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1、 内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书题目：40 吨氧气转炉倾动机构设计姓名： 学号：专业：机械设计制造及其自动化班级：机 2011-9 班指导教师： 1.绪论1.世界转炉的发展历程：转炉的产生有着一百多年的历史。1855 年，英国人发明了转炉，用铁水直接炼钢，首次解决大规模生产液态钢的问题。由于当时科技水平的限制，无法获得廉价的氧气，而且不能再炼铁过程中脱磷脱硫，此时转炉炼钢受到限制。后来英国人又改进了转炉的设计，尤其是炉衬的材料的问题，使转炉炼钢法迅速发展起来。19241925 年间，德国开始在空气底吹转炉上采用富氧鼓风的实验， 实验结 果表明，随着富氧程度的提高， 转 炉钢的质量得到显著的
2、改善，但鼓风中含氧 40%以上时，炉底风眼 砖很容易损坏。1948 年德国人特罗在瑞士，改进使用纯氧的吹炼方法，采用水冷氧气喷管，从 转炉炉口伸入炉内，在熔池的上方供氧进行吹炼，得到满意的结果。 经过不断地实验和改进以后，形成了氧气顶吹转炉的雏形。奥地利钢铁公司根据特罗的设计，先后在装入量为 2 吨，10 吨，15 吨的转炉上进行氧气顶吹工业性实验，取得了丰富的经验。与19501951 年在林茨和多那维茨俩地相继建立了 2 个 30 吨氧气顶吹转炉车间，分 别与 1952 年和 1953 年投入了生产。这是最早的氧气顶吹转炉炼钢法。1968 年联邦德国马克西米利安冶金厂，通过他们对托马斯转炉的
3、改造，安装和运转了第一座商业用氧气底吹转炉。1978 年日本新日铁首先在八幡厂 60 吨转炉上试验成功顶吹和底吹复合吹炼的新技术。这种方法是顶吹氧气转炉采用在炉底辅助吹入搅拌气体的方法，使顶吹和底吹炼钢法可以相互取长补短，提高了熔池搅拌能力，克服了底吹化渣，去磷的困难。氧气侧吹转炉炼钢法是我国在侧吹空气转炉炼钢法的基础上研制成功的新的氧气炼钢法。它的特定也是采用燃料油作为保护的双层喷枪代替空气侧吹转炉的风眼，利用喷枪向熔池内吹氧炼钢。2.我国转炉发展的过程：1951 年，我国唐山钢厂开始实验碱性气转炉炼钢法并获得成功，于 1952 年正式投入工业生产，1954 年开始氧气顶吹炼钢法的小型实验，
4、1962 年把首钢碱性空气侧吹转炉改成 3 吨氧气顶吹转炉进行实验，1964 年我国首座 30 吨转炉车间在首钢建成并投入生产。70 年代以前的小型氧气顶吹转炉有天津钢厂 20 吨，济南钢厂 13 吨，邯郸钢厂 15 吨，安阳钢厂 15 吨；中型有太原钢铁公司 50 吨，包头钢铁公司50 吨，本溪钢铁公司 120 吨，攀枝花钢铁公司 120 吨。80 年代建成了拥有 70 年代先进技术的宝钢 300 吨转炉。至 1993 年我国转炉产钢量已达到 5474.6 吨，占总产钢量的 61.7%。根据 2001 年国内大中型钢铁企业统计：国内共有转炉 223 座，转炉公称吨位总计为 10960 吨。第
5、二章专题部分2.1 氧气顶吹转炉倾动机构设计方案确定。2.1.1倾动机械基本参数的确定 转炉转动雜度的确每正确选定转炉倾动转速，直接关系到冶炼操作：序的顺利进行、减轻倾动设备 重量、投资节省以衣降低电动机功率等等。炉子容量不同,其转速 g 相应有所不同，以便满足出钢、倒渣、取样、 测温、兑铁水等操作工艺和生产率的要求。从目前已投产的中、小型转炉來看，出钢口线速度一般在,140250 毫米/秒，炉口倒渣取样线速度一般在 150300 毫米/ 秒。转炉转速确定范围.，一般是:小型转炉(15 吨) 取：0.81 转/分中型转炉（1530）取:0.60.8 转/分(30 120 吨）高速：0.81.5
6、 转/分低速：0.10.3 转/分大型转炉(120350 吨）高速：1I.5 转/分 低速：0.1 转/分40 吨转炉属于中型转炉 r转速是 0.21.0 转/分，所以属于高速转炉。（二)齿轮传动速比的选择我国转炉一般使用交流电动机 JZR 型及直流电动机 ZZ 或 ZZJ 型作为驱动力。当交流 电动机功率 N=1207.5 千瓦，JC=25%时，其电动机转速为 570950 转/分左右;当直流电动机功率 N=1059 千瓦，其电动机转速为 400900 转/分。一般转炉低速取 0.1 0.3 转/分，高速取 0.61.5 转/分。这样低速减速比约为 95003000;高速减速比约为 6009
7、00.齿轮传动速比的确定及选择除了考虑齿轮等强度，齿轮润滑性能要良好以外，尚有转炉倾动机械本身的特点，即：小型转炉倾动机械一般采用落地式结构与布置形式，应尽量考虑齿轮等强度，并使 齿轮具有良好润滑条件。中型转炉倾动机械多采用半悬挂式结构与配置形式，其最后一级为悬挂齿轮副。在制造条件允许的情况下（主要考虑大齿轮直径)，悬挂齿轮副的减速比可以略大一些。这是因为半悬挂式倾动机械希望把减速机放在操作平台面，以便不影响工艺操作和行走。 因此，有时为了满足这一要求:还故意把悬挂减速机中拉大或在悬挂齿轮副之间加 中间惰轮并时要求减速机的低速级速比不要太大。这级速比过大，大齿轮直径增大，就有可能影响初级减速机
8、布置在平台底下。在减速机采用行星差动调速与普通齿轮减速配合使用时，通常可以分成五级传动，其中第三级设置行星差动。如果采用直流电动机调速普逋齿轮传动，一般可分成三级传动。末级减速机都是采用一级减速的悬挂减速机。大型转炉，一般采用全悬挂结构及配置形式。为了使最后一级传动大齿轮直径不过大，一般最后一级减速比不宜选择过大。2.1.2单驱动和多驱动的选择为保证转炉可靠的生产，对较大的转炉可采用双驱动两台电动机驱动。除需有驱动设备的备用能力外，还为了防止因传动件和轴承的损坏影响生产，采用了并列的两 套传动系统。对于大型转炉，采用了更多的驱动：有四驱动、八驱动以至十二驱动。主要是为了减小大齿轮及大件的尺寸、
9、重量，以便于安装、加工和运输。特别是减小悬挂大齿轮的 尺寸，给大齿轮的加工、制造创造了方便条件。同时， 还可使配置紧凑、 费用降低，以及具有备用能力宽裕和机动性能等优点。多驱动的结构在全悬挂情况下比落地式配置简单、紧凑。在大转炉上采用多驱动是 有利的，但釆用八、十、十二点驱动是否有实用价值有待研究。一般大型转炉采用四点 驱动已足够用，至多六点。太多的驱动点造成结构复杂，并使配置空间狭窄，给安装、维修都带来许多不便。2.1.3 全悬挂多柔传动装置 70 年代初，由美国提出一种新型配置具有扭力杆抗扭器的配置。它具打全悬挂四点啮合扭力杆抗扭器柔性传动的特点。“全悬挂多柔传动装置”，这种装置的出现，将
10、使 转炉倾动 机械发展得更加完善。它由初级减速器、次级减速器、扭力杆抗扭器和润滑系 统所组成。初级减速器采用渐开线斜齿轮，三级减速，速比为 87.57，共有四台，借其法 兰凸缘固定在次级减速器的外壳上。在其输出轴上的小齿轮与次级减速器的大齿轮相啮合，组成次级减速器。次级减速器如图，它是斜齿轮一级减速，速比为 7.294，大齿轮的内孔直接套在耳轴上，用切向键将其固定。扭力杆的两端支承与固定在基础上的支座中， 又用固定在扭力杆两侧的曲柄与次级减速器壳体底部两侧相铰接，通过它来平衡悬忭在 箱体上的翻转力矩。为防止过载以保护扭力杆，在次级减速器下部设置有止动交座， 正常情况下止动支座不起作用，止动支座
11、与箱体底部存在间隙，在倾动力外超过正常值 3 倍时，由于扭力杆产生弹性变形，该间隙消除，次级减速器底部与止动块技触，扭勺 杆的载荷就不再增加了，借以保护扭力杆不致被过大载荷而扭断。所以采用了 “全悬挂多柔 传动装置” 。（如 图 2 1)其主要优点是:1、对工作端变形有良好得适应性。对重载、大跨度、耳轴支撑条件差得转炉，耳轴有 严重得翘曲变形，采用全悬挂装置，巧妙地解决了末级传动齿轮副不在同一基础上的矛盾，这样不论耳轴如何变形，传动系统皆有良好的适应性，皆不影响传动副的正常啮合。2、设备尺寸小，重量 轻。由于釆用多点 啮合，即由多路传动系统同时与末级大齿轮相 啮合，这样充分发挥了大齿轮的作用，
12、啮合点数一般为 4 点，最多可达 12 点，这就使得传动系统计算力矩降到原来的 1/41/12。因而设备尺寸和重量明显地成倍减少，这对大容量转炉有更重要意义。3、运转安全可靠性高，因多点啮合，釆用多套传动系统，其中一套损坏时其余各传动系统继续维持工作。柔性缓冲装置，减少了零部件所受的冲山钱荷，改善了受载状态。此外，当柔性零件(如扭力杆)发生损坏时， 悬挂减速器壳休便支承在止动块上，消除炉子翻转事故，这些都使得传动装置有更大的安全可靠性。4、降低基础投资。由于倾动机械全部悬挂在耳轴上,又采用了缓冲装置，因此它的基础仅仅时柔性缓冲装置的一、二个轴承座，其承载能力也得到改善，节约基础投资。5、便于使
13、传动装置实现系列化。由于转炉吨位不同，对倾动机械的扭矩、转 速要求不同，规格很复杂， 给设计 、制造、维修都带来困难。如采用全悬挂多柔传动，可根据不同负载采用不同啮合点数，即配备不同套路的传动装置，以满足各种不同要求。2.2 力学性能参数的计算2.2.1倾动力矩的计算，最佳耳轴位置的确定转炉倾动力矩计算，目的在于正确选定耳轴位置，并作为倾动机械设计的基本载荷参数，使设计的倾动机械既能保证转炉安全生产又能达到经济合理。倾动力矩，由三部分组成： KYEM式中炉壳和炉衬重量引起的力矩，称为空炉力矩。KM炉内铁水和熔渣引起的力矩，称液体力矩。YE转炉耳轴上的摩擦力矩。M转炉倾动力矩的大小与以下三个因素
14、有关：1 转炉容量、转炉形状和其本身重量。2 倾转角度。3 耳轴与炉体重心间的距离。因此，进行转炉倾动力矩计算时，首先要涉及到转炉的炉型。2.2.2转炉炉腔内型的选择和计算一、炉型的类别目前，国内外氧气顶吹转炉炉型大致有如图（2-2)上所示：A 型：炉帽为截锥形，炉身为圆筒形，炉底为球缺形。B 型：炉帽为截锥形，炉身为调底形，炉底为|截锥形和球缺形。C 型：炉帽为截锥形，#倾角较大，炉身为上夫下小的倒截锥形，炉底为球缺形。A 型几何形状比 B 和 C 型简单，炉壳也便于制造，炉衬砌筑方便。对于中等容量和 大容量转炉，多采用这种形状。B 型和 A 型相比，在同样熔池深度情况下，如采用适当的底部尺
15、寸，则熔池直径咪 A 型大，这能增加熔池反应面积，有利于铁水炉渣进行化学反应和脱磷 6 我国中型转 炉一般均采用这种炉型，而小型转炉则为了砌筑方便，将球缺部分去掉，其余部分保持 相同。C 型能保证在一定溶池深度和熔池面积的前提下，具有较大的自由空伺，适用于冶炼高磷生铁。分析后，本设计采用 B 型。二、炉型主要尺寸的确定(一)、熔池直径的确定转炉熔池直径是转炉的主要工艺参数,合理的熔池直径和熔池深度对于保证氧气顶 吹转炉冶炼过程化学反应的顺利进行，减少喷溅，减少炉底侵蚀是很重要的。1、当炉容量200 吨，供氧强度为 2.5 标米 /吨 分 时，熔池直径计3算公式为:取 3.2 米45.61.93
16、197RGDKt式中 Dr溶池表面直径，米；G金属装入量，吨， 14 40=45.6； T吹氧时间，分，取 17min;K比例常数，K=l.85: 2.1，取 1.95;2、氧气质量流量的计算，单位时间氧气质量流量按下式计算：0/6QrqG/Kgs式中 氧气比重，1. 429kg/m ;0r 3供氧强度，3m /tgminq3金属装入量，吨，G=l.14 40=45.6;G01.42935.62/QKgs3 单孔枪头出口直径(20=1. 429x3x45. 6=3. 26 Kg/s 0.286.13gchDpQdm式中 氧气工作压力，一般取 10 ;gp 2/kfc取 5.8mm0.286.13.5.79chDd采用三枪头时：,取为 34cm/35.8/3.dchscm其氧枪出口面积为： 22.47.c
