机电专业150t炼钢连铸的钢包回转台设计.doc
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毕业设计说明书
150t炼钢连铸的钢包回转台设计
源设计图纸请联系本人，参见豆丁备注。
毕业生姓名
：
专业
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机械设计制造及其自动化
学号
：
指导教师
:
所属系（部）
：
机械电子工程系
二〇一四年六月
摘要
钢包回转台是现代炼钢连铸生产中的主要设备之一，其作用是支撑和运载钢包进行浇铸，为实现多炉连浇创造了条件。
钢包回转台是连续铸钢设备中负荷最大、体积最大的焊接件。
它的主要组成部分是回转臂、推力轴承及塔座三部分。
为了安全运转，要求他的各个零部件有足够的强度和刚度。
本设计说明书是以江苏省镔鑫特钢材料有限公司炼钢厂的连铸车间方坯连铸机的钢包回转台为借鉴，以蝶式钢包回转台为形式进行的设计。
主要内容包括：
钢包回转台传动方案的设计，回转台的结构尺寸的确定，主要零件的选择、计算与校核；电动机、减速器的选择与计算，以及钢包升降装置、称量装置、加盖装置的设计，此外，还介绍了部分主要零件具体的安装、维修、润滑、操作方法。
关键词：
连铸；蝶式钢包回转台；传动方案；回转台结构尺寸。
Abstract
Theladleturretisoneofthemaincastingequipments.Principalaffectissupportingladle
andcarryingtooperation.Forcontinueuscastinginventaconditionthatworkingwithmanyladles.
Theladleturretisthemostloadandvolumejointingpartinthecastingequipments.It'smakingupofrevolvingarm,thrust-axletree,foundation.Forthesafety,needingeverypartshaveenoughintensityandrigidity.
Totakeabasisofthedishingladlehelicoiddadoforthesquare-circlecastingsBinXinSteelIronWorks.Thisdirectionisinvolvedinmanyrespectsincludingdriveschemedevice,Construvtionandsizeofhelicoiddado,mainparepartscalibration,motor,reductiongear,aircylinder,andladleliftingdevice,lockingdevice,weighingdevice,coveliftingdevice,elicitintroducedabouttheconcertinstall,lubricationandoperation.
Keywords:
castingequipment,dishingladlehelicoiddado,drivescheme,helicoiddadoconfigurable.
目录
摘要 I
Abstract II
1绪论 1
1.1国内外连铸机术的发展及我国与世界连铸技术的差距 1
1.2连铸机的主要设备及分类 3
1.3连铸机钢包旋转 7
1.3.1钢包旋转台的形式 7
1.3.2钢包旋转台的主要结构特点 8
1.3.3各类连铸机钢包回转台的特点 9
1.4钢包回转台的组成 11
1.5钢包回转台的工作特点 12
2初步确定方案 13
2.1已知条件 13
2.1.1设计题目 13
2.1.2技术参数及性能 13
2.2方案的总体布置形式 13
2.3回转台具体部件设计方案的确定 13
2.3.1钢包旋转驱动方式 13
2.3.2锁紧方式 14
2.3.3钢包盖的升降装置 15
2.3.4长水口机械手动作方式 15
2.3.5钢包升降驱动方案 15
3电机的计算与选择 17
3.1钢包回转功率的计算 17
3.1.1基本数据的计算 17
3.1.2情况Ⅰ的回转功率计算 18
3.1.3情况Ⅱ的回转功率计算 19
3.1.4情况Ⅲ的回转功率计算 20
3.2电动机和电气马达的选择 21
3.2.1电动机的选择：
21
3.2.2马达的选择 22
3.3减速器的设计 22
3.3.1确定减速器的结构 22
3.3.2传动比的计算和分配，计算传动装置的运动和动力参数 23
3.3.3齿轮的设计 24
3.3.4轴的设计 30
3.3.5减速器箱体的结构尺寸 39
4回转台主要构件分析 40
4.1对回转臂进行分析 40
4.2滚柱回转支承 40
4.2.1径向滚柱的分析 40
4.2.2轴向滚柱的分析 42
4.3地脚螺栓设计与计算 43
4.3.1选择材料 43
4.3.2确定螺栓的基本数据 43
5销齿传动的设计与计算 45
5.1销轮轴转矩 45
5.2选材及许用应力的确定 45
5.2.1材料的选择 45
5.3销齿直径确定 46
5.4校核齿轮弯曲强度 47
5.5确定尺寸 47
6钢包旋转台的加盖装置的设计 48
7称量传感器的形式选择与容量计算 49
8地脚螺栓的设计与计算 50
8.1选材及尺寸确定 50
8.2螺栓工作负荷的确定 50
9钢包回转台设备安装、使用和维护 52
9.1一些设备的安装 52
9.1.1滚柱旋转轴承的使用方法以及安装 52
9.1.2提升缸的安装与拆卸 52
9.2钢包回转台的使用和维护 52
总结 54
参考文献 55
外文资料 56
中文翻译 61
致谢 65
V
太原理工大学阳泉学院----毕业设计说明书
1绪论
1.1国内外连铸机术的发展及我国与世界连铸技术的差距
把高温钢水连续不断地浇铸成具有一定断面形状和一定尺寸规格铸坯的生产工艺过程叫做连续铸钢。
完成这一过程所需的设备叫连铸成套设备。
浇钢设备、连铸机本体设备、切割区域设备、引锭杆收集及输送设备的机电液一体化构成了连续铸钢核心部位设备，习惯上称为连铸机。
在钢铁厂生产各类钢铁产品过程中，使用钢水凝固成型有两种方法：
传统的模铸法和连续铸钢法。
而在二十世纪五十年代在欧美国家出现的连铸技术是一项把钢水直接浇注成形的先进技术。
与传统方法相比，连铸技术具有大幅提高金属收得率和铸坯质量，节约能源等显著优势。
自从20世纪50年代，连续铸钢技术进入工业性应用阶段后，不同类型、不同规格的连铸机及其成套设备应运而生。
20世纪70年代以后，连铸技术发展迅猛，特别是板、方坯连铸机的发展对加速连铸技术替代传统的模铸技术起到了决定性作用。
连铸坯的吨数与总铸坯（锭）的吨数之比叫做连铸比，它是衡量一个国家或一个钢铁企业生产发展水平的重要标志之一，也是连铸设备、工艺、管理以及和连铸有关的各生产环节发展水平的综合体现。
1970年至1980年，世界平均连铸比从4.4％发展到28.4％，中国的连铸比从2.1％发展到6.2％；至1990年，世界和中国的连铸比分别发展到62.8％和22.4％；到2001年，又分别发展到87.6％和92.0％。
2003年，中国连铸比达到95.3％左右，估计世界平均连铸比2003年接近90％。
从统计数字可以看出，中国的连铸技术在近10多年内得到了迅速发展。
世界上有许多连铸技术实力较强的公司，如西马克·德马格、奥钢联、日本JSP公司、达涅利（包括戴维）公司等。
以板坯连铸机为例，西马克·德马格公司从1962年至2001年新设计和改造板坯连铸机共约370台；奥钢联从1959年至2000年新建和改造板坯连铸机共约181台；日本JSP公司截止2001年新建并改造板坯连铸机共约150台；达涅利的戴维公司也设计了10多台连铸机。
2001年末，世界上共有各类投产的板坯连铸机约550台800流（有一些是重复改造的，按估计值未计入）。
截止到2002年底，中国共有551台（1749流）连铸机，其中板、方坯连铸机分别为101台（130流）、429台（1564流），圆坯、异形坯连铸机分别为20台（52流）、1台（3流）。
这些统计中，绝大部分连铸机是立足于中国国内设计制造的。
我国加入WTO后，人才、知识、科技与经济的全球化趋势越来越清晰地展现出来。
由于历史及其他各方面原因，国外先进技术和管理方式显然具有竞争优势。
近几年，我国经济发展较快，冶金企业投放的技改资金比较大，新上项目很多，连续铸钢项目也较多，但连铸机设备和技术大部分还是靠引进。
我国薄板坯连铸连轧已经引进了将近10条生产线；从2000年开始，我国先后全部引进或引进核心部位设备与技术的常规板坯连铸机共有24台27流，还有继续引进的趋势；中薄板坯连铸机、异型坯连铸机全部引进；大方坯连铸机也有引进的倾向。
其原因主要是我国连铸技术与国外先进水平还存在一定差距。
新材料是钢铁工业的永远追求，进入21世纪后，以高新技术为先导的“产业革命”在材料领域出现了一些令人瞩目的新现象，神奇的纳米材料可能孕育着社会经济的巨大变革，新材料是高新技术的基础。
作为连续铸钢，就是要提高无缺陷坯的比率，在连铸工艺、设备和生产操作等多方面下功夫。
连铸产品合格率不仅仅取决于连铸机本身，由于连铸工艺的特殊性，需要进行浇铸的钢种往往对钢水的成分、夹渣、气体含量、温度有一定的要求。
因此，连铸前工序的炉外精炼技术从20世纪80年代受到连铸工艺的重视之后，在90年代已成为必不可少的手段
连铸技术发展应关注的问题近终形和传统断面的板坯连铸机各有千秋，很多人把薄板坯、中厚板坯连铸机也称作近终形板坯连铸机。
目前近终形板坯连铸连轧工艺还有较大的发展空间，但这类连铸连轧工艺的发展重点还是扩大产品品种，提高产品质量。
过去曾有人认为，近终形连铸连轧工艺的出现将大量地取代传统断面的板坯连铸机和热连轧机。
然而，由于钢种、产品用途、产品质量的实际情况，传统断面的板坯连铸机不但不会被近终形连铸连轧工艺大量代替，而且还会继续向前发展。
连铸机的高效化改造今后若干年，新增连铸机的势头将会明显减弱，正在生产的连铸机的高效化改造会越来越多。
不论是新建连铸机，还是老连铸机的改造，人们不会单一地追求高拉速、高产量，而综合经济效益、投入与产出的水平将成为连铸机高效化的基本准则。
总之，连铸机关键技术选用及配套使用的目的是为了提高连铸机的装机水平，提高连铸板坯质量，提高拉速、生产率、金属收得率，降低生产成本，最大限度地发挥连铸机的节能特点。
连铸设备将会围绕工艺要求在设备结构的优化、可靠性、维修性、可操作性、使用寿命等方面进一步改进。
另外，在连铸工艺方面也有很多需要深入研究的技术，如包晶钢种连铸、减少铸坯半宏观偏析和宏观偏析技术、纯净钢的生产技术、不锈钢及其它特殊钢种的生产技术、高等级钢种的中间罐冶金生产技术、高效高速连铸等。
1.2连铸机的主要设备及分类
连铸机主要由钢包运载装置、中间包、中间包运载装置、结晶器、结晶器振动装置、二次冷却装置、拉坯矫直机、引锭装置、切割装置和铸坯运出装置等部分组成。
钢包运载装置主要有浇注车和钢包回转台两种方式，目前绝大部分新设计的连铸机都采用钢包回转台。
它的主要作用是运载钢包，并支撑钢包进行浇注作业。
采用钢包回转台还可快速更换钢包，实现多炉连铸。
中间包是钢包和结晶器之间用来接受钢液的过渡装置，它用来稳定钢流，减小钢流对结晶器中坯壳的冲刷；并使钢液在中间包内有合理的流动和适当长的停留时间，以保证钢液温度均匀及非金属夹杂物分离上浮；对于多流连铸机由中间包对钢液进行分流；在多炉连浇时，中间包中贮存的钢液在更换钢包时起到衔接的作用。
中间包运载装置有中间包车和中间包回转台，它是用来支撑、运输、更换中间包的设备。
结晶器是一个特殊的水冷钢模，钢液在结晶器内冷却、初步凝固成形，并形成一定的坯壳厚度，以保证铸坯被拉出结晶器时，坯壳不被拉漏、不产生变形和裂纹等缺陷。
结晶器振动装置是使结晶器能按一定的要求做上下往复运动，以防止初生坯壳与结晶器粘连而被拉裂。
二次冷却装置主要由喷水冷却装置和铸坯支撑装置组成。
它的作用是：
向铸坯直接喷水，使其完全凝固；通过夹辊和侧导辊对带有液芯的铸坯起支撑和导向作用，防止并限制铸坯发生鼓肚、变形和漏钢事故。
拉坯矫直机的作用是在浇注过程中克服铸坯与结晶器及二冷区的阻力，顺利地将铸坯拉出，并对弧形铸坯进行矫直。
在浇注前，它还要将引锭装置送入结晶器内。
引锭装置包括引锭头和引锭杆两部分，它的作用是在开浇时作为结晶器的“活底”，堵住结晶器的下口，并使钢液在引锭杆头部凝固；通过拉矫机的牵引，铸坯随引锭杆从结晶器下口拉出。
引锭杆拉出拉矫机后，将引锭杆脱去，进入正常拉坯状态。
切割装置的作用是在铸坯行进过程中，将它切割成所需要的定尺长度。
铸坯运出装置包括辊道、推钢机、冷床等，由它们完成铸坯的输送、冷却等作业。
连铸机可以按多种方法进行分类：
（1）按结晶器的运动方式，连铸机可分为固定式（即振动式）和移动式两类。
前者是现在生产上常用的以水冷、底部敞口的铜质结晶器为特征的“常规”连铸机；后者是轮式、轮带式等结晶器随铸坯一起运动的连铸机。
（2）按连铸机结构的外形可分为立式连铸机、立弯式连铸机、弧形连铸机（包括直结晶器多点弯曲型、直结晶器弧形、弧形多半径弧形等）、水平连铸机。
（3）按铸坯断面的形状和大小可分为：
方坯连铸机（断面不大于150×150mm的叫小方坯；大于150×150mm的叫大方坯，矩形断面的长和宽小于3的也称为方坯连铸机）；板坯连铸机（铸坯断面为长方形，其宽厚比一般在3以上）;圆坯连铸机（铸坯断面为圆形，直径Ф60～Ф400mm）；异形坯连铸机（浇注异形断面，如H型、空心管等）；方、板坯兼用连铸机（在一台铸机上既能浇注板坯也能浇注方坯）；薄板坯连铸机（铸坯厚度为40～80mm的薄板坯料）等。
（4）按铸坯所承受的钢液静压头，即铸机垂直高度（H）与铸坯厚度（D）比值的大小，可将连铸机分为高头型（H/D＞50，铸机机型为立式或立弯式）、标准头型（H/D为40～50，铸机机型为带直线段的弧形或弧形）、低头型（H/D为20～40，铸机机型为弧形或椭圆形）和超低头型（H/D＜20，铸机机型为椭圆形）4种。
随着炼钢和炉外精炼技术的提高，浇注前及浇注过程中对钢液纯净度的有效控制，低头和超低头连铸机的采用逐渐增多。
（5）其他。
其他经常用到的名称有台数、机数和流数等。
1）立式连铸机
立式连铸机的结晶器、二次冷却装置、拉坯装置及切割铸坯装置等都是布置在垂直的中心线上，如图1-1所示。
立式连铸机的优点是钢水在垂直的方向凝固，其所含的非金属夹杂物，上浮时不受阻碍，容易分离出来。
另一方面，铸坯不经过弯曲或矫直，不会产生因弯曲或矫直所造成的缺陷，因此它特别适用于优质钢及高合金钢的浇铸。
它的缺点是设备较高，一般是35～45mm，因此需要较高的厂房，或较深的地坑。
钢水的提升及铸坯的运送，都比较麻烦。
近10年来，除了少数特殊钢厂以外，很少采用这种机型。
图1-1双流立式连铸机
1-运坯车；2-中间包；3-结晶器；4-二冷夹辊；5-拉辊；6-拉辊驱动装置；7-飞剪；8-翻钢斗；9-运输链
2）旋转式连铸机
旋转式连铸机也叫离心式连铸机，也是一种立式连铸机。
其特点是结晶器、导辊及拉辊都和铸坯一起围绕其垂直中心线以一定的速度旋转，铸坯是在一边旋转一边下行的运动中凝固的。
这种铸机适用于浇铸圆坯。
它的优点是由于旋转时产生的离心力，使结晶器内的钢液能与结晶器壁有较好的接触，可以生成厚度比较均匀的坯壳，铸坯不易产生内裂。
另一方面，由于离心力的作用，使钢液面上的浮渣都集中在中心的旋涡内，可以很容易地将它捞出。
由于铸坯在旋转的运动中下行，因此只要在二冷区的纵向上布置若干个喷水嘴，就可以获得均匀的二次冷却效果。
用这种铸机铸出的圆坯，不须清理即可轧制。
这种铸机的缺点是设备的驱动系统比较复杂。
1-2旋转式连铸机
1-钢包；2-中间包；3-结晶器；4-二冷装置；5-导辊；6-拉辊；7-飞锯；8-翻钢斗。
近年来由于炼钢及连铸工艺的进步，特别是能在结晶器内安装电磁搅拌装置以后，已经能用弧形及其它型式的铸机浇出质量很好的圆坯，所以旋转式连铸机已经较少采用。
3）立弯式连铸机
立弯式连铸机的上半部分和立式连铸机相同，只是把凝固的铸坯弯转90。
使它向水平方向出坯，并在水平线上切成定尺长度。
为了便于出坯，这种连铸机只能建在地平面上，或深度较浅的地沟内，使切断的铸坯能用地面的辊道，或地沟内坡度不大的辊道运走。
这种连铸机的高度和立式连铸机相差不多，其优点是所切铸坯的定尺长度不受限制。
立弯式连铸机也是在连铸技术发展的初期出现的机型，适用于小方坯的连铸。
近年来这种机型很
少采用。
4）弧形连铸机
弧形连铸机的特点是它的结晶器是弧形的，其高度比立式及立弯式连铸机都低。
其结晶器的中心线和二冷夹辊组的纵向中心线同在一个半径的圆弧上。
圆弧的长度约为一个圆的四分之一。
铸出的弧形坯在其下死点附近被矫直后，即沿水平方向前进，然后切成定尺长度。
这是目前采用最广泛的机型。
<1>弧形板坯连铸机
板坯连铸机由于铸坯较宽，在受到钢水静压时，其宽边的坯壳容易鼓肚而产生内裂，所以从上到下安排了密布的夹辊。
由于铸坯在二次冷却区内运行的阻力较大，所以采用了较多的拉矫辊。
为了在检修时快速取出或装入二冷夹辊的扇形段，还设置了弯曲导轨，使各个扇形段能快速而准确地就位。
为了缩短浇铸准备时间，其引锭杆是从结晶器的上口装入的。
这样就能在铸坯还未拉出二冷区时，就开始安装引锭杆。
为此在浇铸平台上设有引锭杆运送车。
大型板坯连铸机能够浇铸的板坯厚度220～320mm，宽度为1870～2720mm，拉坯速度1～2.5m/min。
铸成的宽板坯可以在线纵切成几条宽度较小的板坯，其年产量在170万吨以上。
<2>弧形大方坯连铸机
铸坯断面在160X160mm以上的方坯及断面相等的矩形坯，统称为大方坯。
<3>弧形小方坯连铸机
由于小方坯在浇铸过程中不易产生鼓肚，所以在二冷区可以不设夹辊，而只设少数几个导向辊。
小方坯弧形连铸机一般采用管式结晶器，定径水口。
二冷装置也采用管式支架。
采用机械剪或液压剪剪切铸坯。
弧形小方坯连铸机特点是采用了刚性引锭杆，这样就把二冷区的导辊减至最少程度，从而为铸坯的均匀冷却及处理漏钢事故创造了较好的条件，设备的重量也相应地减轻。
1.3连铸机钢包旋转
1.3.1钢包旋转台的形式
钢包旋转台按旋转臂旋转方式不同，可以分为两大类：
一类是两个转臂可各自单独旋转；另一类是两臂不能单独旋转。
按臂的结构可以分为直臂式和双臂式两种。
因此，钢包旋转台有：
直臂整体旋转整体升降式；直臂整体旋转单独升降式；双臂整体旋转单独升降式和双臂单独旋转单独升降式等型式；还有一种可承受多个钢包的支撑架，也称为钢包移动车。
蝶形钢包旋转台是属于双臂整体旋转单独升降式，它是目前旋转台最为先进的一种形式。
图1-3蝶形钢包旋转台
1.3.2钢包旋转台的主要结构特点
钢包旋转台结构（见图1-3）有两个用来支撑钢包的叉形臂，每个叉形臂的叉口上安装有两个枢轴式接受座，在每个鞍座下装有称量用的称量梁，用以接受钢包并显示钢水的质量。
为给钢水保温，旋转台旋转盘上方的立柱上还装有钢包加盖装置，可以单独旋转和升降。
A钢结构部分
钢结构部分有叉形臂、旋转盘与上部轴承座、回转环和塔座组成。
（1）叉形臂叉形臂有两个，为钢板焊接结构，叉形臂要有足够的强度和刚度。
（2）旋转盘和上部轴承座旋转盘即旋转框架，是一个较大型的结构件，它的上部压着支撑钢包的两个叉臂和钢包加盖装置的立柱及构件，下部安装着大轴承的上部轴承座，承受着巨大的负荷。
因此，必须具有足够的强度、刚度以及一定的热负荷强度。
（3）回转环回转环实际上是一个很大的推力轴承，安装在旋转框架和塔座之间，回转环实际上是旋转台的心脏部分。
为了长期安装运行的需要，在旋转框架、回转环及塔座之间的连接部位均采用高强度的预紧螺栓。
（4）塔座塔座设置在基础上，通过回转环支撑着旋转台旋转盘以上的全部负荷。
B回转驱动装置
回转驱动装置由电动机、大速比减速器及回转小齿轮组成，旋转台旋转频率通常不大于1/60s。
假如旋转频率过高，则在启动及制动时会使钢包内的钢水产生动荡，甚至溢出。
C事故驱动装置
钢包旋转台一般都设计配有一套事故驱动装置，以便在发生事故或其他紧急情况而无法用正常的驱动装置时，仍可借助事故驱动装置将处于浇注位置的钢包旋转到事故钢包的上方。
事故驱动装置通常是气动的，由气动马达代替电动机驱动大速比减速器和其他部分。
D回转夹紧装置
回转夹紧装置是使大包固定在浇注位置的机构，它一方面保护了回转驱动装置在装包是不受冲击，另一方面保证了正在浇注的钢包安全。
E升降装置
为了实现保护浇注，要求钢包能在旋转台上做升降运动。
当钢包水口打不开时，要求使钢包上升，便于操作工用氧气浇水口，同时钢包升降装置对于快速更换中间包也很有利。
F称量装置
钢包的称量装置的作用是用来在多炉浇注时，协调钢水供应的节奏以及预报浇注结束前钢水的剩余量，从而防止钢渣流入中间包。
每套升降装置都有4个称量传感器以及完整的称量系统。
G润滑装置
钢包旋转台的回转大轴承采取集中自动润滑，分别由两台干油泵及其系统供给。
1.3.3各类连铸机钢包回转台的特点
钢包旋转台有不同的运动方式，不同的工作性能，因而有不同的结构形式。
最简单的旋转台只用一个转臂，就能作旋转运动。
一般的旋转台除了旋转运动之外，还能使钢包作升降运动。
多功能的旋转台还有钢包倾倒装置，钢包盖升降装置及吹气装置等。
在钢包旋转台上，一般都有连续测重装置，大都是在承托钢包的鞍座上设置测力传感器来实现的。
1.3.3.1单驱动横梁式旋转台
这种旋转台有一个横梁式直臂，钢包支承在直臂的两端，可同时作旋转运动，也可以同时作升降运动，如图1-4所示。
有的也设计成在横梁式直臂的两端装有单独的升降装置和称重装置。
图1-4直臂式钢包旋转台
1-钢包
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