偏心炉底出钢电弧炉的总体设计答辩.pptx

30T偏心炉底出钢电弧炉的总体设计 设计人：杨贺超指导老师：张兴中摘要电弧炉炼钢技术发展至今已有近100年的历史，到现在它一成为炼钢设备中主要的一种炼钢技术。它具有许多其它炼钢方法所不具备的优点。通过对偏心炉电弧炉结构和原理的学习，确定本设计的结构方案。参考相关数据和资料，最终确定合理的结构和性能。电弧炉设备组成包括：电弧炉主体设备、电极调节装置、炉体倾动装置、炉盖提升装置和旋转装置等几部分组成。出钢方式是偏心炉底出钢，驱动方式全部采用液压驱动方式，炉盖提升装置采用炉盖旋开式。对一些重要数据进行了简单的计算。关键词关键词炼钢偏心炉电极倾动装置炉体倾动装置目 录摘要IAbstractII第1章绪论11.1电弧炉炼钢的发展11.2电弧炼钢炉炼钢法的优缺点41.3未来电弧炉在我国的发展趋势61.4电弧炉炼钢的设备组成81.5电弧炉整体设计思路8第2章电弧炼钢炉主体结构102.1炉壳结构10第3章电弧炼钢炉炉体传动系统153.1炉体倾动机构的特点153.2炉体倾动机构的设置163.3倾动机构的工作原理和工作工程17第4章电弧炉电极装置214.1电极夹持器214.2电极升降装置 274.3电极升降机构 284.4电极升降液压缸的尺寸参数的确定29第5章炉顶装料系统315.1炉顶装料系统的特点的概述315.2炉盖旋开式装料系统的优点及常见的形式315.3炉盖旋开角度的确定326.1炉壳及熔炼室形状及炉衬346.2炉子内腔尺寸的确定6.2炉子内腔尺寸的确定35结论36参考文献37致谢38附录1开题报告39附录2文献综述48附录354板坯连铸结晶器传热监控的应用541引言542在结晶器铜板内使用热电偶的早期研究工作552.1结晶器传热原理552.2大圆坯连铸机铸坯纵裂的研究56第1章 绪论当今世界钢铁生产主要有两种流程,一种是氧气转炉炼钢法和电弧炉炼钢法，前者为长流程炼钢法，后者为短流程炼钢法。钢铁冶金的技术本质是高温化学反应，因此传统冶炼工艺的主要能源是基于C-O反应的化学能。电弧炉炼钢与此不同，它以电能为主要能源。所谓电弧炉炼钢是指利用电极和炉料间发生强放电所产生的热量来加热金属使其熔化进行冶炼的一种设备，它能熔炼高级合金、钢和特种钢，可以分为直流电弧炉和交流电弧炉。电弧炉炼钢技术的发展，始终与电力资源和废钢资源密切相关。1.1电弧炉炼钢的发展电弧炉炼钢的发展电弧炉炼钢从诞生发展至今已有100多年的历史，其发展速速虽然不如20世纪60年代的前的平炉，也比不上60年代后的转炉的发展，但随着科技的进步，电弧炉钢产量以及其比例始终在稳步增长。尤其是20世纪70年代以来，电力工业的进步，科技对钢的质量和数量的要求的提高，大型超高功率电路技术的发展以及炉外精炼技术的采用，是电路对炼钢技术有了很大的进步。早在19世纪初，在钢铁冶金领域内，人们就开始寻求应用电能进行冶炼的技术途径，此后一百多年间各种大规模实现电-热转换的冶炼装置相继出现。1892年威廉西门子才真正利用直接起弧和间接起弧的原理试用电弧炉并申请了专利。1906年4月5日，赫奥特在美国纽约生产出了第一炉钢水。20世纪初，发电成本下降，高压输电线路技术推广应用，为炼钢用三相交流电弧炉的推广应用奠定了必要的基础。1905年，德国人林登堡建成了第一台二相赫劳特电弧炉。经过30多年来在不同国家的成长经历以及工艺和装备上的一系列革新。电炉炼钢短流程已从最初的“小钢厂”生产规模发展成为世界上钢铁生产两大主要流程之一。全球约有13左右的粗钢是由电炉生产的。由于短流程炼钢是以废钢为主要的原料来源，直接体现了金属材料的循环利用。发展电炉流程有利于降低整个钢铁工业的环境负荷，有利于推动循环经济，因而理应成为钢铁生产可持续发展的一种模式。然而，电炉钢生产在我国的发展却与全球大趋势背离，在进入2l世纪后一直维持下降态势。2006年,世界转炉钢产量8.14亿吨,占世界总钢产量的65.5%,电炉钢产量3.97亿吨,占世界总钢产量的32.0%;除中国以外的其他国家统计,电炉钢平均比例为42%,其中意大利电炉钢比例达到62%。近年来,世界电炉钢比例尽管受中国钢铁产量飞速增长的影响,但一直保在占总钢产量的三分之一左右,一些发达国家,例如美国、韩国、德国,以及一些发展中国家,例如国情和我国类似的印度,近年来电炉钢比例逐年增长或保持在一个较高水平上。世界主要产钢国的电炉钢比例近年来逐年不断增长,从1995年到2006年,美国电炉钢比例从39.4%增加到56.9%;韩国从37.8%增加到45.7%;德国从24.1%增加到31.1%;印度从29.7%增加到50.5%;日本在1999年以前电炉钢比例保持在30%以上,只是近年来有所降低;而我国从19.0降到到10%左右。（见图1-1、1-2）1.2偏心电弧炼钢炉炼钢法的优缺点偏心炉（EBT）电弧炉的主要优点EBT电炉主要优越性在于，它实现了无渣出钢和增加了水冷炉壁使用面积。优点如下：（1）出钢倾动角度的减少。简化电炉倾动结构；降低短网阻抗；增加水冷炉壁使用面积，提高炉体寿命。（2）留钢留渣操作。无渣出钢，改善钢质量，有利于精炼操作；留钢留渣，0000000000000000有利电炉冶炼、节约能源。（3）炉底部出钢。降低出钢温度，节约电耗；减少二次00000000000氧化，提高钢的质量；提高钢包寿命。二、电弧炉设备的发展趋势（1）炉体大型化炉体大型化是增加钢产量的客观要求，实现大型化可以提高生产率减少电能消耗，平均设备投资少，降低钢的成本，提高生产率。目前，世界上最大的电弧炉容量是400吨。（2）采用超高功率超高功率电弧炉目前已在世界各国得到了普遍的应用，这主要是由于这种方法的优点决定的，这种方法熔化的时间短，生产效率高，热效率的到提高，降低电能消耗，采用大电流短电弧操作，热量集中，炉衬损耗小，电弧稳定，对电网影响小。（3）采用偏心炉底出钢偏心炉底出钢的优点有：可实现无渣出钢；留钢操作；水冷电缆长度缩短，电抗值减小；倾动机构简化，摇架的重量减轻；水冷炉壁的面积增加，节约了耐火材料，炉衬的费用降低；出钢时间短，减小二次氧化，改善了钢水的纯净度；出钢温度降低了30左右，电耗相应降低，熔炼时间短；钢包的寿命大，可采用加盖钢包等。（4）使用海绵铁炼钢，这种方法具有化学成分稳定，有害金属含量少，便于运输和可以自动连续加料的优点。（5）炉底采用电磁搅拌装置，提高了钢的质量和反应速度。（6）改进了主电机设备和扩大应用范围。（7）不断提高电炉机械化、自动化水平。可以预见，随着技术的不断进步，电炉的综合经济技术指标会得到不断地提高，满足人们对钢材的各种要求。第3章 电弧炼钢炉炉体传动系统一、倾动系统为了出钢出渣，炉体设置倾动系统特点重载低速电弧炉炉体和钢水重量之和可达几百吨，有相当大的氢动力才能使炉体倾动为了保证盛有高温炉液的炉体在各种操作平稳、准确定位，必须采用低的倾动速度炉体倾动角度小为了尽量缩短水冷电缆的长度和不降低电极的使用寿命，炉子倾动角度在满足工艺的条件下应尽量小，炉体向出钢侧倾动角度为118度，出渣侧倾动角度为115度图1-4炉体主体设备示意图1、倾动液压缸2、电极升降液压缸3、立柱4、旋转支撑机构5、回转轴6、“厂”型框架7、横臂8、炉盖提升装置9、电极10、电极调节装置11、炉体12、摇架13、弧形板14、轨道二、电极夹持器电机夹持器的类型很多，按其夹紧方式分为预紧式和抱紧式两种，国内外均采用抱紧式，按操纵方式分为手动的和机动的两大类，而机动中均采用弹簧夹紧液动式和气动式松开的形式，本电极系统采用液动弹簧拉杆式电极 这种电极夹持器的机构及工作原理是，气缸与弹簧相连，弹簧的张力使拉杆向右拉，通过拉杆系统的力拉响夹头体，实现加紧电极，松开电极时，则是拉杆压油通入液压缸内，使弹簧进一步压缩，而拉杆向右运动，卡箍被推离夹头体三、电极升降机构升降机构按驱动装置分为液压的和机电的，现在大多使用液压驱动，液压驱动采用塞缸，为使密封不易损失，工作可靠和便于检修，液压缸头尾倒置，即柱尾定在框架上，框架固定在摇架上，而缸体与电机立柱连接。液压驱动的优点是：系统惯性小，无惰性，制动块，无载启动，制动精度高，可以实现无级调速，改变电机升降速度，动作平稳，机构紧凑，但在密封情况下维护方面显得复杂一些。3.4 倾动液压缸参数的确定1、油压的选择根据液压设计手册，选P=10Mpa的工作压力的液压油。2、最大推力F=480KN3、缸筒的内径的D：缸筒内径（cm）F：作用在柱塞上的压力（KN）：液压缸的工作压力（Mpa）由上式得：根据机械工业出版社出版的机械设计手册四，查得：D=250mm4、缸筒壁厚的确定根据同上的设计手册，其中选择缸筒材料为45号钢，这样查出45号钢的抗拉强度b=580Mpa（经调质正火处理），取安全系数n=5。则：用试算法求出壁厚：（1）当D/16时，P：工作油压力，P=10MpaD：油缸内径（cm）：材料的许用拉应力=1.0776cm显然D/=25/1.077616，但毫无意义。（2）当D/3.2时：强度系数，无缝钢管取=1C：计入壁厚公差及腐蚀的附加厚度由上式，得=1.153但此时D/16，故不合适。这里，为工作需要，去=50mm故油缸的外径为350mm5、柱塞缸的计算根据上述书中设计公式可以查的其中=1.33，则：查表得：d=180mm6、柱塞最大行程的确定扇形板半径R=3500mm前倾角=18，后倾角=15，则：这里取l=2050mm7、柱塞杆的内外径的确定由于柱塞杆的直径d=180mm较大，一般可作为空心杆，可取d1=180mm，d2=120mm。8、柱塞杆的稳定性计算先确定细长比l/R，初取l=3000mm，则：l/R=55.6mmm=85柔性系数n=1，末端条件系数(两端铰接)l/R按照高登拉金公式fc=4900Mpaa=1/5000则：而实际F=480KNPR故柱塞杆不会失稳。二、电极夹持器有关参数的确定1、夹头内径取决于电极直径，故内径取400mm，径向壁由材料的结构决定，高度取于电极直径相近。一般夹头与电极的接触弧长约为电极周长的1/3。夹头体的卡箍的行程取为20mm，用以保证电极能在夹头内自由插入或取出。2、夹紧力计算电极夹头的夹紧力必须使电极在夹头体内不能有任何相对滑动才行，故有：NG（4-1）式中：电极与夹头间滑动摩擦系数，为安全起见，实际取=0.12N夹头作用于电极的正压力G引起电极滑动的力，包括电极重量及加速度时的惯性力（N）G=G（1+a/g）G电极重量a电极上升加速度式（4-1）中，记入安全系数K，则N=KG（1+a/g）（4-2）一般取式（4-2）使用，K=1.62.0。这里取K=2.0，作用在电极上的压力与卡箍结构和夹头形似有关。显然，在电极上升时：G=（1+amax）G电（4-3）式中G电电极重力amax提升电极时最大加速度设电极装置升降部分的重力为G，升降机构的最大上升力为Fmax若不计升降机构的摩擦影响，则FmaxG=GFmax，即1+amax=Fmax/G所以G=G电Fmax/G对液压升降机构，Fmax系为储能器压下液压缸的提升力。现以本设计中如图4-3的结构形式分析作用在电极上的正压力与夹头的形状有关。作用在电极上正压力总和为：N=N4+2N1+2N2+2N3（4-4）假定N4，N1，N2按余弦规律分配，即N1=N4cos1N2=N4cos2对电极取力平衡，并令N3/N4=，有因N3=N4，将N1、N2、N3代入（4-4）中得：（4-6）又对卡箍取力平衡，可得：（4-7）这里取1=30，2=60，3=45，代入式（4-5）中得：由于电极升降机构是尽量平稳，则a不宜过大，综合考虑，取K=2.5，舍去a的影响，a=1978kgf，则：P=2.519783/9=1648kgf这个数位对夹紧电极时足够的，为此，可取P=1700kgf参考文献罗振才，主编炼钢机械第二版冶金工业出版社2008.1谭牧田，主编电弧炉炼钢 原东北重型机械学院冶炼设备教研室吴宗泽，主编机械设计手册 机械工业出版社2002.1阎立懿，主编电炉钢铁学 东北大学2003阎立懿，主编现代炼钢电炉炉体机构的设计1999包燕平 冯捷，主编钢铁冶金学教程 北京：冶金工业出版社2008.7韩晓娟，主编机械设计课程设计指导手册 中国标准出版社2008朱应波，主编直流电弧炉炼钢技术 冶金工业出版社1997安子军，主编机械原理教程机械工业出版社2003.810、机械设计手册编委会，机械设计手册第4卷2004.811、沈才芳，主编电弧炉炼钢工业与设备2001.112、李仕琦，主编现代电弧炉炼钢 原子能出版社199513、张勇 贺力荃，电弧炉炼钢与资源综合利用14、傅杰 柴毅忠 毛新平，中国电炉炼钢问题200715、BisioBHeatTransfer，EnergysavingandP01lutionControIinUHPElectricArcFurnaceJENERGY，2005，25：104716、XUKuangdiReviewofElectricArcFurnaceProcessandProb1emsinItsDevelopmentATheProceedingofEAFProcessandProjectinchinaCBeing：MetaUurgyIndustryPress，200517、LIshiqi，LIURunzao3Hand2ListheDirectionofDevelopmentofEAFSteelmakingTechnoIogyJIronandsteei，1999.18、KURTLANGEed.HandbookofMetalForming.NewYork,McGRaw-Hill,1985.19、FBosch.Fine-BlankingPracticalHandbook.SwitzerlandFeintoolAGlyss,1972