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精炼炉 钢包 设计

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精炼炉钢包设计,精炼炉,钢包,设计

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毕业设计（论文）中期报告题目：精炼炉钢包设计1. 设计（论文）进展状况本设计已经完成以下内容：（1） 对于在开题答辩中，老师对我总设计草图，开题报告中提出的相关问题，我修改了平面图,剖面图，并通过了指导老师的检查；完善了开题报告的内容和格式。（2） 根据结构布置的相关规定，规范和原则，完成了设计方案的布置，完成了总设计图。（3） 完成了各部分的计算。2.1、 钢包尺寸计算(1)钢包容纳钢水量。钢包的容量应于转炉的最大出钢量相匹配，设钢包的额定容量为。一般考虑应用10的过装余量，则钢包内钢水实际容量为 (2)钢包内渣量。出钢时一般将炉内熔渣全部或绝大部分随钢水水倾入钢包。采用留渣出钢操作者除外，但留渣出钢操作时在钢桶中要新加渣料熔融成新渣层覆盖。渣量一般为金属量的35，设计时取较大比例为15。即渣量为： 15%0.15(3)钢包的容积。根据钢包实际容纳金属液与熔渣量计算容积。钢液比容取为0.14，熔渣比容取为0.28。因此，钢与渣的总体积即钢包容积应为：=0.141.1+0.280.15=0.20()，若采D/H1，锥度为15，则钢包下部内径(钢包内空间尺寸见图1)：=0.85 图1 钢包内空间尺寸 钢包的容积按圆锥台计算： 将，带入上式得：又因为钢和渣体积为=0.20，故=0.20P从而可得钢包基本尺寸与容量的关系使如下: ； ；上面三个计算式是根据内衬厚度上下一致的情况下推出的。各部设计过程参考（钢铁厂设计下册，李传薪主编P128-129）从而得到各部分参数如图2所示。 图2 钢包各部分尺寸1)2)3)4)5)6)说明： (1)盛钢桶砖衬厚度。盛钢桶砖衬包含保温层(外层)与耐火工作层(外层)，一般砌筑总厚度100250mm。工作层砌砖有多种型式，陈列入标准的盛钢桶衬砖砖型外，可针对专用盛钢桶依据其锥度、直径、高度等参数设计专用衬砖，则砌筑工作更为方便顺利，砌筑质量也较高。 钢桶桶壁厚度约等于0.07D ；：包壁厚度（上下一致），mmD：钢包上部内径mm:钢包底衬厚度，mm（=0.10D）：钢包壳壁厚，mm (=0.01D)：钢包壳底厚，mm =0.012D)砖衬部分加厚则须加以扩大修正，亦即增大值方能保证实际容积为0.20P表示为: K=0.20P 。K为0930.96的一个系数。意义是砖衬部分加厚使容积减小了47，为弥补容积之不足故在式中乘以系数K并得下部内径（一般为3060mm，取为45mm）。1. 存在问题及解决措施存在的问题： 再本设计里涉及到了许多材料的选择，虽然之前接触过，但在综合考虑结构和经济等方面还有所欠缺。我会认真的参考资料积极地和同学讨论，向老师请教。还有软件画图存在问题不能完全按照计算结果画出相一致的图。解决措施：继续完善设计，从图中改进，优化设计，以求更加准确。3后期工作安排 对钢包进行优化设计改造，改进中期设计中存在的缺点，比如钢包重量过大，液压的选择和传动的计算不够精确等等缺陷。 第5-8周(2014.2.23.2014.3.19)初步完成钢包的设计，和外文翻译；准备中期检查报告，并进行中期答辩。 第9-15周(2014.3.20-2014.5.12)完成钢包的总体设计，完成装配图及零件图；并撰写毕业论文，准备毕业答辩。 第16-18周(2014.5.13-2014.5.30)完善毕业论文，上交归档。 指导教师签字： 年 月 日毕业设计(论文)开题报告题目：精炼炉钢包设计1. 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）1.1 题目背景、研究意义 炉外精炼技术由于其具有提高钢质量、加快产量、降低成本、改善劳动条件和生产环境条件等优点日益成为全世界钢铁行业的新宠。钢包精炼炉以其冶金效果好、具有设备费用低、易于操作等特点而成为炉外精炼技术有代表性的设备,正得到普遍应用。 钢铁是国民经济的中流破柱,是国家生存和发展的物质保障。钢铁工业在国民经济的发展过程中,起着举足轻重的作用,是国民经济水平和综合国力的重要标志。我国是发展中国家,正大力发展其国民经济,这使得我国对钢铁材料的需求量增大。同时我国也是钢铁产量世界第一的钢铁大国,在国民经济高速发展的今天,社会对钢材尤其是高质量钢材的需求不断加大,这就需要我们为钢铁强国的伟大目标努力奋斗。在一段时期之内,钢铁工业仍将是我国经济的支柱之一。 20世纪以来,钢铁产品被广泛地应用在建筑、机械、汽车、船舶、石油和运输等各个行业中。因此,钢铁一直是国民经济的基础工业之一。现如今,虽然出现了许多新材料,例如陶瓷、塑料、高分子复合材料等等,这些新材料由于自身的一些特点在一定程度上取代了钢材,但是钢材具有其它材料不可比拟的综合性能。同时,与其它材料相比,钢材价格波动趋势相对较小。所以,钢铁材料仍是当代最主要的材料之一。随着市场经济的持续高速发展,使得企业的规模和产量越来越大,钢铁工业也通过加快结构优化与调整,不断提高满足国民经济对钢材产量、品种、质量、成本等全面要求的能力。但是,随之而来的市场竞争又使各企业面临着生产规模、经济效益、产品质量和环境保护等方面的严峻挑战。企业要想立于不败之地,必须提高自身的竞争能力,提高生产效率、降低成本、降低能源消耗和原材料消耗、减轻对环境的污染和改进产品质量,以适应快速多变的市场需求。近20多年来,由于人类社会的飞速发展对钢材尤其是优质钢材、特殊钢材的需求越来越大,而随着科学技术的发展,钢材的冶炼技术也发生了质的变化。炼钢炉的容量不断扩大,超高功率电炉普遍应用于生产,连续铸钢技术也円臻完善。因此,炼钢的方法也发生了巨大的变化,由原始的一步炼钢法发展成为二步炼钢法即炉内初炼、炉外精炼。炉外精炼技术由于其具有提高钢质量、加快产量、降低成本、改善劳动条件、改善生产环境条件等等优点已日益成为全世界钢铁行业的新宠,发展极其迅速。全世界各大钢铁企业纷纷加大了对钢水炉外精炼的研究力度,研制了多种钢水炉外精炼的设备,尤其是提出了各种各样的理论和控制方法,并已创造了极其可观的经济效益。1.2国内外发展趋势在近十多年以来，我国冶金工业在强调发展连续铸锭方面有飞速的进展，在国家“八五”，“九五”发展规划的推动下，我国钢液连铸比每年都以56个百分点迅速提高，到2002年，我国钢液连铸比已达94%以上，可以称为连铸强国。但是要从冶金技术整体水平比较，我国在钢液的纯净度和成品内在性能方面尚有不足，尤其是在特殊用钢生产方面更为突出。由此可以理解我们还需要在提高钢液精炼比方面和生产特殊用途钢的精炼技术方面进一步提高。说到我国的钢液精炼比，没有确切的统计数字，从我国目前拥有的具有加热升温功能的炉外精炼设备，估计精炼能力只占总粗钢的20.30%。并且有些大中型钢包精炼炉只是在近二三年中，藉于各大型钢铁企业执行国家要求消灭平炉以及配合转炉或电弧炉生产而建立的，因此要求正常投入使用和理顺生产节奏，真正发挥精炼作用还需要一段磨合期。纵上所述，我国的精炼比要取得与连铸比同样的业绩，还需作较大的努力和足够的重视，尤其是在精炼炉的工艺功能方面有待进一步认识它的优点，因为目前仍有一些钢厂，把钢包炉当做解决低温钢来使用，或者当做调节生产节奏的目的来使用。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2.1 本课题研究的主要内容本题目的主要内容为精炼炉钢包设计，包括钢包包体、滑动水口、吹氩口等。2.2 本课题研究的研究方案（1）本课题对现有钢包精炼炉进行改进，重点解决现有钢包精炼炉的缺陷。（2）根据钢包精炼炉的材料性质，确定工艺材料的选择（3）通过对已有的钢包精炼炉的结构进行改进，主要改善对钢包包盖的提升件的结构进行改善2.3 本课题研究的研究方法或措施首先查找资料，咨询老师，请教相关专业同学进行必要的分析计算，考虑现实情况进行必要的调查了解，然后草绘图纸确定尺寸。最后建立三维立体模型、进行结构设计分析，确定出最优设计方案。2.4前期已开展工作。周 次工作方案及进度计划第1-3周查阅资料，了解工作原理及特点，完成基础知识的积累并撰写开题报告第4-6周方案论证，深化方案具体实施步骤第7-10周钢包车的具体方案设计，图纸绘制，准备中期答辩。第11-15周撰写毕业论文，论文修改，准备毕业答辩指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见） 指导教师： 年 月 日 所在系审查意见： 系主管领导： 年 月 日参考文献1.王成喜.我国大中型电炉炼钢技术现状调研和分析研究D,北京:北京科技大学,2002: 3-4.2.李中金,刘芳,王承宽.我国钢水二次精炼技术的发展J,特殊钢,2002,23(3):10-14.3.魏衡江.钢水二次精炼自动化概况J,冶金自动化,1995,2(3): 5-9.4.马竹梧,邹立功,孙彦广.钢铁工业自动化J,炼钢卷,2000,10(14): 259-261.5.陈伟庆.美国的炼钢技术现状J,钢铁,2000,35(6): 66-69.6.虞明全.德国电弧炉炼钢的最新进展J,工业加热,1999,23(2):13-16.7.李里,周瑞和,薛念福.攀钢连铸钢包热循环的现状与分析J,钢铁钒钦,2002,23(1):6-11.8.倪满森.降低出钢温度实现低过热度连铸J,炼钢,1999,15(5): 10-13.9.李士琦,李伟立,刘任刚.现代电弧炉炼钢M,北京:原子能出版社,1995,67-75.10.李中祥译.炼钢电弧炉设备与高效益运行M,北京:冶金工业出版社,2001,17-40.11.员卫国.炼钢电弧炉电极升降微机控制的回顾和总结J,工业加热,2000,7(1):1-4.12.YS.KOO, T.Kang etal. Thermal Cycle Model of Ladle for Steel Temperature Control in Melt Shopandits Application C, Steelmaking Conference Proceedings, 1989: 415-421.13.马廷温,王平.跨世纪的电弧炉炼钢技术J,特殊钢,1995,16(2):3-9.14.J.W.Hlinka, A.W.Cramb, D.HBright. A Model for Predicting the Thermal History of ALadle of Steel C, Steelmaking Conference Proceedings, 1985: 35-47.15.沈才芳,孙社成,陈建斌.电弧炉炼钢工艺与设备(第二版)M,北京:冶金工业出版社 2001, 46-60.16.姚一清等译.三相电弧炉的电气设备M,北京:冶金工业出版社,1958,55-65.17.马廷温.电弧炉炼钢学M,北京:冶金工业出版社,1990,89-95.18.刘小河,程少庚,苏文成.三相电弧炉电气系统的模型探讨J,西安理工大学学报,1988, 4(1): 73-82.19.N丄.Samways, T.E.Daney. Factors AffectingTemperature Drop Between Tapping and Teeming C, Proceedings of Electric Furnace Conference, 1959: 268-283.20.李京社,武骏,李士埼.交流电弧炉的工作电抗模型与电气运行合理化?!,炼钢,1999,15(6): 40-43.本科毕业设计（论文）题目：精炼炉钢包设计 精炼炉钢包设计摘 要钢包是炉外精炼的主要设备之一。精炼炉钢包主要功能：使钢液升温和保温功能。初期对钢包进行了初步计算，确定钢包的尺寸，根据老师给的图读懂图并进行完善，中期根据任务说明进行滑动水口和吹氩口的设计，后期根据前期的资源进行论文撰写，修改格式，完善图纸，争取完成好这次毕业设计。关键词：钢包；液压；滑动水口 Refining Furnace Ladle Design AbstractLadle Turret in continuous casting machine is pouring position over the top of the ladle used to carry cross and bearing steel casting equipment packages，it is the most commonly used in modern continuous casting and the most common bearing steel ladle for pouring the key machinery and equipment.In this paper, we make a design calculations for the Ladle Turret slewing device system, helping to optimize the large package of turret structure, reduce costs and increase the economic efficiency.This topic is mainly making a design calculation of correlation of Ladle Turret slewer , including the calculation of the drives power , the selection of the electrical machine and electrical machine ,the checking of exposed gear ,the selection and checking of exposed gear ,the checking of coupling bolt and foundation bolt.Keywords：The Ladle ；Hydraulic；Slide Gate目 录1 绪论11.1精炼炉钢包的简介1 1.2精炼炉钢包的研究意义2 1.3精炼炉钢包的研究背景3 1.4实施方案及主要研究手段42 钢包设计5 2.1钢包尺寸计算5 2.2钢包质量8 2.3钢包重心计算93 钢包结构设计11 3.1钢包包体设计11 3.3钢包耳轴的设计12 3.3.1耳轴计算124 钢包滑动水口设计14 4.1负载与运动分析14 4.1.1计算工作负载14 4.1.2摩擦及惯性负载14 4.1.3工进速度15 4.1.4各工况负载15 4.1.5各工况时间15 4.2确定液压缸基本参数15 4.2.1初选系统压力15 4.2.2计算液压缸主要尺寸15 4.3拟定液压系统图16 4.3.1选择基本回路16 4.4液压辅件的选择18 4.4.1选择液压泵及驱动电机18 4.4.2控制阀的选择19 4.4.3蓄能器的选择19 4.4.4管道的选择20 4.5确定油箱容量20 4.6过滤系统的设计20 4.6.1过滤器的位置设置20 4.6.2过滤器精度的选择20 4.6.3过滤器尺寸确定21 4.7液压油的选用21结论22参考文献23致谢24I1 绪论1.1 精炼炉钢包的简介精炼炉钢包是用来对初炼炉（电弧炉、平炉、转炉）所熔钢水进行精炼，并且能调节钢水温度，工艺缓冲，满足连铸、连轧的重要冶金设备。钢包炉是炉外精炼的主要设备之一。精炼炉钢包主要功能：1、使钢液升温和保温功能。钢液通过电弧加热获得新的热能，这不但能使钢包精炼时可以补加合金和调整成分，也可以补加渣料，便于钢液深脱硫和脱氧。而且连铸要求的钢液开浇温度得到保证，有利干铸坯质量的提高。2、氩气搅拌功能。氩气通过装在钢包底部的透气砖向钢液中吹氛，钢液获得一定的搅拌功能。3、真空脱气功能。通过钢包吊入真空罐后，采用蒸汽喷射泵进行真空脱气，同时通过包底吹入氩气搅动钢液，可以去除钢液中的氢含量和氮含量，并进一步降低氧含量和硫含量，最终获得较高纯净度的钢液和性能优越的材质。钢包精炼炉的应用对整个企业来看，至少可增加如下得益：加快生产节奏，提高整个冶金生产效率。应用领域：钢包精炼炉被广泛用于工业、钢铁、冶金等行业。钢包运载设备的任务是将钢包运送到浇注位臵，供给中间包所必需的钢水。生产上原来主要使用铸锭天车吊着钢水包进行浇注。这种方式在连铸技术发展初期曾经广泛使用，因为那时连铸机多装在铸锭跨内，只进行单炉浇注，利用已有的铸锭天车，可以节省建设投资。但连铸的时间一般比模铸长，在吊浇时会妨碍其他天车的运行。为了解决这一问题，采用了在浇注平台上设臵固定的钢包支座进行浇钢，但这种浇钢形势不利于实现全连铸，生产效率低。经过不断的研究设计，为多炉连浇创造条件，现在普遍采用钢包回转台。钢水在浇铸过程中需要包括钢包和钢包回转台、中间包和中间包车等设备。钢包盛着从炼钢炉里炼好的钢水，经过精炼炉的精炼运到连铸平台上的钢包回转台上。在这个过程中，承载着钢水包的就是钢包回转台。钢包回转台（即我们所说的大包旋转台）是现在连铸中使用最普遍和最常见的承载钢水包进行浇钢的关键机械设备。经常把它放在车间的钢水接收跨和浇钢跨衔接的地方。对于钢包的旋转半径的设计就是在浇钢时钢水包的水口正好对准中间包上接钢水的规定位臵。这时用钢水接收跨一侧的天车将钢水包放在钢包回转台上，经过钢包回转台的回转，让钢水包停在中间包上方供给其钢水。并经中间被注入结晶，然后由垃矫机拉出所需的铸坯。交完钢的空包再通过回转台的回转，再运回钢水的接收跨。1钢包回转台的旋转是定向的，占用连铸浇钢平台的面积较小，容易定位，更易于远距离的操作。回转台的电器控制线路以及液压管线都可以装设在旋转台内，这样比较可靠安全。但它的缺点是旋转半径有限，一个钢包回转台只能为一台连铸机服务。由于钢水包不在铸锭天车中作范围内，除了回转台没有其他吊运设备代替。钢包回转台的回转是由回转电机通过拨动转轮机构带动回转臂来实现的，所以要求回转台的运转有很高的可靠性，即使在停电的情况下也能借助于备用电源、液压以及气动设备进行正常工作。31.2 精炼炉钢包的研究意义 炉外精炼技术由于其具有提高钢质量、加快产量、降低成本、改善劳动条件和生产环境条件等优点日益成为全世界钢铁行业的新宠。钢包精炼炉以其冶金效果好、具有设备费用低、易于操作等特点而成为炉外精炼技术有代表性的设备,正得到普遍应用。钢包又称钢水包，用于炼钢厂、铸造厂在平炉、电炉或转炉前承接钢水、进行浇注作业。钢包烘烤是炼钢生产工序中的主要环节之一，其目的是均匀地提高钢包内衬的温度水平，以减少钢水浇注过程的热损失和延长钢包内衬的使用寿命。钢包烘烤装置的性能对转炉出钢温度、炼钢作业率、炉龄等都有很大影响。钢包烘烤介于炼钢和铸钢两个工序之间，钢包烘烤温度的高低对协调整个生产有重要作用，对连铸生产的意义更加重大。钢包是盛钢水的容器，又是精炼设备的组成部分。钢水在装入钢包后到浇注期间要损失大量的热量，因为钢水从出完钢到浇注前都要在钢包中镇静510min才进行浇注，这期间钢水平均温降速度：大于250t的钢包为0.51.5/ min，100200t的为12 / min，30t钢包为22.5/ min。热能损失大致分为三部分：第一部分为钢水上表面的辐射热损失，第二部分为钢包外壳表面的综合散热损失，第三部分为钢包内衬的蓄热损失。其中以钢包内衬的蓄热损失为主。钢水在钢包中的热损失比例大致是包衬蓄热的45% 50%，包壁散热的20%，钢水上表面辐射的20%30%。如果减少钢包的热损失，钢水在钢包中的温降可以大大减少。对于90t的钢包，包衬温度由400提高到1200，钢水总温降可以减少25。钢包蓄热损失约占钢水总热损失的一半左右，如果不采用钢包烘烤方法补偿钢水的热能损失、保证钢水的浇注温度，势必要提高钢水的出钢温度，但这会带来一系列的问题。首先，提高出钢温度就要增加冶炼时间，增加原材料(耐火材料)和动力能源消耗，提高吨钢成本；其次，使炉衬侵蚀速度加快，缩短熔炼炉的检修周期，降低炉龄，进而造成连铸生产的波动和铸坯的质量缺陷。因此，钢包的烘烤对降低出钢温度，提高转炉的寿命，增加钢产量，降低原材料消耗，降低吨钢成本，保证连铸的顺利进行具有重要的意义。1.3 精炼炉钢包的研究背景 炉外精炼技术由于其具有提高钢质量、加快产量、降低成本、改善劳动条件和生产环境条件等优点日益成为全世界钢铁行业的新宠。精炼炉钢包以其冶金效果好、具有设备费用低、易于操作等特点而成为炉外精炼技术有代表性的设备,正得到普遍应用。钢铁是国民经济的中流破柱,是国家生存和发展的物质保障。钢铁工业在国民经济的发展过程中,起着举足轻重的作用,是国民经济水平和综合国力的重要标志。我国是发展中国家,正大力发展其国民经济,这使得我国对钢铁材料的需求量增大。同时我国也是钢铁产量世界第一的钢铁大国,在国民经济高速发展的今天,社会对钢材尤其是高质量钢材的需求不断加大,这就需要我们为钢铁强国的伟大目标努力奋斗。在一段时期之内,钢铁工业仍将是我国经济的支柱之一4。 20世纪以来,钢铁产品被广泛地应用在建筑、机械、汽车、船舶、石油和运输等各个行业中。因此,钢铁一直是国民经济的基础工业之一。现如今,虽然出现了许多新材料,例如陶瓷、塑料、高分子复合材料等等,这些新材料由于自身的一些特点在一定程度上取代了钢材,但是钢材具有其它材料不可比拟的综合性能。同时,与其它材料相比,钢材价格波动趋势相对较小。所以,钢铁材料仍是当代最主要的材料之一4。随着市场经济的持续高速发展,使得企业的规模和产量越来越大,钢铁工业也通过加快结构优化与调整,不断提高满足国民经济对钢材产量、品种、质量、成本等全面要求的能力。但是,随之而来的市场竞争又使各企业面临着生产规模、经济效益、产品质量和环境保护等方面的严峻挑战。企业要想立于不败之地,必须提高自身的竞争能力,提高生产效率、降低成本、降低能源消耗和原材料消耗、减轻对环境的污染和改进产品质量,以适应快速多变的市场需求。近20多年来,由于人类社会的飞速发展对钢材尤其是优质钢材、特殊钢材的需求越来越大,而随着科学技术的发展,钢材的冶炼技术也发生了质的变化。炼钢炉的容量不断扩大,超高功率电炉普遍应用于生产,连续铸钢技术也円臻完善。因此,炼钢的方法也发生了巨大的变化,由原始的一步炼钢法发展成为二步炼钢法即炉内初炼、炉外精炼。炉外精炼技术由于其具有提高钢质量、加快产量、降低成本、改善劳动条件、改善生产环境条件等等优点已日益成为全世界钢铁行业的新宠,发展极其迅速。全世界各大钢铁企业纷纷加大了对钢水炉外精炼的研究力度,研制了多种钢水炉外精炼的设备,尤其是提出了各种各样的理论和控制方法,并已创造了极其可观的经济效益。钢铁是国民经济的中流破柱,是国家生存和发展的物质保障。钢铁工业在国民经济的发展过程中,起着举足轻重的作用,是国民经济水平和综合国力的重要标志。我国是发展中国家,正大力发展其国民经济,这使得我国对钢铁材料的需求量增大。同时我国也是钢铁产量世界第一的钢铁大国,在国民经济高速发展的今天,社会对钢材尤其是高质量钢材的需求不断加大,这就需要我们为钢铁强国的伟大目标努力奋斗。在一段时期之内,钢铁工业仍将是我国经济的支柱之一。20世纪以来,钢铁产品被广泛地应用在建筑、机械、汽车、船舶、石油和运输等各个行业中。因此,钢铁一直是国民经济的基础工业之一。现如今,虽然出现了许多新材料,例如陶瓷、塑料、高分子复合材料等等,这些新材料由于自身的一些特点在一定程度上取代了钢材,但是钢材具有其它材料不可比拟的综合性能。同时,与其它材料相比,钢材价格波动趋势相对较小。所以,钢铁材料仍是当代最主要的材料之一。随着市场经济的持续高速发展,使得企业的规模和产量越来越大,钢铁工业也通过加快结构优化与调整,不断提高满足国民经济对钢材产量、品种、质量、成本等全面要求的能力。但是,随之而来的市场竞争又使各企业面临着生产规模、经济效益、产品质量和环境保护等方面的严峻挑战。企业要想立于不败之地,必须提高自身的竞争能力,提高生产效率、降低成本、降低能源消耗和原材料消耗、减轻对环境的污染和改进产品质量,以适应快速多变的市场需求。高速烧嘴是近代热工技术取得突破性进展的新技术之一。其特点是燃烧气体出口速度可达100300m/ s。在加热物件时，不论在加热速度方面，还是在加热均匀性方面，其加热效果都大大超过普通烧嘴。由于高速烧嘴出口速度高，烧嘴的耐火材料消耗大，使用寿命低，一般炼钢厂钢包烘烤设备的现场环境比较恶劣，不适合安装精密的控制设备。因此，鞍山热能研究院设备研制厂研制开发出用于钢包烘烤的简易高速烧嘴，基本上保持了高速烧嘴的气流速度大，加热升温快，钢包温度分布均匀的特点。随后又开发出富氧烧嘴、油气两用烧嘴，以满足只有高炉煤气或转炉煤气，煤气热值低或煤气量不足的炼钢厂的需要。钢包在新砌后和盛装钢水前一般都需要烘烤，用来烘烤钢包的装置就称为钢包烘烤器，又称烤包器。钢包烘烤器有在线烘烤器和离线烘烤器两大类，离线烘烤器有立式烘烤器和卧式烘烤器两种，另外还有专门烘烤中间包的中间包烘烤器。在钢包烘烤器的发展过程中，有三个方面的进步对提高钢包烘烤的效率和质量比较明显：(1)钢包加盖； (2)烧嘴的改进；(3)余热的利用。近20多年来,由于人类社会的飞速发展对钢材尤其是优质钢材、特殊钢材的需求越来越大,而随着科学技术的发展,钢材的冶炼技术也发生了质的变化。炼钢炉的容量不断扩大,超高功率电炉普遍应用于生产,连续铸钢技术也円臻完善。因此,炼钢的方法也发生了巨大的变化,由原始的一步炼钢法发展成为二步炼钢法即炉内初炼、炉外精炼。炉外精炼技术由于其具有提高钢质量、加快产量、降低成本、改善劳动条件、改善生产环境条件等等优点已日益成为全世界钢铁行业的新宠,发展极其迅速。全世界各大钢铁企业纷纷加大了对钢水炉外精炼的研究力度,研制了多种钢水炉外精炼的设备,尤其是提出了各种各样的理论和控制方法,并已创造了极其可观的经济效益。在近十多年以来，我国冶金工业在强调发展连续铸锭方面有飞速的进展，在国家“八五”，“九五”发展规划的推动下，我国钢液连铸比每年都以56个百分点迅速提高，到2002年，我国钢液连铸比已达94%以上，可以称为连铸强国。但是要从冶金技术整体水平比较，我国在钢液的纯净度和成品内在性能方面尚有不足，尤其是在特殊用钢生产方面更为突出。由此可以理解我们还需要在提高钢液精炼比方面和生产特殊用途钢的精炼技术方面进一步提高。说到我国的钢液精炼比，没有确切的统计数字，从我国目前拥有的具有加热升温功能的炉外精炼设备，估计精炼能力只占总粗钢的20%30%。并且有些大中型精炼炉钢包只是在近二三年中，藉于各大型钢铁企业执行国家要求消灭平炉以及配合转炉或电弧炉生产而建立的，因此要求正常投入使用和理顺生产节奏，真正发挥精炼作用还需要一段磨合期。纵上所述，我国的精炼比要取得与连铸比同样的业绩，还需作较大的努力和足够的重视，尤其是在精炼炉的工艺功能方面有待进一步认识它的优点，因为目前仍有一些钢厂，把钢包炉当做解决低温钢来使用，或者当做调节生产节奏的目的来使用1.4 实施方案及主要研究手段(1)本课题对现有精炼炉钢包进行改进，重点解决现有精炼炉钢包的缺陷。 (2)根据精炼炉钢包的材料性质，确定工艺材料的选择。 (3)通过对已有的精炼炉钢包的结构进行改进，主要改善钢包包体、滑动水口吹氩口。1.5 设计(论文)的主要内容（理工科含技术指标）：(1) 参阅相关资料，了解和掌握精炼炉钢包工作原理及其发展，并查阅和收集相关资料； (2) 完成原理方案设计和结构方案设计，确定实施方案； (3) 对精炼炉钢包结构进行设计； (4) 钢包起吊轴加工工艺规程设计；(5) 对钢包滑动水口的结构改善，并对结果进行分析； (6) 完成所设计部件的装配图和零件图。242 钢包设计2.1 钢包尺寸计算一般情况下,钢包外壳有钢板铆接式和钢板焊接式两种型式。由于焊接式钢包外壳在重量上比铆接式钢包外壳轻15%20%,为此在设计中采用了焊接式钢包外壳,这样既节约了材料,又可在不增加吊车负荷的情况下增大包容。原钢包由德国设计、制造,外壳采用厚22mm的钢板焊接而成。通过对原钢包材质的分析和钢包强度的计算,了解到我国在设计钢包容器时所用的安全系数比德国大,使用的材质、焊条及焊缝的类型都有所不同。因此,新钢包内外壳采用厚25mm、材质为Q235A的钢板焊接而成。(1) 钢包容纳钢水量。钢包的容量应于转炉的最大出钢量相匹配，设钢包的额定容量为。一般考虑应用10的过装余量，则钢包内钢水实际容量为 （2.1）(2) 钢包内渣量。出钢时一般将炉内熔渣时在钢桶中要新加渣料熔融成新渣层覆盖。渣量一般为金属量的35，设计全部或绝大部分随钢水水倾入钢包。采用留渣出钢操作者除外，但留渣出钢操作时取较大比例为15。即渣量为： 15%0.15 （2.2）(3) 钢包的容积。根据钢包实际容纳金属液与熔渣量计算容积。钢液比容取为0.14，熔渣比容取为0.28。因此，钢与渣的总体积即钢包容积应为：=0.141.1+0.280.15=0.20()，若采用1，锥度为15，则钢包下部内径(钢包内空间尺寸见图2.1)：=0.85 （2.3） 图2.1 钢包内空间尺寸 钢包的容积按圆锥台计算： （2.4）将，带入上式得：又因为钢和渣体积为=0.20，故=0.20P （2.5） 从而可得钢包基本尺寸与容量的关系使如下: ； ；上面三个计算式是根据内衬厚度上下一致的情况下推出的。各部设计过程参考（钢铁厂设计下册，李传薪主编P128-129）从而得到各部分参数如图2.2所示。 图2.2 钢包各部分尺寸1)2)3)4)5)6)说明： (1) 盛钢桶砖衬厚度。盛钢桶砖衬包含保温层(外层)与耐火工作层(外层)，一般砌筑总厚度100250mm。工作层砌砖有多种型式，陈列入标准的盛钢桶衬砖砖型外，可针对专用盛钢桶依据其锥度、直径、高度等参数设计专用衬砖，则砌筑工作更为方便顺利，砌筑质量也较高。 钢桶桶壁厚度约等于0.07D ；：包壁厚度（上下一致），mmD：钢包上部内径，mm :钢包底衬厚度，mm（=0.10D）：钢包壳壁厚，mm (=0.01D)：钢包壳底厚，mm (=0.012D)砖衬部分加厚则须加以扩大修正，亦即增大值方能保证实际容积为0.20P表示为: K=0.20P 。K为0930.96的一个系数。意义是砖衬部分加厚使容积减小了47，为弥补容积之不足故在式中乘以系数K并得下部内径（一般为3060mm，取为45mm）。=4.289m=3.466m表2.1 钢包各部分尺寸值参数名称数值(mm)参数名称数值(mm)D428942894889471849754769424642943323005143上述钢包设计的净空高度为300400mm , 为了适应现代真空冶炼的需要通常增大钢包的净空高度。RH 要求钢包的净空达400mm 以上即可。本设计中取钢包的净空高度为800mm 从而得到钢包的各部分尺寸如下表2.2所示表2.2 改进后钢包各部分的值参数名称数值(mm)参数名称数值(mm)D4289+1204289+8004889+1374718+8004975+1394769+8004246+1194294332+12130051432.2 钢包质量 钢包质量的精确计算须完成外壳、吊挂耳抽、支撑腿及滑动水口等结构计算后，根据详细图纸进行计算，但由上述已经确定的主要尺寸参数与选材亦可以较粗略地算出钢包的质量。(1) 包衬质量。砖衬总体积与总质量为：桶壁砖衬体积为:桶底砖衬体积为：砖衬总体积:砖衬总质量(现取平均密度约1.81计算)（2） 外壳钢板质量桶底钢板体积： 桶壁钢板体积: 外壳钢板质量:（3） 空钢包质量，将式代入得： 即空盛钢桶质量约为钢桶额定容量值的2728。考虑到其它未计入的钢结构件与耐火砖(塞仔砖或滑板)质量，应增加约10，则空桶质量为额定容量值的3031。 （取为30%） =0.350=15 （t）（4） 装满钢水与熔渣后的总质量。钢包容量按过装10%计算，渣量为金属量15%计算，则装满钢水和渣后的质量为： =1.538250=384.5t因此，在选用浇注起重机时，其起重容量应大于加门形吊钩的质量。门形吊钩有固定在盛钢桶上(与耳铀饺接)和脱钩式两种，均须计入起重总量。2.3 钢包重心计算计算钢包的重心是为了确定钢包耳轴的高低位置，使装满钢水与熔渣的钢包吊运与浇注过程稳定，无倾翻的危险；又要使其在倾倒出残钢与钢水时不需太费力。计算重心是采用力学常规的计算方法。 对于盛钢桶而言，如简化不计浇注操作机构(塞杆或滑动铸口)的质量，即忽略它们在盛钢桶上所引起的重心偏移，则可视盛钢桶桶体，内衬及钢水、熔渣是围绕铅垂轴线完全对称的。故计算重心只考虑坚直方向的距离即可以了。(1) 钢桶桶壁砖衬的重心点由计算可得桶壁砖衬重心距上口为：(2) 盛钢桶底砖衬的重心点 由计算可得桶底砖衬重心距上口为：(3) 外壳侧壁之重心点由计算可得外壳侧壁重心距上口为(4) 底壳的重心点由计算可得底壳重心距上口为(5) 渣层的重心点由计算可得渣层重心距上口为(6) 盛钢桶内金属的重心点由计算可得盛钢桶内金属重心距上口为(7) 总重心。已知盛钢桶各部分重心的所有数据，总重心就可以求出。因盛钢桶是对称的，所有重心都在对称袖上，根据合力静力矩等于合力静力矩之和的原理，可列出下列方程式： (2.6) = 装满钢水的盛钢桶质量： 钢水量: 化简得：=0.544.289=2.316同时，为了使盛钢桶稳定，必须使耳轴中心线与盛钢桶上缘的距离小于0.54D。同样计算方法，可得空盛钢桶之重心位置，亦即空盛钢桶较盛满钢水、熔渣时重心为低，此时更为稳定，无倾覆之危险。表2.3 钢包各部分参数参数名称数值(mm)参数名称数值(mm)D4409508950265518511455694365429445330051432.316式中PC为计算功率，P2为回转台实际功率，KA为使用系数（1.5）3 钢包结构设计3.1 钢包包体设计 一般情况下,钢包外壳有钢板铆接式和钢板焊接式两种型式。由于焊接式钢包外壳在重量上比铆接式钢包外壳轻15%20%,为此在设计中采用了焊接式钢包外壳,这样既节约了材料,又可在不增加吊车负荷的情况下增大包容。原钢包由德国设计、制造,外壳采用厚22mm的钢板焊接而成。通过对原钢包材质的分析和钢包强度的计算,了解到我国在设计钢包容器时所用的安全系数比德国大,使用的材质、焊条及焊缝的类型都有所不同。因此,新钢包内外壳采用厚25mm、材质为Q235A的钢板焊接而成。通过对钢包的设计画出钢包总图图3.1 钢包总装图3.2 钢包包底的设计钢包包底承受的压力大,在满足钢包安全系数的条件下,采用厚40mm、材质为Q345A的球形包底。这种包底受力要比原钢包平包底受力好。由于旧钢包在使用中包底鼓肚厉害,呈椭圆形,变形严重,因此,在包底避开安装滑动水口和吹氩插口的位置上加了4条加强筋,呈米字形分布（如图3.2所示） 图3.2 包底结构示意图通过对钢包包底结构的分析，确定设计方案，画出结构图（如图3.3所示）图3.3 钢包底结构简图 绿色部分为待加工部位，方案一为大吨位钢包，方案二为小吨位钢包，考虑加工的方便和经济性，选方案二3.3 钢包耳轴的设计3.3.1 耳轴计算 a. 耳轴结构设计 耳轴设计需注意以下问题：(1) 龙门钩距离2880mm,钩内圆270mm,厚为80mm。(2) 耳轴安全系数n不小于15。(3) 耳轴位置比装满钢水的钢包重心高300400mm。(4) 钢包包 壳上沿不能与吊钩相碰。耳轴结构如图3.4所示,采用护板焊接,箱型结构固定。耳轴中心距上沿1030mm,耳轴直径270mm,尺寸2880mm与龙门钩一致,考虑脱钩挂钩方便,耳轴挂钩位置距离为170mm。 图3.4 耳轴结构示意图b. 耳轴强度的核算由于45#钢焊接性能较差,耳轴材质选用35#钢。为了保证耳轴更好受力, 采用耳轴耳板整体锻件。在使用时中,耳轴受弯矩,通过受力分析,应力最大处在A-A断面,该位置直径最小。已知:最大出钢量47t,包衬砖16t,钢包净重9.2t。钢包装满钢水的重量:Q重=47+16+9.2=72.2(t)取Q重为75t。由:W=PD/32式中W抗弯截面模数,mm;D耳轴直径,270mm。代入数值得:W=1931394.3(mm)A-A断面处最大弯矩:Mmax=Q/2170/2 （3.1）Rmax=Mmax/W （3.2） 分别代入数值得:Mmax=3187.5(t.mm)Rmax=16.17(N/mm)35钢的许用应力:Rs/n=260/15=17.3(N/mm2)故强度足够。4 钢包滑动水口设计随着快速、高效连铸和二次精炼技术及工艺的发展，滑动水口（Sliding Nozzle，简称SN）系统在现代钢铁冶炼过程中变得越来越重要，成为冶炼中不可缺少的部分。它是连铸机浇铸过程中钢水的控制装置，能够精确地调节从钢包到连铸中间包的水流量，使流入和流出的钢水达到平衡，从而使连铸操作更容易控制。滑动水口系统因其可控性好，能提高炼钢生产效率而得到了迅速发展。现在，在钢包、中间包上国内外普遍使用了滑动水口系统。滑动水口的设计早在1884年就由美国人D. Lewis提出构思并申请了专利，后来也有不少类似的专利，但均因材质不过关而未能实现。直到1964年，西德本特勒钢铁公司在22T钢包上，采用滑动水口装置代替塞棒系统进行浇钢，首次获得成功，并迅速推广到许多国家。滑动水口一般由驱动装置、机械部分和耐火材料部分（即上下滑板、下水口）组成。滑动水口的工作原理是通过滑动机构使上下滑板砖滑动，从而带动流钢孔的开闭来调节钢水流量大小的。为获得较长的使用寿命和稳定的操作条件，滑板作为滑动水口系统的耐火材料和机械构件，都要求其具有优良的性能。当前，为了使滑动水口系统使用性能更加稳定可靠，对滑板的形状以及固定方式进行了许多改进和研究，其主要目的是抑制滑板使用过程中工作面裂纹的产生和扩展。滑板（Sliding Plate，简称SP）是滑动水口系统的主要部件之一。按照组成滑动水口系统的滑板块数划分，可分为两层式和三层式。钢包用滑板一般为两层式，操作时上滑板固定不动，通过下滑板进行截流和节流。中间包用滑板一般为三层式，操作时将上滑板与上水口固定，下滑板与下水口固定，通过中间滑板来进行截流和节流。4.1 负载与运动分析4.1.1 计算工作负载由任务书给出缸1：F1=100kN 缸2：F2=100kN4.1.2 摩擦及惯性负载由于摩擦及惯性负载须由实验确定，且该系统的摩擦及惯性负载均不大，故忽略不计。 184.1.3 工进速度由任务书给出缸1：V1=15mm/s 缸2：V2=15mm/s4.1.4 各工由于忽略了摩擦及惯性负载，且由任务书可知，整个工作过程中，工况负载4.1.5 各工况时间将启动和减速过程忽略工进：t1=7.33s退回：t2=7.33s4.2 确定液压缸基本参数4.2.1 初选系统压力由任务书给出系统工作压力P1=16MPa，液压缸工作过程中，活塞杆主要受压，故取d/D=0.7系统对活塞杆速度有要求，初步构想采用出口节流调速，故初取系统背压P2=1MPa4.2.2 计算液压缸主要尺寸 A1=0.9则A1=7168.46则液压缸直径D=9.56cm去标准值D=100cm由d/D=0.7，则A1=2A2，i=0.7则d=70mm则液压缸的有效面积：A1=/4=78.5 A2=/4=40.1 活塞杆直径A=A1-A2=38.44.3 拟定液压系统图4.3.1 选择基本回路a. 调速回路由于出口节流调速始终存在背压，故速度稳定性好。b. 油源形式的确定由第一部分分析看出，系统工作过程中主要由工进（高压大流量）和退回（低压大流量）两个工况组成，即泵主要要满足高压大流量的要求，故而，选择轴向柱塞泵。c. 卸荷回路的选择由于钢水包滑动水口特殊的工作条件，要求液压系统在大部分时间内都处于不工作状态，但频繁的启动不仅消耗大量能量，而且对液压系统不利，故而系统应采用卸荷回路，现提出以下卸荷回路：（1） 卸荷图4.1 换向阀（2） 卸荷图4.2 先导式溢流阀（3） 先导式电磁卸荷溢流阀卸荷图3.3 先导式电磁卸荷溢流阀d. 锁止回路的确定由于钢水包滑动水口要求在任何位置停止并锁紧，以稳定的调节钢水流出速率，故采用液控单向阀的锁紧回路。e. 系统图的最终确定(1)图3.4 液压控制回路（2）图3.5 液压控制回路f. 系统的比较系统一采用双缸串联机构，工作中从动缸可随主动缸动作，从动缸的启动与停止完全跟随主动缸动作，运动控制精确，且系统简单，易实现。系统二中，从动缸采用差动连接，并靠主动缸推动滑动水口为从动缸提供机械力，使从动缸运动，在主动缸停止运动时，从动缸可能会在惯性作用下继续运动，从而造成滑动水口的开度定位不精确，且此系统复杂，使系统搭建、调试以及发快的设计变得复杂。系统三才有用先导式卸荷溢流阀，卸荷溢流阀流量大，且系统简单。 系统四采用单缸系统，并利用换向阀中位锁紧，系统简单易实现，但单缸系统的液压缸尺寸计算时，须按有杆腔提供工作压力计算，导致液压缸尺寸变大，而由于此液压缸需要经常拆卸，过大的液压缸对工人操作不方便，且对机械机构要求也更高，而换向阀中位机能锁紧回路锁紧不可靠。综合以上分析，将系统一作为最终选定系统。4.4 液压辅件的选择4.4.1 选择液压泵及驱动电机a. 确定液压泵最大工作压力P1=16MPa由于系统管路简单，取P=0.5MPab. 确定液压泵的流量取泄露系数K=1.1c. 选择液压泵型号由以上计算数字查阅产品样本，选用规格相近的华德公司的A2F 10 R 2 P 1轴向柱塞泵d. 确定驱动液压泵的功率取泵的总效率0.8Pp=5kW4.4.2 控制阀的选择a. 先导式溢流阀溢流阀通过的最大流量即为泵的额定流量，q=15L/min，最大调定压力p16MPa选择华德公司的DBW 10A-2-30B/315X/Vb. 换向阀通过换向阀最大流量为系统工进时流量q=7.065L/min，工作压力p=16MPa系统电磁换向阀选择4WE6 J 50B/ A G24 V系统手动换向阀选择H-4WMM 6JB/Vc. 调速阀及液控单向阀调速阀及液控单向阀的最大流量为系统工进工况时的流量q=7.065L/min，工作压力p=16MPa调速阀选择Z2F 6-30B/S2 V单向阀选择Z2S 6-40 B/V4.4.3 蓄能器的选择a. 蓄能器的参数计算（1） 蓄能器充气压力的确定蓄能器的最低工作压力应由实验确定，但由于条件的限制，在此定位12MPa。则蓄能器的充气压力（2） 蓄能器总容积V0的计算由于蓄能器做应急能源使用，并要求在泵不工作时，靠蓄能器可工作2-3次，以下按工作三次计算则蓄能器有效工作容积V=A1S3 其中取=1.2V=3.2L工作过程可看做等温过程b. 蓄能器的选择有以上计算选择力士乐公司的HAB 20-262-2X/10 G09 2N111-SQLO- 皮囊式蓄能器4.4.4管道的选择a. 管道内径的计算管道内径计算公式d=1.13吸油管路: 取v=3m/sd=10.3mm回油管路：取v=3.5m/sd=9.5mm/s压油管路：取v=8.5m/sd=6mm/sb. 管道的选择液压泵至阀块之间管道的选择:由泵的p口螺纹尺寸为M221.5，选择M221.5的卡套式管接头，据此选择泵至阀块之间的管道为外径18，内径12的钢管。阀块至油箱之间管道的选择：由回油管路的上述计算，取内径10mm，外径14mm的钢管，选择M181.5的卡套式管接头。阀块上A、B口至液压缸之间的管道选择：由亚油管路计算，选择内径6mm，外径10mm的钢管，管接头选择M141.5的卡套式管接头。4.5 确定油箱容量油箱容量由经验公式确定：V=qq=15L/min，取=6即油箱容量V=90L4.6 过滤系统的设计4.6.1 过滤器的位置设置系统采用轴向柱塞泵，受泵的吸油特性限制，不采用吸油过滤由系统要求知道，系统大部分时间处于卸荷状态，故只采用压油路过滤，且过滤器装在溢流阀的上游，既可起到对泵下游液压元件的保护，又可保证流回油箱油液的清洁。4.6.2 过滤器精度的选择（1） 系统中最敏感元件为液压泵（2） 由ISO4406标注及水乙二醇为工作介质，选择清洁度为17/15/13。（3） 考虑到系统工作的高温环境，及系统的故障可能威胁设备及人员安全，目标清洁度再增加一级，选择16/14/12。（4） 由目标清洁度选择过滤器清洁度，查表可得过滤精度为5m。4.6.3 过滤器尺寸确定（1） 根据环境污染状况和对污染物的控制程度，查处环境等级由于钢厂环境较差，但系统所用缸较少，故选环境等级为5级。（2） 确定流量增大倍数选择ZU-H系列高压过滤器，最大允许压力将为0.35MPa，据此查表增大倍数为2倍4.7 液压油的选用由于钢水包滑动水口液压系统在钢水包附近工作，工作环境温度较高，且有发生火灾的危险，故采用抗燃液压油水乙二醇。结论经过对钢包设计计算，可以得出以下结论：（1） 设计了钢包体结构；（2） 设计了钢包滑动水口；（3） 设计了钢包滑动水口液压系统。通过本次毕业设计，我全面的进行了一次机械设计基本技能训练，对所学的课程进行了一次全面系统的复习，并融会贯通。综合运用所学知识，遇到问题，分析问题，并解决问题。经过这次毕业设计，我的计算机和外语应用能力得到了一定的提高，并且提高了我的机械设计与应用能力。不过在本次设计计算过程也有不少问题，比如查阅的资料可能还不够完善，考虑的工况还不够周全。计算时我也遇到了许多困难，但是通过自己不断查阅相关资料和请教老师等途径，最终将一个个困难解决了。在本次设计过程中锻炼和加强了自己独立分析、解决问题的能力。这些必将使我在以后的生活与学习中受益。25参考文献1 阎松叶，钢包回转台回转支承紧固J，中钢邢机设备制造公司连铸室，2010(13)，76- 772 潘毓淳编.炼钢设备M.北京：冶金工业出版社，19913 邱庆文，钢包回转台改造J，