精炼炉钢包设计
摘要
钢包精炼炉，是用来对初炼炉（电弧炉、平炉、转炉）所熔钢水进行精炼，并且能调节钢水温度，工艺缓冲，满足连铸、连轧的重要冶金设备。钢包炉是炉外精炼的主要设备之一。钢包精炼炉主要功能：1、使钢液升温和保温功能。钢液通过电弧加热获得新的热能，这不但能使钢包精炼时可以补加合金和调整成分，也可以补加渣料，便于钢液深脱硫和脱氧。而且连铸要求的钢液开浇温度得到保证，有利干铸坯质量的提高。
关键词：钢包；液压；滑动水口
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.
I
Keywords：The Ladle ；hydraulic；slide gate
II
第一章 总论
1.1钢包精练炉的简介
钢包精炼炉，是用来对初炼炉（电弧炉、平炉、转炉）所熔钢水进行精炼，并且能调节钢水温度，工艺缓冲，满足连铸、连轧的重要冶金设备。钢包炉是炉外精炼的主要设备之一。钢包精炼炉主要功能：1、使钢液升温和保温功能。钢液通过电弧加热获得新的热能，这不但能使钢包精炼时可以补加合金和调整成分，也可以补加渣料，便于钢液深脱硫和脱氧。而且连铸要求的钢液开浇温度得到保证，有利干铸坯质量的提高。2、氩气搅拌功能。氩气通过装在钢包底部的透气砖向钢液中吹氛，钢液获得一定的搅拌功能。3、真空脱气功能。通过钢包吊入真空罐后，采用蒸汽喷射泵进行真空脱气，同时通过包底吹入氩气搅动钢液，可以去除钢液中的氢含量和氮含量，并进一步降低氧含量和硫含量，最终获得较高纯净度的钢液和性能优越的材质。钢包精炼炉的应用对整个企业来看，至少可增加如下得益：加快生产节奏，提高整个冶金生产效率。应用领域：钢包精炼炉被广泛用于工业、钢铁、冶金等行业。
1.2钢包精炼炉的研究意义
炉外精炼技术由于其具有提高钢质量、加快产量、降低成本、改善劳动条件和生产环境条件等优点日益成为全世界钢铁行业的新宠。钢包精炼炉以其冶金效果好、具有设备费用低、易于操作等特点而成为炉外精炼技术有代表性的设备,正得到普遍应用。
1.3 钢包精炼炉的研究背景
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钢铁是国民经济的中流破柱,是国家生存和发展的物质保障。钢铁工业在国民经济的发展过程中,起着举足轻重的作用,是国民经济水平和综合国力的重要标志。我国是发展中国家,正大力发展其国民经济,这使得我国对钢铁材料的需求量增大。同时我国也是钢铁产量世界第一的钢铁大国,在国民经济高速发展的今天,社会对钢材尤其是高质量钢材的需求不断加大,这就需要我们为钢铁强国的伟大目标努力奋斗。在一段时期之内,钢铁工业仍将是我国经济的支柱之一。
20世纪以来,钢铁产品被广泛地应用在建筑、机械、汽车、船舶、石油和运输等各个行业中。因此,钢铁一直是国民经济的基础工业之一。现如今,虽然出现了许多新材料,例如陶瓷、塑料、高分子复合材料等等,这些新材料由于自身的一些特点在一定程度上取代了钢材,但是钢材具有其它材料不可比拟的综合性能。同时,与其它材料相比,钢材价格波动趋势相对较小。所以,钢铁材料仍是当代最主要的材料之一。
随着市场经济的持续高速发展,使得企业的规模和产量越来越大,钢铁工业也通过加快结构优化与调整,不断提高满足国民经济对钢材产量、品种、质量、成本等全面要求的能力。但是,随之而来的市场竞争又使各企业面临着生产规模、经济效益、产品质量和环境保护等方面的严峻挑战。企业要想立于不败之地,必须提高自身的竞争能力,提高生产效率、降低成本、降低能源消耗和原材料消耗、减轻对环境的污染和改进产品质量,以适应快速多变的市场需求。
近20多年来,由于人类社会的飞速发展对钢材尤其是优质钢材、特殊钢材的需求越来越大,而随着科学技术的发展,钢材的冶炼技术也发生了质的变化。炼钢炉的容量不断扩大,超高功率电炉普遍应用于生产,连续铸钢技术也円臻完善。因此,炼钢的方法也发生了巨大的变化,由原始的一步炼钢法发展成为二步炼钢法即炉内初炼、炉外精炼。炉外精炼技术由于
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其具有提高钢质量、加快产量、降低成本、改善劳动条件、改善生产环境条件等等优点已日益成为全世界钢铁行业的新宠,发展极其迅速。全世界各大钢铁企业纷纷加大了对钢水炉外精炼的研究力度,研制了多种钢水炉外精炼的设备,尤其是提出了各种各样的理论和控制方法,并已创造了极其可观的经济效益。
1.4实施方案及主要研究手段
（1）本课题对现有钢包精炼炉进行改进，重点解决现有钢包精炼炉的缺陷。（2）根据钢包精炼炉的材料性质，确定工艺材料的选择（3）通过对已有的钢包精炼炉的结构进行改进，主要改善钢包包体、滑动水口、吹氩口。
1.5设计(论文)的主要内容（理工科含技术指标）：
(1) 参阅相关资料，了解和掌握钢包精炼炉工作原理及其发展，并查阅和收集相关资料；
(2) 完成原理方案设计和结构方案设计，确定实施方案；
(3) 对钢包精炼炉结构进行设计；
(4) 钢包起吊轴加工工艺规程设计；
(5) 对钢包滑动水口的结构改善，并对结果进行分析；
(6) 完成所设计部件的装配图和零件图。
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第二章 钢包设计
2.1、 钢包尺寸计算
此处省略NNNNNNNN字
需要完整版请联系QQ九九八七二一八四。
3.1.4 各工况负载
由于忽略了摩擦及惯性负载，且由任务书可知，整个工作过程中，工
3.1.5 各工况时间
将启动和减速过程忽略
工进：t1===7.33s
退回：t2===7.33s
3.2 确定液压缸基本参数
3.2.1 初选系统压力
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由任务书给出系统工作压力P1=16MPa，液压缸工作过程中，活塞杆主要受压，故取d/D=0.7
系统对活塞杆速度有要求，初步构想采用出口节流调速，故初取系统背压P2=1MPa
3.2.2 计算液压缸主要尺寸 A1=
去=0.9
=71.6846
= 则A1=7168.46×则液压缸直径D==9.56cm
去标准值D=100cm
由d/D=0.7，则A1=2A2，i=0.7
则d=70mm
则液压缸的有效面积：
A1=π·/4=78.5 A2=π·( )=40.1 活塞杆直径A=A1-A2=38.4
3.3 拟定液压系统图
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3.3.1 选择基本回路
3.3.1.1 调速回路
由于出口节流调速始终存在背压，故速度稳定性好。
3.3.1.2 油源形式的确定
由第一部分分析看出，系统工作过程中主要由工进（高压大流量）和退回（低压大流量）两个工况组成，即泵主要要满足高压大流量的要求，故而，选择轴向柱塞泵。
3.3.1.3卸荷回路的选择
由于钢水包滑动水口特殊的工作条件，要求液压系统在大部分时间内都处于不工作状态，但频繁的启动不仅消耗大量能量，而且对液压系统不利，故而系统应采用卸荷回路，现提出以下卸荷回路：
（1）换向阀卸荷
（2）先导式溢流阀卸荷
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（3）先导式电磁卸荷溢流阀卸荷
3.3.1.4锁止回路的确定
由于钢水包滑动水口要求在任何位置停止并锁紧，以稳定的调节钢水流出速率，故采用液控单向阀的锁紧回路。
3.3.1.5系统图的最终确定
(1)
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（2）
3.1.3.6系统的比较
系统一采用双缸串联机构，工作中从动缸可随主动缸动作，从动缸的启动与停止完全跟随主动缸动作，运动控制精确，且系统简单，易实现。
系统二中，从动缸采用差动连接，并靠主动缸推动滑动水口为从动缸提供机械力，使从动缸运动，在主动缸停止运动时，从动缸可能会在惯性作用下继续运动，从而造成滑动水口的开度定位不精确，且此系统复杂，使系统搭建、调试以及发快的设计变得复杂。
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系统三才有用先导式卸荷溢流阀，卸荷溢流阀流量大，且系统简单。 系统四采用单缸系统，并利用换向阀中位锁紧，系统简单易实现，但单缸系统的液压缸尺寸计算时，须按有杆腔提供工作压力计算，导致液压缸尺寸变大，而由于此液压缸需要经常拆卸，过大的液压缸对工人操作不方便，且对机械机构要求也更高，而换向阀中位机能锁紧回路锁紧不可靠。
综合以上分析，将系统一作为最终选定系统。
3.4液压辅件的选择
3.4.1 选择液压泵及驱动电机
3.4.1.1确定液压泵最大工作压力
P1=16MPa
由于系统管路简单，取ΔP=0.5MPa
3.4.1.2确定液压泵的流量
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取泄露系数
K=1.1
3.4.1.3选择液压泵型号
由以上计算数字查阅产品样本，选用规格相近的华德公司的
A2F 10 R 2 P 1轴向柱塞泵
3.4.1.4确定驱动液压泵的功率
取泵的总效率=0.8
其中=10ml/r×
1500r/min=15l/min
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=5KW
3.4.2 控制阀的选择
3.4.2.1 先导式溢流阀
溢流阀通过的最大流量即为泵的额定流量，q=15L/min，最大调定压力p≥16MPa
选择华德公司的DBW 10A-2-30B/315X/V
3.4.2.2 换向阀
通过换向阀最大流量为系统工进时流量q=7.065L/min，工作压力p=16MPa
系统电磁换向阀选择4WE6 J 50B/ A G24 V
系统手动换向阀选择H-4WMM 6JB/V
3.4.2.3调速阀及液控单向阀
调速阀及液控单向阀的最大流量为系统工进工况时的流量q=7.065L/min，工作压力p=16MPa
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调速阀选择Z2F 6-30B/S2 V
单向阀选择Z2S 6-40 B/V
3.4.3 蓄能器的选择
3.4.3.1蓄能器的参数计算
（1）蓄能器充气压力的确定
蓄能器的最低工作压力应由实验确定，但由于条件的限制，在此定位12MPa。
则蓄能器的充气压力
（2）蓄能器总容积V0的计算
由于蓄能器做应急能源使用，并要求在泵不工作时，靠蓄能器可工作2-3次，以下按工作三次计算
则蓄能器有效工作容积
ΔV=A1·S·3·ζ 其中取ζ=1.2
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ΔV=3.2L
工作过程可看做等温过程
则
3.4.3.2蓄能器的选择
有以上计算选择力士乐公司的
HAB 20-262-2X/10 G09 2N111-SQLO- 皮囊式蓄能器
3.4.4管道的选择
3.4.4.1 管道内径的计算
管道内径计算公式d=1.13
吸油管路: 取v=3m/s
d=10.3mm
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回油管路：取v=3.5m/s
d=9.5mm/s
压油管路：取v=8.5m/s
d=6mm/s
3.4.4.2 管道的选择
液压泵至阀块之间管道的选择:由泵的p口螺纹尺寸为M22×1.5，选择M22×1.5的卡套式管接头，据此选择泵至阀块之间的管道为外径φ18，内径φ12的钢管。
阀块至油箱之间管道的选择：由回油管路的上述计算，取内径φ10mm，外径φ14mm的钢管，选择M18×1.5的卡套式管接头。
阀块上A、B口至液压缸之间的管道选择：由亚油管路计算，选择内径φ6mm，外径φ10mm的钢管，管接头选择M14×1.5的卡套式管接头。
3.5 确定油箱容量
油箱容量由经验公式确定：V=α·q
q=15L/min，取α=6
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即油箱容量V=90L
3.6过滤系统的设计
3.6.1 过滤器的位置设置
系统采用轴向柱塞泵，受泵的吸油特性限制，不采用吸油过滤由系统
要求知道，系统大部分时间处于卸荷状态，故只采用压油路过滤，且过滤器装在溢流阀的上游，既可起到对泵下游液压元件的保护，又可保证流回油箱油液的清洁。
3.6.2 过滤器精度的选择
（1）系统中最敏感元件为液压泵
（2）由ISO4406标注及水乙二醇为工作介质，选择清洁度为17/15/13。
（3）考虑到系统工作的高温环境，及系统的故障可能威胁设备及人员安全，目标清洁度再增加一级，选择16/14/12。
（4）由目标清洁度选择过滤器清洁度，查表可得过滤精度为5μm。
3.6.3过滤器尺寸确定
（1）根据环境污染状况和对污染物的控制程度，查处环境等级
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由于钢厂环境较差，但系统所用缸较少，故选环境等级为5级。
（2）确定流量增大倍数
选择ZU-H系列高压过滤器，最大允许压力将为0.35MPa，据此查表增大倍数为2倍
3.7液压油的选用
由于钢水包滑动水口液压系统在钢水包附近工作，工作环境温度较高，且有发生火灾的危险，故采用抗燃液压油水乙二醇。
结论
经过对钢包设计计算，可以得出以下结论：
（1）设计了钢包体结构；
（2）设计了钢包滑动水口；
（3）设计了钢包滑动水口液压系统。
通过本次毕业设计，我全面的进行了一次机械设计基本技能训练，对所学的课程进行了一次全面系统的复习，并融会贯通。综合运用所学知识，遇到问题，分析问题，并解决问题。经过这次毕业设计，我的计算机和外语应用能力得到了一定的提高，并且提高了我的机械设计与应用能力。
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不过在本次设计计算过程也有不少问题，比如查阅的资料可能还不够完善，考虑的工况还不够周全。计算时我也遇到了许多困难，但是通过自己不断查阅相关资料和请教老师等途径，最终将一个个困难解决了。在本次设计过程中锻炼和加强了自己独立分析、解决问题的能力。这些必将使我在以后的生活与学习中受益匪浅。
致谢
本次毕业设计是在xx老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。xx严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，xx老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。xx老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想给我以鼓舞，在此谨向xx老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。
最后再一次感谢所有在毕业设计中曾经帮助过我的良师益友和同学，以及在设计中被我引用或参考的论著的作者。
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