電弧爐渣門機構設計(畢業(yè)論文+全套CAD圖紙)(答辯通過)

下載文檔 就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學習好資料，畢設專用，答辯優(yōu)秀 本科畢業(yè)設計 (論文 ) 題目 ： 電弧爐渣門機構設計 系 別 ： 機電信息系 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班 級： 學 生： 學 號： 指導教師： 2013 年 5 月 電弧爐渣門機構設計 摘 要 本次設計，主要是針對電弧爐可升降的渣門的結構設計、冷卻系統(tǒng)的設計、以及爐渣門的提升 機構的設計。其中，爐渣門的結構設計包括：爐門材料的選擇，爐門外形結構設計。冷卻系統(tǒng)的設計包括：冷卻方式的選擇，材料的選擇，以及設計爐門的計算。爐渣門的提升機構設計包括：提升的方式，傳動方式，傳動系統(tǒng)的布置，動力源裝置，以及傳動系統(tǒng)各部件的校核。電弧爐渣門提升機構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，而且反應迅速。 關鍵詞： 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 主要符號表 A 截面面積 K 安全系數(shù) Dm 外徑 d 內徑 對無縫鋼管系數(shù)取 C 管壁厚度附加值 工作溫度下管材許用應力 b缸底材料抗拉強度（ Pa） S 為管壁厚度 P 為管內介質壓力 Ps 缸內額定壓強 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 國內外發(fā)展的概況及研究意義 . 1 1.2.1 國內外發(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 方案設計 . 3 1.3.3 論文主要內容 . 3 2 爐渣門冷卻系統(tǒng)設計 . 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 冷卻水量的計算 . 7 3 電弧爐渣門結構設計 . 8 3.1 電爐渣門結構設計 . 8 3.2 電爐渣門的材料選型及經(jīng)濟性分析 . 9 4 爐渣門提升機構設計 . 11 4.1 提升負載的計算 . 11 4.1.1 爐門的質量計算及分析 . 11 4.1.2 冷卻水重量的計算 . 11 4.1.3 爐門總重量的計算 . 11 4.2 爐渣門提升機構設計 . 12 4.2.1 提升機構的基本要求 . 12 4.2.2 提升方案比較及選擇 . 12 4.2.3 提升機構鏈輪設計 . 13 4.2.4 提升機構鏈條設計 . 17 4.2.5 提升機構傳動軸設計 . 17 V 4.2.6 提升機構液壓系統(tǒng)設計 . 20 5 結論 . 27 參考文獻 . 28 致 謝 . 30 畢業(yè)設計（論文）知識產(chǎn)權聲明 . 31 畢業(yè)設計（論文）獨創(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流程煉鋼工藝大幅減少，同時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、科學發(fā)展和低碳經(jīng)濟發(fā)展的要求。全球電弧爐鋼產(chǎn)量呈不斷上升的趨勢很大一部分也是得益于電弧爐煉鋼技術和裝備技術的不斷創(chuàng)新和進步。現(xiàn)代工業(yè)化煉鋼方法以高的生產(chǎn)率、優(yōu)良的質量和低廉的成本 ,幫助鋼鐵產(chǎn)品成為社會最廣泛使用的金屬材料。本題目來自工程實際，具有很高的實用價值，涉及到機械、流體力學、熱學和液壓設計方面的知識 ，學生通過本畢業(yè)設計，能夠將大學中學到的機械、電子、液壓設計方面的知識很好的用到實際工程中，培養(yǎng)學生進行實際工程設計的技能。 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 國內外發(fā)展的概況及研究意義 1.2.1 國內外發(fā)展的概況 電弧爐的渣門作用有出渣、觀察、搗料、補爐等。渣門要求能開啟和閉合，渣門機構由渣門本體、提升機構組成，渣門本體要求通水冷卻，是電弧爐的重要組成部分。我國對于電弧爐的研究起步較晚 20 世紀 60 年代以前 ,我國只能仿照 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 ,自主設計并制造了我國第一臺全液壓傳動爐蓋旋開式頂裝料 30t 電弧爐，結束了仿制的歷史。 80 年代，隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展 ,我國電弧爐數(shù)量增加極快 ,但大多數(shù)是技術經(jīng)濟指標落后的小爐子。 1992 年 ， 平均電弧爐容量 4.6t/臺。 我國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 90年代起 ,我國相繼建設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 ,我國在自主創(chuàng)新開發(fā)具有中國特色的現(xiàn)代電弧爐煉鋼技術方面取得了豐富的成果。據(jù)統(tǒng)計 1,為 了提高鋼的質量 ,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構的改進。早期的的冷卻方式主要是使用耐高溫材料，我國中小型電爐、爐頂使用高鋁燒成磚和不燒磚。局部使用高鋁質或剛玉質不定形耐火材料；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、檢測爐內狀態(tài)和鋼水溫度的地方。鋼渣物理滲透和化學侵蝕、氧化、熱震是造成損毀的主要原因 4。因此，對爐門的維護有很大不便，而且維修費事費力，造成很多經(jīng)濟損失。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 在法國建立了第一座工業(yè)用電弧爐。 1909 年在美國建成了一座 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，在德國制造成功了爐蓋移動式電弧爐，首次實現(xiàn)電弧爐爐頂加料。 1964 年 ,美國 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)量增長在過去幾十年 不斷增長 。許多國家 投入到 生產(chǎn)更高價值 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是至關重要的性能 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，應用高功率電弧爐引起的問題導致的電流引線與有害影響供電網(wǎng)絡。這限制了應用直流電弧爐 ， 應用直流導致解決電特性的爐和方式的改進弧 ， 要求在不同時 期制定弧。在其研究基礎上，結合當前概念開發(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度有著直接的關系。而電弧弧長在冶煉過程中又經(jīng)常發(fā)生變化。所以必須對電弧弧長進行控制 ,以保證電弧功率的穩(wěn)定，從而達到縮短冶煉時間，降低噸鋼電耗的目的。所以，電弧爐渣門就需要不定時開啟閉合。所以電弧爐渣門是電弧爐不可缺少的一部分，電弧爐渣門機構設計關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 大致在門的整個寬度上延伸的氣簾以在門關閉或部分打開期間 密封門的底部的裝置，所述用于形成氣簾的裝置包括一個連到 壓縮氣源裝置和設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。 對電弧爐渣門進行深入研究，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)驗和技術，從而進一步改進電弧爐渣門的結構，提高電弧爐在工作時的穩(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能量很集中，弧區(qū)溫度在 3000 以上。對于熔煉金屬，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，爐溫容易控制，設備占地面積小，適于優(yōu)質合金鋼的熔煉。 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，電弧爐渣門的設計合理性，對電弧爐的生產(chǎn)有著至關重要的影響。因此，提出電弧爐渣門機構設計是十分必要 的。 本論文是電弧爐渣門機構設計，主要工作內容包括 :電弧爐渣門的本體和提升機構的設計；冷卻系統(tǒng)的設計及其冷卻水量的相關計算；以及電弧爐爐渣門機構各部件的校核等內容。 1.3.2 方案設計 本設計主要分為四部分，現(xiàn)各部分方案有：冷卻系統(tǒng)的方案有兩種， 構提升機構方案有兩種，液壓缸的布置方案有兩種， 液壓回路的設計方案兩種。對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 論文主要內容 隨著科技的發(fā)展，電弧爐煉鋼技術不斷提高，電弧爐的設計在不斷改進，電弧爐門的設計也在不斷改善。所以要總結前人的設計經(jīng)驗來完成自己的設計。論文主要內容包括以下幾個方面。第一， 電弧爐的本體設計，包括爐門的結構及材料的選擇。電弧爐渣門的結構和材料的選擇關系到電弧爐渣門的使用壽命及操作的靈敏程度，提升機構的設計決定了電弧爐渣門升降操作的方便程度。第二，冷卻系統(tǒng)的設計與電弧爐渣門的操作息息相關，合理的冷卻效率才能滿足對爐門的操作，而冷卻水量的計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際工作需要，所以，要對電弧爐渣門的各部件進行校核。（論文） 4 2 爐渣門冷卻系統(tǒng)設計 2.1 冷卻的方式 常用的對爐門的保護有兩種方式，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)常運動，會受到損毀，因此會造成很多不便，甚至造成重大損失，這會嚴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 組成一個冷卻系統(tǒng)，通過水泵使冷卻液再管道里流動，同時和水箱構成一個循環(huán)系統(tǒng)，從而帶走熱量達到循環(huán)冷卻的目的。采用水冷可以大大 提高冷卻效率，縮短冷卻時間，提高生產(chǎn)效率。因此再本次設計中采用水冷。 水冷爐渣門的發(fā)展經(jīng)歷了從局部水冷護渣門， (護墻熱點區(qū) )到全水冷爐門的過程。結構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)形框架和加強筋所組成。此環(huán)管既作為進、出水的干線管道，又起到護殼框架的結構件作用。護殼與爐底之間為螺栓活接。 水冷的優(yōu)點： (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 時間； (4)大大減少耐材消耗； (5)大大減少熱停工時間； (6)采用最佳弧長操作提高功率因素； (7)利用冷卻水溫度信號協(xié)助過程控制缺點； (1)需要進行專門的加工制作； (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)質鋼板采用埋弧焊焊接。焊接后進行超聲波探傷和13 個大氣壓的高壓水 壓力試驗。 密排管式水冷塊比焊接箱式水冷塊的優(yōu)點： (1)水的流動狀況好，不會產(chǎn)生“死角”； (2)不容易產(chǎn)生氣泡 ,因此無局部過熱； (3)耐高壓，結構較輕巧，并為用熱水冷卻提供條件； (4)耐熱應力性能好因此，結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，考慮實際工作中的經(jīng)濟性，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 ,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，并補充新水。一臺 30 萬 KW 冷凝機組，循環(huán)冷卻水量要達到 3.3 萬噸 /時左右，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，同時需補充的新水等于排水及蒸發(fā)損失等，補充水量大約為循環(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，在運行中必須要排出一定量的濃水和補充 一定量的新水 ， 使冷卻水中的含鹽量、 PH 值、有機物濃度、懸浮物含量控制在一個合理的允許范圍。 冷卻水在系統(tǒng)中不斷循環(huán)重復使用，由于各種無機離子、有機物質、水不溶物等，不斷隨補充水及冷卻塔洗滌進入，隨水溫的升高（冷卻），水份不斷蒸發(fā)濃縮，以及設備結構和材料等多種因素的綜合作用，使循環(huán)水系統(tǒng)在短時間內會出現(xiàn)：嚴重的沉積物（水垢）附著、設備腐蝕（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。它們會威脅和破壞工廠設備長周期地安全生產(chǎn)，甚至造成較大的經(jīng)濟損失。 主要表現(xiàn)為：（ 1） 水冷換熱器傳熱效率快速降低（換熱管壁結水垢）； （ 2）換熱管內循環(huán)水流量減少（甚至逐漸堵塞換熱管）；（ 3）設備加速腐蝕設備加（主要表現(xiàn)為垢下腐蝕）；（ 4）設備的使用壽命成倍縮短；（ 5）增加生產(chǎn)運行成本。 循環(huán)冷卻水的處理可以歸結為以下四個方面：增設旁濾裝置，旁濾流量一般為循環(huán)水量的 1%-5%，過濾去除懸浮物質 ，以 去除懸浮物 ； 軟化除鹽或投加阻垢劑控制結垢 ； 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，社會的可持續(xù)發(fā)展及其涉及的生態(tài)、環(huán)境、資源、經(jīng)濟等方面都成為國際和社會關注的焦點，被提高到發(fā)展戰(zhàn)略的高度。人類已認識到在促進經(jīng)濟發(fā)展的同時，必須充分考慮自然資源的長期供給能力和生態(tài)環(huán)境的長期承受能力，因此廣泛應用環(huán)境無害技術和清潔生產(chǎn)方式，實現(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，從而減少對環(huán)境的污染，實現(xiàn)綠色環(huán)保。 這一結構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 度的進水管和一塊襯板 (起加強件作用 )。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、內部無焊縫等優(yōu)點。 冷卻管選擇耐熱鋼材料。根據(jù)要求水壓為 0.6Mpa，計算出管壁內徑為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， 冷卻水進水口 35 ， 出水口水的溫度為 55 。 根據(jù)： 標準 GB3087-中國國家標準 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： 10、 20。 根據(jù)： 標準 GB5310-中國國家標準 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： 20G、 20MnG、 15MoG、 15CrMoG、 12Cr2MoG、12Cr1MoV 等 。 水冷壁管是電電爐的主設備之一， 20G 以其良好的力學性能和耐腐蝕等特點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： 抗拉強度 (Mpa) 410 550 ， 屈服強度 (Mpa) 245。 爐門材料選擇 Q235B， Q235B 有一定的伸長率、強度，良好的韌性和鑄造性，易于沖壓和焊接，廣泛用于一般機械零件的制造。主要用于建筑、橋梁工程上質量要求較高的焊接結構件 ， 材質是 Q235B 的鋼材的機械性能要遠遠優(yōu)于材質是 Q235A 的鋼材 。（論文） 7 冷卻管經(jīng)過焊接，成為密排結構，焊條選擇 E4303， J422 焊條是普通叫法，對應國際標準牌號 E4303。它是一種酸性焊條，藥皮鈦鈣型， J 表示結構鋼焊條，42 是 42kg/mm 2 焊縫金屬的抗拉強度，熔金抗拉強度不低于 420MPa。主要用途 :用于焊接較重要的低碳鋼結構和強度等級低的低合金鋼，一般用于焊接鋼結構和普通碳鋼管道的焊接 焊縫質量等級級，參見附錄 2。 2.4 冷卻水量的計算 根據(jù)煉鋼電弧爐管式水冷系統(tǒng)的設計與應用 冷卻水流量是指每個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。每臺爐子的爐殼內徑、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 設計為 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, 本設計取 20m3/h，冷卻水的流速一般小于 3m/s，取 1m/s。根據(jù)機械工程手冊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 厚的計算： S =2PD+ C （ 2.2） S 為管壁厚度 ； P 為管內介質壓力； D 管子外徑； 一工作溫度下管材許用應力； -對無縫鋼管系數(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； 得內徑 d=82.5-8 2=66.5mm，圓整后取 67mm。 3 電弧爐渣門結構設計 8 3 電弧爐渣門結構設計 3.1 電爐渣門結構設計 爐渣門的結構分為兩部分，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)，設計爐門與電弧爐主體之間的相對運動為滑動，電弧爐爐體設計滑動軌道即滑動槽，而電弧爐渣門兩側設計滑動板，構成滑動副。電弧爐渣門兩側的滑動板尺寸為 975mm 62mm。 3.2 電爐渣門 的材料選型及經(jīng)濟性分析 爐門材料的選擇要滿足的需要有： 在工作溫度下，應有足夠的強度、合理的強韌性配合及組織性質穩(wěn)定性 ， 可使構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期安全運行；良好的冷、熱加工性能，其中特別是良好的焊接性能；高壓鍋爐鋼應是優(yōu)質鋼或特殊質量鋼，為電爐或純權頂吹轉爐冶煉，鎮(zhèn)靜鋼，在冶煉時除用優(yōu)質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，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 。爐門支撐結構為鋼板件焊接而成。因此 對材料的焊接性能、強度都有較高的要求，所以對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，強度、塑性和焊接等性能得到較好配合，用途最廣泛 ，經(jīng)濟性較好 。 所以，爐門的支撐結構的材料選擇 Q235。 爐門支撐結構加工工藝為焊接，所以在焊接后存在焊接殘余應力，所以要對爐門進行熱處理，以消除焊接殘余應力。在較高的溫度下進行退火熱處理時， 材料的屈服強度隨著溫度的升高而降低， 而材料內部的焊接殘余拉應力一個重要的特點是與材料本身屈服強度存在著一個平衡， 因此屈服強度的降低導致與殘余拉應力的平衡被打破， 此時材料內部的焊接殘余應力隨之下降， 下降程度取決于屈服強度的變化， 理論上是加熱溫度越高，殘余應力降低的越多。且在高溫下殘余應力下降速度較快。當焊縫的應力峰值已降到材料在給定溫度下的屈服強度水平后，應力下降速度減緩，隨后是蠕變引起應力松弛過程。蠕變在高溫時也起作用，但在本試驗條件下由于時間較短其作用遠小于高溫引起的材料屈服強度的降低，即較高溫度退火消除焊接殘余應力時，材料屈服強度隨溫度升高而降低 9。 在完成電弧爐渣門基本結構設計，及冷卻管的設計后，要對爐門整體包括爐門支撐結構和冷卻管進行檢測。因為冷卻 管是通過焊接而成，冷卻管里內通過循環(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 金屬內部的缺陷，會對爐門造成很大的影響。若處理不好這些缺陷，將會造成電弧爐渣門的壽命大大減少，甚至會引發(fā)安全事故。對金屬進行無損探傷，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，對被檢驗部件的表面和內部質量進行檢查的一種測試手段。無損探傷檢測是利用物質的聲、光、磁和電等特性，在不損害或不影響被檢測對象使用性能的前提下，檢測被檢對象中是否存在缺陷或不均勻性，給出缺陷大小，位置，性質 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 改進制造工藝；降低制造成本；提高產(chǎn)品的可靠性；保證設備的安全運行。 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量 ； 內腔檢查。檢查表面裂紋、起皮、拉線、劃痕、凹坑、凸起、斑點、腐蝕等缺陷 ； 狀態(tài)檢查。當某些產(chǎn)品 (如蝸輪泵、發(fā)動機等 )工作后，按技術要求規(guī)定的項目進行內窺檢測 ； 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條件的要 求 ；是否存在裝配缺陷 ； 多余物檢查。檢查產(chǎn)品內腔殘余內屑，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 ： 操作簡單 ,不需要復雜設備 ,費用低廉，缺陷顯示直觀 ； 具有相當高的靈敏度 ,能發(fā)現(xiàn)寬度 1 微米以下的缺陷。這種方法由于檢驗對象不受材料組織結構和化學成分的限制 ； 滲透探傷廣泛應用于黑色和有色金屬鍛件、鑄件、焊接件、機加工件以及陶瓷、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)濟性要求選擇磁粉無損探傷。 磁粉探傷是用來檢測鐵磁性 材料表面和近表面缺陷的一種檢測方法。當工件磁化時，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，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 爐渣門提升機構設計 11 4 爐渣門提升機構設計 4.1 提升負載的計算 4.1.1 爐門的 質量計算 及分析 布滿整個爐門，鋼管排布間距 20mm。質量計算，通過 UG 軟件，測得電弧爐爐渣門（不包括冷卻管）的體積為 V1 =24239157mm3 ， 20g 鋼材料密度 =7.85g/cm3 。 質量 M1 =24239157 10-3 7.85=190276.15g=190.28kg。 冷卻管質量計算（通過 UG 測得冷卻管長度為 18670 mm）： 體積計算： 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 冷卻水重量的計算 爐門冷卻水的質量，是指爐門冷卻系統(tǒng)在正常工作時，即滿足冷卻要求時爐門冷卻管內充滿水時，水的總重量。 充滿水時水的 質量 計算： 冷卻管內徑為 67mm，通過軟件 UG 測得冷卻管長度為 18670mm； 充滿水 時水的體積 V3=3.14 672 18670 0.001=263162.2cm3 ； 充滿水時水的質量 M3= V3 1=263162.2g=263.162kg。 4.1.3 爐門總重量的計算 爐渣門（不包括冷卻管）的質量 M1=190.28kg； 冷卻管的質量： M2=1251kg； 水的質量： M3=263.162kg； 則爐門總質量為： M1+M2+M3=190.28+1251+263.16=1704.4kg （論文） 12 4.2 爐渣門提升機構設計 4.2.1 提升機構的基本要求 爐渣門的提升機構不僅要滿足結構上的合理性，還要滿足實際工作中的安全可靠，加熱爐爐門提升機構除應保證爐門能平穩(wěn)地升降而且要反應迅速滿足操作的方便靈敏性，還要適應高溫的工作環(huán)境，而且還要滿足經(jīng)濟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，當油缸回油時，爐門便在自重作用下自動下降。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力結構可分為電動式和液壓式。 電動式提升機構是由異步電機提供動力，以鋼絲 繩提升輪方式。經(jīng)綜合分析本文選用第二種方案，即整個爐門機構由爐門、支承架、電動卷揚機、提升輪、支承座及傳動軸和牽引鋼絲繩等組成，爐門與提升輪及卷揚機分別用鋼絲繩鏈接，是一個簡化了二卷筒結構 10。這種結構形式其使用性、通用性和經(jīng)濟性較好，結構穩(wěn)定 ,被廣泛使用 11。 液壓提升機構，使用液壓缸或氣壓缸為動力，拉動鏈條，鏈條繞過鏈輪，連接到爐門；鏈輪與軸連接，并帶動軸轉動，軸另一端也是一個鏈輪，鏈輪帶動鏈條運動，實現(xiàn)兩側同時拉動爐門，達到平穩(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構和液壓缸。 氣壓缸機構主要通過壓縮空氣使氣缸中的活塞動作 ,再由活塞桿通過拉動定滑輪上的爐門鏈子使爐門升降 13。 液壓缸是將液壓能轉變?yōu)闄C械能的、做直線往復運動（或擺動運動）的液壓執(zhí)行元件。它結構簡單、工作可靠。用它來實現(xiàn)往復運動時，可免去減速裝置，并且沒有傳 動間隙，運動平穩(wěn)， 液壓缸是液壓傳動系統(tǒng)中實現(xiàn)往復運動和小于 360回擺運動的液壓執(zhí)行元件。具有結構簡單，工作可靠，制造容易以及使用維護方便、低速穩(wěn)定性好等優(yōu)點。 因此在各種機械（論文） 13 的液壓系統(tǒng)中得到廣泛應用。 由于液壓傳動介質的流動性、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，使得液壓缸往復運動動態(tài)性能表現(xiàn)得比機械傳動復雜得多，極易出現(xiàn)振動、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，影響設備的穩(wěn)定運行 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) 氣壓缸內部澀 滯 、 潤滑不良或氣壓缸孔徑加工超差 、 氣壓泵或氣壓缸進入空氣 、 密封件質量與滑移或爬行 ，而這些問題都會 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。所以本設計選擇液壓缸，如圖 4.1。 圖 4.1液壓缸布置圖 4.2.3 提升機構鏈輪設計 電弧爐渣門提升過程中對傳動裝置的要求： （ 1） 要有較高的承載能力； （ 2）在具有較大的破斷負荷同時 , 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，而且對傳動的精度要求不嚴格，再考慮經(jīng)濟性，所以（論文） 14 選擇圓環(huán)鏈條配合鏈輪傳動 ,如圖 4.2。 圓環(huán)鏈的服役條件是： (1)承受拉力； (2)由脈動負荷產(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 鏈鏈輪的設計： 根據(jù)機械傳動設計手冊表 7-3-3 圓環(huán)鏈靜力拉伸試驗負荷和破斷負荷，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 有一定的伸長率、強度，良好的韌性和鑄造性，易于沖壓和焊接，廣泛用于一般機械零件的制造。主要用于建筑、橋梁工程上質量要求較高的焊接結構件 。根據(jù) 械傳動設計手冊表 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 1010403 8 5 22 =368mm； 齒廓圓弧中心坐標： 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 = 105.06498.01 4 4 08 1 0 0 ； =92.8mm； 實際齒廓圓弧半徑： 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，傳動過程選用動力來自液壓缸，液壓活塞桿的伸縮帶動電弧爐渣門的升降。當液壓缸的活塞桿伸出時，活塞桿