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1、I 毕业论文题目：卧式钢包烘烤装置设计系部机 械 工 程 系专 业 名 称班级姓名学号指 导 教 师I 摘要II ABSTRACT I 引言随着对钢铁产品质量和成本的重视, 对钢包、中间包、铁水包烘烤温度和能耗提出了更高要求。一方面要求把钢包烘烤到较高温度且均匀, 另一方面要求能耗低、环境污染少 , 甚至要求使用低热值燃料。随着冶炼技术的发展 , 钢包的职能发生了很大的变化, 它不仅是运送钢水的工具, 更主要是成了钢水精炼工艺的一个组成部分。高质量钢材的需求和更高温度冶炼技术的发展 , 要求有新型、高效的钢包烘烤装置和高性能的钢包内衬为其服务。耐火材料技术的进步促进了铝质、白云石质和其它新型、
2、耐高温材料在钢包内衬中的应用 , 这些新型耐火材料降低了浇注过程钢水的热损失, 延长了钢包内衬的使用寿命。随着对节能工作的重视 , 国内外都提倡 “红包出钢” , 要求钢包在使用之前 , 用钢包烘烤器将其内衬耐火材料的表面温度加热到1 100 左右。本文将对钢包烘烤装置进行研究，介绍钢包烘烤装置的作用及工作特点，并且设计一台卧式钢包烘烤装置。II 1 课题的背景意义1.1 钢包烘烤的意义钢包又称钢水包，用于炼钢厂、铸造厂在平炉、电炉或转炉前承接钢水、进行浇注作业。钢包烘烤是炼钢生产工序中的主要环节之一，其目的是均匀地提高钢包内衬的温度水平，以减少钢水浇注过程的热损失和延长钢包内衬的使用寿命。钢
3、包烘烤装置的性能对转炉出钢温度、炼钢作业率、炉龄等都有很大影响。钢包烘烤介于炼钢和铸钢两个工序之间，钢包烘烤温度的高低对协调整个生产有重要作用，对连铸生产的意义更加重大。钢包是盛钢水的容器，又是精炼设备的组成部分。钢水在装入钢包后到浇注期间要损失大量的热量，因为钢水从出完钢到浇注前都要在钢包中镇静510min才进行浇注，这期间钢水平均温降速度：大于250t的钢包为 0.51.5/ min，100200t的为12 / min，30t钢包为 22.5/ min。热能损失大致分为三部分：第一部分为钢水上表面的辐射热损失，第二部分为钢包外壳表面的综合散热损失，第三部分为钢包内衬的蓄热损失。其中以钢包内
4、衬的蓄热损失为主。钢水在钢包中的热损失比例大致是包衬蓄热的 45% 50%，包壁散热的 20%，钢水上表面辐射的 20%30%。如果减少钢包的热损失， 钢水在钢包中的温降可以大大减少。对于90t的钢包，包衬温度由 400提高到 1200，钢水总温降可以减少 25。钢包蓄热损失约占钢水总热损失的一半左右，如果不采用钢包烘烤方法补偿钢水的热能损失、保证钢水的浇注温度，势必要提高钢水的出钢温度，但这会带来一系列的问题。首先，提高出钢温度就要增加冶炼时间，增加原材料(耐火材料 )和动力能源消耗，提高吨钢成本；其次，使炉衬侵蚀速度加快，缩短熔炼炉的检修周期，降低炉龄，进而造成连铸生产的波动和铸坯的质量缺
5、陷。 因此，钢包的烘烤对降低出钢温度， 提高转炉的寿命，增加钢产量，降低原材料消耗，降低吨钢成本，保证连铸的顺利进行具有重要的意义。1.2 钢包烘烤技术及烘烤器的发展国内的钢包烘烤经历了从仅用一支煤气管至使用普通烧嘴、高速烧嘴、热风烧III 嘴、自身预热式烧嘴、蓄热式烧嘴的一系列发展过程。5060年代国内兴建的炼钢厂中，大多数都没有钢包烘烤设备或仅用一支煤气管插入钢包内进行烘烤。 由于钢包烘烤的温度低， 要求出钢温度高， 炉子的炉龄低，冶炼时间长，限制了钢的产量，并使成本增加。“七五”期间，冶金部提出推广钢包烘烤的新装置、新技术，使我国钢包烘烤水平提高许多，多数企业已经改变了过去只用燃气不配风
6、的烘烤工艺，相应出现燃气、燃油的钢包烘烤装置。其烧嘴型式有引射式烧嘴及套管式烧嘴，并在钢包上加上钢包盖，以减少热量损失。由于烧嘴的火焰动能较小，钢包的温度分布不均匀，烘烤时间长，燃料消耗较大。高速烧嘴是近代热工技术取得突破性进展的新技术之一。其特点是燃烧气体出口速度可达 100300m/ s 。在加热物件时，不论在加热速度方面，还是在加热均匀性方面，其加热效果都大大超过普通烧嘴。由于高速烧嘴出口速度高，烧嘴的耐火材料消耗大，使用寿命低，一般炼钢厂钢包烘烤设备的现场环境比较恶劣，不适合安装精密的控制设备。因此，鞍山热能研究院设备研制厂研制开发出用于钢包烘烤的简易高速烧嘴，基本上保持了高速烧嘴的气
7、流速度大，加热升温快，钢包温度分布均匀的特点。随后又开发出富氧烧嘴、油气两用烧嘴，以满足只有高炉煤气或转炉煤气，煤气热值低或煤气量不足的炼钢厂的需要。钢包在新砌后和盛装钢水前一般都需要烘烤，用来烘烤钢包的装置就称为钢包烘烤器，又称烤包器。钢包烘烤器有在线烘烤器和离线烘烤器两大类，离线烘烤器有立式烘烤器和卧式烘烤器两种，另外还有专门烘烤中间包的中间包烘烤器。在钢包烘烤器的发展过程中，有三个方面的进步对提高钢包烘烤的效率和质量比较明显： (1)钢包加盖；(2)烧嘴的改进； (3)余热的利用。1.2.1 钢包加盖一种最原始的钢包烘烤办法是把一根煤气管直接插入到敞口的钢包内，如图1所示。这种烘烤装置的
8、热效率相当低，大约有90%的热量都散失到大气中，并且其操作和控制完全凭经验进行。钢包加盖后，大大提高了热效率。烘烤器主要由一个钢结构和耐火材料做成的钢包盖和垂直于钢包盖安装的烧嘴构成。根据钢包被烘烤时放置的形式，可分为立式和卧式钢包烘烤器。立式钢包烘烤器的钢包盖可以做成IV 固定式和翻转式。立式钢包烘烤器产生的火焰垂直加热钢包，而卧式钢包烘烤器产生的火焰则水平加热钢包，使用卧式烘烤器时，需要把钢包翻转90。以前 , 炼钢厂多采用立式烘烤器；近年来，广钢、包钢、成都钢铁厂等厂家应用，并取得较好的烘烤效果。图 1 敞口烘烤器示意图1.2.2 烧嘴的改进钢包烘烤器性能的好坏，主要体现在燃烧器上，燃烧
9、器结构、性能及产生的火焰状况，将直接影响钢包的烘烤效果。最初的烘烤器上使用的是套管式燃烧器，这类燃烧器的火焰上飘，刚性不足，热量难以达到钢包底部，而在钢包上部则易造成过热，造成上下温差达到 200，这种不均匀的烘烤将缩短钢包内衬的使用寿命。高速烧嘴的出现及其在钢包烘烤器上的应用，极大改善了钢包烘烤的质量。1.2.3 余热的利用高速烧嘴烘烤器在提高烘烤质量、 烘烤速度和烘烤温度方面取得了可喜的进步，但高速烧嘴在使用中噪音较大，而且烧嘴头的寿命较短，一旦损坏，火焰的特性将完全改变，烘烤质量将大大下降。另外，在烘烤过程中还有相当一部分热量随废气经钢包上沿的排出而散失掉，从而限制了热效率的提高。随着烘
10、烤器在设计和加热方法上的改进，出现了余热回收装置。余热回收装置在钢包烘烤器中的应用，克服了高速烧嘴在这方面的缺陷。 图2为一种带余热回收装置的烘烤器，它把换热器和燃烧器分开，这样换热器的体积可不受烧嘴空间的限制，空气预热温度可以进一步提高。这种类型的烘烤器已经在成都、广州、包头等地使用。 包钢70t 卧式钢包烘烤器V 取得了平均升温 300/h ，烘烤节约煤气 500m 3/( 包次 )，煤气节约率达 40% 50%的效果。成都钢铁厂 25t 卧式钢包烘烤器的热效率达到45.3%。图 2 带换热器的烘烤器示意图余热回收装置在钢包烘烤器中应用的典型是身预热烧嘴，它将烧嘴、换热器和排烟装置结合于一
11、体，结构紧凑，具有较高的余热回收率和节能率。一般在钢包温度为1000时，空气预热温度可达 300400，节能 15%以上。2 本课题设计的主要内容本课题设计了一种卧式钢包烘烤装置，具体实施方法是将钢包放倒烘，卧式钢包烘烤器置于台车上。这种结构钢包烘烤器的烧嘴及换热器放在钢包侧面，工作条件得到极大改善，有利于延长设备的使用寿命。2.1 设备组成人们利用磁性液体在磁场中所展示的奇异特性，开发出许多磁性液体的应用，其在应用上的工作原理大致可总结如下：(1) 通过磁场检测或利用磁性液体的物性变化。(2) 随着不同磁场或者分布的形成，把一定量的磁性液体保持在任意位置或使物体悬浮。(3) 通过磁场控制磁性
12、液体的运动。(4) 磁性液体各种工作原理相互关联、相互制约，应用时很少单独应用。磁性液体的特性与应用，见表2.1表 2.1 磁性液体的特性及应用范围基本特性功能应用VI 物性变化磁性由温度引起的磁变化确认位置液面变形内压变化温度的计量和控制液面计、测厚仪水平仪、电流表压力传感器、流量传感器磁光异性光变化磁力传感器、光学快门（相机）保持作用磁力密封可视化轴、管密封、压力传感器法磁畴检测、磁盘、磁带检测、探伤热传导散热扬声器、驱动器黏性、磁力润滑阻尼负载保持轴承旋转阻尼、 阻尼测量器、扬声器加速度计、阻尼计、密度计、选矿、轴承等流体运动磁力、流动性制导油水分离、造影剂、治癌剂磁力流体驱动液滴变形泵
13、、液压变速装置传感器、传动器磁力、热传导热交换润滑密封流动性位置控制薄膜变形界面层控制装置2.2 磁性液体的应用磁性液体的应用基础是可以被控制、定位、定向与移动的，即通过控制它的流变性，调节它在使用中的磁力强度、流动方向、磁性材料颗粒的聚集形式和浓度，就能改善一些领域内现有产品的结构、制造工艺和使用性能。由于纳米磁性液体在磁场中所具有的特殊理化性质，决定其应用的广泛性。目前国内外最成熟的应用是纳米磁性液体密封技术，已经逐年扩展到航天航空、电子、化工、机械、冶金、仪表、环保、医疗等各个领域。2.2.1 工业上的应用磁性液体在工业上主要用于机械部件的密封、轴承间的无摩擦润滑、超硬材料的精细研磨等诸
14、多方面。2.2.1.1 磁性液体（动态）密封磁性液体密封是一种非接触式密封，可以封气、封水、封油、封尘等，广泛用于工业中各种密封。由于磁性液体在非均匀场中将聚集于磁场梯度最大处，因此利VII 用外磁场可将磁性液体约束在密封部位，形成磁性液体“0”型环，具有无泄露、无磨损、自润滑、寿命长等特点。目前已广泛用于：(1)防尘密封硬盘 (harddisk)、气流粉碎 (分级)机等；(2)真空密封电子显微镜、电子衍射仪、CVD 装置、单晶炉、真空加热炉等；(3)气体密封可用于多种气体密封的场合(如煤气风机转轴部位 )。图 2-1 磁性液体密封原理经过近 30 年的研究与开发，无论是从理论上还是从实际应用
15、上，磁性液体密封技术都趋于成熟，甚至对于转轴和摆动杆的真空动密封目前已达到标准化、通用化的程度。张墩明用共沉淀法制得的812nm的四氧化三铁粒子， 如以聚醚磷酸脂为表面活性剂，其 4M 为 45kAm， 用于 x 射线衍射仪旋转阳极的密封， 在 3000radmin 条件下，真空度达到 2.710-5pa。YoungSamKim用铁钴合金磁性液体在3.3T的外磁场下对机械的旋转轴进行油封，当轴以 30rads选择时，这种装置最高可以承受 25kgcm2的压力。磁流体密封技术的发展方向主要有: (1)进一步深入研究磁流体在密封中的作用机理，研究流体力学和动力学因素在振动、偏心、离心力与磁力竞争中
16、的影响，以及在不同磁场、磁流体、极齿齿形和气氛(如气体、流体或尘埃 )等条件下的优化设计。(2)推广磁流体密封在各种设备中的使用，用组合密封、 压力平衡和某些特殊处理拓宽磁流体密封的应用范围(如线速度 35m/s、温度80、压力210MPa)。提高磁流体密封各项性能指标， 加强研究机构和生产企业的合作,把各种不同种类和性能的磁流体密封推向实际应用。VIII (3)以各种新材料、 新工艺研制出新的具有优异性能的磁流体，研制新的磁流体密封装置，开拓新的研究领域，拓宽新的应用领域。2.2.1.2 磁性液体研磨磁性液体研磨随着精密机械的高性能化，对于构成精密机械的零件及电子零件、光学零件的几何精度要求越来越高。另外，对于各种超硬材料的精细加工也提出很高的要求。 近年来采用磁性液体研磨对上述各种零件进行精加工达到了比较理想的地步，对高技术发展有着重要的意义。磁性液体研磨是在水或者油基磁性液体中混入粒度为数微米到数百微米的磨料，通过磁力作用使磨料强制研磨加工件的表面。加工在研磨过程中自身可以旋转，故不管加
