電弧爐渣門機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【2013年最新整理畢業(yè)論文】

本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 題目 ： 電弧爐渣門機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 系 別 ： 機(jī)電信息系 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 學(xué) 生： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 2013 年 5 月 電弧爐渣門機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘 要 本次設(shè)計(jì)，主要是針對(duì)電弧爐可升降的渣門的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、以及爐渣門的提升 機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。其中，爐渣門的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括：爐門材料的選擇，爐門外形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括：冷卻方式的選擇，材料的選擇，以及設(shè)計(jì)爐門的計(jì)算。爐渣門的提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)包括：提升的方式，傳動(dòng)方式，傳動(dòng)系統(tǒng)的布置，動(dòng)力源裝置，以及傳動(dòng)系統(tǒng)各部件的校核。電弧爐渣門提升機(jī)構(gòu)在保證電弧爐安全穩(wěn)定工作的情況下，爐門可以平穩(wěn)提升降落，而且反應(yīng)迅速。 關(guān)鍵詞： 電弧爐；電弧爐渣門；爐門提升 II 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 III 主要符號(hào)表 A 截面面積 K 安全系數(shù) Dm 外徑 d 內(nèi)徑 對(duì)無縫鋼管系數(shù)取 C 管壁厚度附加值 工作溫度下管材許用應(yīng)力 b 缸底材料抗拉強(qiáng)度（ Pa） S 為管壁厚度 P 為管內(nèi)介質(zhì)壓力 Ps 缸內(nèi)額定壓強(qiáng) V 體積 M 重量 齒距角 H 鏈輪中心至鏈窩底面垂直距離 Mv 垂直方向上彎矩 MH 水平方向上彎矩 P 液壓缸的供油壓力 IV 目錄 1 緒論 . 1 1.1 題目背景 . 1 1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展的概況及研究意義 . 1 1.2.1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展的概況 . 1 1.2.2 研究意義 . 2 1.3 論文的提出與本文的組織 . 3 1.3.1 論文的提出及本人的主要工作 . 3 1.3.2 方案設(shè)計(jì) . 3 1.3.3 論文主要內(nèi)容 . 3 2 爐渣門冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 4 2.1 冷卻的方式 . 4 2.2 冷卻系統(tǒng)的布置 . 5 2.3 管的材料的選擇 . 6 2.4 冷卻水量的計(jì)算 . 7 3 電弧爐渣門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 8 3.1 電爐渣門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 8 3.2 電爐渣門的材料選型及經(jīng)濟(jì)性分析 . 9 4 爐渣門提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) . 11 4.1 提升負(fù)載的計(jì)算 . 11 4.1.1 爐門的質(zhì)量計(jì)算及分析 . 11 4.1.2 冷卻水重量的計(jì)算 . 11 4.1.3 爐門總重量的計(jì)算 . 11 4.2 爐渣門提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) . 12 4.2.1 提升機(jī)構(gòu)的基本要求 . 12 4.2.2 提升方案比較及選擇 . 12 4.2.3 提升機(jī)構(gòu)鏈輪設(shè)計(jì) . 13 4.2.4 提升機(jī)構(gòu)鏈條設(shè)計(jì) . 17 4.2.5 提升機(jī)構(gòu)傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) . 17 V 4.2.6 提升機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 20 5 結(jié)論 . 27 參考文獻(xiàn) . 28 致 謝 . 30 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 . 31 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明 . 32 附錄 1. 33 附錄 2. 34 附錄 3. 36 1 緒論 1 1 緒論 1.1 題目背景 眾所周知，以 電弧爐煉鋼為核心的短流程煉鋼工藝，在工程投資、占地面積、噸鋼的資源消耗、能源消耗和二氧化碳等污染物排放量比長(zhǎng)流程煉鋼工藝大幅減少，同時(shí)以廢鋼為原料也直接體現(xiàn)了金屬材料的循環(huán)利用，更符合鋼鐵行業(yè)可持續(xù)發(fā)展、科學(xué)發(fā)展和低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。全球電弧爐鋼產(chǎn)量呈不斷上升的趨勢(shì)很大一部分也是得益于電弧爐煉鋼技術(shù)和裝備技術(shù)的不斷創(chuàng)新和進(jìn)步。現(xiàn)代工業(yè)化煉鋼方法以高的生產(chǎn)率、優(yōu)良的質(zhì)量和低廉的成本 ,幫助鋼鐵產(chǎn)品成為社會(huì)最廣泛使用的金屬材料。本題目來自工程實(shí)際，具有很高的實(shí)用價(jià)值，涉及到機(jī)械、流體力學(xué)、熱學(xué)和液壓設(shè)計(jì)方面的知識(shí) ，學(xué)生通過本畢業(yè)設(shè)計(jì)，能夠?qū)⒋髮W(xué)中學(xué)到的機(jī)械、電子、液壓設(shè)計(jì)方面的知識(shí)很好的用到實(shí)際工程中，培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行實(shí)際工程設(shè)計(jì)的技能。 全套資料帶 CAD 圖， QQ 聯(lián)系 414951605 或 1304139763 1 緒論 1 1.2 1 緒論 1 1 緒論 1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展的概況及研究意義 1.2.1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展的概況 電弧爐的渣門作用有出渣、觀察、搗料、補(bǔ)爐等。渣門要求能開啟和閉合，渣門機(jī)構(gòu)由渣門本體、提升機(jī)構(gòu)組成，渣門本體要求通水冷卻，是電弧爐的重要組成部分。我國(guó)對(duì)于電弧爐的研究起步較晚 20 世紀(jì) 60 年代以前 ,我國(guó)只能仿照 5 噸以下的電弧爐 ,電爐鋼產(chǎn)量極 低。 70 年代 ,經(jīng)過科研工作者的努力 ,自主設(shè)計(jì)并制造了我國(guó)第一臺(tái)全液壓傳動(dòng)爐蓋旋開式頂裝料 30t 電弧爐，結(jié)束了仿制的歷史。 80 年代，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展 ,我國(guó)電弧爐數(shù)量增加極快 ,但大多數(shù)是技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)落后的小爐子。 1992 年 ， 平均電弧爐容量 4.6t/臺(tái)。 我國(guó)電弧爐以冶煉合金鋼為主 ,多集中于特殊鋼廠 ,一般容量小于 50t。從 20 世紀(jì) 90年代起 ,我國(guó)相繼建設(shè)了多座大容量超高功率電弧爐。經(jīng)過幾十年 ,特別是改革開放后三十年的發(fā)展 ,我國(guó)在自主創(chuàng)新開發(fā)具有中國(guó)特色的現(xiàn)代電弧爐煉鋼技術(shù)方面取得了豐富的成果。據(jù)統(tǒng)計(jì) 1,為 了提高鋼的質(zhì)量 ,電弧爐鋼廠還建有鋼包精煉裝置 (LF 爐 )并采取全連鑄生產(chǎn)。有些鋼廠 ,如上海寶鋼、天津鋼管公司 等還擁有 VD 真空精煉裝置 2。電弧爐門的發(fā)展，主要是在冷卻方式和提升機(jī)構(gòu)的改進(jìn)。早期的的冷卻方式主要是使用耐高溫材料，我國(guó)中小型電爐、爐頂使用高鋁燒成磚和不燒磚。局部使用高鋁質(zhì)或剛玉質(zhì)不定形耐火材料；爐墻一般使用焦油鎂砂磚 ,焦油白云石磚 ,油浸鎂磚和鎂碳磚 3。由于爐門主要是排放（論文） 2 鋼渣、吹氧、添加各種輔助材料 ,觀察、檢測(cè)爐內(nèi)狀態(tài)和鋼水溫度的地方。鋼渣物理滲透和化學(xué)侵蝕、氧化、熱震是造成損毀的主要原因 4。因此，對(duì)爐門的維護(hù)有很大不便，而且維修費(fèi)事費(fèi)力，造成很多經(jīng)濟(jì)損失。于是，隨著科技的發(fā)展，爐門也在一步步發(fā)展，現(xiàn)在的電弧爐爐門發(fā)展為用一套液體冷系統(tǒng)來冷卻爐門，這樣不僅更方便，而且提高電弧爐的效率。 1900 年 PaulHerouh 在法國(guó)建立了第一座工業(yè)用電弧爐。 1909 年在美國(guó)建成了一座 15 噸三相電弧爐爐殼為圓形，用三相交流電供電，三個(gè)電極穿過爐頂孔伸入爐中，這是世界上第一座圓形爐殼的電弧爐。 1926 年，在德國(guó)制造成功了爐蓋移動(dòng)式電弧爐，首次實(shí)現(xiàn)電弧爐爐頂加料。 1964 年 ,美國(guó) Schwabe 等 首次提出了超高功率電弧爐的概念 電弧爐（電爐）鋼產(chǎn)量增長(zhǎng)在過去幾十年 不斷增長(zhǎng) 。許多國(guó)家 投入到 生產(chǎn)更高價(jià)值 的 產(chǎn)品如 ： 連鑄扁平軋制鋼。這些大量使用生鐵，注入氧和碳，注入泡沫和電能源。注入的氧可以直接與鐵形成鐵氧化物，碳在鐵或固體碳形成 一氧化碳 ，或 一氧化碳 在氣相形式的后燃生產(chǎn)二氧化碳。如何氧分布在這些反應(yīng)是至關(guān)重要的性能 5。 現(xiàn)代交流電弧爐高效的 工作模塊 ，開始與基本氧爐。然而，應(yīng)用高功率電弧爐引起的問題導(dǎo)致的電流引線與有害影響供電網(wǎng)絡(luò)。這限制了應(yīng)用直流電弧爐 ， 應(yīng)用直流導(dǎo)致解決電特性的爐和方式的改進(jìn)弧 ， 要求在不同時(shí) 期制定弧。在其研究基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前概念開發(fā) 6。 1.2.2 研究意義 電弧爐是利用石墨電極和爐料之間產(chǎn)生的電弧來冶煉金屬的設(shè)備，所以電弧是電弧爐的主要熱源在一定的電壓檔位下。由于電弧功率與電弧長(zhǎng)度有著直接的關(guān)系。而電弧弧長(zhǎng)在冶煉過程中又經(jīng)常發(fā)生變化。所以必須對(duì)電弧弧長(zhǎng)進(jìn)行控制 ,以保證電弧功率的穩(wěn)定，從而達(dá)到縮短冶煉時(shí)間，降低噸鋼電耗的目的。所以，電弧爐渣門就需要不定時(shí)開啟閉合。所以電弧爐渣門是電弧爐不可缺少的一部分，電弧爐渣門機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)系著電弧爐的工作效率，和電弧爐的能耗。電弧爐的排渣門，包括諸如被冷卻的 、可垂直滑動(dòng)地裝在所述 爐的排渣口前面的板，其特征在于門包括用于形成朝向門檻并 大致在門的整個(gè)寬度上延伸的氣簾以在門關(guān)閉或部分打開期間 密封門的底部的裝置，所述用于形成氣簾的裝置包括一個(gè)連到 壓縮氣源裝置和設(shè)在門的下部的至少一根水平冷卻管的空氣管 ，所述空氣管包括朝向門檻的孔 7。 對(duì)電弧爐渣門進(jìn)行深入研究，了解其發(fā)展過程，掌握電弧爐渣門在發(fā)展過程中所積累的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，從而進(jìn)一步改進(jìn)電弧爐渣門的結(jié)構(gòu)，提高電弧爐在工作時(shí)的穩(wěn)定性、安全性以提高電弧爐煉鋼的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)意義。（論文） 3 1.3 論文的提出與本文的組織 1.3.1 論文的提出及本人的主要工作 電弧爐（ electric arc furnace）利用電極電弧產(chǎn)生的高溫熔煉礦石和金屬的電爐。氣體放電形成電弧時(shí)能量很集中，弧區(qū)溫度在 3000 以上。對(duì)于熔煉金屬，電弧爐比其他煉鋼爐工藝靈活性大，能有效地除去硫、磷等雜質(zhì)，爐溫容易控制，設(shè)備占地面積小，適于優(yōu)質(zhì)合金鋼的熔煉。 而電弧爐渣門是電弧爐的重要組成部分，通過渣門觀察、搗料、補(bǔ)料、出渣等，每一步都影響著電弧爐的生產(chǎn)效率。因此，電弧爐渣門的設(shè)計(jì)合理性，對(duì)電弧爐的生產(chǎn)有著至關(guān)重要的影響。因此，提出電弧爐渣門機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是十分必要 的。 本論文是電弧爐渣門機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要工作內(nèi)容包括 :電弧爐渣門的本體和提升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)；冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其冷卻水量的相關(guān)計(jì)算；以及電弧爐爐渣門機(jī)構(gòu)各部件的校核等內(nèi)容。 1.3.2 方案設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)主要分為四部分，現(xiàn)各部分方案有：冷卻系統(tǒng)的方案有兩種， 構(gòu)提升機(jī)構(gòu)方案有兩種，液壓缸的布置方案有兩種， 液壓回路的設(shè)計(jì)方案兩種。對(duì)于電弧爐門綜合分析，可得方案有 2 2 2 2=16 種，經(jīng)過總體 分析，選出最優(yōu)方案。 1.3.3 論文主要內(nèi)容 隨著科技的發(fā)展，電弧爐煉鋼技術(shù)不斷提高，電弧爐的設(shè)計(jì)在不斷改進(jìn)，電弧爐門的設(shè)計(jì)也在不斷改善。所以要總結(jié)前人的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來完成自己的設(shè)計(jì)。論文主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面。第一， 電弧爐的本體設(shè)計(jì)，包括爐門的結(jié)構(gòu)及材料的選擇。電弧爐渣門的結(jié)構(gòu)和材料的選擇關(guān)系到電弧爐渣門的使用壽命及操作的靈敏程度，提升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)決定了電弧爐渣門升降操作的方便程度。第二，冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與電弧爐渣門的操作息息相關(guān)，合理的冷卻效率才能滿足對(duì)爐門的操作，而冷卻水量的計(jì)算又影響著爐門的冷卻效率。第三 ，零部件校核，為滿足電弧爐渣門的實(shí)際工作需要，所以，要對(duì)電弧爐渣門的各部件進(jìn)行校核。（論文） 4 2 爐渣門冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.1 冷卻的方式 常用的對(duì)爐門的保護(hù)有兩種方式，使用耐火材料和管式水冷。 傳統(tǒng)的方式是使用耐火材料，而這種方式存在很多不足，其最大的問題就是爐門經(jīng)常運(yùn)動(dòng)，會(huì)受到損毀，因此會(huì)造成很多不便，甚至造成重大損失，這會(huì)嚴(yán)重影響電弧爐的工作效率。 管式水冷是通過 循環(huán)液、水泵、管道和水箱 組成一個(gè)冷卻系統(tǒng)，通過水泵使冷卻液再管道里流動(dòng)，同時(shí)和水箱構(gòu)成一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)，從而帶走熱量達(dá)到循環(huán)冷卻的目的。采用水冷可以大大 提高冷卻效率，縮短冷卻時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。因此再本次設(shè)計(jì)中采用水冷。 水冷爐渣門的發(fā)展經(jīng)歷了從局部水冷護(hù)渣門， (護(hù)墻熱點(diǎn)區(qū) )到全水冷爐門的過程。結(jié)構(gòu)型式也由早期的鑄鐵箱式水冷塊、后來的鋼板焊接箱式到最新的密排管式水冷塊。整個(gè)爐壁由若干塊水冷塊組成。水冷塊的尺寸大小不一 ,具體視各自所在的位置而定。爐殼由鋼管焊成的環(huán)形框架和加強(qiáng)筋所組成。此環(huán)管既作為進(jìn)、出水的干線管道，又起到護(hù)殼框架的結(jié)構(gòu)件作用。護(hù)殼與爐底之間為螺栓活接。 水冷的優(yōu)點(diǎn)： (1)增加電弧爐的有效容積； (2)減少裝爐次數(shù)； (3)提高熔化速率，縮短冶煉 時(shí)間； (4)大大減少耐材消耗； (5)大大減少熱停工時(shí)間； (6)采用最佳弧長(zhǎng)操作提高功率因素； (7)利用冷卻水溫度信號(hào)協(xié)助過程控制缺點(diǎn)； (1)需要進(jìn)行專門的加工制作； (2)增加功率消耗一般約為 10 度電 每 噸鋼。 焊接箱式水冷爐壁系統(tǒng)，它主要由三個(gè)部分組成 :控制系統(tǒng)，冷卻水管線，水冷塊。冷卻水主水管為上下兩路。每塊水冷塊都與上、下水管相連。上面進(jìn)水、下面出水。每塊水冷塊的出水管上都裝有溢流閥，以防水壓過高產(chǎn)生事故。水冷塊由 2025 毫米厚的優(yōu)質(zhì)鋼板采用埋弧焊焊接。焊接后進(jìn)行超聲波探傷和13 個(gè)大氣壓的高壓水 壓力試驗(yàn)。 密排管式水冷塊比焊接箱式水冷塊的優(yōu)點(diǎn)： (1)水的流動(dòng)狀況好，不會(huì)產(chǎn)生“死角”； (2)不容易產(chǎn)生氣泡 ,因此無局部過熱； (3)耐高壓，結(jié)構(gòu)較輕巧，并為用熱水冷卻提供條件； (4)耐熱應(yīng)力性能好因此，結(jié)論是密排管式水冷塊優(yōu)于焊接箱式。（論文） 5 2.2 冷卻系統(tǒng)的布置 為節(jié)約成本，考慮實(shí)際工作中的經(jīng)濟(jì)性，冷卻液選擇水，加酸及阻垢劑處理后循環(huán)使用。 循環(huán)冷卻水是工業(yè)用水中的用水大項(xiàng) ,在石油化工、電力、鋼鐵、冶金等行業(yè)，循環(huán)冷卻水的用量占企業(yè)用水總量的 50-90%。由于原水中有不同的含鹽量，循環(huán)冷卻水濃縮到一定倍數(shù)必須 排出一定的濃水，并補(bǔ)充新水。一臺(tái) 30 萬 KW 冷凝機(jī)組，循環(huán)冷卻水量要達(dá)到 3.3 萬噸 /時(shí)左右，假定原水中含鹽量為 1000mg/L，濃縮倍數(shù)為 3 倍 ，那么循環(huán)冷卻水的濃水排放約在 68左右，即 198264m3 /h，同時(shí)需補(bǔ)充的新水等于排水及蒸發(fā)損失等，補(bǔ)充水量大約為循環(huán)水量的 22.6%，將為 660860m3 /h 左右，水資源消耗與污水排放的數(shù)量是很大的。循環(huán)冷卻水由于受濃縮倍數(shù)的制約，在運(yùn)行中必須要排出一定量的濃水和補(bǔ)充 一定量的新水 ， 使冷卻水中的含鹽量、 PH 值、有機(jī)物濃度、懸浮物含量控制在一個(gè)合理的允許范圍。 冷卻水在系統(tǒng)中不斷循環(huán)重復(fù)使用，由于各種無機(jī)離子、有機(jī)物質(zhì)、水不溶物等，不斷隨補(bǔ)充水及冷卻塔洗滌進(jìn)入，隨水溫的升高（冷卻），水份不斷蒸發(fā)濃縮，以及設(shè)備結(jié)構(gòu)和材料等多種因素的綜合作用，使循環(huán)水系統(tǒng)在短時(shí)間內(nèi)會(huì)出現(xiàn)：嚴(yán)重的沉積物（水垢）附著、設(shè)備腐蝕（銹垢）和微生物的大量滋生（生物粘泥、軟垢附著），以及由此形成的粘泥污垢堵塞管道等問題。它們會(huì)威脅和破壞工廠設(shè)備長(zhǎng)周期地安全生產(chǎn)，甚至造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。 主要表現(xiàn)為：（ 1） 水冷換熱器傳熱效率快速降低（換熱管壁結(jié)水垢）； （ 2）換熱管內(nèi)循環(huán)水流量減少（甚至逐漸堵塞換熱管）；（ 3）設(shè)備加速腐蝕設(shè)備加（主要表現(xiàn)為垢下腐蝕）；（ 4）設(shè)備的使用壽命成倍縮短；（ 5）增加生產(chǎn)運(yùn)行成本。 循環(huán)冷卻水的處理可以歸結(jié)為以下四個(gè)方面：增設(shè)旁濾裝置，旁濾流量一般為循環(huán)水量的 1%-5%，過濾去除懸浮物質(zhì) ，以 去除懸浮物 ； 軟化除鹽或投加阻垢劑控制結(jié)垢 ； 投加阻垢劑，使金屬表面形成一層薄膜將金屬覆蓋起來，從而與腐蝕介質(zhì)隔絕，防止金屬腐蝕 ， 控制腐蝕 ； 投加殺生劑控制微生物。 使用循環(huán)冷卻的意義：隨著工業(yè)的高度發(fā)展， 人類生存環(huán)境的惡化，社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展及其涉及的生態(tài)、環(huán)境、資源、經(jīng)濟(jì)等方面都成為國(guó)際和社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)，被提高到發(fā)展戰(zhàn)略的高度。人類已認(rèn)識(shí)到在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，必須充分考慮自然資源的長(zhǎng)期供給能力和生態(tài)環(huán)境的長(zhǎng)期承受能力，因此廣泛應(yīng)用環(huán)境無害技術(shù)和清潔生產(chǎn)方式，實(shí)現(xiàn)高效益、節(jié)約資源和能源，減少廢物排放等可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略措施，從而減少對(duì)環(huán)境的污染，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保。 這一結(jié)構(gòu)形式的水冷塊是用無縫鋼管相互并列、焊接而成。每塊水冷塊中間位置上有（論文） 6 一根與其它管子成 90 度的進(jìn)水管和一塊襯板 (起加強(qiáng)件作用 )。密排管式水冷爐具有冷 卻水循環(huán)阻力小、冷卻均勻、冷卻效果好、內(nèi)部無焊縫等優(yōu)點(diǎn)。 冷卻管選擇耐熱鋼材料。根據(jù)要求水壓為 0.6Mpa，計(jì)算出管壁內(nèi)徑為mm5.82mm67 外徑為 ，壁厚為 8mm。校核管壁所承受的壓力，排布方式為中間間隔 20mm，采用密排管式水冷塊，冷卻管排布形式如圖 2.1。 圖 2.1 冷卻管排布圖 2.3 管的材料的選擇 已給要求和已知條件：水壓為 0.6Mpa， 冷卻水進(jìn)水口 35 ， 出水口水的溫度為 55 。 根據(jù)： 標(biāo)準(zhǔn) GB3087-中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 用途 ： 用于低中壓鍋爐 (工作壓力一般不大于 5.88MPa，工作溫度在 450 以下 )的受熱面管子、集箱及蒸氣管道。常用鋼管牌號(hào)： 10、 20。 根據(jù)： 標(biāo)準(zhǔn) GB5310-中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 用途 ： 用于高壓鍋爐 (工作壓力一般在9.8MPa 以上，工作溫度在 450 650 之間 )的受熱面管子、集箱、省煤器、過熱器再熱器等 ，常用鋼牌號(hào)： 20G、 20MnG、 15MoG、 15CrMoG、 12Cr2MoG、12Cr1MoV 等 。 水冷壁管是電電爐的主設(shè)備之一， 20G 以其良好的力學(xué)性能和耐腐蝕等特點(diǎn)而廣泛用于制造的水冷壁管 8。 所以選取冷卻管材料為 20G，改材料特性： 抗拉強(qiáng)度 (Mpa) 410 550 ， 屈服強(qiáng)度 (Mpa) 245。 爐門材料選擇 Q235B， Q235B 有一定的伸長(zhǎng)率、強(qiáng)度，良好的韌性和鑄造性，易于沖壓和焊接，廣泛用于一般機(jī)械零件的制造。主要用于建筑、橋梁工程上質(zhì)量要求較高的焊接結(jié)構(gòu)件 ， 材質(zhì)是 Q235B 的鋼材的機(jī)械性能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于材質(zhì)是 Q235A 的鋼材 。（論文） 7 冷卻管經(jīng)過焊接，成為密排結(jié)構(gòu)，焊條選擇 E4303， J422 焊條是普通叫法，對(duì)應(yīng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào) E4303。它是一種酸性焊條，藥皮鈦鈣型， J 表示結(jié)構(gòu)鋼焊條，42 是 42kg/mm 2 焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度，熔金抗拉強(qiáng)度不低于 420MPa。主要用途 :用于焊接較重要的低碳鋼結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度等級(jí)低的低合金鋼，一般用于焊接鋼結(jié)構(gòu)和普通碳鋼管道的焊接 焊縫質(zhì)量等級(jí)級(jí)，參見附錄 2。 2.4 冷卻水量的計(jì)算 根據(jù)煉鋼電弧爐管式水冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 冷卻水流量是指每個(gè)水冷塊單位面積所需冷卻水量。冷卻水流量的確定與每塊水冷塊的面積、熱流值、冷卻水溫升、水的比熱等因素有關(guān)。每臺(tái)爐子的爐殼內(nèi)徑、功率水平不盡相同 ,其水冷塊的面積、熱流值也不一定相同 ,但是冷卻水溫升一般取 20（本 設(shè)計(jì)為 20 ）水的比熱容一般為 4.186 skJ/(kg )。因此單位面積冷卻水流量一般取每平方米 5-8m3/h, 本設(shè)計(jì)取 20m3/h，冷卻水的流速一般小于 3m/s，取 1m/s。根據(jù)機(jī)械工程手冊(cè)無縫鋼管的推薦通徑： 根據(jù)： D=1.1 W/V （ 2.1） W 為體積流量， V 為流速： 得 D=60601201.10.08248m82.48mm， 取 82.5mm. 管 厚的計(jì)算： S =2PD+ C （ 2.2） S 為管壁厚度 ； P 為管內(nèi)介質(zhì)壓力； D 管子外徑； 一工作溫度下管材許用應(yīng)力； -對(duì)無縫鋼管系數(shù)取 1； C 管壁厚度附加值； 把數(shù)值帶入公式 2.2 得： S=1222 5.826.0 +6 8mm； 得內(nèi)徑 d=82.5-8 2=66.5mm，圓整后取 67mm。 3 電弧爐渣門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8 3 電弧爐渣門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1 電爐渣門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 爐渣門的結(jié)構(gòu)分為兩部分，即冷卻系統(tǒng)部分和支撐部分。冷卻系統(tǒng)部分為密排水冷塊，包括無縫冷卻水回路的鋼管和管與之間拐角處的連接件。支撐部分為一塊襯板，及爐門固定及提升接頭部分。根據(jù)冷卻管的長(zhǎng)度和排布，確定爐門支撐襯板尺寸為 1400mm 1005mm；如圖 3.2。 圖 3.1 爐門主視圖 圖 3.2 爐門左視圖（論文） 9 冷卻管外徑為 85mm，確定側(cè)面支撐板尺寸為 975mm 92.5mm 如圖 3.3為滿足爐門升降平穩(wěn)，設(shè)計(jì)爐門與電弧爐主體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為滑動(dòng)，電弧爐爐體設(shè)計(jì)滑動(dòng)軌道即滑動(dòng)槽，而電弧爐渣門兩側(cè)設(shè)計(jì)滑動(dòng)板，構(gòu)成滑動(dòng)副。電弧爐渣門兩側(cè)的滑動(dòng)板尺寸為 975mm 62mm。 3.2 電爐渣門 的材料選型及經(jīng)濟(jì)性分析 爐門材料的選擇要滿足的需要有： 在工作溫度下，應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、合理的強(qiáng)韌性配合及組織性質(zhì)穩(wěn)定性 ， 可使構(gòu)件的壁厚不致太大以易于加工并不致顯著地影響傳熱效果，從鋼材性能上保證長(zhǎng)期安全運(yùn)行；良好的冷、熱加工性能，其中特別是良好的焊接性能；高壓鍋爐鋼應(yīng)是優(yōu)質(zhì)鋼或特殊質(zhì)量鋼，為電爐或純權(quán)頂吹轉(zhuǎn)爐冶煉，鎮(zhèn)靜鋼，在冶煉時(shí)除用優(yōu)質(zhì)原料外一般要求加以爐外精煉和真空脫氣等工藝以使有害雜質(zhì)，如 硫、確、錫、銻、砷等及氣體含量降到最低程度，使鋼純凈化，以避免脆性斷裂事故發(fā)生 。爐門支撐結(jié)構(gòu)為鋼板件焊接而成。因此 對(duì)材料的焊接性能、強(qiáng)度都有較高的要求，所以對(duì)材料的綜合性能有較高的要求。 由于 Q235 含碳適中，綜合性能較好，強(qiáng)度、塑性和焊接等性能得到較好配合，用途最廣泛 ，經(jīng)濟(jì)性較好 。 所以，爐門的支撐結(jié)構(gòu)的材料選擇 Q235。 爐門支撐結(jié)構(gòu)加工工藝為焊接，所以在焊接后存在焊接殘余應(yīng)力，所以要對(duì)爐門進(jìn)行熱處理，以消除焊接殘余應(yīng)力。在較高的溫度下進(jìn)行退火熱處理時(shí)， 材料的屈服強(qiáng)度隨著溫度的升高而降低， 而材料內(nèi)部的焊接殘余拉應(yīng)力一個(gè)重要的特點(diǎn)是與材料本身屈服強(qiáng)度存在著一個(gè)平衡， 因此屈服強(qiáng)度的降低導(dǎo)致與殘余拉應(yīng)力的平衡被打破， 此時(shí)材料內(nèi)部的焊接殘余應(yīng)力隨之下降， 下降程度取決于屈服強(qiáng)度的變化， 理論上是加熱溫度越高，殘余應(yīng)力降低的越多。且在高溫下殘余應(yīng)力下降速度較快。當(dāng)焊縫的應(yīng)力峰值已降到材料在給定溫度下的屈服強(qiáng)度水平后，應(yīng)力下降速度減緩，隨后是蠕變引起應(yīng)力松弛過程。蠕變?cè)诟邷貢r(shí)也起作用，但在本試驗(yàn)條件下由于時(shí)間較短其作用遠(yuǎn)小于高溫引起的材料屈服強(qiáng)度的降低，即較高溫度退火消除焊接殘余應(yīng)力時(shí)，材料屈服強(qiáng)度隨溫度升高而降低 9。 在完成電弧爐渣門基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，及冷卻管的設(shè)計(jì)后，要對(duì)爐門整體包括爐門支撐結(jié)構(gòu)和冷卻管進(jìn)行檢測(cè)。因?yàn)槔鋮s 管是通過焊接而成，冷卻管里內(nèi)通過循環(huán)冷卻液，承受一定壓力，而且工作在高溫環(huán)境下。所以，爐渣門表面及（論文） 10 金屬內(nèi)部的缺陷，會(huì)對(duì)爐門造成很大的影響。若處理不好這些缺陷，將會(huì)造成電弧爐渣門的壽命大大減少，甚至?xí)l(fā)安全事故。對(duì)金屬進(jìn)行無損探傷，是解決這一問題的有效方法。 無損探傷是在不損壞工件或原材料工作狀態(tài)的前提下，對(duì)被檢驗(yàn)部件的表面和內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行檢查的一種測(cè)試手段。無損探傷檢測(cè)是利用物質(zhì)的聲、光、磁和電等特性，在不損害或不影響被檢測(cè)對(duì)象使用性能的前提下，檢測(cè)被檢對(duì)象中是否存在缺陷或不均勻性，給出缺陷大小，位置，性質(zhì) 和數(shù)量等信息。常用的無損探傷方法有： X 光射線探傷、超聲波探傷、磁粉探傷、滲透探傷、渦流探傷、 射線探傷、螢光探傷、著色探傷等。 無損探傷可以 改進(jìn)制造工藝；降低制造成本；提高產(chǎn)品的可靠性；保證設(shè)備的安全運(yùn)行。 探傷的范圍： 焊縫表面缺陷檢查。檢查焊縫表面裂紋、未焊透及焊漏等焊接質(zhì)量 ； 內(nèi)腔檢查。檢查表面裂紋、起皮、拉線、劃痕、凹坑、凸起、斑點(diǎn)、腐蝕等缺陷 ； 狀態(tài)檢查。當(dāng)某些產(chǎn)品 (如蝸輪泵、發(fā)動(dòng)機(jī)等 )工作后，按技術(shù)要求規(guī)定的項(xiàng)目進(jìn)行內(nèi)窺檢測(cè) ； 裝配檢查，裝配或某一工序完成后，檢查各零部組件裝配位置是否符合圖樣或技術(shù)條件的要 求 ；是否存在裝配缺陷 ； 多余物檢查。檢查產(chǎn)品內(nèi)腔殘余內(nèi)屑，外來物等多余物 。 磁粉探傷是目前工廠常用的無損探傷， 滲透探傷的優(yōu)點(diǎn) ： 操作簡(jiǎn)單 ,不需要復(fù)雜設(shè)備 ,費(fèi)用低廉，缺陷顯示直觀 ； 具有相當(dāng)高的靈敏度 ,能發(fā)現(xiàn)寬度 1 微米以下的缺陷。這種方法由于檢驗(yàn)對(duì)象不受材料組織結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分的限制 ； 滲透探傷廣泛應(yīng)用于黑色和有色金屬鍛件、鑄件、焊接件、機(jī)加工件以及陶瓷、玻璃、塑料等表面缺陷的檢查 ； 它能檢查出裂紋、冷隔、夾雜、疏松、折疊、氣孔等缺陷 。所以，考慮到電弧爐門的工作要求，及經(jīng)濟(jì)性要求選擇磁粉無損探傷。 磁粉探傷是用來檢測(cè)鐵磁性 材料表面和近表面缺陷的一種檢測(cè)方法。當(dāng)工件磁化時(shí)，若工件表面或近表面有缺陷存在，由于缺陷處的磁阻增大而產(chǎn)生漏磁，形成局部磁場(chǎng)，磁粉便在此處顯示缺陷的形狀和位置，從而判斷缺陷的存在。 4 爐渣門提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 11 4 爐渣門提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1 提升負(fù)載的計(jì)算 4.1.1 爐門的 質(zhì)量計(jì)算 及分析 布滿整個(gè)爐門，鋼管排布間距 20mm。質(zhì)量計(jì)算，通過 UG 軟件，測(cè)得電弧爐爐渣門（不包括冷卻管）的體積為 V1=24239157mm3 ， 20g 鋼材料密度 =7.85g/cm3 。 質(zhì)量 M1 =24239157 10-3 7.85=190276.15g=190.28kg。 冷卻管質(zhì)量計(jì)算（通過 UG 測(cè)得冷卻管長(zhǎng)度為 18670 mm）： 體積計(jì)算： V2= （ D2 -d2 ） L (4.1) V2= （ 852 -672 ） 18670 =3.14 2476 18670 =160394.716cm3 M2 =160394.716 7.85=1259098.5g=1251kg。 4.1.2 冷卻水重量的計(jì)算 爐門冷卻水的質(zhì)量，是指爐門冷卻系統(tǒng)在正常工作時(shí)，即滿足冷卻要求時(shí)爐門冷卻管內(nèi)充滿水時(shí)，水的總重量。 充滿水時(shí)水的 質(zhì)量 計(jì)算： 冷卻管內(nèi)徑為 67mm，通過軟件 UG 測(cè)得冷卻管長(zhǎng)度為 18670mm； 充滿水 時(shí)水的體積 V3=3.14 672 18670 0.001=263162.2cm3 ； 充滿水時(shí)水的質(zhì)量 M3= V3 1=263162.2g=263.162kg。 4.1.3 爐門總重量的計(jì)算 爐渣門（不包括冷卻管）的質(zhì)量 M1=190.28kg； 冷卻管的質(zhì)量： M2=1251kg； 水的質(zhì)量： M3=263.162kg； 則爐門總質(zhì)量為： M1+M2+M3=190.28+1251+263.16=1704.4kg （論文） 12 4.2 爐渣門提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.2.1 提升機(jī)構(gòu)的基本要求 爐渣門的提升機(jī)構(gòu)不僅要滿足結(jié)構(gòu)上的合理性，還要滿足實(shí)際工作中的安全可靠，加熱爐爐門提升機(jī)構(gòu)除應(yīng)保證爐門能平穩(wěn)地升降而且要反應(yīng)迅速滿足操作的方便靈敏性，還要適應(yīng)高溫的工作環(huán)境，而且還要滿足經(jīng)濟(jì)性的要求爐門提升速度 為 3m/min。爐門的提升速度由壓力油路中的節(jié)流閥控制。爐門下降靠其自重，當(dāng)油缸回油時(shí)，爐門便在自重作用下自動(dòng)下降。下降速度由回油路上的節(jié)流閥控制。 4.2.2 提升方案比較及選擇 電弧爐渣門的提升動(dòng)力結(jié)構(gòu)可分為電動(dòng)式和液壓式。 電動(dòng)式提升機(jī)構(gòu)是由異步電機(jī)提供動(dòng)力，以鋼絲 繩提升輪方式。經(jīng)綜合分析本文選用第二種方案，即整個(gè)爐門機(jī)構(gòu)由爐門、支承架、電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)、提升輪、支承座及傳動(dòng)軸和牽引鋼絲繩等組成，爐門與提升輪及卷揚(yáng)機(jī)分別用鋼絲繩鏈接，是一個(gè)簡(jiǎn)化了二卷筒結(jié)構(gòu) 10。這種結(jié)構(gòu)形式其使用性、通用性和經(jīng)濟(jì)性較好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定 ,被廣泛使用 11。 液壓提升機(jī)構(gòu)，使用液壓缸或氣壓缸為動(dòng)力，拉動(dòng)鏈條，鏈條繞過鏈輪，連接到爐門；鏈輪與軸連接，并帶動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，軸另一端也是一個(gè)鏈輪，鏈輪帶動(dòng)鏈條運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)兩側(cè)同時(shí)拉動(dòng)爐門，達(dá)到平穩(wěn)的上升，完成爐門提升。 爐門是電弧爐在冶煉過程中扒渣、吹氧、取 樣、測(cè)溫及加少量原料的窗口。正常爐門熱損失占全部輸人功率的 0.17-0.35%，所以爐門打開時(shí)則更大 。 所以，爐門 與爐門框間能否壓緊、保證良好的密封是很重要的 , 這就要求爐門裝置傳動(dòng)可靠 ,操作迅速 , 并保證爐門口密封 12。 而液壓提升又分為氣壓缸機(jī)構(gòu)和液壓缸。 氣壓缸機(jī)構(gòu)主要通過壓縮空氣使氣缸中的活塞動(dòng)作 ,再由活塞桿通過拉動(dòng)定滑輪上的爐門鏈子使?fàn)t門升降 13。 液壓缸是將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的、做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)（或擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)）的液壓執(zhí)行元件。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠。用它來實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可免去減速裝置，并且沒有傳 動(dòng)間隙，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)， 液壓缸是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)和小于 360回?cái)[運(yùn)動(dòng)的液壓執(zhí)行元件。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，制造容易以及使用維護(hù)方便、低速穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。 因此在各種機(jī)械（論文） 13 的液壓系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。 由于液壓傳動(dòng)介質(zhì)的流動(dòng)性、可壓縮性、粘性、易受污染等特性以及易受溫度、壓力等環(huán)境的影響等原因，使得液壓缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)性能表現(xiàn)得比機(jī)械傳動(dòng)復(fù)雜得多，極易出現(xiàn)振動(dòng)、噪聲、沖擊和爬行等不正常工作狀態(tài)，而且故障原因不易確定，影響設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行 14。相比之下，液壓缸與氣壓缸存在明顯的區(qū)別。氣壓缸易出現(xiàn) 氣壓缸內(nèi)部澀 滯 、 潤(rùn)滑不良或氣壓缸孔徑加工超差 、 氣壓泵或氣壓缸進(jìn)入空氣 、 密封件質(zhì)量與滑移或爬行 ，而這些問題都會(huì) 氣壓缸活塞滑移或爬行將使氣壓缸工作不穩(wěn)定 。綜合比較，液壓缸有更穩(wěn)定的工作性能。所以本設(shè)計(jì)選擇液壓缸，如圖 4.1。 圖 4.1液壓缸布置圖 4.2.3 提升機(jī)構(gòu)鏈輪設(shè)計(jì) 電弧爐渣門提升過程中對(duì)傳動(dòng)裝置的要求： （ 1） 要有較高的承載能力； （ 2）在具有較大的破斷負(fù)荷同時(shí) , 要有較大的延伸率 ； （ 3） 在最大承載力的作用下要有較小的變形 ,以保證良好的嚙合； （ 4） 有較高的疲勞強(qiáng)度；（ 5）有較高的耐磨性 ；（ 6）有較高的韌性和較大的吸收沖 擊負(fù)荷的 能力。綜合各方面考慮，尤其是工作環(huán)境干燥高溫，而且對(duì)傳動(dòng)的精度要求不嚴(yán)格，再考慮經(jīng)濟(jì)性，所以（論文） 14 選擇圓環(huán)鏈條配合鏈輪傳動(dòng) ,如圖 4.2。 圓環(huán)鏈的服役條件是： (1)承受拉力； (2)由脈動(dòng)負(fù)荷產(chǎn)生的疲勞； (3)鏈環(huán)與鏈環(huán)之間 、 鏈環(huán)與鏈輪之間 、 鏈環(huán)與中板和槽幫之間產(chǎn)生摩擦和磨損； (4)由煤粉、巖粉及潮濕空氣作用產(chǎn)生腐蝕。 圖 4.2鏈輪鏈條傳動(dòng) 鏈鏈輪的設(shè)計(jì)： 根據(jù)機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)表 7-3-3 圓環(huán)鏈靜力拉伸試驗(yàn)負(fù)荷和破斷負(fù)荷，已知爐門充滿水后總重量為約為 1.7 噸，所以 ，鏈條的規(guī)格選擇 d t=10 40，材料為 Q235B， Q235B 有一定的伸長(zhǎng)率、強(qiáng)度，良好的韌性和鑄造性，易于沖壓和焊接，廣泛用于一般機(jī)械零件的制造。主要用于建筑、橋梁工程上質(zhì)量要求較高的焊接結(jié)構(gòu)件 。根據(jù) 械傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)表 7-3-9 選擇鏈輪齒數(shù)為 1615。 齒距角：z2 =161802=22.5 （ 4.2） 節(jié)圓直徑： D0=22z90s indz90s int=221690s in101690s in40 （ 4.3）（論文） 15 =385mm； 鏈輪中心至鏈窩底面垂直距離： H=0.5 ddtD 220 （ 4.4） =0.5 101040385 22 =368mm； 齒廓圓弧中心坐標(biāo)： x -t5.0 = 3-405.0 =18.5mm； y=H+0.5d=368+0.5 10=373mm； 齒廓圓弧半徑： A=t+d+ =40+10+3=53mm； tg =d2HA （ 4.5） =103682 53 =0.07； 4.1； B= z180s insin A (4.6) = 1.4161 8 0s in1.4s in53 =757 0.12=90mm； R1= ddz2 dBB 5.02180c o s 22 (4.7) = 105.0321016180c o s32109090 22 = 105.06498.014408100 ； =92.8mm； 實(shí)際齒廓圓弧半徑： 立槽寬度 L=1.35d=13.5mm； R3=0.5d+ 5.20 mm=5+2=7mm； 31 2Lsin R (4.8) =1413.5sin 1=87； R1 =R1+R3 cos1 (4.9) =92.8+ 7=99.45mm； 齒頂圓直徑：（論文） 16 D dD 320a =385+30=415mm； 齒根圓角半徑： R d5.02=5mm； 鏈輪中心至立槽底面垂直距離： Hn= dd-tD 220 (4.10) = 1030385 22 =371mm； 立槽根圓直徑： D 405nf H (4.11) =331mm； 立槽底部圓弧半徑： R mm75.6L5.04 ； 鏈輪齒肩寬度： W ；mm1055.1 dB 鏈輪輪緣寬度： 50dbb1 mm； 鏈輪齒部淬火處理。 電弧爐渣門的提升過程，傳動(dòng)過程選用動(dòng)力來自液壓缸，液壓活塞桿的伸縮帶動(dòng)電弧爐渣門的升降。當(dāng)液壓缸的活塞桿伸出時(shí)，活塞桿推動(dòng)小鏈輪，小鏈輪帶動(dòng)圓環(huán)鏈繞小鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，由于主動(dòng)輪上有鏈槽及凸緣，在圓環(huán)鏈運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)帶動(dòng)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，于是，鏈條拉動(dòng) U 形鉤，提升爐門如圖 4.3。 圖 4.3 U 形鉤 U 形鉤校核： 由于 U 形鉤只承受豎直方向的力，所以需要多 U 形鉤的抗拉強(qiáng)度進(jìn)行校核。布置 在爐門兩側(cè)各一個(gè)，材料選擇 45 鋼， 45 鋼的 抗拉強(qiáng)度 為 600Mpa， 屈服強(qiáng)度 為 360Mpa， 伸長(zhǎng)率 為 % 16。 U 形鉤截面面積 A=10mm 40mm 2=0.0008mm；爐門總重量為 17044N，所以，一側(cè) U 形鉤所承受的重力為 8522N； =0008.08522=10652500pa=10.7Mpa；（論文） 17 =10.7Mpa =72Mpa； 所以 U 形鉤強(qiáng)度滿足要求。 4.2.4 提升機(jī)構(gòu)鏈條設(shè)計(jì) 圓環(huán)鏈的破斷形式大致分為： (1)鏈子的負(fù)荷超過它本身的靜力破斷負(fù)荷而造成過早斷裂，這種斷裂多產(chǎn)生在鏈環(huán)肩部或直臂的缺陷部位 ,如裂縫焊接熱影響區(qū)和個(gè)別棒料裂紋處； (2)運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后 ,鏈子尚未達(dá)到破斷負(fù)荷就產(chǎn)生了因疲勞引起的斷裂 ,這種斷裂多發(fā)生在鏈環(huán)的直臂和圓弧的銜接處。 根據(jù)機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)表 7-3-3 選用圓環(huán)鏈的規(guī)格為 10 40，材料選擇45Mn 調(diào)制處理， 45Mn 中碳調(diào)質(zhì)鋼，強(qiáng)度、韌性及淬透性均比 45 號(hào)鋼高，調(diào)質(zhì)處理后可獲得較好的綜合力學(xué)性能，切削加工性能好，但焊接性能差，冷變形塑性低，有回火脆性傾向，一般在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用，也可在淬火和回火或正火狀態(tài)下使用 ， 用于制造受磨損的零件 ： 抗拉強(qiáng)度 b (MPa)： 620(63)屈服強(qiáng)度 ； s (MPa)： 375(38)； 伸長(zhǎng)率 (%)： 15； 斷面收縮率 (%)40； 沖擊功 Akv (J)： 39； 沖擊韌性值 kv (J/cm2 )： 49(5)硬度 ； 未熱處理 241HB；退火鋼 217HB。 電弧爐渣門總重力為 17044N，兩條圓環(huán)鏈分別承受 FL=8522N的力，圓環(huán)鏈截面面積： A= 2r (4.12) A= （2100010） 2=3.14 0.000025= 0.0000785 2=0.000157mm。 =AFL (4.13)帶入數(shù)值得： =0.001578522 =54280254.854Mpa； =54Mpa = s/5=124Mpa； （ 4.14）所以，圓環(huán)鏈強(qiáng)度滿足要求。 4.2.5 提升機(jī)構(gòu)傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 傳動(dòng)軸即長(zhǎng)軸，是電弧爐渣門提升機(jī)構(gòu)的一部分，是右側(cè)主 動(dòng)鏈輪將動(dòng)力傳遞給左側(cè)鏈輪的部件，如圖 4.4。加工工藝路線見附錄 3。（論文） 18 圖 4.4 傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)圖 已知爐門提升速度為 V=3m/min=0.05m/s，鏈輪節(jié)圓直徑為 D=385mm，爐門重力 17040N。 a. 求出軸上的功率 P、轉(zhuǎn)速 n 和轉(zhuǎn)矩 T： P=Fv=17040 0.05=852W=0.852kW； （ 4.15） 鏈輪的周長(zhǎng)為： L=D=3.14 0.385=1.21m； （ 4.16） n=LV=21.13=2.48r/min； （ 4.17） T= mmN48.2 852.09 5 5 0 0 0 0 3280887 mmN 。 b. 求作用在鏈輪上的力 ： 鏈輪節(jié)圓直徑為 D=385mm； Ft=DT2 （ 4.18） 把數(shù)值帶入上式得： Ft =38532808872 =17043N； Fr=Fttan20 （ 4.19把數(shù)值帶入上式得： Fr =17043 0.36=6135.2N。 c. 初步確定傳動(dòng)軸的最小直徑 ： 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) 16初步計(jì)算軸的最小直徑，選取材料 Q275， 具有較高的強(qiáng)度、較好的塑性和切削加工性能，一定的焊接性能 ， 小型零件可以淬火強(qiáng)化 。 用于制造要求強(qiáng)度較高的零件，如齒輪、軸、鏈輪、鍵、螺栓、螺母、農(nóng)機(jī)用型鋼、輸送鏈和鏈節(jié)。 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表 15-3，選擇0A=112mm：（論文） 19 dmin=3 nPA0 （ 4.20） =3 2.480.852112 =78.44mm； 根據(jù)鏈輪的大小，取 dmin=82mm； 可以得出，傳動(dòng)軸的最小直徑為 D1-2 與 D5-6 出，此處為安裝鏈輪，所以：D1-2=D5-6=82mm。 d. 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)如圖 8： 傳動(dòng)軸為兩端對(duì)稱，即 D2-3=D4-5； 1-2 軸段右端需要制出一段軸肩，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)書中，軸肩高 h=（ 0.070.1）d，所以， D2-3=82+（ 0.070.1） D1-285mm；所以 D2-3=D4-5=85mm； 2-3 段與 4-5 段之間需要制出一軸肩，同理可得： D3-4=85+（ 0.070.1）D2-390mm； 圖 4.5 傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu) e. 求軸上的載荷 ： 軸的載荷分布圖如圖 4.6： L1=L5=76mm， L2=L4=129mm， L3=2040mm； 水平面上， Ft1+Ft2=FNH1+FNH2=2Ft1=2Ft=34086N，且 FNH1=FNH2，所以： FNH1=FNH2=17043N； 垂直面上， Fr1+Fr2=FNV1+FNV2=2Ft1=2Ft=12270N，且 FNV1=FNV2，所以 FNV1=FNV2=6135.2N； MH1=MH=1295268Nmm； Mv1=Mv=456880Nmm； 總彎矩： M1=M2= 22 4568801295268 =1373464N； f. 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 ：（論文） 20 對(duì)軸進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和最大扭矩出，即鏈輪中心處，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)，取 =0.6，軸的計(jì)算應(yīng)力： ca= WTM 21 （ 4.21） = 32821.032808876.01295268 =19.2MPa； 材料已選為 Q275， 1=60MPa，ca1，所以，軸滿足要求即安全。 圖 4.6 軸的載荷分布圖 4.2.6 提升機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 液壓缸的布置方式有兩種方式： 第一種，圓環(huán)鏈即環(huán)形超重鏈加鏈輪提升方式 17。即使用單液壓缸，在爐門一邊使用液壓缸，通過鏈條，再帶動(dòng)軸一端的鏈輪，同時(shí)帶動(dòng)鏈輪所在的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，而另一端也也為一鏈輪，和鏈條機(jī)構(gòu)，這樣，在液壓缸工作時(shí)能同時(shí)帶動(dòng)兩邊同（論文） 21 時(shí)上升，達(dá)到平穩(wěn)上升的過程。 第二種是兩邊都有液壓缸，即雙液壓缸工作，同時(shí)帶動(dòng)鏈條和鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而提升電弧爐渣門，這樣做可以提供較大的上升動(dòng)力。 比較兩種方式，由于液壓缸的能承載較大的負(fù)載，而且價(jià)格較高，維護(hù)修理較為不便，綜合比較經(jīng)濟(jì)性能 ，在滿足要求的同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)效益，所以選擇單液壓缸工作。 液壓回路是控制液壓缸的伸縮，從而使電弧爐渣門提升、下降，并且能使?fàn)t門在打開后能停留，所以此液壓回路必須在滿足要求的同時(shí)必備自鎖功能，才能滿足工作需要?？刂浦鏖y臺(tái)由電磁換向閥、液壓鎖和單向節(jié)流閥等元件構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)爐門升降調(diào)速和位置鎖緊的功能。其中平衡閥起到平衡爐門重力使得下降速度可控的作用，不會(huì)出現(xiàn)超速現(xiàn)象。溢流閥的作用是構(gòu)成一個(gè)緩沖回路，使得爐門慣性得以緩沖，且緩沖力大小能夠?qū)崿F(xiàn)無級(jí)調(diào)節(jié) 18。為達(dá)到這種自鎖要求，也可以使用“自鎖式液壓缸”，這種液壓缸 解決了液壓元件的數(shù)量多、維護(hù)不便、系統(tǒng)占用空間大的不足 19。但是這種液壓缸價(jià)格高，精度高，一般適用于航空方面，不經(jīng)濟(jì)。而電弧爐門提升機(jī)構(gòu)不需要太高精度，因此選擇由液壓元件組成的帶自鎖的回路即可，如圖 4.7。 圖 4.7液壓回路 對(duì)于液壓缸，需要根據(jù)要求計(jì)算出工作參數(shù)，而液壓缸是由專門的液壓缸生產(chǎn)廠家生產(chǎn)，液壓缸選型計(jì)算過程如下 20： 由計(jì)算所得，液壓管充滿水后爐門總質(zhì)量為 M=1704.4kg,總重力為： Fmax=17044N ，按如圖 1 布置 ，即液 壓缸推 桿所需 提供的 最大推 力F=Fmax=17044N。（論文） 22 D=PF4 mm； （ 4.22） F 液壓缸的實(shí)際使用推力； 液壓缸的負(fù)載率，一般取 0.5-0.7； 油缸的總效率； P 液壓缸的供油壓力，一般為系統(tǒng)壓力。 油缸的總效率 由以下三種效率組成： m 機(jī)械效率，由各部件運(yùn)動(dòng)摩擦損失造成，在額定壓力下一般取 0.9； v 容積效率，由各密封部件泄露造成，裝彈性密封圈時(shí)：v=1； d 作用力效率，由出油口背壓產(chǎn)生的反作用力造成，一般取 0.9； 所以總效率為 0.9 0.9 1=0.8； 把數(shù)值帶入公式 4.21 計(jì)算可得： D=2.178.05.0170444mm； 100mm； 根據(jù)表 4.1 附錄 1，選擇液壓缸直徑為 D= ,100mm，推桿直徑 d= 70mm。 F=Fmax=17044N； 液壓缸內(nèi)最大壓力計(jì)算： 液壓缸工作要求：有足夠強(qiáng)度，能夠承受動(dòng)態(tài)工作壓力，長(zhǎng)時(shí)間工作不會(huì)變形；有足夠剛度，承受活塞側(cè)向力和安裝反作用力時(shí)不會(huì)彎曲；內(nèi)表面和導(dǎo)向件與密封件之間摩擦少，可以保證長(zhǎng)期 使用；缸筒和法蘭要良好焊接，不產(chǎn)生裂紋。 液壓缸缸體材料采用 材料名稱： 45 鋼 。 因?yàn)闆]有特殊要求，所以選用45 號(hào)鋼作為活塞桿的材料，本次設(shè)計(jì)中活塞桿只承受壓應(yīng)力，所以不用調(diào)制處理，但進(jìn)行淬火處理是必要的，淬火深度可以在 0.51mm 左右。安裝活塞的軸頸和外圓的同軸度公差不大于 0.01mm，保證活塞桿外圓和活塞外圓的同軸度，避免活塞與缸筒、活塞桿和導(dǎo)向的卡滯現(xiàn)象。安裝活塞的軸間端面與活塞桿軸線的垂直度公差不大于 0.04mm/100mm，保證活塞安裝不產(chǎn)生歪斜。理是必要的，淬火深度可以在 0.51mm左右。 活塞桿材 料 可選 45 號(hào)鍛鋼，直徑 d(同缸內(nèi)徑 )等各種回轉(zhuǎn)面 (不含密封圈 )圓柱度按 10 級(jí)，活塞桿為實(shí)心桿材料為 45鋼， 45 鋼的 抗拉強(qiáng)度 為 600Mpa， 屈服強(qiáng)度 為 360Mpa， 伸長(zhǎng)率 為 16%。 已計(jì)算出最大工作推力為 F=Fmax=17044N，液壓缸直徑為 100mm；得液壓缸內(nèi)工作面積： A= 2102100 =3.14 25=78.5m2 （ 4.23）（論文） 23 所以缸內(nèi)壓強(qiáng) P 為： P= =78.517044 （ 4.24） 217.1210kgf/cm22.17Mpa； 缸筒材料的許用應(yīng)力： =ns=5360=72Mpa （ 4.25） 其中 n=5 是選取的安全系數(shù)，來源于表 4.2： 表 4.2 液壓缸的安全系數(shù) 液壓缸的安全系數(shù) 材料名稱 靜載荷 交變載荷 沖擊載荷 不對(duì)稱 不對(duì)稱 鋼、鍛鋼 3 5 8 12 根據(jù)工程機(jī)械用標(biāo)準(zhǔn)油缸的缸體外徑（ JB1068-67）公式： 壁厚： t= CPDP ）（ 3.2 （ 4.26） P 油缸內(nèi)工作壓力（ kgf/cm2）； 強(qiáng) 度系數(shù)（當(dāng)為無縫鋼管時(shí)， =1）； C 計(jì)入管壁公差及侵蝕的附加厚度； D 油缸內(nèi)徑； 計(jì)算得 t= C 11.2176003.2 1002 1 7 . 1 ）（=11mm （ 4.27） 根據(jù)工程機(jī)械用標(biāo)準(zhǔn)油缸的缸體外徑（ JB1068-67）取液壓缸外徑為D1=125mm； 液壓缸壁厚的校核： 首先，液壓缸的額定壓力 Pn 要小于一定的極限值，才能保證工作的安全； Pn0.3521221s D ）D（D （ 4.28） Pn0.35 25.92=9.1Mpa；（論文） 24 而額定壓力為 2.17Mpa，所以，缸壁厚度滿足要求。 其次，為了避免缸在工作時(shí)發(fā)生塑性變形，液壓缸的額定壓力應(yīng)與塑性變形壓力有一定的范圍： Pn（ 0.350.42） Pgl （ Mpa） （ 4.29） Pgl=2.3 s logDD1=2.3 72 0.1=16.56Mpa （ 4.30） Pn5.76Mpa； 已知額定壓力為 2.17，所以滿足要求。 液壓桿的校核： =ns=5360=72Mpa； 液壓桿的直徑 d=70mm，截面面積： A= 21000270 =0.00385m； （ 4.31） =AF=0.00385 17044=4427012pa 4.4Mpa （ 4.32） 可知 =4.4Mpa =72Mpa （ 4.33） 所以液壓桿滿足要求。 為滿足爐門的提升，已知爐門的提升行程為 1100mm，根據(jù)液壓缸的行程系列 GB2349 1980 第二系列，液壓桿的行程必須大于等于 550mm21。 表 3 液壓缸的行程系列 GB2349 1980 第二系列 40 63 90 110 140 180 220 280 360 450 550 700 900 1100 1400 1800 2200 2800 3600 液壓缸工作過程中 采取 固定式安裝 ， 其作用力與支承中心處于同一軸線的工況；其安裝方式選擇位置有端部、中部或尾部三種 ， 在電弧爐門提升機(jī)構(gòu)中，液壓要滿足推動(dòng)負(fù)載，運(yùn)動(dòng)方向在一條直線上，所以液壓缸的固定方式為尾部法蘭固定，如圖 4。 用液壓缸上的法蘭將其固定在機(jī)器上。法蘭設(shè)置在活塞桿端的缸頭上，外側(cè)面與機(jī)械安裝面貼緊，這叫頭部外法蘭式。由于液壓缸工作時(shí)反作用力的作用，安裝螺栓承受液壓力的 拉伸作用，因而安裝螺栓的直徑較大，并且要求強(qiáng)度計(jì)算。法蘭設(shè)置在活塞桿端的缸頭上，內(nèi)側(cè)面與機(jī)械安裝面貼緊，這叫頭部?jī)?nèi)法蘭式。液壓缸工作時(shí)，安裝螺栓受力不大，主要靠安裝支承面承受，所以法蘭直徑較小，結(jié)構(gòu)較緊湊。這種安裝形式在固定安裝形式中（論文） 25 應(yīng)用得最多。法蘭設(shè)置在缸的底部，與機(jī)械安裝面用螺栓緊固，這叫尾部法蘭式。這種安裝形式使液壓缸懸伸，安裝長(zhǎng)度較大。選取法蘭式連接，并且法蘭和缸筒用焊接方式連接。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易選取、易裝卸；缺點(diǎn)是外徑較大，比螺紋連接的重量大 。固定方式選用尾部法蘭固定，根據(jù)液壓缸的外徑，尾部 法蘭尺寸設(shè)計(jì)為長(zhǎng) 310mm，寬 180mm，厚 25mm，四個(gè)與液壓缸軸線平行的棱邊倒角尺寸為 ： 10mm 45 。 缸底厚度計(jì)算，液壓缸缸底采用平底缸底，按下式計(jì)算： 433.0 21 spD （ 4.34） 2D 缸底止口內(nèi)徑（ m） ； Ps 缸內(nèi)額定壓強(qiáng)； 缸底材料的許用應(yīng)力， )(ab pn ； b 缸底材料抗拉強(qiáng)度（ Pa）； n 安全系數(shù)， 3n ； 把數(shù)值代入式 4.33 得： 721.91.0433.01 =0.015m=15mm，考慮到安全性，取 25mm； 液壓缸缸底與法蘭連接采用 4 顆 M16 螺栓，尾部法蘭與電弧爐爐體采用 4 顆M12 的螺栓，按 GB/T5780-2000，材料為碳素鋼 螺栓材 ， 公稱抗拉強(qiáng)度達(dá) 400MPa級(jí)；螺栓材質(zhì)的屈強(qiáng)比值為 0.6；螺栓材質(zhì)的公稱屈服強(qiáng)度達(dá) 4000.6=240MPa。 四顆 M16 螺栓強(qiáng)度校核： 螺栓截面面積： 2100025.116 A 4 =0.00068m2 ； F=17044N； 把數(shù)值代入 4.32 得： =25064705.88pa25Mpa； =48.7Mpa =240Mpa； 所以螺栓強(qiáng)度滿足要求。 四顆 M12 螺栓強(qiáng)度校核： 螺栓截面面積： 2100025.112 A 4 =0.00035m2 ； F=17044N； 把數(shù)值代入 4.32 得： = 48697142.85pa48.7Mpa；（論文） 26 =48.7Mpa =240Mpa； 所以螺栓強(qiáng)度滿足要求。 一般承壓在 10MP 以上應(yīng)當(dāng)選用緩沖機(jī)構(gòu)，本次設(shè)計(jì)中，工作壓力為2.17MP，因此緩沖機(jī)構(gòu)從略。密封裝置選用 Yx 型密封圈，聚氨酯（ PU）和聚四氟乙烯（ PTFE）材料聯(lián)合使用，達(dá)到良好的密封效果。工作介質(zhì)的選用，因?yàn)楣ぷ髟诔叵拢赃x用普通的是油型液壓油即可。液壓缸的 裝配前必須對(duì)各零件仔細(xì)清洗 ； 要正確安裝各處的密封裝置 ： 安裝形密封圈時(shí)，要注意其安裝方向，避免因裝反而漏油 ， 其唇邊應(yīng)對(duì)著有壓力的油腔 。 此外， 因?yàn)槭?Yx形密封圈 ，所以 還要注意區(qū)分是軸用還是孔用，不要裝錯(cuò) ；由于 密封裝置與滑動(dòng)表面配合，裝配時(shí)應(yīng)涂以適量的液壓油 ； 螺紋聯(lián)接件擰緊時(shí)應(yīng)使用專用扳手，扭力矩應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)要求 ； 活塞與活塞桿裝配后，須設(shè)法測(cè)量其同軸度和在全長(zhǎng)上的直線度是否超差 ； 裝配完畢后活塞組件移動(dòng)時(shí)應(yīng)無阻滯感和阻力大小不勻等現(xiàn)象 ，液壓缸外形如圖 4.8。 圖 4.8 液壓缸 液壓缸技術(shù)要求：缸筒內(nèi)徑 D 采用 H7 級(jí)配合，表面粗糙度aR為 0.16，需要進(jìn)行研磨；熱處理：調(diào)制， HB 240；缸筒內(nèi)徑 D 的圓度、錐度、圓柱度不大于內(nèi)徑公差之半；剛通直線度不大于 0.03mm；油口的孔口及排氣口必須有倒角，不能有飛邊、毛刺；在缸內(nèi)表面鍍鉻，外表面刷防腐油漆。 5 結(jié)論 27 5 結(jié)論 本次設(shè)計(jì)是針對(duì)電弧爐的爐渣門提升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)要求滿足實(shí)際工作需要，即實(shí)現(xiàn)電弧爐爐渣門的升降，并且能夠響應(yīng)迅速，安全可靠，滿足在任何時(shí)候想要打開爐門都能安全打開。內(nèi)容涉及到冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、提升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，要求能在實(shí)際工作中發(fā)揮它的作用，滿足實(shí)際的工作需要。本設(shè)計(jì)選用密排管 式水冷，采用單側(cè)布置液壓缸，采用圓環(huán)鏈條傳動(dòng)。由液壓缸的活塞桿推動(dòng)小鏈輪，從而帶動(dòng)鏈條，鏈條繞過鏈輪拉動(dòng)爐門的同時(shí)，帶動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，鏈輪通過鍵的傳動(dòng)帶動(dòng)傳動(dòng)軸傳動(dòng)，然后又通過鍵將動(dòng)力傳給另一端的鏈輪，然后拉動(dòng)爐門，從而實(shí)現(xiàn)爐門的平穩(wěn)提升。在經(jīng)過檢驗(yàn)，校核后，各部件能滿足工作要求，傳動(dòng)過程及操作方式滿足工作要求，所以本設(shè)計(jì)滿足設(shè)計(jì)要求。 參考文獻(xiàn) 28 參考文獻(xiàn) 1 中國(guó)金屬學(xué)會(huì) .2001 年全國(guó)鋼鐵企業(yè)焦化、煉鐵、煉鋼技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)覽 J. 中國(guó)金屬學(xué)會(huì)， 2002.22（ 2） 4-4. 2 李峰，劉潤(rùn)藻，李 士琦 .爐煉鋼技術(shù)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) J.2003,9.(6)85-86. 3 邢守渭 .煉鋼電爐用耐火材料 .冶金部洛陽襯火材料研究院 J.工業(yè)加熱1997,(3):2-3. 4 電弧爐用耐火材料同步壽命技術(shù)開發(fā) J. 李純 .遼寧科技大學(xué)材料學(xué)院 . 高東善 . 鞍山申嘉新技術(shù)開發(fā)有限公司 .任利華，李寶生，宋恩余 .鞍鋼重型機(jī)械有限責(zé)任公司 :1-1. 5 Development of a Decarburization and Slag Formation Model for the Electric Arc FurnaceJ.Hiroyuki MATSUURA,1 Christopher P. 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