精煉爐鋼包設計
精煉爐鋼包設計,精煉爐,鋼包,設計
畢業(yè)設計（論文）中期報告
題目：精煉爐鋼包設計
1. 設計（論文）進展狀況
本設計已經(jīng)完成以下內容：
（1） 對于在開題答辯中，老師對我總設計草圖，開題報告中提出的相關問題，我修改了平面圖,剖面圖，并通過了指導老師的檢查；完善了開題報告的內容和格式。
（2） 根據(jù)結構布置的相關規(guī)定，規(guī)范和原則，完成了設計方案的布置，完成了總設計圖。
（3） 完成了各部分的計算。
2.1、 鋼包尺寸計算
(1)鋼包容納鋼水量。鋼包的容量應于轉爐的最大出鋼量相匹配，設鋼包的額定容量為。一般考慮應用10％的過裝余量，則鋼包內鋼水實際容量為
(2)鋼包內渣量。出鋼時一般將爐內熔渣全部或絕大部分隨鋼水水傾入鋼包。采用留渣出鋼操作者除外，但留渣出鋼操作時在鋼桶中要新加渣料熔融成新渣層覆蓋。渣量一般為金屬量的3～5％，設計時取較大比例為15％。即渣量為：
×15%＝0.15
(3)鋼包的容積。根據(jù)鋼包實際容納金屬液與熔渣量計算容積。鋼液比容取為0.14，熔渣比容取為0.28。因此，鋼與渣的總體積即鋼包容積應為：=0.14×1.1+0.28×0.15=0.20()，若采D/H＝1，錐度為15％，則鋼包下部內徑(鋼包內空間尺寸見圖1)：
=0.85
圖1 鋼包內空間尺寸
鋼包的容積按圓錐臺計算：
將，帶入上式得：
又因為鋼和渣體積為=0.20，故=0.20P
從而可得鋼包基本尺寸與容量的關系使如下:
； ；
上面三個計算式是根據(jù)內襯厚度上下一致的情況下推出的。各部設計過程參考（《鋼鐵廠設計》下冊，李傳薪主編P128-129）從而得到各部分參數(shù)如圖2所示。
圖2 鋼包各部分尺寸
1)
2)
3)
4)
5)
6)
說明：
(1)盛鋼桶磚襯厚度。盛鋼桶磚襯包含保溫層(外層)與耐火工作層(外層)，一
般砌筑總厚度100～250mm。工作層砌磚有多種型式，陳列入標準的盛鋼桶襯磚磚型外，可針對專用盛鋼桶依據(jù)其錐度、直徑、高度等參數(shù)設計專用襯磚，則砌筑工作更為方便順利，砌筑質量也較高。
鋼桶桶壁厚度約等于＝0.07D ；：包壁厚度（上下一致），mm
D：鋼包上部內徑mm
:鋼包底襯厚度，mm（=0.10D）
：鋼包殼壁厚，mm (=0.01D)
：鋼包殼底厚，mm =0.012D)
磚襯部分加厚則須加以擴大修正，亦即增大σ值方能保證實際容積為0.20P
表示為: K×=0.20P 。K為093～0.96的一個系數(shù)。意義是磚襯部分加厚使容積減小了4～7％，為彌補容積之不足故在式中乘以系數(shù)K并得下部內徑
（一般為30～60mm，取為45mm）。
1. 存在問題及解決措施
存在的問題： 再本設計里涉及到了許多材料的選擇，雖然之前接觸過，但在綜合考慮結構和經(jīng)濟等方面還有所欠缺。我會認真的參考資料積極地和同學討論，向老師請教。還有軟件畫圖存在問題不能完全按照計算結果畫出相一致的圖。
解決措施：繼續(xù)完善設計，從圖中改進，優(yōu)化設計，以求更加準確。
3．后期工作安排
對鋼包進行優(yōu)化設計改造，改進中期設計中存在的缺點，比如鋼包重量過大，液壓的選擇和傳動的計算不夠精確等等缺陷。
第5-8周(2014.2.23.2014.3.19)初步完成鋼包的設計，和外文翻譯；準備中期檢查報告，并進行中期答辯。
第9-15周(2014.3.20-2014.5.12)完成鋼包的總體設計，完成裝配圖及零件圖；并撰寫畢業(yè)論文，準備畢業(yè)答辯。
第16-18周(2014.5.13-2014.5.30)完善畢業(yè)論文，上交歸檔。
指導教師簽字：
年 月 日
畢業(yè)設計(論文)開題報告
題目：精煉爐鋼包設計
1. 畢業(yè)設計（論文）綜述（題目背景、研究意義及國內外相關研究情況）
1.1 題目背景、研究意義
爐外精煉技術由于其具有提高鋼質量、加快產量、降低成本、改善勞動條件和生產環(huán)境條件等優(yōu)點日益成為全世界鋼鐵行業(yè)的新寵。鋼包精煉爐以其冶金效果好、具有設備費用低、易于操作等特點而成為爐外精煉技術有代表性的設備,正得到普遍應用。
鋼鐵是國民經(jīng)濟的中流破柱,是國家生存和發(fā)展的物質保障。鋼鐵工業(yè)在國民經(jīng)濟
的發(fā)展過程中,起著舉足輕重的作用,是國民經(jīng)濟水平和綜合國力的重要標志。我國是
發(fā)展中國家,正大力發(fā)展其國民經(jīng)濟,這使得我國對鋼鐵材料的需求量增大。同時我國
也是鋼鐵產量世界第一的鋼鐵大國,在國民經(jīng)濟高速發(fā)展的今天,社會對鋼材尤其是高質量鋼材的需求不斷加大,這就需要我們?yōu)殇撹F強國的偉大目標努力奮斗。在一段時期之內,鋼鐵工業(yè)仍將是我國經(jīng)濟的支柱之一。
20世紀以來,鋼鐵產品被廣泛地應用在建筑、機械、汽車、船舶、石油和運輸?shù)雀鱾€行業(yè)中。因此,鋼鐵一直是國民經(jīng)濟的基礎工業(yè)之一?，F(xiàn)如今,雖然出現(xiàn)了許多新材料,例如陶瓷、塑料、高分子復合材料等等,這些新材料由于自身的一些特點在一定程度上取代了鋼材,但是鋼材具有其它材料不可比擬的綜合性能。同時,與其它材料相比,鋼材價格波動趨勢相對較小。所以,鋼鐵材料仍是當代最主要的材料之一。
隨著市場經(jīng)濟的持續(xù)高速發(fā)展,使得企業(yè)的規(guī)模和產量越來越大,鋼鐵工業(yè)也通過加快結構優(yōu)化與調整,不斷提高滿足國民經(jīng)濟對鋼材產量、品種、質量、成本等全面要求的能力。但是,隨之而來的市場競爭又使各企業(yè)面臨著生產規(guī)模、經(jīng)濟效益、產品質量和環(huán)境保護等方面的嚴峻挑戰(zhàn)。企業(yè)要想立于不敗之地,必須提高自身的競爭能力,提高生產效率、降低成本、降低能源消耗和原材料消耗、減輕對環(huán)境的污染和改進產品質量,以適應快速多變的市場需求。
近20多年來,由于人類社會的飛速發(fā)展對鋼材尤其是優(yōu)質鋼材、特殊鋼材的需求越來越大,而隨著科學技術的發(fā)展,鋼材的冶煉技術也發(fā)生了質的變化。煉鋼爐的容量不斷擴大,超高功率電爐普遍應用于生產,連續(xù)鑄鋼技術也円臻完善。因此,煉鋼的方法也發(fā)生了巨大的變化,由原始的一步煉鋼法發(fā)展成為二步煉鋼法即爐內初煉、爐外精煉。爐外精煉技術由于其具有提高鋼質量、加快產量、降低成本、改善勞動條件、改善生產環(huán)境條件等等優(yōu)點已日益成為全世界鋼鐵行業(yè)的新寵,發(fā)展極其迅速。全世界各大鋼鐵企業(yè)紛紛加大了對鋼水爐外精煉的研究力度,研制了多種鋼水爐外精煉的設備,尤其是提出了各種各樣的理論和控制方法,并已創(chuàng)造了極其可觀的經(jīng)濟效益。
1.2國內外發(fā)展趨勢
在近十多年以來，我國冶金工業(yè)在強調發(fā)展連續(xù)鑄錠方面有飛速的進展，在國家?“八五”，“九五”發(fā)展規(guī)劃的推動下，我國鋼液連鑄比每年都以5?~?6個百分點迅速提高，到?2002年，我國鋼液連鑄比已達94%以上，可以稱為連鑄強國。但是要從冶金技術整體水平比較，我國在鋼液的純凈度和成品內在性能方面尚有不足，尤其是在特殊用鋼生產方面?更為突出。由此可以理解我們還需要在提高鋼液精煉比方面和生產特殊用途鋼的精煉技術方面進一步提高。說到我國的鋼液精煉比，沒有確切的統(tǒng)計數(shù)字，從我國目前擁有的具有加熱升溫功能的爐外精煉設備，估計精煉能力只占總粗鋼的20.?~?30%。并且有些大中型鋼包精煉爐?只是在近二三年中，藉于各大型鋼鐵企業(yè)執(zhí)行國家要求消滅平爐以及配合轉爐或電弧爐?生產而建立的，因此要求正常投入使用和理順生產節(jié)奏，真正發(fā)揮精煉作用還需要一段磨?合期。縱上所述，我國的精煉比要取得與連鑄比同樣的業(yè)績，還需作較大的努力和足夠的重?視，尤其是在精煉爐的工藝功能方面有待進一步認識它的優(yōu)點，因為目前仍有一些鋼廠，?把鋼包爐當做解決低溫鋼來使用，或者當做調節(jié)生產節(jié)奏的目的來使用。
2.本課題研究的主要內容和擬采用的研究方案、研究方法或措施
2.1 本課題研究的主要內容
本題目的主要內容為精煉爐鋼包設計，包括鋼包包體、滑動水口、吹氬口等。
2.2 本課題研究的研究方案
（1）本課題對現(xiàn)有鋼包精煉爐進行改進，重點解決現(xiàn)有鋼包精煉爐的缺陷。（2）根據(jù)鋼包精煉爐的材料性質，確定工藝材料的選擇（3）通過對已有的鋼包精煉爐的結構進行改進，主要改善對鋼包包蓋的提升件的結構進行改善
2.3 本課題研究的研究方法或措施
首先查找資料，咨詢老師，請教相關專業(yè)同學進行必要的分析計算，考慮現(xiàn)實情況進行必要的調查了解，然后草繪圖紙確定尺寸。最后建立三維立體模型、進行結構設計分析，確定出最優(yōu)設計方案。
2.4前期已開展工作。
周 次 工作方案及進度計劃
第1-3周 查閱資料，了解工作原理及特點，完成基礎知識的積累并撰寫開題報告
第4-6周 方案論證，深化方案具體實施步驟
第7-10周 鋼包車的具體方案設計，圖紙繪制，準備中期答辯。
第11-15周 撰寫畢業(yè)論文，論文修改，準備畢業(yè)答辯
指導教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見）
指導教師： 年 月 日
所在系審查意見：
系主管領導： 年 月 日
參考文獻
1.王成喜.我國大中型電爐煉鋼技術現(xiàn)狀調研和分析研究[D],北京:北京科技大學,2002: 3-4.
2.李中金,劉芳,王承寬.我國鋼水二次精煉技術的發(fā)展[J],特殊鋼,2002,23(3):10-14.
3.魏衡江.鋼水二次精煉自動化概況[J],冶金自動化,1995, 2(3): 5-9.
4.馬竹梧,鄒立功,孫彥廣.鋼鐵工業(yè)自動化[J],煉鋼卷,2000, 10(14): 259-261.
5.陳偉慶.美國的煉鋼技術現(xiàn)狀[J],鋼鐵,2000, 35(6): 66-69.
6.虞明全.德國電弧爐煉鋼的最新進展[J],工業(yè)加熱,1999,23(2): 13-16.
7.李里,周瑞和,薛念福.攀鋼連鑄鋼包熱循環(huán)的現(xiàn)狀與分析[J],鋼鐵釩欽,2002,23(1):6-11.
8.倪滿森.降低出鋼溫度實現(xiàn)低過熱度連鑄[J],煉鋼,1999, 15(5): 10-13.
9.李士琦,李偉立,劉任剛.現(xiàn)代電弧爐煉鋼[M],北京:原子能出版社,1995, 67-75.
10.李中祥譯.煉鋼電弧爐設備與高效益運行[M],北京:冶金工業(yè)出版社,2001,17-40.
11.員衛(wèi)國.煉鋼電弧爐電極升降微機控制的回顧和總結[J],工業(yè)加熱,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.馬廷溫,王平.跨世紀的電弧爐煉鋼技術[J],特殊鋼,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,孫社成,陳建斌.電弧爐煉鋼工藝與設備(第二版)[M],北京:冶金工業(yè)出版
社’ 2001, 46-60.
16.姚一清等譯.三相電弧爐的電氣設備[M],北京:冶金工業(yè)出版社,1958,55-65.
17.馬廷溫.電弧爐煉鋼學[M],北京:冶金工業(yè)出版社,1990, 89-95.
18.劉小河,程少庚,蘇文成.三相電弧爐電氣系統(tǒng)的模型探討[J],西安理工大學學報,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,武駿,李士埼.交流電弧爐的工作電抗模型與電氣運行合理化[?!],煉鋼,1999,15(6): 40-43.
本科畢業(yè)設計（論文）
題目：精煉爐鋼包設計
精煉爐鋼包設計
摘 要
鋼包是爐外精煉的主要設備之一。精煉爐鋼包主要功能：使鋼液升溫和保溫功能。初期對鋼包進行了初步計算，確定鋼包的尺寸，根據(jù)老師給的圖讀懂圖并進行完善，中期根據(jù)任務說明進行滑動水口和吹氬口的設計，后期根據(jù)前期的資源進行論文撰寫，修改格式，完善圖紙，爭取完成好這次畢業(yè)設計。
關鍵詞：鋼包；液壓；滑動水口
Refining Furnace Ladle Design
Abstract
Ladle 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 錄
1 緒論 1
1.1精煉爐鋼包的簡介 1
1.2精煉爐鋼包的研究意義 2
1.3精煉爐鋼包的研究背景 3
1.4實施方案及主要研究手段 4
2 鋼包設計 5
2.1鋼包尺寸計算 5
2.2鋼包質量 8
2.3鋼包重心計算 9
3 鋼包結構設計 11
3.1鋼包包體設計 11
3.3鋼包耳軸的設計 12
3.3.1耳軸計算 12
4 鋼包滑動水口設計 14
4.1負載與運動分析 14
4.1.1計算工作負載 14
4.1.2摩擦及慣性負載 14
4.1.3工進速度 15
4.1.4各工況負載 15
4.1.5各工況時間 15
4.2確定液壓缸基本參數(shù) 15
4.2.1初選系統(tǒng)壓力 15
4.2.2計算液壓缸主要尺寸 15
4.3擬定液壓系統(tǒng)圖 16
4.3.1選擇基本回路 16
4.4液壓輔件的選擇 18
4.4.1選擇液壓泵及驅動電機 18
4.4.2控制閥的選擇 19
4.4.3蓄能器的選擇 19
4.4.4管道的選擇 20
4.5確定油箱容量 20
4.6過濾系統(tǒng)的設計 20
4.6.1過濾器的位置設置 20
4.6.2過濾器精度的選擇 20
4.6.3過濾器尺寸確定 21
4.7液壓油的選用 21
結論 22
參考文獻 23
致謝 24
I
1 緒論
1.1 精煉爐鋼包的簡介
精煉爐鋼包是用來對初煉爐（電弧爐、平爐、轉爐）所熔鋼水進行精煉，并且能調節(jié)鋼水溫度，工藝緩沖，滿足連鑄、連軋的重要冶金設備。鋼包爐是爐外精煉的主要設備之一。精煉爐鋼包主要功能：1、使鋼液升溫和保溫功能。鋼液通過電弧加熱獲得新的熱能，這不但能使鋼包精煉時可以補加合金和調整成分，也可以補加渣料，便于鋼液深脫硫和脫氧。而且連鑄要求的鋼液開澆溫度得到保證，有利干鑄坯質量的提高。2、氬氣攪拌功能。氬氣通過裝在鋼包底部的透氣磚向鋼液中吹氛，鋼液獲得一定的攪拌功能。3、真空脫氣功能。通過鋼包吊入真空罐后，采用蒸汽噴射泵進行真空脫氣，同時通過包底吹入氬氣攪動鋼液，可以去除鋼液中的氫含量和氮含量，并進一步降低氧含量和硫含量，最終獲得較高純凈度的鋼液和性能優(yōu)越的材質。鋼包精煉爐的應用對整個企業(yè)來看，至少可增加如下得益：加快生產節(jié)奏，提高整個冶金生產效率。應用領域：鋼包精煉爐被廣泛用于工業(yè)、鋼鐵、冶金等行業(yè)。
鋼包運載設備的任務是將鋼包運送到澆注位臵，供給中間包所必需的鋼水。生產上原來主要使用鑄錠天車吊著鋼水包進行澆注。這種方式在連鑄技術發(fā)展初期曾經(jīng)廣泛使用，因為那時連鑄機多裝在鑄錠跨內，只進行單爐澆注，利用已有的鑄錠天車，可以節(jié)省建設投資。但連鑄的時間一般比模鑄長，在吊澆時會妨礙其他天車的運行。為了解決這一問題，采用了在澆注平臺上設臵固定的鋼包支座進行澆鋼，但這種澆鋼形勢不利于實現(xiàn)全連鑄，生產效率低。經(jīng)過不斷的研究設計，為多爐連澆創(chuàng)造條件，現(xiàn)在普遍采用鋼包回轉臺。
鋼水在澆鑄過程中需要包括鋼包和鋼包回轉臺、中間包和中間包車等設備。鋼包盛著從煉鋼爐里煉好的鋼水，經(jīng)過精煉爐的精煉運到連鑄平臺上的鋼包回轉臺上。在這個過程中，承載著鋼水包的就是鋼包回轉臺。
鋼包回轉臺（即我們所說的大包旋轉臺）是現(xiàn)在連鑄中使用最普遍和最常見的承載鋼水包進行澆鋼的關鍵機械設備。經(jīng)常把它放在車間的鋼水接收跨和澆鋼跨銜接的地方。對于鋼包的旋轉半徑的設計就是在澆鋼時鋼水包的水口正好對準中間包上接鋼水的規(guī)定位臵。這時用鋼水接收跨一側的天車將鋼水包放在鋼包回轉臺上，經(jīng)過鋼包回轉臺的回轉，讓鋼水包停在中間包上方供給其鋼水。并經(jīng)中間被注入結晶，然后由垃矯機拉出所需的鑄坯。交完鋼的空包再通過回轉臺的回轉，再運回鋼水的接收跨。[1]
鋼包回轉臺的旋轉是定向的，占用連鑄澆鋼平臺的面積較小，容易定位，更易于遠距離的操作?；剞D臺的電器控制線路以及液壓管線都可以裝設在旋轉臺內，這樣比較可靠安全。但它的缺點是旋轉半徑有限，一個鋼包回轉臺只能為一臺連鑄機服務。由于鋼水包不在鑄錠天車中作范圍內，除了回轉臺沒有其他吊運設備代替。鋼包回轉臺的回轉是由回轉電機通過撥動轉輪機構帶動回轉臂來實現(xiàn)的，所以要求回轉臺的運轉有很高的可靠性，即使在停電的情況下也能借助于備用電源、液壓以及氣動設備進行正常工作。[3]
1.2 精煉爐鋼包的研究意義
爐外精煉技術由于其具有提高鋼質量、加快產量、降低成本、改善勞動條件和生產環(huán)境條件等優(yōu)點日益成為全世界鋼鐵行業(yè)的新寵。鋼包精煉爐以其冶金效果好、具有設備費用低、易于操作等特點而成為爐外精煉技術有代表性的設備,正得到普遍應用。
鋼包又稱鋼水包，用于煉鋼廠、鑄造廠在平爐、電爐或轉爐前承接鋼水、進行澆注作業(yè)。
鋼包烘烤是煉鋼生產工序中的主要環(huán)節(jié)之一，其目的是均勻地提高鋼包內襯的溫度水平，以減少鋼水澆注過程的熱損失和延長鋼包內襯的使用壽命。鋼包烘烤裝置的性能對轉爐出鋼溫度、煉鋼作業(yè)率、爐齡等都有很大影響。鋼包烘烤介于煉鋼和鑄鋼兩個工序之間，鋼包烘烤溫度的高低對協(xié)調整個生產有重要作用，對連鑄生產的意義更加重大。
鋼包是盛鋼水的容器，又是精煉設備的組成部分。鋼水在裝入鋼包后到澆注期間要損失大量的熱量，因為鋼水從出完鋼到澆注前都要在鋼包中鎮(zhèn)靜5～10min才進行澆注，這期間鋼水平均溫降速度：大于250t的鋼包為0.5～1.5℃/ min，100～200t的為1～2 ℃/ min，30t鋼包為2～2.5℃/ min。熱能損失大致分為三部分：第一部分為鋼水上表面的輻射熱損失，第二部分為鋼包外殼表面的綜合散熱損失，第三部分為鋼包內襯的蓄熱損失。其中以鋼包內襯的蓄熱損失為主。鋼水在鋼包中的熱損失比例大致是包襯蓄熱的45%～ 50%，包壁散熱的20%，鋼水上表面輻射的20%～30%。如果減少鋼包的熱損失，鋼水在鋼包中的溫降可以大大減少。對于90t的鋼包，包襯溫度由400℃提高到1200℃，鋼水總溫降可以減少25℃。鋼包蓄熱損失約占鋼水總熱損失的一半左右，如果不采用鋼包烘烤方法補償鋼水的熱能損失、保證鋼水的澆注溫度，勢必要提高鋼水的出鋼溫度，但這會帶來一系列的問題。首先，提高出鋼溫度就要增加冶煉時間，增加原材料(耐火材料)和動力能源消耗，提高噸鋼成本；其次，使爐襯侵蝕速度加快，縮短熔煉爐的檢修周期，降低爐齡，進而造成連鑄生產的波動和鑄坯的質量缺陷。因此，鋼包的烘烤對降低出鋼溫度，提高轉爐的壽命，增加鋼產量，降低原材料消耗，降低噸鋼成本，保證連鑄的順利進行具有重要的意義。
1.3 精煉爐鋼包的研究背景
爐外精煉技術由于其具有提高鋼質量、加快產量、降低成本、改善勞動條件和生產環(huán)境條件等優(yōu)點日益成為全世界鋼鐵行業(yè)的新寵。精煉爐鋼包以其冶金效果好、具有設備費用低、易于操作等特點而成為爐外精煉技術有代表性的設備,正得到普遍應用。鋼鐵是國民經(jīng)濟的中流破柱,是國家生存和發(fā)展的物質保障。鋼鐵工業(yè)在國民經(jīng)濟的發(fā)展過程中,起著舉足輕重的作用,是國民經(jīng)濟水平和綜合國力的重要標志。我國是發(fā)展中國家,正大力發(fā)展其國民經(jīng)濟,這使得我國對鋼鐵材料的需求量增大。同時我國也是鋼鐵產量世界第一的鋼鐵大國,在國民經(jīng)濟高速發(fā)展的今天,社會對鋼材尤其是高質量鋼材的需求不斷加大,這就需要我們?yōu)殇撹F強國的偉大目標努力奮斗。在一段時期之內,鋼鐵工業(yè)仍將是我國經(jīng)濟的支柱之一[4]。
20世紀以來,鋼鐵產品被廣泛地應用在建筑、機械、汽車、船舶、石油和運輸?shù)雀鱾€行業(yè)中。因此,鋼鐵一直是國民經(jīng)濟的基礎工業(yè)之一。現(xiàn)如今,雖然出現(xiàn)了許多新材料,例如陶瓷、塑料、高分子復合材料等等,這些新材料由于自身的一些特點在一定程度上取代了鋼材,但是鋼材具有其它材料不可比擬的綜合性能。同時,與其它材料相比,鋼材價格波動趨勢相對較小。所以,鋼鐵材料仍是當代最主要的材料之一[4]。
隨著市場經(jīng)濟的持續(xù)高速發(fā)展,使得企業(yè)的規(guī)模和產量越來越大,鋼鐵工業(yè)也通過加快結構優(yōu)化與調整,不斷提高滿足國民經(jīng)濟對鋼材產量、品種、質量、成本等全面要求的能力。但是,隨之而來的市場競爭又使各企業(yè)面臨著生產規(guī)模、經(jīng)濟效益、產品質量和環(huán)境保護等方面的嚴峻挑戰(zhàn)。企業(yè)要想立于不敗之地,必須提高自身的競爭能力,提高生產效率、降低成本、降低能源消耗和原材料消耗、減輕對環(huán)境的污染和改進產品質量,以適應快速多變的市場需求。
近20多年來,由于人類社會的飛速發(fā)展對鋼材尤其是優(yōu)質鋼材、特殊鋼材的需求越來越大,而隨著科學技術的發(fā)展,鋼材的冶煉技術也發(fā)生了質的變化。煉鋼爐的容量不斷擴大,超高功率電爐普遍應用于生產,連續(xù)鑄鋼技術也円臻完善。因此,煉鋼的方法也發(fā)生了巨大的變化,由原始的一步煉鋼法發(fā)展成為二步煉鋼法即爐內初煉、爐外精煉。爐外精煉技術由于其具有提高鋼質量、加快產量、降低成本、改善勞動條件、改善生產環(huán)境條件等等優(yōu)點已日益成為全世界鋼鐵行業(yè)的新寵,發(fā)展極其迅速。全世界各大鋼鐵企業(yè)紛紛加大了對鋼水爐外精煉的研究力度,研制了多種鋼水爐外精煉的設備,尤其是提出了各種各樣的理論和控制方法,并已創(chuàng)造了極其可觀的經(jīng)濟效益。鋼鐵是國民經(jīng)濟的中流破柱,是國家生存和發(fā)展的物質保障。鋼鐵工業(yè)在國民經(jīng)濟的發(fā)展過程中,起著舉足輕重的作用,是國民經(jīng)濟水平和綜合國力的重要標志。我國是發(fā)展中國家,正大力發(fā)展其國民經(jīng)濟,這使得我國對鋼鐵材料的需求量增大。同時我國也是鋼鐵產量世界第一的鋼鐵大國,在國民經(jīng)濟高速發(fā)展的今天,社會對鋼材尤其是高質量鋼材的需求不斷加大,這就需要我們?yōu)殇撹F強國的偉大目標努力奮斗。在一段時期之內,鋼鐵工業(yè)仍將是我國經(jīng)濟的支柱之一。
20世紀以來,鋼鐵產品被廣泛地應用在建筑、機械、汽車、船舶、石油和運輸?shù)雀鱾€行業(yè)中。因此,鋼鐵一直是國民經(jīng)濟的基礎工業(yè)之一。現(xiàn)如今,雖然出現(xiàn)了許多新材料,例如陶瓷、塑料、高分子復合材料等等,這些新材料由于自身的一些特點在一定程度上取代了鋼材,但是鋼材具有其它材料不可比擬的綜合性能。同時,與其它材料相比,鋼材價格波動趨勢相對較小。所以,鋼鐵材料仍是當代最主要的材料之一。
隨著市場經(jīng)濟的持續(xù)高速發(fā)展,使得企業(yè)的規(guī)模和產量越來越大,鋼鐵工業(yè)也通過加快結構優(yōu)化與調整,不斷提高滿足國民經(jīng)濟對鋼材產量、品種、質量、成本等全面要求的能力。但是,隨之而來的市場競爭又使各企業(yè)面臨著生產規(guī)模、經(jīng)濟效益、產品質量和環(huán)境保護等方面的嚴峻挑戰(zhàn)。企業(yè)要想立于不敗之地,必須提高自身的競爭能力,提高生產效率、降低成本、降低能源消耗和原材料消耗、減輕對環(huán)境的污染和改進產品質量,以適應快速多變的市場需求。
高速燒嘴是近代熱工技術取得突破性進展的新技術之一。其特點是燃燒氣體出口速度可達100～300m/ s。在加熱物件時，不論在加熱速度方面，還是在加熱均勻性方面，其加熱效果都大大超過普通燒嘴。由于高速燒嘴出口速度高，燒嘴的耐火材料消耗大，使用壽命低，一般煉鋼廠鋼包烘烤設備的現(xiàn)場環(huán)境比較惡劣，不適合安裝精密的控制設備。因此，鞍山熱能研究院設備研制廠研制開發(fā)出用于鋼包烘烤的簡易高速燒嘴，基本上保持了高速燒嘴的氣流速度大，加熱升溫快，鋼包溫度分布均勻的特點。隨后又開發(fā)出富氧燒嘴、油氣兩用燒嘴，以滿足只有高爐煤氣或轉爐煤氣，煤氣熱值低或煤氣量不足的煉鋼廠的需要。
鋼包在新砌后和盛裝鋼水前一般都需要烘烤，用來烘烤鋼包的裝置就稱為鋼包烘烤器，又稱烤包器。鋼包烘烤器有在線烘烤器和離線烘烤器兩大類，離線烘烤器有立式烘烤器和臥式烘烤器兩種，另外還有專門烘烤中間包的中間包烘烤器。
在鋼包烘烤器的發(fā)展過程中，有三個方面的進步對提高鋼包烘烤的效率和質量比較明顯：(1)鋼包加蓋； (2)燒嘴的改進；(3)余熱的利用。
近20多年來,由于人類社會的飛速發(fā)展對鋼材尤其是優(yōu)質鋼材、特殊鋼材的需求越來越大,而隨著科學技術的發(fā)展,鋼材的冶煉技術也發(fā)生了質的變化。煉鋼爐的容量不斷擴大,超高功率電爐普遍應用于生產,連續(xù)鑄鋼技術也円臻完善。因此,煉鋼的方法也發(fā)生了巨大的變化,由原始的一步煉鋼法發(fā)展成為二步煉鋼法即爐內初煉、爐外精煉。爐外精煉技術由于其具有提高鋼質量、加快產量、降低成本、改善勞動條件、改善生產環(huán)境條件等等優(yōu)點已日益成為全世界鋼鐵行業(yè)的新寵,發(fā)展極其迅速。全世界各大鋼鐵企業(yè)紛紛加大了對鋼水爐外精煉的研究力度,研制了多種鋼水爐外精煉的設備,尤其是提出了各種各樣的理論和控制方法,并已創(chuàng)造了極其可觀的經(jīng)濟效益。在近十多年以來，我國冶金工業(yè)在強調發(fā)展連續(xù)鑄錠方面有飛速的進展，在國家?“八五”，“九五”發(fā)展規(guī)劃的推動下，我國鋼液連鑄比每年都以5?~?6個百分點迅速提高，到?2002年，我國鋼液連鑄比已達94%以上，可以稱為連鑄強國。但是要從冶金技術整體水平比較，我國在鋼液的純凈度和成品內在性能方面尚有不足，尤其是在特殊用鋼生產方面?更為突出。由此可以理解我們還需要在提高鋼液精煉比方面和生產特殊用途鋼的精煉技術方面進一步提高。說到我國的鋼液精煉比，沒有確切的統(tǒng)計數(shù)字，從我國目前擁有的具有加熱升溫功能的爐外精煉設備，估計精煉能力只占總粗鋼的20%?~?30%。并且有些大中型精煉爐鋼包?只是在近二三年中，藉于各大型鋼鐵企業(yè)執(zhí)行國家要求消滅平爐以及配合轉爐或電弧爐?生產而建立的，因此要求正常投入使用和理順生產節(jié)奏，真正發(fā)揮精煉作用還需要一段磨?合期?？v上所述，我國的精煉比要取得與連鑄比同樣的業(yè)績，還需作較大的努力和足夠的重?視，尤其是在精煉爐的工藝功能方面有待進一步認識它的優(yōu)點，因為目前仍有一些鋼廠，?把鋼包爐當做解決低溫鋼來使用，或者當做調節(jié)生產節(jié)奏的目的來使用
1.4 實施方案及主要研究手段
(1)本課題對現(xiàn)有精煉爐鋼包進行改進，重點解決現(xiàn)有精煉爐鋼包的缺陷。
(2)根據(jù)精煉爐鋼包的材料性質，確定工藝材料的選擇。
(3)通過對已有的精煉爐鋼包的結構進行改進，主要改善鋼包包體、滑動水口吹氬口。
1.5 設計(論文)的主要內容（理工科含技術指標）：
(1) 參閱相關資料，了解和掌握精煉爐鋼包工作原理及其發(fā)展，并查閱和收集相關資料；
(2) 完成原理方案設計和結構方案設計，確定實施方案；
(3) 對精煉爐鋼包結構進行設計；
(4) 鋼包起吊軸加工工藝規(guī)程設計；
(5) 對鋼包滑動水口的結構改善，并對結果進行分析；
(6) 完成所設計部件的裝配圖和零件圖。
24
2 鋼包設計
2.1 鋼包尺寸計算
一般情況下,鋼包外殼有鋼板鉚接式和鋼板焊接式兩種型式。由于焊接式鋼包外殼在重量上比鉚接式鋼包外殼輕15%～20%,為此在設計中采用了焊接式鋼包外殼,這樣既節(jié)約了材料,又可在不增加吊車負荷的情況下增大包容。原鋼包由德國設計、制造,外殼采用厚22mm的鋼板焊接而成。通過對原鋼包材質的分析和鋼包強度的計算,了解到我國在設計鋼包容器時所用的安全系數(shù)比德國大,使用的材質、焊條及焊縫的類型都有所不同。因此,新鋼包內外殼采用厚25mm、材質為Q235A的鋼板焊接而成。
(1) 鋼包容納鋼水量。鋼包的容量應于轉爐的最大出鋼量相匹配，設鋼包的額定容量為。一般考慮應用10％的過裝余量，則鋼包內鋼水實際容量為
（2.1）
(2) 鋼包內渣量。出鋼時一般將爐內熔渣時在鋼桶中要新加渣料熔融成新渣層覆蓋。渣量一般為金屬量的3～5％，設計全部或絕大部分隨鋼水水傾入鋼包。采用留渣出鋼操作者除外，但留渣出鋼操作時取較大比例為15％。即渣量為：
×15%＝0.15 （2.2）
(3) 鋼包的容積。根據(jù)鋼包實際容納金屬液與熔渣量計算容積。鋼液比容取為0.14，熔渣比容取為0.28。因此，鋼與渣的總體積即鋼包容積應為：=0.14×1.1+0.28×0.15=0.20()，若采用＝1，錐度為15％，則鋼包下部內徑(鋼包內空間尺寸見圖2.1)：
=0.85 （2.3）
圖2.1 鋼包內空間尺寸
鋼包的容積按圓錐臺計算：
（2.4）
將，帶入上式得：
又因為鋼和渣體積為=0.20，故=0.20P
（2.5）
從而可得鋼包基本尺寸與容量的關系使如下:
； ；
上面三個計算式是根據(jù)內襯厚度上下一致的情況下推出的。各部設計過程參考（《鋼鐵廠設計》下冊，李傳薪主編P128-129）從而得到各部分參數(shù)如圖2.2所示。
圖2.2 鋼包各部分尺寸
1)
2)
3)
4)
5)
6)
說明：
(1) 盛鋼桶磚襯厚度。盛鋼桶磚襯包含保溫層(外層)與耐火工作層(外層)，一
般砌筑總厚度100～250mm。工作層砌磚有多種型式，陳列入標準的盛鋼桶襯磚磚型外，可針對專用盛鋼桶依據(jù)其錐度、直徑、高度等參數(shù)設計專用襯磚，則砌筑工作更為方便順利，砌筑質量也較高。
鋼桶桶壁厚度約等于＝0.07D ；：包壁厚度（上下一致），mm
D：鋼包上部內徑，mm
:鋼包底襯厚度，mm（=0.10D）
：鋼包殼壁厚，mm (=0.01D)
：鋼包殼底厚，mm (=0.012D)
磚襯部分加厚則須加以擴大修正，亦即增大σ值方能保證實際容積為0.20P
表示為: K×=0.20P 。K為093～0.96的一個系數(shù)。意義是磚襯部分加厚使容積減小了4～7％，為彌補容積之不足故在式中乘以系數(shù)K并得下部內徑
（一般為30～60mm，取為45mm）。
=4.289m
=3.466m
表2.1 鋼包各部分尺寸值
參數(shù)名稱
數(shù)值(mm)
參數(shù)名稱
數(shù)值(mm)
D
4289
4289
4889
4718
4975
4769
4246
429
4332
300
51
43
上述鋼包設計的凈空高度為300～400mm , 為了適應現(xiàn)代真空冶煉的需要通常增大鋼包的凈空高度。RH 要求鋼包的凈空達400mm 以上即可。本設計中取鋼包的凈空高度為800mm 從而得到鋼包的各部分尺寸如下表2.2所示
表2.2 改進后鋼包各部分的值
參數(shù)名稱
數(shù)值(mm)
參數(shù)名稱
數(shù)值(mm)
D
4289+120
4289+800
4889+137
4718+800
4975+139
4769+800
4246+119
429
4332+121
300
51
43
2.2 鋼包質量
鋼包質量的精確計算須完成外殼、吊掛耳抽、支撐腿及滑動水口等結構計算后，根據(jù)詳細圖紙進行計算，但由上述已經(jīng)確定的主要尺寸參數(shù)與選材亦可以較粗略地算出鋼包的質量。
(1) 包襯質量。磚襯總體積與總質量為：
桶壁磚襯體積為:
桶底磚襯體積為：
磚襯總體積:
磚襯總質量(現(xiàn)取平均密度約1.81計算)
（2） 外殼鋼板質量
桶底鋼板體積：
桶壁鋼板體積:
外殼鋼板質量:
（3） 空鋼包質量
，將式代入得：
即空盛鋼桶質量約為鋼桶額定容量值的27～28％?？紤]到其它未計入的鋼結構件與耐火磚(塞仔磚或滑板)質量，應增加約10％，則空桶質量為額定容量值的30～31％。
（取為30%）
=0.3×50=15 （t）
（4） 裝滿鋼水與熔渣后的總質量。鋼包容量按過裝10%計算，渣量為金屬量15%計算，則裝滿鋼水和渣后的質量為：
=1.538×250=384.5t
因此，在選用澆注起重機時，其起重容量應大于加門形吊鉤的質量。門形吊鉤有固定在盛鋼桶上(與耳鈾餃接)和脫鉤式兩種，均須計入起重總量。
2.3 鋼包重心計算
計算鋼包的重心是為了確定鋼包耳軸的高低位置，使裝滿鋼水與熔渣的鋼包吊運與澆注過程穩(wěn)定，無傾翻的危險；又要使其在傾倒出殘鋼與鋼水時不需太費力。計算重心是采用力學常規(guī)的計算方法。
對于盛鋼桶而言，如簡化不計澆注操作機構(塞桿或滑動鑄口)的質量，即忽略它們在盛鋼桶上所引起的重心偏移，則可視盛鋼桶桶體，內襯及鋼水、熔渣是圍繞鉛垂軸線完全對稱的。故計算重心只考慮堅直方向的距離即可以了。
(1) 鋼桶桶壁磚襯的重心點
由計算可得桶壁磚襯重心距上口為：
(2) 盛鋼桶底磚襯的重心點
由計算可得桶底磚襯重心距上口為：
(3) 外殼側壁之重心點
由計算可得外殼側壁重心距上口為
(4) 底殼的重心點
由計算可得底殼重心距上口為
(5) 渣層的重心點
由計算可得渣層重心距上口為
(6) 盛鋼桶內金屬的重心點
由計算可得盛鋼桶內金屬重心距上口為
(7) 總重心。已知盛鋼桶各部分重心的所有數(shù)據(jù)，總重心就可以求出。因盛鋼桶是對稱的，所有重心都在對稱袖上，根據(jù)合力靜力矩等于合力靜力矩之和的原理，可列出下列方程式：
(2.6)
=
裝滿鋼水的盛鋼桶質量：
鋼水量:
化簡得：
=0.54×4.289=2.316
同時，為了使盛鋼桶穩(wěn)定，必須使耳軸中心線與盛鋼桶上緣的距離小于0.54D。同樣計算方法，可得空盛鋼桶之重心位置，亦即空盛鋼桶較盛滿鋼水、熔渣時重心為低，此時更為穩(wěn)定，無傾覆之危險。
表2.3 鋼包各部分參數(shù)
參數(shù)名稱
數(shù)值(mm)
參數(shù)名稱
數(shù)值(mm)
D
4409
5089
5026
5518
5114
5569
4365
429
4453
300
51
43
2.316
式中PC為計算功率，P2為回轉臺實際功率，KA為使用系數(shù)（1.5）
3 鋼包結構設計
3.1 鋼包包體設計
一般情況下,鋼包外殼有鋼板鉚接式和鋼板焊接式兩種型式。由于焊接式鋼包外殼在重量上比鉚接式鋼包外殼輕15%～20%,為此在設計中采用了焊接式鋼包外殼,這樣既節(jié)約了材料,又可在不增加吊車負荷的情況下增大包容。原鋼包由德國設計、制造,外殼采用厚22mm的鋼板焊接而成。通過對原鋼包材質的分析和鋼包強度的計算,了解到我國在設計鋼包容器時所用的安全系數(shù)比德國大,使用的材質、焊條及焊縫的類型都有所不同。因此,新鋼包內外殼采用厚25mm、材質為Q235A的鋼板焊接而成。
通過對鋼包的設計畫出鋼包總圖
圖3.1 鋼包總裝圖
3.2 鋼包包底的設計
鋼包包底承受的壓力大,在滿足鋼包安全系數(shù)的條件下,采用厚40mm、材質為Q345A的球形包底。這種包底受力要比原鋼包平包底受力好。由于舊鋼包在使用中包底鼓肚厲害,呈橢圓形,變形嚴重,因此,在包底避開安裝滑動水口和吹氬插口的位置上加了4條加強筋,呈米字形分布（如圖3.2所示）
圖3.2 包底結構示意圖
通過對鋼包包底結構的分析，確定設計方案，畫出結構圖（如圖3.3所示）
圖3.3 鋼包底結構簡圖
綠色部分為待加工部位，方案一為大噸位鋼包，方案二為小噸位鋼包，考慮加工的方便和經(jīng)濟性，選方案二
3.3 鋼包耳軸的設計
3.3.1 耳軸計算
a. 耳軸結構設計
耳軸設計需注意以下問題：
(1) 龍門鉤距離2880mm,鉤內圓á270mm,厚為80mm。
(2) 耳軸安全系數(shù)n不小于15。
(3) 耳軸位置比裝滿鋼水的鋼包重心高300～400mm。
(4) 鋼包包 殼上沿不能與吊鉤相碰。
耳軸結構如圖3.4所示,采用護板焊接,箱型結構固定。耳軸中心距上沿1030mm,耳軸直徑á270mm,尺寸2880mm與龍門鉤一致,考慮脫鉤掛鉤方便,耳軸掛鉤位置距離為170mm。
圖3.4 耳軸結構示意圖
b. 耳軸強度的核算 由于45#鋼焊接性能較差,耳軸材質選用35#鋼。為了保證耳軸更好受力, 采用耳軸耳板整體鍛件。在使用時中,耳軸受彎矩,通過受力分析,應力最大處在A-A斷面,該位置直徑最小。
已知:最大出鋼量47t,包襯磚16t,鋼包凈重9.2t。鋼包裝滿鋼水的重量:
Q重=47+16+9.2=72.2(t)取Q重為75t。由:
W=PD/32
式中 W——抗彎截面模數(shù),mm; D——耳軸直徑,270mm。
代入數(shù)值得:W=1931394.3(mm)A-A斷面處最大彎矩:Mmax=Q/2×170/2 （3.1）
Rmax=Mmax/W （3.2）
分別代入數(shù)值得:
Mmax=3187.5(t.mm)
Rmax=16.17(N/mm)
35鋼的許用應力:
Rs/n=260/15=17.3(N/mm2)
故強度足夠。
4 鋼包滑動水口設計
隨著快速、高效連鑄和二次精煉技術及工藝的發(fā)展，滑動水口（Sliding Nozzle，簡稱SN）系統(tǒng)在現(xiàn)代鋼鐵冶煉過程中變得越來越重要，成為冶煉中不可缺少的部分。它是連鑄機澆鑄過程中鋼水的控制裝置，能夠精確地調節(jié)從鋼包到連鑄中間包的水流量，使流入和流出的鋼水達到平衡，從而使連鑄操作更容易控制?；瑒铀谙到y(tǒng)因其可控性好，能提高煉鋼生產效率而得到了迅速發(fā)展。現(xiàn)在，在鋼包、中間包上國內外普遍使用了滑動水口系統(tǒng)。
滑動水口的設計早在1884年就由美國人D. Lewis提出構思并申請了專利，后來也有不少類似的專利，但均因材質不過關而未能實現(xiàn)。直到1964年，西德本特勒鋼鐵公司在22T鋼包上，采用滑動水口裝置代替塞棒系統(tǒng)進行澆鋼，首次獲得成功，并迅速推廣到許多國家。
滑動水口一般由驅動裝置、機械部分和耐火材料部分（即上下滑板、下水口）組成?；瑒铀诘墓ぷ髟硎峭ㄟ^滑動機構使上下滑板磚滑動，從而帶動流鋼孔的開閉來調節(jié)鋼水流量大小的。
為獲得較長的使用壽命和穩(wěn)定的操作條件，滑板作為滑動水口系統(tǒng)的耐火材料和機械構件，都要求其具有優(yōu)良的性能。當前，為了使滑動水口系統(tǒng)使用性能更加穩(wěn)定可靠，對滑板的形狀以及固定方式進行了許多改進和研究，其主要目的是抑制滑板使用過程中工作面裂紋的產生和擴展。
滑板（Sliding Plate，簡稱SP）是滑動水口系統(tǒng)的主要部件之一。按照組成滑動水口系統(tǒng)的滑板塊數(shù)劃分，可分為兩層式和三層式。鋼包用滑板一般為兩層式，操作時上滑板固定不動，通過下滑板進行截流和節(jié)流。中間包用滑板一般為三層式，操作時將上滑板與上水口固定，下滑板與下水口固定，通過中間滑板來進行截流和節(jié)流。
4.1 負載與運動分析
4.1.1 計算工作負載
由任務書給出
缸1：F1=100kN 缸2：F2=100kN
4.1.2 摩擦及慣性負載
由于摩擦及慣性負載須由實驗確定，且該系統(tǒng)的摩擦及慣性負載均不大，故忽略不計。 [18]
4.1.3 工進速度
由任務書給出
缸1：V1=15mm/s 缸2：V2=15mm/s
4.1.4 各工
由于忽略了摩擦及慣性負載，且由任務書可知，整個工作過程中，工況負載
4.1.5 各工況時間
將啟動和減速過程忽略
工進：t1===7.33s
退回：t2===7.33s
4.2 確定液壓缸基本參數(shù)
4.2.1 初選系統(tǒng)壓力
由任務書給出系統(tǒng)工作壓力P1=16MPa，液壓缸工作過程中，活塞桿主要受壓，故取d/D=0.7
系統(tǒng)對活塞桿速度有要求，初步構想采用出口節(jié)流調速，故初取系統(tǒng)背壓P2=1MPa
4.2.2 計算液壓缸主要尺寸
A1=0.9
則A1=7168.46則液壓缸直徑D==9.56cm
去標準值D=100cm
由d/D=0.7，則A1=2A2，i=0.7
則d=70mm
則液壓缸的有效面積：
A1=π·/4=78.5 A2=π·/4=40.1 活塞桿直徑A=A1-A2=38.4
4.3 擬定液壓系統(tǒng)圖
4.3.1 選擇基本回路
a. 調速回路
由于出口節(jié)流調速始終存在背壓，故速度穩(wěn)定性好。
b. 油源形式的確定
由第一部分分析看出，系統(tǒng)工作過程中主要由工進（高壓大流量）和退回（低壓大流量）兩個工況組成，即泵主要要滿足高壓大流量的要求，故而，選擇軸向柱塞泵。
c. 卸荷回路的選擇
由于鋼水包滑動水口特殊的工作條件，要求液壓系統(tǒng)在大部分時間內都處于不工作狀態(tài)，但頻繁的啟動不僅消耗大量能量，而且對液壓系統(tǒng)不利，故而系統(tǒng)應采用卸荷回路，現(xiàn)提出以下卸荷回路：
（1） 卸荷
圖4.1 換向閥
（2） 卸荷
圖4.2 先導式溢流閥
（3） 先導式電磁卸荷溢流閥卸荷
圖3.3 先導式電磁卸荷溢流閥
d. 鎖止回路的確定
由于鋼水包滑動水口要求在任何位置停止并鎖緊，以穩(wěn)定的調節(jié)鋼水流出速率，故采用液控單向閥的鎖緊回路。
e. 系統(tǒng)圖的最終確定
(1)
圖3.4 液壓控制回路
（2）
圖3.5 液壓控制回路
f. 系統(tǒng)的比較
系統(tǒng)一采用雙缸串聯(lián)機構，工作中從動缸可隨主動缸動作，從動缸的啟動與停止完全跟隨主動缸動作，運動控制精確，且系統(tǒng)簡單，易實現(xiàn)。
系統(tǒng)二中，從動缸采用差動連接，并靠主動缸推動滑動水口為從動缸提供機械力，使從動缸運動，在主動缸停止運動時，從動缸可能會在慣性作用下繼續(xù)運動，從而造成滑動水口的開度定位不精確，且此系統(tǒng)復雜，使系統(tǒng)搭建、調試以及發(fā)快的設計變得復雜。
系統(tǒng)三才有用先導式卸荷溢流閥，卸荷溢流閥流量大，且系統(tǒng)簡單。 系統(tǒng)四采用單缸系統(tǒng)，并利用換向閥中位鎖緊，系統(tǒng)簡單易實現(xiàn)，但單缸系統(tǒng)的液壓缸尺寸計算時，須按有桿腔提供工作壓力計算，導致液壓缸尺寸變大，而由于此液壓缸需要經(jīng)常拆卸，過大的液壓缸對工人操作不方便，且對機械機構要求也更高，而換向閥中位機能鎖緊回路鎖緊不可靠。
綜合以上分析，將系統(tǒng)一作為最終選定系統(tǒng)。
4.4 液壓輔件的選擇
4.4.1 選擇液壓泵及驅動電機
a. 確定液壓泵最大工作壓力
P1=16MPa
由于系統(tǒng)管路簡單，取ΔP=0.5MPa
b. 確定液壓泵的流量
取泄露系數(shù)
K=1.1
c. 選擇液壓泵型號
由以上計算數(shù)字查閱產品樣本，選用規(guī)格相近的華德公司的
A2F 10 R 2 P 1軸向柱塞泵
d. 確定驅動液壓泵的功率
取泵的總效率0.8
Pp=5kW
4.4.2 控制閥的選擇
a. 先導式溢流閥
溢流閥通過的最大流量即為泵的額定流量，q=15L/min，最大調定壓力p≥16MPa
選擇華德公司的DBW 10A-2-30B/315X/V
b. 換向閥
通過換向閥最大流量為系統(tǒng)工進時流量q=7.065L/min，工作壓力p=16MPa
系統(tǒng)電磁換向閥選擇4WE6 J 50B/ A G24 V
系統(tǒng)手動換向閥選擇H-4WMM 6JB/V
c. 調速閥及液控單向閥
調速閥及液控單向閥的最大流量為系統(tǒng)工進工況時的流量q=7.065L/min，工作壓力p=16MPa
調速閥選擇Z2F 6-30B/S2 V
單向閥選擇Z2S 6-40 B/V
4.4.3 蓄能器的選擇
a. 蓄能器的參數(shù)計算
（1） 蓄能器充氣壓力的確定
蓄能器的最低工作壓力應由實驗確定，但由于條件的限制，在此定位12MPa。
則蓄能器的充氣壓力
（2） 蓄能器總容積V0的計算
由于蓄能器做應急能源使用，并要求在泵不工作時，靠蓄能器可工作2-3次，以下按工作三次計算
則蓄能器有效工作容積
ΔV=A1·S·3·ζ 其中取ζ=1.2
ΔV=3.2L
工作過程可看做等溫過程
b. 蓄能器的選擇
有以上計算選擇力士樂公司的
HAB 20-262-2X/10 G09 2N111-SQLO- 皮囊式蓄能器
4.4.4管道的選擇
a. 管道內徑的計算
管道內徑計算公式d=1.13
吸油管路: 取v=3m/s
d=10.3mm
回油管路：取v=3.5m/s
d=9.5mm/s
壓油管路：取v=8.5m/s
d=6mm/s
b. 管道的選擇
液壓泵至閥塊之間管道的選擇:由泵的p口螺紋尺寸為M22×1.5，選擇M22×1.5的卡套式管接頭，據(jù)此選擇泵至閥塊之間的管道為外徑φ18，內徑φ12的鋼管。
閥塊至油箱之間管道的選擇：由回油管路的上述計算，取內徑φ10mm，外徑φ14mm的鋼管，選擇M18×1.5的卡套式管接頭。
閥塊上A、B口至液壓缸之間的管道選擇：由亞油管路計算，選擇內徑φ6mm，外徑φ10mm的鋼管，管接頭選擇M14×1.5的卡套式管接頭。
4.5 確定油箱容量
油箱容量由經(jīng)驗公式確定：V=α·q
q=15L/min，取α=6
即油箱容量V=90L
4.6 過濾系統(tǒng)的設計
4.6.1 過濾器的位置設置
系統(tǒng)采用軸向柱塞泵，受泵的吸油特性限制，不采用吸油過濾由系統(tǒng)
要求知道，系統(tǒng)大部分時間處于卸荷狀態(tài)，故只采用壓油路過濾，且過濾器裝在溢流閥的上游，既可起到對泵下游液壓元件的保護，又可保證流回油箱油液的清潔。
4.6.2 過濾器精度的選擇
（1） 系統(tǒng)中最敏感元件為液壓泵
（2） 由ISO4406標注及水乙二醇為工作介質，選擇清潔度為17/15/13。
（3） 考慮到系統(tǒng)工作的高溫環(huán)境，及系統(tǒng)的故障可能威脅設備及人員安全，目標清潔度再增加一級，選擇16/14/12。
（4） 由目標清潔度選擇過濾器清潔度，查表可得過濾精度為5μm。
4.6.3 過濾器尺寸確定
（1） 根據(jù)環(huán)境污染狀況和對污染物的控制程度，查處環(huán)境等級
由于鋼廠環(huán)境較差，但系統(tǒng)所用缸較少，故選環(huán)境等級為5級。
（2） 確定流量增大倍數(shù)
選擇ZU-H系列高壓過濾器，最大允許壓力將為0.35MPa，據(jù)此查表增大倍數(shù)為2倍
4.7 液壓油的選用
由于鋼水包滑動水口液壓系統(tǒng)在鋼水包附近工作，工作環(huán)境溫度較高，且有發(fā)生火災的危險，故采用抗燃液壓油水乙二醇。
結論
經(jīng)過對鋼包設計計算，可以得出以下結論：
（1） 設計了鋼包體結構；
（2） 設計了鋼包滑動水口；
（3） 設計了鋼包滑動水口液壓系統(tǒng)。
通過本次畢業(yè)設計，我全面的進行了一次機械設計基本技能訓練，對所學的課程進行了一次全面系統(tǒng)的復習，并融會貫通。綜合運用所學知識，遇到問題，分析問題，并解決問題。經(jīng)過這次畢業(yè)設計，我的計算機和外語應用能力得到了一定的提高，并且提高了我的機械設計與應用能力。
不過在本次設計計算過程也有不少問題，比如查閱的資料可能還不夠完善，考慮的工況還不夠周全。計算時我也遇到了許多困難，但是通過自己不斷查閱相關資料和請教老師等途徑，最終將一個個困難解決了。在本次設計過程中鍛煉和加強了自己獨立分析、解決問題的能力。這些必將使我在以后的生活與學習中受益。
25
參考文獻
[1] 閻松葉，鋼包回轉臺回轉支承緊固[J]，中鋼邢機設備制造公司連鑄室，2010(13)，76- 77
[2] 潘毓淳編.煉鋼設備[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1991
[3] 邱慶文，鋼包回轉臺改造[J]，漣源鋼鐵集團有限公司，2005，33（3），37-42
[4] 成大先編，機械設計手冊第四版（第二卷）[M].北京：化學工業(yè)出版社,2002
[5] 羅振才編，煉鋼機械，第2版[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2008
[6] 成大先編，機械設計手冊第四版（第三卷）[M].北京：化學工業(yè)出版社,2002
[7] 徐立民編，回轉支承[M].北京：高等教育出版社，1988
[8] 羅振才編，煉鋼設備[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1982
[9] 北京鋼鐵學院，弧形連續(xù)鑄鋼設備[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1978
[10] 濮良貴編.紀名剛.機械設計（第八版）[M].北京：高等教育出版社，2006
[11] 吳宗澤，羅圣國編.機械設計課程設計手冊（2版）[M].北京，高等教育出版社，1999
[12] 成大先編，機械設計手冊第四版（第四卷）[M].北京：化學工業(yè)出版社，2002
[13] 減速器實用技術手冊編委會編.減速器實用技術手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1992
[14] 樊延安，鋼包回轉臺四軸減速器高速錐齒輪失效分析[J]，湘潭鋼鐵公司，1997.9，第5 期，15-20
[15] 謝寶輝,畢銘強, 蝶式鋼包回轉臺和四連桿式鋼包回轉臺對比分析[J]，大連重工起重集團有限公司設計研究院，2010，27（3），17-20
[16] 唐中銀，杜元雙，鋼包回轉臺回轉軸承連接螺栓的緊固[J], 中國第十八冶金建設公司機電公司,2005.3,142(3)，22-26
[17] 卜炎編.螺紋聯(lián)結設計與計算[M].北京：高等教育出版社，1993
[18] 百度文庫.軸承摩擦系數(shù)[A]，專業(yè)文獻/行業(yè)資料，機械制造，1-5
[19] 洛陽礦山機械研究所等.國際齒輪裝置與傳動會議論文集[A].北京：機械工業(yè)出版社，1977
[20] 齒輪手冊編委會編.齒輪手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1990
[21] 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.
[22] YS.KOO, T.Kang etal. Thermal Cycle Model of Ladle for Steel Temperature Control in Shopandits Application [C], Steelmaking Conference Proceedings, 1989: 415-421.
30
致謝
本課題在選題及研究過程中得到張蔚寧老師和李東文老師的悉心指導。李老師多次詢問研究進程，并為我指點迷津，幫助我開拓研究思路，精心點撥、熱忱鼓勵。李老師一絲不茍的作風，嚴謹求實的態(tài)度，踏踏實實的精神，不僅授我以文，而且教我做人，雖歷時四載，卻給以終生受益無窮之道。對李老師的感激之情是無法用言語表達的。
在畢業(yè)設計即將結束之際，本該是一件值得很慶幸的好事，但卻苦于不知道以怎樣的方式來表達在畢業(yè)設計中幫助過我的老師、同學及學院領導，更不知道用什么樣的詞句來形容此時此刻的心情，我想沒有他們的幫助，畢業(yè)設計就不會做得這么順利，我在這兒只有向所有幫助過我的同學、老師和領導說一聲：你們辛苦了，謝謝！
畢業(yè)設計是每位畢業(yè)生對幾年的大學所學知識的一個總括，也是對大學所學知識的一次自我考核，使自己能夠正確認識自己，給自己一個合理的定位。我這次畢業(yè)設計是由李東文老師指導完成的。在做的過程中也遇到了不少的問題，李老師給了我們許多關懷和幫助，并且隨時詢問我畢業(yè)設計的進展情況、細心的指導我。
通過這次畢業(yè)設計，我對所研究的題目內容、相關原理及實際中的運用有了比較深入的了解，掌握了相關資料的查詢方法，培養(yǎng)了我獨立的學習能力，解決問題的能力并且拓展了知識面。
感謝張蔚寧老師、李東文老師等對我的教育培養(yǎng)。他們細心指導我的學習與研究，在此，我要向諸位老師深深地鞠上一躬。
感謝西安工業(yè)大學北方信息工程學院院長、機電信息系主任、書記、老師等為我提供了良好的研究條件，謹向各位同仁表示誠摯的敬意和謝忱。
當然，由于本人設計水平有限、在課程中很少接觸過高爐煉鐵的相關課程，實際經(jīng)驗的不足，以及時間上的限制，在設計中難免存在一些錯誤。懇請老師給予批評指正。
另外，感謝校方給予我這樣一次機會，能夠獨立地完成一個課題，并在這個過程當中，給予我們各種方便，使我們在即將離校的最后一段時間里，能夠更多學習一些實踐應用知識，增強了我們實踐操作和動手應用能力，提高了獨立思考的能力。再一次對我的母校表示感謝。
感謝在整個畢業(yè)設計期間和我密切合作的同學，和曾經(jīng)在各個方面給予過我?guī)椭幕锇閭?，在大學生活即將結束的最后的日子里，我們再一次演繹了團結合
作的童話，把一個龐大的，從來沒有上手的課題，圓滿地完成了。正是因為有了你們的幫助，才讓我不僅學到了本次課題所涉及的新知識，更讓我感覺到了知識以外的東西，那就是團結的力量。
在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意！最后我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們!
收藏