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发表于 2008-5-4 19:27:40
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莱钢特钢厂５０t电炉新钢包设计
莱钢特钢厂５０t电炉新钢包设计
顾 玲
(山东省冶金设计院，山东 莱芜 ２７１１０４)
摘 要：针对莱钢特钢厂50t电炉原钢包严重变形等问题，设计新钢包，采用焊接式钢包外壳，并进行加强，同时对耳轴强度进行校核。实际使用证明，满足了生产要求，消除了安全隐患。
关键词：HT6SS 钢包；电炉；外壳；耳轴；焊接强度
中图分类号：ＴＦ７４８.４１ 文献标识码：Ｂ 文章编号：1004-4620(2001)02-00４５-03
Design of New Ladle Used for 50t Electric Furnace of the Special Steel Plant in Laiwu Iron and Steel Co.,Ltd.
GU Ling
(Shandong Metallurgical Design Institute,Laiwu 271104,Ｃhina)
Abstract：To counter the problems of serious deformation and so on of the original ladle used for 50t electric furnace of the special steel plant in Laiwu iron and steel Co.,Ltd.,welded ladle shell is adopted in design of new ladle,reinforced ribs in the bottom of ladle are adopted,at the same time,the trunnion strength and weld strength are checked too.The practical use has proved that it has met the demands of production and has removed a hidden danger for safety.
Key words：ladle;electric arc furnace;shell;trunnion;weld strength
莱芜钢铁股份有限公司特钢厂（简称莱钢特钢厂）第二炼钢车间目前共有6个钢包，均为原德国柏林钢厂的二手设备。从1996年4月试车至今，2年中共炼钢1680炉次，出钢54406t，平均每个钢包运转280炉次，出钢量高达9067t，而且并未将钢包在柏林钢厂的运转次数累积在内。对钢包容器来说，已达到很高的寿命。由于钢包运转次数多，6个钢包已存在不同种类的严重变形：(1)包沿上翘，已抵不住耐火砖的热膨胀。(2)包底出现鼓肚。(3)整个钢包已成椭圆形。如果继续使用，将有可能使50t电炉停产或危及工人的生命安全等，因此决定报废。
1 新钢包工艺条件
(1)由于钢包牵涉2个钢包车、精炼炉上下限位、浇钢车及龙门吊钩的相关尺寸，故新设计的钢包的各个定位尺寸与旧钢包一致。
(2)由于国内耐火材料厚，为了不影响出钢量，新钢包的高度在旧钢包为2580mm的基础上增加500mm，即3350mm，以不妨碍精炼炉限位为准。
(3)出钢量平均为43t，最大出钢量47t，包衬砖总重16t。
2 新钢包设计
原钢包及新钢包外形尺寸分别见图１、图２。
2.1 钢包外壳
一般情况下，钢包外壳有钢板铆接式和钢板焊接式两种型式〔１〕。由于焊接式钢包外壳在重量上比铆接式钢包外壳轻15％～20％，为此在设计中采用了焊接式钢包外壳，这样既节约了材料，又可在不增加吊车负荷的情况下增大包容。原钢包由德国设计、制造，外壳采用厚22mm的钢板焊接而成。通过对原钢包材质的分析和钢包强度的计算，了解到我国在设计钢包容器时所用的安全系数比德国大，使用的材质、焊条及焊缝的类型都有所不同。因此，新钢包在满足安全系数［n］为3～5(１）的情况下，内外壳采用厚25mm、材质为Q235A的钢板焊接而成。
图1 原钢包外形尺寸
图2 新钢包外形尺寸
通常，钢包上口尺寸与钢包高度比为0.8～0.9 ，设计中选取0.86，这样，在满足工艺条件的情况下，包体上口尺寸为φ2600mm，下口尺寸为φ2400mm，高为2815mm。
钢包包底承受的压力大，在满足钢包安全系数的条件下，采用厚40mm、材质为Q235A的球形包底。这种包底受力要比原钢包平包底受力好。由于旧钢包在使用中包底鼓肚厉害，呈椭圆形,变形严重，因此，在包底避开安装滑动水口和吹氩插口的位置上加了4条加强筋，呈米字形分布（如图3所示）。?
在钢包的包身、包底纵横交错钻上了一定数量的φ8mm、间距300mm的透气孔，以便在砌筑包衬后烘烤时，排除耐火材料的水分〔１〕。在倒包时,莱钢特钢厂二炼车间使用钢丝绳倒包,发现原钢包的倒包装置磨损并割坏钢丝绳。为了避免此类事情发生，在设计倒包装置时，合理安排倒包装置的同时，将倒包装置与钢丝绳相接触的位置全打磨光滑，这样避免了倒包装置割断钢丝绳所带来的严重后果。
图3 包底结构示意图
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为了加强外壳，防止钢包变形，采用了原钢包大保护板加强形式。同时，在耳轴的固定形式上，采用箱型结构固定。
新旧钢包技术参数对比见表１。
表1 新旧钢包技术参数对比
项 目 容量/t 容积/m3 金属部分重量 /t 总重/t 上口直径/mm 直径与高度比 锥度 耳轴中心距离/mm 包壁钢板厚/mm 包底钢板厚/mm 包体高度/mm
原钢包 37 46 7.5 φ2600 1.04 0.04 2880 22 35 2500
新钢包 43 56 9.3 26 φ2600 0.86 0.034 2880 25 40 3000
2.2 耳轴计算
2.2.1 耳轴结构设计 耳轴设计需注意以下问题：（1）龙门钩距离2880mm，钩内圆φ270mm，厚为80mm。（2）耳轴安全系数n不小于15（1）。（3）耳轴位置比装满钢水的钢包重心高300～400mm。（4）钢包包壳上沿不能与吊钩相碰。
耳轴结构如图4所示，采用护板焊接，箱型结构固定。耳轴中心距上沿1030mm，耳轴直径φ270mm，尺寸2880mm与龙门钩一致，考虑脱钩挂钩方便，耳轴挂钩位置距离为170mm。
图4 耳轴结构示意图
2.2.2 耳轴强度的核算 由于45#钢焊接性能较差，耳轴材质选用35#钢。为了保证耳轴更好受力，采用耳轴耳板整体锻件。在使用时中，耳轴受弯矩，通过受力分析，应力最大处在A-A断面，该位置直径最小。
已知：最大出钢量47t，包衬砖16t，钢包净重9.2t。钢包装满钢水的重量：
? Q重=47+16+9.2=72.2（t）
取Q重为75t。由：
W=πD3/32 (1)??
式中 W——抗弯截面模数，mm3；
? ?D——耳轴直径，270mm。
? 代入数值得：
?W=1931394.3（mm3）
?A-A断面处最大弯矩:
?? Mmax=Q/2×170/2 (2)
??σmax=Mmax/W(2)?? (3)
? 分别代入数值得：
?? Mmax=3187.5(t.mm)
?? σmax=16.17(N/mm2)
? 35#钢的许用应力：
?? σs/n?=260/15=17.3(N/mm2)
? 故强度足够。
2.3 焊接强度核算
由于钢包为整体焊接件，起吊频繁，长期受热不均，焊缝受力情况复杂，工作条件恶劣，必须对焊缝进行校核。
2.3.1 包底与包身的焊接焊缝 包底与包身的焊接焊缝为V形环焊缝（如图5所示），受拉应力： ??σ=P/（h•l）(2)? ?? (4)
式中 P——焊缝拉力，735kN;
? ?h——被焊件厚度，25mm；
? ?l——焊缝长度，2400mm。
代入(4)式得σ为12.25N/mm2，而35#钢的焊接许用应力为167N/mm2〔２〕，故强度足够。 2.3.2 耳轴焊缝 耳轴焊缝不仅受拉应力、压应力，还受剪应力（如图6所示）：
??τ=n•P/a•Σl〔２〕? (5)??
式中P——焊缝拉力，P=Q重/2=37.5t；
??a——角焊缝的计算厚度，a=0.7•K;
??K——焊缝高度，25mm；
??Σl——焊缝长度，4×880mm;
??n——安全系数，15。
图5 包底与包身的焊缝示意图
图6 耳轴焊缝示意图
代入(5)式得τ为89.488N/mm2,而35#钢的许用剪应力为118N/mm2〔２〕，可以满足要求。 ? 耳轴所受拉应力、压应力较小：
??σ=6Mn/lh2〔２〕? (6)??
式中M——焊缝所受弯矩，N.mm；
??l——焊缝长度，880mm;
??n——安全系数，15；
??h——焊缝高度，25mm。
代入(6)式得σ为6.585N/mm2，故强度足够。
2.3.3 焊缝检测 所有的纵横焊缝错开，轴、钢包体与钢包底的环缝及纵缝按超声波Ⅱ级检测。
3 结束语
目前，新钢包已经在莱钢特钢厂第二炼钢车间使用。新钢包的及时补充，不仅为莱钢特钢厂增产提效，最主要的是消除了车间危及安全的重大隐患，保证了50t电炉的安全生产。
参考文献:
?〔1〕 孟凡钦。钢锭浇注与钢锭质量〔M〕。北京：冶金工业出版社，1994
?〔2〕 成大先。机械设计手册（第3版）。第1卷〔M〕。北京：化学工业出版社，1993 |
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发表于 2008-5-4 19:37:33
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