2转炉炉体.ppt

1、炼钢设备,张玉宝 机械设计制造及其自动化系,第二章 氧气顶吹转炉炉体及其支承装置,转炉主体结构： 1.炉体 converter body 2.支承装置 supporting equipment 3.倾动机构converter vessel tilting mechanism 优点：不用燃料、冶炼周期短、生产率高、 冶炼品种多、质量好、生产费用低等。,氧气顶吹转炉总图,1.炉体 2.支承装置 3.倾动机构,1 转炉炉体,一：炉体结构 炉体由炉壳和炉衬组成 1：炉衬：furnace lining 耐火材料组成 包括：工作层 填充层 永久层,2.炉壳converter shell 由钢板焊成 通常分

2、三部分： 炉帽（上部） converter cap upper cone 炉身（中部） furnace stack 炉底（下部） bottom,作用：承受耐火材料、钢液、渣液的全部重量，保持炉子有固定的形状，倾动时承受扭转力矩。 制做及要求： 各部分用普通锅炉钢板或低合金钢板成形后，再焊成整体。 三部分联接的转折处必须以不同曲率的圆滑曲线来联接，以减少应力集中。 为了适应转炉高温作业频繁的特点，要求转炉炉壳必须具有足够的强度和刚度，在高温下不变形在热应力作用下不破裂。 考虑到炉壳各部位受力的不均衡，炉帽、炉身、炉底应选用不同厚度钢板，特别是对大转炉来说更应如此。 炉壳各部位钢板的厚度可根据经验

3、选定,炉帽,炉帽部分的形状有截头圆锥体型和半球型两种。半球型的刚度好但制造时需要做胎模，加工困难。而截头圆锥体型制造简单，但刚度稍差，一般用于30t 以下的转炉 炉帽上设有出钢口。因出钢口最易烧坏，为了便于修理更换，最好设计成可拆卸式的，但小转炉的出钢口还是直接焊接在炉帽上为好 在炉帽的顶部，现在普遍装有水冷炉口，它的作用是：防止炉口钢板在高温下变形提高炉帽的寿命；另外它还可以减少炉口结清，而且即使结渣也较易清理,炉帽,水冷炉口有水箱式和埋管式两种结构 水箱式水冷炉口用钢板焊成，如图所示在水箱内焊有若干块隔水板，使进人的冷却水在水箱中形成一个回路。同时隔水板也起撑筋作用以加强炉口水箱的强度。这

4、种水冷炉口在高温下，钢板易产生热变形而使焊缝开裂漏水。在向火焰的炉口内环用厚壁无缝钢管，使焊缝减少对防止漏水是有效的 埋管式水冷炉口是把通冷却水用的蛇形钢管埋铸于灰口铸铁、球墨铸铁或耐热铸铁的炉口中，如图所示这种结构不易烧穿漏水，使用寿命长；但存在漏水后不易修补，且制作过程复杂的缺点 在锥形炉帽的下半段还焊有环形伞状挡渣护板（裙板），以防止喷溅出的渣、铁烧损炉帽、托圈及支承装置等。,炉口,水箱式 埋管式,炉身一般为圆筒形。它是整个转炉炉壳受力最大的部分。转炉的全部重量（包括钢水、炉渣、炉衬、炉壳及附件的重量）通过炉身和托圈的连接装置传递到支承系统上并且它还要承受倾动力矩，因此用于炉身的钢板要比

5、炉帽和炉底适当厚些 炉身被托圈包围部分的热量不易散发，在该处易造成局部热变形和破裂。因此，应在炉壳与托圈内表面之间留有适当的间隙，以加强炉身与托圈之间的自然冷却，防止或减少炉壳中部产生变形（椭圆和胀大） 炉帽与炉身也可以通水冷却，以防止炉壳受热变形延长其使用寿命。例如有的厂家100t 转炉在其炉帽外壳上焊有盘旋的角钢，内通水冷却；炉身焊有盘旋的槽钢，内通水冷却。这套炉壳自1976 年投产至今，炉壳基本上没有较大的变形，仍在服役。,炉身,炉底,炉底部分有截锥型和球缺型两种。截锥型炉底制作和砌砖都较为简便，但其强度不如球缺型好，适用于小型转炉。 炉底部分与炉身的联接分为固定式与可拆式两种。相应地，

6、炉底结构也有死炉底和活炉底两类。死炉底的炉壳，结构简单、重量轻、造价低，使用可靠。但修炉时，必须采用上修。修炉劳动条件差、时间长，多用于小型转炉。而活炉底采用下修炉方式，拆除炉底后炉衬冷却决，拆衬容易因此修炉方便，劳动条件较好可以缩短修炉时间，提高劳动生产率，适用于大型转炉。但活炉底装、卸都需专用机械或车辆（如炉底车）,二：炉壳的负荷及变形 工作特点：高温、重载、频繁转动 1：炉壳承受负荷情况 静负荷：指炉壳壳体及其附件的重量，以及炉衬、装入料的重量总和。 动负荷：指装料、刮渣、以及炉体倾动、 制动、启动的冲击等。 机械负荷产生的应力,炉壳受炉衬热膨胀影响产生的负荷 热膨胀应力 炉壳温度分布不

7、均引起的负荷 热应力,2:炉壳的变形情况 炉壳在各种负荷的长期作用下，将会产生变形、裂纹、炉壳断裂、局部过热和烧穿等情况。,炉壳无阻碍变形,炉壳受到托圈的阻碍，并在受阻的地方产生弯曲应力，炉壳变形,炉壳断裂 若在热应力高的地方，在出现阻碍其热变形的结构，如在炉壳上焊有局部加强筋等，就可能使炉壳在该处产生断裂。,炉帽变形 由于受到钢液、渣及烟罩的辐射热，以及 炉口喷溅物的热作用和烧蚀，其变形和损坏较之炉身部分更为严重。,局部过热 在炉衬局部严重蚀损，使炉壳温度急剧 增高时，其热胀又受到周围较冷部分的限 制，使局部过热的炉壳产生鼓包变形，严 重时会出现炉壳烧穿现象。,3：减少炉壳变形的措施 选择抗

8、蠕变强度高而焊接性能又好的材料 来制造炉壳。 我国常用16Mn 降低炉壳温度 炉壳出现椭圆变形后旋转90使用炉壳 采用椭圆形托圈,第二节 转炉炉体支承系统,组成： 托圈：支承炉体 联接装置：将炉体与托圈联接起来 耳轴轴承及轴承座：支承托圈部件 托圈与耳轴联接并通过耳轴坐落在轴承座上，转炉则坐落在托圈上转炉炉体的全部重量通过支承系统传递到基础上，而托圈又把倾动机构传来的倾动力矩传给炉体，并使其倾动。,一：托圈converter loop,托圈上的负荷： 1）静负荷：炉体、钢液重量 2）热负荷：炉体、盛钢桶、渣罐以及喷溅 物的热辐射 3）动负荷：频繁的启动、制动和碰撞产生 的动负荷,2：托圈基本结

9、构,托圈断面形状：封闭式：均为箱形焊接结构。断面受力好，可直接通入冷却水冷却托圈 开口式：有 形和 形，即开口方向有向着炉子和背着炉子之分。皆为铸造结构。 目前，托圈一般采用封闭式断面形状， 只有容量较小的转炉，如2030t以下的 转炉，才考虑采用开口铸造托圈。,托圈的结构如图所示。 它是断面为箱形或开式形的环形结构，两侧有耳轴座耳轴装在耳轴座内。 大、中型转炉的托圈多采用箱形的钢板焊接结构，为了增大刚度，中间加焊一定数量的直立筋板。这种结构的托圈受力状况好，抗扭刚度大加工制造方便，还可通水冷却，使水冷托圈的热应力降低到非水冷托圈的1 /3左右，考虑到机械加工和运输的方便，大、中型转炉的托圈通

10、常做成两段或四段的剖分式结构（图为剖分为四段加工制造的托圈），然后，在转炉现场再用螺栓连接成整体。而小型转炉的托圈一般是做成整体的（钢板焊接或铸件）,剖分式托圈示意图,耳轴trunnion与托圈的联接,转炉的耳轴支承着炉体和托圈的全部重量并通过轴承座传给地基，同时倾动机构低转速的大扭矩又通过耳轴传给托圈和转炉耳轴要承受静、动载荷产生的转矩、弯曲和剪切的综合负荷，因此，耳轴应有足够的强度和刚度 转炉两侧的耳轴都是阶梯形圆柱体金属部件。由于转炉有时要转动3600，而水冷炉口、炉帽和托圈等需要的冷却水也必须连续地通过耳轴同时耳轴本身也需要水冷，这样，耳轴要做成空心的。,（）法兰螺栓联接 耳轴用过渡配

11、合装入托圈的耳轴座中，用螺栓和圆销联接。 优点：可防止耳轴与孔发生转动和轴向移动。 缺点：连接件较多，耳轴上有法兰，制造较难。,（）静配合联接 耳轴具有过盈尺寸，采用热装或冷装方法将耳轴装于托圈耳轴座内。 优点：结构较简单，安装也较方便，工作可靠。 缺点：仍需在托圈上焊耳轴座，故托圈重量仍较重。 为防止耳轴与耳轴孔产生转动和轴向动，传动侧耳轴的配合面应拧入螺钉,（）耳轴与托圈直接焊接 优点：此机构省去了较重的耳轴座和连接件，因此重量轻、结构简单、加工量小，安装方便。 缺点：焊接时，不宜保证两耳轴的同心度和平行度。,炉体与托圈的连接装置 炉体与托圈之间的连接装置应能满足下述要求： （1）保证转炉

12、在所有的位置时，都能安全地支承全部工作负荷； （2）为转炉炉体传递足够的转矩； （3）能够调节由于温度变化而产生的轴向和径向的位移，使其对炉壳产生的限制力最小导 （4）能使载荷在支承系统中均匀分布； （5）能吸收或消除冲击载荷，并能防止炉壳过度变形 （6）结构简单，工作安全可靠易于安装、调整和维护，而且经济。,托圈的变形与减少变形的措施,因托圈工作时存在显著的温差，产生较大的热应力，从而使托圈变形，甚至产生裂纹。 耳轴座结构的改进 加强筋位置配置的改进,二：炉体与托圈联接装置,1：联接装置设计的基本要求 （1）：能保证炉体牢固地联结在托圈上,任意倾转时不产生任何横向或纵向窜动。 （2）: 应允

13、许炉体和托圈之间发生相对移.,2：常用联接装置,1）支承托架夹持器联接装置 1.组成 由四组夹持器组成 支承夹持器：两耳轴部位的两组夹持器。 倾动夹持器：托圈中部靠装料侧夹持器。 导向夹持器：出钢口侧。,2.优缺点 优点：能基本满足对连接装置提出的要求，即具 有轴向和径向的热补偿能力，又具有传递 载荷的良好性能。 缺点：斜垫板的倾斜角不易确定； 由于斜面的存在，其支承反力的水平力造 成对炉壳的径向附加载荷； 结构复杂，安装调整工作困难。,2）法兰螺栓联接装置,1.结构,2.相对位移,炉壳周边焊接两个法兰，其间加垂直筋板。 下法兰上均布长圆螺栓孔，通过螺栓将托圈 与法兰联接。,炉体与托圈在轴向的

14、相对位移不受约束， 径向相对位移是靠热膨胀力克服螺栓连接 力所产生的磨擦力而进行的。,3.缺点,解决径向膨胀问题不够理想。为防止倾动过程炉体窜动，对螺栓往往给以较大的预紧力，这样炉壳在径向膨胀被卡死，造成炉壳由于过大挤压而变形。,3）自调螺栓联接装置,1.组成,托圈上部三组互 成120配置的自 调螺栓装置,安装在耳轴部位 托圈上下的两组 止动托架。,2.受热膨胀,在炉壳受热膨胀时，焊在炉壳上的法兰推动卡在其 销孔中的球面垫片外移，借着球面的作用自调螺栓 便倾斜，因此炉体可在托圈内相对位移不受约束。,3.止动托架,托架是焊在炉壳上并嵌入托圈凹 槽内，托架与凹槽仅在侧面相接 触，以限制其横向位移并

15、承受平行 托圈平面方向的载荷。,薄带连接装置（如图所示）： 采用多层挠性薄钢带作为炉体与托圈的连接件。 组成及其原理：两侧耳轴的下方沿炉壳圆周各装有五组多层薄钢带，钢带的下端借螺钉固定在炉壳的下部，钢带的上端固定在托圈的下部。托圈土部耳轴处装有辅助支承装置。 炉体直立时，炉体被托在多层薄钢带组成的托笼中； 炉体倾动时，主要靠距耳轴轴线最远位置的钢带组来传递扭矩 炉体倒置时，炉体重量由钢带压缩变形和托圈上部的辅助支承装置来平衡。 托圈上部在两耳轴位置的辅助支承除了在倾动和炉体倒置时承受一定力外，主要用于炉体对托圈的定位。 特点：将炉壳上的主要承重点放在了托圈下部炉壳温度较低的部位，以消除炉壳与托

16、圈间热膨胀的影响，减少炉壳连接处的热应力。同时由于采用了多层挠性薄钢带做连接件，它能适应炉壳与托圈受热变形所产生的相对位移，还可以减缓连接件在炉壳、托圈连接处引起的局部应力,三：耳轴轴承装置,1.耳轴轴承的工作特点,2.对耳轴轴承的要求,3.耳轴轴承的型式,4.耳轴轴承的润滑和水冷,负荷大 、转速低、启制动频繁等,强度足够、对中性好、安装方便等,重型双列向心球面滚子轴承 复合式滚动轴承装置 铰链式轴承支座,转炉耳轴轴承：支承炉壳、炉衬、金属液和炉渣全部重量的部件。负荷大、转速慢、温度高、工作条件十分恶劣。 分类：滑动轴承，球面调合滑动轴承、滚动轴承三种类型 滑动轴承便于制造、安装，所以小型转炉

17、上用得较多。但这种轴承无自动调心作用，托圈变形后磨损很快。 球面调合滑动轴承是滑动轴承改进后的结构，磨损有所减少。 为有效地克服滑动轴承磨损快、磨损大的缺点，在大中型转炉上普偏采用了滚动轴承采用自动调心双列圆柱滚子轴承，能补偿耳轴由于托圈翘曲和制造安装不准确而引起的不同心度和不平行度。该轴承结构如图所示,为了适应托圈的膨胀，驱动端的耳轴轴承设计为固定的，而另一端则设计成为可沿轴向移动的自由端,为了防止脏物进人轴承内部，轴承外壳采取双层或多层密封装置，这对于滚动轴承尤其重要,3 转炉倾动机构的配置形式,根据倾动机构安装方式的不同，倾动机构配置有三种型式：,配置要求：,总体配置要紧凑，应避免使高大

18、的转炉跨间柱距加 大，增加土建困难，同时也要把传动装置配置的低于 操作平台，使转炉操作具有良好的环境。,一：落地式,倾动机构除末级大齿轮外，其余都安装在地基上， 由安装在耳轴上的大齿轮与安装在地面上的传动装置 的小齿轮相啮合。,为改善啮合情况，把末级 大齿轮和其它传动装置一起 安装在地基上，通过万向联 轴器或弧型齿式联轴器与耳 轴连接。此种布置形式允许 耳轴有一定的偏斜而不影响 传动装置的正常工作。,二：半悬挂式,是把末级齿轮副通过减速器箱体悬挂在转炉耳轴 上，而其余部分仍安装在地基上，悬挂减速器的小 齿轮通过万向联轴器或齿式联 轴器与主减速器连接。,1：优点,较好的解决了末级齿轮副啮 合不良的问题。重量和占地面 积均有所减少。,2：缺点,两减速器之间用联轴器连接， 仍有部分占地面积，啮合点数过 少，缓冲动载荷性能较差，现已 很少用。,三：全悬挂式suspending type tilting mechanism,特点：整套传动装置全部挂在耳轴的外伸端上。,型式：多点啮合柔性传动装置。,全悬挂四点啮合柔性传动系统：,组成：初级减速器、末级减速器、 扭力杆抗扭器、润滑系统,优点：,1：对工作端变形有良