO的溶解。而且，在整个充电的电炉废钢、化学、容重等物理参数，就极不均匀。在电炉中，脱碳液相传质控制在较低的碳含量，本文将证明是正确的电炉冶炼周期。这些考虑的电弧炉的模型要复杂得多的 OSM过程中。一些以前的模型已经被开发，如能源和原材料结余的充电控制和 FeO的形成 2。但不存在全面的模型，考虑到许多动态效果和反应速率。2.模型的开发本脱碳渣形成模型为基础的金属和炉渣阶段，脱碳速率方程和图中的每个组件的质量平衡。图 1为本模型中的计算算法。渣中氧化铁由注入的碳质材料中的减少。图 1所示为该模型的计算算法的图。的计算算法的主要成分是（A）的熔化废钢和生铁和废料，如灰尘，以及磁通与杂质的溶解， （B）的碳和其他元素包括铁的喷入的氧气的氧化， （C）的还原的氧化铁由注入的碳质材料中， （D）的炉渣排放或冲洗，和（E）的质量平衡计算。步骤（A）至（E）被重复执行，直到由 Dt的时间步长结束。 （A）废钢和生铁熔炼，杂质和助焊剂溶解的废料，生铁和附带的杂质，熔化或溶解成渣，并包括在金属和炉渣阶段的基础上定义的（假定）熔化或溶解率。如果磁通注入在精炼过程中，这也被考虑到。金属和炉渣阶段都被假定为均匀的，然后计算组合物中的每个元素的金属和炉渣阶段。 （B）氧化注入氧气由氧，碳和其它元素的第一个氧化元素更容易被氧化，碳和铁。在本模型中，作为废钢熔化的硅，铝和锰是氧化的，直到它们的组合物达到的每个元素的设定点。在本计算中，假定，在熔融的硅和铝的完全氧化，和锰被氧化锰含量，直到达到 0.05的质量。Si +O2(g)=(SiO2) .(1)Al +3/4 O2(g)=1/2 (Al) .(2)Mn+1/2 O2(g)=(MnO) .(3)SiO2，Al 2O3和MnO产生的，进入炉渣相。第二，脱碳由方程所得。 （4）如在OSM 3。它被广为接受，首先使该反应进行由氧与铁形成炉渣中的FeO的。然后碳不同熔断器在金属还原成金属铁中的FeO和生产的CO，如下列反应所指示。C+1/2 O2 (g)=CO (g) .(4)Fe+1/2 O2 (g)=(FeO) .(5)(FeO)+ C=Fe+CO (g) .(6)CO可以进一步被氧化成 CO2，燃烧后。如果碳含量是高的，碳的传质的驱动力是足够的，以减少所有形成的 FeO。作为结果，脱碳速度的氧的质量流率的限制。在低的碳含量，传质速率的减少，而不是所有的，FeO 的重新引入，从而渣增加的 FeO含量。因此，脱碳速度控制在较低的碳含量，如由式表示，通过液相的传质的碳（7），或在较高的碳含量由方程描述为：氧气流量（8）。其中，m是碳的液相的传质系数，A是其中发生脱碳的界面面积，r是熔体的密度，重量熔融金属相的重量在时间为t时，Vt的富氧是氧的气体喷射率在时间为t时，和RPC是二次燃烧比。由于平衡碳含量C e是小到可以忽略com-削减到熔体中的碳含量，C e的假定为零。处的点的速率机制的变化被称为临界碳含量C C“毫安”的值通常是通过以下方式获得测量的速率中的脱碳炉和回计算的参数利用方程（7） 。然而，由于在EAF中在熔化过程中的固体和液体的异构分布，它是几乎不可能获得有代表性的液体金属试样在氧气喷射时期上半年。其结果，不进行测量可用于电弧炉。在目前的工作中， “mA”的价值是外推的从OSM业务假设参数是成比例的氧流量。此假设是有效的OSM，在浴的搅拌能量通常是成比例的氧气喷射率。由于毫安/ V富氧的值取决于许多因素，如炉的尺寸，形状，O2注入法等，本征值应该是众所周知的计算脱碳速率准确的特定炉中。在本计算中，本研究中所用的值的毫安/ V富氧为0.050的值报告300吨容器。4）基于上述假设，等同方程计算临界碳含量。 （7）和（8） ，并为约0.3 34，当碳含量降低到低于临界值时，铁的氧化反应变得占主导地位，和铁的氧化物产生，这是所吸收的熔渣相。脱碳和铁氧化书之间的反应，根据有竞争力的和这两种反应之间的比例来确定的碳含量由方程描述。 （7）和（8） 。在炉渣中的FeO的量来确定从减去在废钢的碳燃烧，燃烧后的合金元素的氧化（铝，硅，锰）用于任何氧气注入氧气。在EAF中，氧气的一部分直接与反应在固体废钢生产FeO的，如废钢熔化，FeO的上废钢转口端口炉渣相。然而，计算出的FeO在模型中形成的基础上，在氧的质量平衡没有用于碳，CO或元素，在金属氧化铁。因此，形成的FeO由氧气与废料反应占，虽然没有明确计算。 （C）的减少注入的碳素材料在电弧炉炼钢氧化铁，含碳材料，如焦炭和煤被注入到所说的熔渣中，以减少铁炉渣中相的氧化物，使熔渣泡沫状。炉渣发泡是关键耐火材料的保护和水从电弧冷却和侧壁，屋顶，以及最小化的热损失。然而，经常观察到的一些注入的碳残留在炉渣中，作为未反应的颗粒被排出。有人假设，由碳粒子的氧化铁的还原率被表示为式。 （9） 。该公式假定质量转移的FeO在炉渣或化学动力学和碳的表面积是它的重量成正比的炉渣中的速率被控制。其中，k红色是碳和炉渣中的铁氧化物之间的反应速率常数，和重量CM是渣在时间中存在的碳的重量为t。在这个模型中，还原铁返回的金属相。在本计算中，Kred被认为是那些Kred整个精炼时间的恒定值。另一方面，Kred显然是在操作过程中的金属和炉渣的温度和温度曲线的函数的应被认为来确定k红色更准确地。然而，没有在这个模型中计算和其他计算（估计）模型应当被用来估计在以后的步骤中的温度，温度变化。此外，在本应用程序中计算优化的K红0.57 min -1的，如在下面的部分中讨论。虽然增加K红的情况下，从1 8231 923 K的温度变化为1.5 min -1的（相应的活化能为282 kJ / mol的）研究的案例研究，汽车RKW TT T红色的红色CM（FeO）的个人档案中金属的碳含量没有变化，在不同的FeO含量分布通过使用两个k红色值是在2.5（质量） 。因此，在本计算中的温度变化的效果是有限的。 （D）在电炉炼钢的炉渣排放，炉渣排出或冲洗的过程中。假设的熔渣相是均质的，所说的熔渣的一部分被排出根据解罚款排渣率。炉渣中剩余的未反应的碳也与炉渣排出。 （E）质量平衡计算的物质平衡由下面的公式计算金属和炉渣phasesare中表示。在本模型中，没有被的耐火材料解散，包括对的渣质量平衡计算。将被纳入模型在进一步的发展。在不同的电弧炉操作的耐火材料的消耗变化很大，可以介于0.22.0公斤/吨金属 5在本，该模型假设炉渣中MgO的含量在折痕预期是次要的。 一些其他因素是重要的，并主要取决于具体的操作。例如灰尘损失将不予考虑。正如讨论后者高达10千克/吨或更多的铁废料离开炉如灰尘。燃烧后依赖于实际的操作。在此模型中它是一个输入，并通常被认为是10。如上所述，重新耐火材料溶解还将影响的化学和渣量。3.模型的应用在本研究中，开发的模型被施加到两个铲斗充电动作炉。选项卡乐1显示了典型的操作条件，这种皮毛炉的原料。在此模型中，将计算出的结果是D t的时间间隔，将计算出的值与通过以下方式获得。 EF-D T的影响对计算结果的初步考试独立非执行董事的：t1/60分钟（1.0秒）足够小的值被选定为计算条件。该炉是120吨容量的一个105吨自来水weight.Scrap和生铁的收费是两桶水。白云石，石灰的收费是废钢和生铁的第一桶中。在后一阶段的精炼，焦炭被注入用于发泡和FeO还原，并从炉中排出的炉渣。3.1。材料的熔化图形的生铁的效果和废料熔化率的影响进行了检查的炉。氧喷射率随时间变化，在实际过程中的反射氧气喷射。由于炉与两个铲斗电荷的操作中，有一个所述第二桶电荷的操作开始后的5分钟和13分钟之间的空闲时间。期间的空闲时间的氧流率是非常低的。有两种类型的氧气喷射器;用于精炼的熔融的主要喷枪，和二次燃烧后的喷射器。在本计算中，燃烧后的熔体和炉渣阶段以上发生不考虑，因为这并不影响熔体和炉渣的化学。因此，它被假定主喷枪氧，100和20的后燃氧与熔体反应和炉渣的基础上与炉操作的讨论。还假定，废钢杂质和带电磁通在第一桶溶于渣在最初的30分钟以恒定的溶解速率。FeO和炉渣中K红碳粒子和后燃烧比率R PC之间的反应速率常数是固定的，为1.0 min -1和0.1，分别。四生铁熔化模式和三个废钢熔融模式定义（假定的） ，如示于图。 2基于与炉操作的基本考虑。在计算中，最终的金属和炉渣的化学被用作下一个计算的金属和炉渣鞋跟的初始条件，并重复此过程数次，直到稳定状态下的结果得到。图3示出了熔化熔点为每个图案作为时间的函数的，连同收集的熔融样品的分析结果中的碳含量的变化。该炉具有只有15000千克初始鞋跟相比，115 600公斤的带电材料。因此，熔体中的碳含量的改变相当具有不同的熔融生铁和废钢模式。假设在操作的早期阶段快速的生铁熔化速率，上升的碳含量为0.7质量。对于所有的熔化模式约30分钟后，被视为稳定的碳含量分布。但是，这些都是约0.10.25质量，这是在约0.06质量的炉中，比所观察到的碳含量高。图4示出了炉渣中的FeO含量的变化作为时间的函数的收集炉渣样品的分析结果为每个熔融图案。的最小的FeO的浓度10吨计算发生在10和20分钟之间。中的FeO含量增加，或几乎保持不变。更快的熔融生铁中的早期阶段，如图案W和X为生铁熔化，导致渣中FeO含量的下降幅度大。这是因为熔体的增加，和所有的氧气注入中的碳含量是所消耗的脱碳反应，没有的FeO，而产生的废料杂质和通量溶解连续造成的FeO稀释。在操作的早期阶段，一些FeO的应被生产和供给到所说的熔渣相增强的磁通的溶解和保持FeO的水平。另一方面，在生铁熔化图案Y和Z的情况下，FeO的含量几乎恒定的操作期间。考虑到碳和FeO的含量随时间的变化，速度较慢的熔融生铁在模式Y和Z，在早期阶段，例如将现实此炉。然而，计算出的FeO含量高于由约5-10质量的分析结果如图4。高估的FeO含量将是由于（i）该高估从燃烧后喷射器喷入氧气的反应和（ii）被低估二次燃烧比的贡献。为每个熔化的生铁和废钢模式计算的FeO和碳的损失由排渣标签如表2所示。 FeO和碳的损失生铁熔融图案的变化，而废料熔化图案的效果是小的。炉渣排放的碳损失为0.6。生铁熔化模式z考虑到模式生铁熔化金属和渣中的FeO含量的碳含量的档案，似乎是最现实的。运算优化，生铁熔炼模式应同时进行其他操作变量重现的经营业绩。在下面的计算，生铁熔化模式z作为一个最可以想象模式的时间来检查其他参数。在另一方面， “理想的熔融模式”生铁为一个特定的炉操作炉中在最佳状态可以从该模型得到与其他调谐参数。3.3.二次燃烧率的影响 FeO含量的效果，二次燃烧比与固定生铁和废料熔化模式（Z和3，分别）和碳 - FeO的反应速率常数（0.5分钟-1）进行了检查。图6示出在稳定状态下与三个后燃烧率在炉渣中的FeO含量的档案。当二次燃烧比提高到RPC0.3，炉渣中的FeO含量降低或保持恒定30 min后再现炉渣化学分析。大型的折痕45分钟后的FeO含量是由于生铁熔化终止，产生的炉渣中的FeO的含量在40-45质量的热端。二次燃烧比的正上方的熔体是约0.16） ，并计算出优化的二次燃烧比为0.3被认为以被高估。正如前面提到的，它被假定20的通过燃烧后喷射器喷入氧气的参与进行脱碳和氧化反应发生在熔体和炉渣。当燃烧后喷射器氧的贡献下降，的FeO的量也减少，导致减少在炉渣中的FeO。4。讨论开发的模型依赖于一些投入，包括熔化率和减少的速率常数。优化的参数，密切配合的经营业绩选项卡LE 4。生铁熔化图案是一个重要因素，而废料熔化是不太重要的。在此表中的参数，得到从上面的讨论，其中一个参数是与固定其他参数优化。完整的参数优化需要大量的热数据，连同适当的优化工具，如序列二次规划（SQP）算法。比如，SQP进行优化的目标函数，表示为式。 （25） ，以尽量减少由模型和预测值的运算结果之间的差异。Mg, etc.)上标“模型”和“数据”代表模型和运算结果的预测值，分别。 1 是物种 i在不同的优先级的参数优化的权重。在一般情况下，以上的模型预测相比，测得的由大约 0.1的碳含量。假定的脱碳速度常数可能是大于从 OSM推断。这是假设的速率下降，由于较低的氧气流率。在金属中的碳含量脱碳速度的效果示于图中。 7。在熔体中和最终在炉渣中的 FeO含量的最终碳含量从 0.037减小至 0.018质量，和从 47.5%到 48.0。可以得到适当的脱碳速度常数每炉从许多加热的运算结果。该模型可以被用来优化的过程中的几个方面。将在本文的下一部分，泡沫渣可以被优化通过控制的 FeO的内容，炉渣碱度和 CO的生成。脱氮也可以提高通过改变操作。该模型可用于优化产率。通过减少炉渣中的 FeO的量，可提高产量。这可以通过使用碳注入更有效。使用更多的反应形式的碳会降低在炉渣中的 FeO。也可以降低 FeO含量的融化周期期间在适当的时间通过减少氧的流量。模拟的情况下，已经进行了研究，通过改变运行参数，这表明潜在的产量增加。减少 5的氧气流率（情况 1） ，增加 5的碳注入（情况 2）的量，或增加的碳 - FeO 的反应速率常数为 1.5 min-1的，模拟更多的反应的形式碳（情况 3） ，应用是固定的，而其它操作参数。选项卡文件 5示出了施加的参数和计算结果的摘要。在本文中，产率的计算方法的基础上的炉而不是总的废钢和生铁的铁（Fe）的投入。图 8示出了为每个情况下，随着时间的推移在炉渣中的金属和 FeO的含量中的碳含量的变化。在金属中的最终的碳含量增加与减少的氧气流率（情况 1）的 0.005质量，而碳含量不发生大的变化，在其他情况下。另一方面，最终的 FeO含量在所说的熔渣和 FeO的渣dis-充电损失大大减少，从而提高了约 0.12至 0.76的产率。在这个模型中，如灰尘的铁损被忽略。在 9和 18之间产生的粉尘是千克/吨的废料，并包含约50质量的铁 oxide.57，因此，铁损被认为是超过在本模型中计算出的，但不同的是小。因此，实际产量将略低（0.2-0.5） ，比计算值。产量是连同适当的物理和化学渣性能所需的金属精炼以除去图像的纯度和进行有效的炉渣发泡行为的操作，应考虑的一个方面。这些额外考虑的重点，将是未来的论文题目。还应当考虑在炉中的热平衡。比如，FeO 的损失和收率多大改善，案例1中。然而，从铁的氧化所产生的热量必须被补偿额外的电输入端或在整体生产率的损失将导致。将被用来在本工作开发的模型来优化这些输入和输出，包括的产率和总的生产成本。5.结论 在本研究中，电弧炉脱碳和炉渣地层模型被开发了。该模型考虑了用于脱碳和碳的
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