炼钢机械： 转炉炼钢机械设备

WELCOMETOSTUDY•本课程主要学习内容•一、炼钢基本工艺流程与•工厂设备•二、转炉炼钢机械设备•三、电炉炼钢机械设备•四、连续铸钢设备本课程学习进度•总学时18h•炼钢工艺流程与工厂设备2h•转炉炼钢机械6h•电炉炼钢机械2h•连续铸钢机械8h第一章、转炉炼钢机械设备*教学目的：让学生了解炼钢基本工艺及生产过程，掌握炼钢生产所需设备的基本原理、结构、性能参数、特点，能够进行炼钢机械设备的初步设计计算、结构设计*教学内容：—炼钢基本工艺与方法、工厂布置—转炉炼钢机械—电炉炼钢机械—连铸机械*教学重点：—转炉机械—连铸机•*教学难点：—转炉倾动力矩计算—转炉扭振力矩计算—连铸结晶器振动装置设计—连铸拉矫机设计*教学进度：—炼钢基本工艺与方法、工厂布置2h—转炉炼钢机械6h—电炉炼钢机械2h—连铸机械8h*教学备忘：第一章、炼钢机械设备概述•一、炼钢基本工艺与方法•1.普钢冶炼基本工艺与方法：•（1）基本工艺•吹氧处理、浇注•铁水————钢水——————钢锭/钢坯•（2）主要方法•**顶吹法（LD）：高压纯氧从转炉炉顶距离炉内金属液面适当高度吹入炉内，将铁•水变钢水。•优点是生产率高、投资少、成本低•**底吹法（OB）：氧、冷却介质及粉熔剂从转炉炉底喷压入炉内，将铁水变钢水。•优点：吹炼平稳、喷溅及烟尘少、冶炼速度快、投资更省•缺点：寿命较低、作业率影响大、消耗大、系统复杂、维修大•**顶底吹法（LD-OB）：采取顶吹氧底吹搅拌性气体，提高顶吹溶池搅拌能力与克服•底吹化渣、去磷的困难。•优点：金属收得率高，炉子可控性强、去磷能力强第一章、炼钢机械设备概述•2.特殊钢冶炼基本工艺：•（1）基本工艺•熔化吹氧处理、浇注•废钢/合金——钢液——钢水—————锭/坯•（2）主要方法•电弧炉、感应炉、电阻炉、矿热炉、电子束•炉、等离子炉等•（3）主要产品•高级优质钢及合金钢第一章、炼钢机械设备概述•3.炉外精炼方法•核心目的：脱气、除杂、调品、控温•DH法：真空处理提升脱气法（1956年/德国/多特德—胡德公司）•采取真空浇注时提出钢水中的气体•RH法：真空处理循环脱气法（1957年/德国/Ruhrstahl——Heraeus•公司）利用Ar气气泡带动钢水连续通过真空室而循环脱气•优点：钢水降低含气量；缺点：钢水温度降低•VOD法：即真空吹氧脱碳法（1965/德国/梅索公司），特别适用于冶•炼不锈钢•基本过程：转炉或电炉内的钢水——钢包——真空室——•顶吹氧/底吹氩/抽真空（氧化碳.脱氧）•ASEA—SKF法：钢包精练法（1965年/瑞典/滚动轴承公司）•基本过程：钢水——电磁搅拌——吹氧——抽真空•加热——加合金——浇注第一章、炼钢机械设备概述•VAD法：真空电弧加热法（美国/芬克尔公•司）•AOD法：氩氧混吹法（1968年/美国）•CLU法：蒸汽、氧混吹法•CHD/VOD法：真空加热、加氧脱碳法•（德国/莱伯特—海拉撕公司）•LF炉法：Ar气搅拌钢包精炼第一章、炼钢机械设备概述•二、炼钢工厂基本机械设备•1.炼钢工厂布置•讲读参考教材P185~186•300t转炉车间平面布置••2.炼钢机械设备•（1）转炉炼钢机械设备按用途划分：•原料设备——铁水车、混铁炉、铁水预处理设备、吊•车、散料供应设备、称量设备•转炉设备——转炉体、炉体支撑装置与倾动装置、修炉机•供氧系统——氧枪、提升装置•出渣、出钢、浇注设备——盛钢桶及运输车、渣罐及渣罐车、钳式•吊车、钢包回转台、连铸机•烟气净化与回收设备、炉外精炼设备等第一章、炼钢机械设备概述•（2）转炉炼钢设备按设备属性与生产联系划分•炉子主体设备——转炉炉体•各种专用冶金起重设备——原料起重机、•桥式和地面加料机、铸锭起重•机、脱模起重机•连铸机——钢包回转台、连铸机主体、•切割机•其他设备——混铁炉、铁水预处理设备、•吹氧设备、炉外精炼设备、修炉•机等第一章、炼钢机械设备概述•3.炼钢机械设备主要特点•重载、受力复杂、连续——连续生产、冶炼强度•高、动载荷波动大•工况恶劣——高温、多尘、酸碱环境、液体、气体、固体混合•大型、可靠、自动化——装备构成大、自动化程度要求高•设备安全系数要求高•4.炼钢机械设备的发展概况•容量——转炉容积不断加大、冶炼速度不断提高•环保——设备工况不断改善，废气、水、物处理好、公害越来越小•监控——设备状态监测系统不断更新，更时时逼真设备运转真实状•况，改善设备运转参数，更安全可靠，寿命更长••第二章、转炉炼钢机械•§2-1转炉体•一、转炉炉体结构•1.转炉的总体结构形式：P187图7-7•2.转炉总体构成：P188图7-8•炉体——炉壳（钢板，包括炉帽、炉身、炉底三部分）•炉衬（耐火材料，包括工作层、永久层、填•充层三层）•炉体支撑系统——托圈、连接装置及轴承、支座•倾动机构——驱动电机、传动装置、抗扭装置•第二章、转炉炼钢机械•二、炉壳受载特点与变形•属薄壳结构、高温、重载、连续受载•载荷性质——静载荷、动载荷、热负荷•三、炉壳钢板厚度的确定•按照经验，类比方法•常用材料Q235、16Mn••第二章、转炉炼钢机械•§2-2转炉支撑系统•一、托圈P193图7-14•性质：承载件、传动件•结构：箱形断面、整体式或分段式•包括环形圈体、耳轴两大部分，水冷•材料：低合金钢•制造：铸造、焊接（一般采用）•工作特点：承载（静载）、受扭、冲击载荷•（频繁起动、制动、生产载荷变化）第二章、转炉炼钢机械•二、炉体与托圈的联接装置P198图7-19•1.联接基本要求：满足热变形要求•一般托圈与炉壳之间的间隙为0.03DL•*转炉任何位置，静、动均匀传递给托圈•*适应炉体径向、轴向热膨胀，不产生窜动•*避免静不定引起附加载荷•*炉体载荷均匀分布在托圈上减低变形•2.联接基本形式：•*支撑托架夹持式•*吊挂式——法蓝螺栓连接式P196图7-17•——自调螺栓连接式P197图7-18•第二章、转炉炼钢机械•三、耳轴支撑装置•1.轴承工作特点：按静载荷选取轴承（不按疲劳）•负荷大、转速低（1rpm）、起制动频繁、•转动范围大（2800~2900）、轴承零件局部受载•2.设计基本计算：•讲读教材P197~198•（提问：有关轴承受力的设计计算）•3.选取轴承考虑的因素：原则为载荷大值选两侧轴承•载荷波动情况（附加载荷）、倾动动载、起制动惯性•力、热膨胀附加力、炉渣造成偏载•4.轴承型式：•重型双列向心球面滚子轴承、铰链轴承、复合轴承第二章、转炉炼钢机械•§2-3转炉倾动机械•一、倾动机械工作特点•低速大速比、重载、起制动频繁、动载大•二、倾动机械配置型式与结构及特点•1.形式：•落地式、半悬挂式、全悬挂式•2.结构：重点在原理（图）、特点•讲读P202图7-23、24、26、27、30第二章、转炉炼钢机械•三、抗扭缓冲装置•1.作用：防止倾翻•2.要求：•*适应耳轴工作倾斜导致整个装置位移变化•*不对耳轴形成附加载荷•*缓冲性能好，能降低传动件的尖峰载荷•*结构简单、紧凑、易维修•3.工作原理：•讲读P208图7-31第二章、转炉炼钢机械•4.抗扭装置型式：•（1）.单力平衡式•原理：浮点铰链式P209图7-32•特点：元件多、没有缓冲元件，受剪切力、•会产生附加载荷使耳轴受倾翻力矩•（2）.力偶平衡式•带扭力杆（有单、双式）•特点：外力矩转化为内力矩（扭力杆承担）、不•产生附加载荷，能适应耳轴挠变形，确保悬挂减•速器在空间做相应位移，不影响传动啮合•原理：讲读P220图7-34§2-3转炉倾动力矩计算•一、转炉倾动力矩的组成•包括三部分：（1）炉体重量Gk引起的力矩Mk，称为空炉力矩（2）炉液重量Ga引起的力矩Md，称为炉液力矩（3）耳轴上的摩擦力矩MfM=Mk+Md+Mf•二、转炉空力矩计算•1.空炉自重与重心计算——原则：（1）炉壳与炉衬材质不同，新炉与老炉的炉腔不同，应分别计算重量和重心；（2）炉壳与炉衬各部分形状及重量均按简化为均质回转体及其组合体，主要为圆柱体、圆台、球缺、球台；（3）考虑炉衬被冲刷及炉口钢渣粘结引起炉体重量偏载——计算原理和步骤（1）按比例画出炉衬图，分解为几个简单几何体并标注主要尺寸；（2）计算各个简单几何体的重量和重心（建立以炉体底部及炉体对称中心为坐标原点的坐标系）；（3）计算各个几何体的重量和重心的合成坐标值Gk=G1+G2+G3+G4+…..+Gn=∑GiZc=（G1Z1+G2Z2+…..+GnZn）/GkXc=（G1X1+G2X2+……+GnXn）/GkG1，G2…Gn——各个简单几何体的重量Zc，Xc——合成重心的Z、X坐标值Z1，Z2，…Zn；X1，X2，.Xn各个简单几何体重心的Z，X坐标值§2-3转炉倾动力矩计算转炉炉体典型简化几何体•2.空炉力矩计算空炉力矩计算模型图LKHZkXZark∮kGkxk空炉重心位置耳轴中心位置§2-3转炉倾动力矩计算•新炉、空炉力矩计算式：Mk=Gk*rk*sin（a+∮k）a——炉子倾动角度∮k——rk与Z轴的夹角Gk——空炉重量rk——空炉重心K到儿轴中心的位置对于对称炉型，∮k=0，则：Mk=Gk*rk*sina当炉子处于直立位置，原始倾动角a=0规定：当放炉运转为阻力矩时定为正直，若为反拖力矩时定为负值；或者当抬炉运行转为反拖力矩时为正直，若为阻力矩时则为负值§2-3转炉倾动力矩计算•三、炉液力矩计算1.炉液重心位置确定确定的方法有三种：基本积分法、图解积分法、高斯积分法。基本积分法——用微分单元体积分，采用理力学的重心求取法计算炉液重心。被积函数比较难找出。重心=体积矩积分/体积积分图解积分法——按一定比例作出炉型图，用求积仪测量若干截面图形的面积来求解积分。高斯积分法——采用高斯积分公式，转换积分区间计算炉液体积。（1）基本积分法求炉液重心原理图bzdzbSa0xZxs弓形θezr§2-3转炉倾动力矩计算单元体炉液在倾动角度为a情况下，分别对x轴和y轴的体积矩为：aZdv=Z.Sdz—对X轴的体积矩baXsdv=Xs.Sdz—对z轴的体积矩bS——单元体截面面积（为一个弓形面积）Xs——单元体dv重心距Z轴的距离用理论力学计算重心公式：重心=体积矩/体积炉液重心计算值为：炉液对Z轴的体积矩Xd=炉液体积炉液对X轴的体积矩Zd=炉液体积上述计算式中的被积函数是关于单元体面积的计算式，即截面为弓形的面积，它又是关于截面圆心角的函数。§2-3转炉倾动力矩计算弓形截面积面积：S=1/2*（θ—sinθ）*r2弓形截面对YOZ平面的面积矩：Sxs=2/3*Sin(θ/2)*r3弓形截面对y轴的截面惯性矩:Js=1/8(θ—1/2*Sin2θ）r4θ——弓形截面的弦心角r——弓形截面的半径θ=π—2Sin-1（1—e/r）e——弓形截面的弦高2.炉液力矩计算炉液重量Gd对耳轴中心产生的力矩就是炉液力矩Md。Md=Gd[（H—Zd）*sina—Xdcosa）H——耳轴中心的Z轴坐标值a——炉子倾动角度Zd——炉液重心的Z轴坐标值Xd——炉液重心的X轴坐标值3.耳轴摩擦力矩计算Mm=（Gk+Gd+G托+G悬）*ud/2Gk：空炉重量，Gd：炉液重量G托：托圈重量，Gd：悬挂装置重量d：耳轴轴承直径u：摩擦系数§2-3转炉倾动力矩计算四、倾动力矩曲线绘制与分析根据力矩与倾动角的函数关系可以作出倾动力矩曲线•五、耳轴位置的确定1.确定原则两种原则：全正力矩原则——以保证工作安全可靠为出发点，要求转炉在整个倾动过程中，不出现负力矩，即在任何事故下（断电、断轴、制动器失灵等），炉子不但不会倾翻，而且能够自动返回原位（直立位置），其条件为：0（Mk+Md）≥MmMk：空炉力矩Md：炉液力矩Mm：摩擦力矩§2-3转炉倾动力矩计算•正负力矩等值原则（也称为经济原则）：•转炉在整个倾动过程中，使波峰力矩和波谷力矩平均分配在正负力矩区域内，并且其绝对值相等。•这是的倾动力矩绝对值最小，可以减小传动系统的静力矩，设备尺寸和电机容量都可以减小。•缺点：发生设备事故时，措施不及时会造成翻炉跑钢的重大事故。§2-3转