120t电渣炉机械结构优化设计及分析

论文摘要

电渣重熔是特种冶金的主要手段之一,电渣重熔的钢以其高纯度、组织质密和良好的机械性能成为各种高级钢和特殊钢的首选,被广泛应用在航空、航天、军工、能源工业等具有特殊要求的场合。为了得到高质量的重熔钢锭,需要对电渣炉机械结构整体进行优化。因此电渣炉的优化成为电渣重熔中的研究热点。本文所设计的120吨电渣炉构成采用三个单相变压器供电、三立柱横臂旋转炉体、双极串联和组合结晶器进行整体重熔。利用三维实体建模软件Pro/E,建立了电渣炉机械系统的三维实体模型。主要对三立柱式炉体、结晶器、升降平台进行了设计。改善了以往电渣炉机械结构上面的不足。本文对组合结晶器的结构进行了具体设计。采用两节组合形式。这种结晶器可以灵活安排不同规格钢锭生产、减少大型电渣锭更换电极时间、降低设备有效行程,并使大型钢锭重熔操作容易实现。采用ANSYS软件对主要机械结构进行有限元分析,校验结构强度、刚度、应力等,指导进行机械结构的优化设计,消除危险点,降低设备故障率。分析结果显示,所设计的结构符合要求。利用动力学仿真软件ADAMS建立了电极机械手和旋转立柱的动力学模型,本次模型是在Pro/E中建立,然后导入ADAMS中,在系统水平上真实的预测机械结构的工作性能,实现系统水平的最优设计。仿真结果显示,所建立的模型符合实际情况。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 电渣重熔技术简介
• 1.2 电渣重熔的特点及发展
• 1.2.1 电渣重熔的特点
• 1.2.2 电渣重熔技术的发展历程
• 1.3 电渣重熔技术的研究现状
• 1.3.1 降低电渣炉电耗的实验研究
• 1.3.2 电渣炉的液压传动
• 1.4 电渣冶金的未来
• 1.5 选题背景、课题研究的目的和意义
• 1.6 本文主要工作
• 第2章 电渣重熔炉技术方案
• 2.1 电渣重熔原理简介
• 2.2 120吨大型电渣炉工艺过程操作概要
• 2.3 电渣炉的组成部分
• 2.4 本电渣炉的特点
• 2.5 项目技术路线及其先进性和可行性分析
• 2.5.1 项目技术路线
• 2.5.2 大型电渣重熔设备关键单元优化设计
• 2.5.3 大型电渣重熔设备全程智能控制系统
• 2.5.4 自动换电极控制与余锭长度测量
• 2.5.5 自动换电极装置研制
• 2.6 120吨级大型电渣炉主要技术特性
• 2.7 重熔工艺参数
• 第3章 电渣炉液压系统的设计计算
• 3.1 液压系统原理图的设计
• 3.2 确定系统工作压力
• 3.3 计算执行元件的主要参数
• 3.4 泵与电机的选择
• 3.5 蓄能器的选择
• 3.5.1 蓄能器介绍
• 3.5.2 蓄能器的设计计算
• 第4章 电渣重熔炉体结构设计
• 4.1 炉体的简介
• 4.2 电渣炉炉体系统
• 4.2.1 立柱总成
• 4.2.2 传动装置总成
• 4.2.3 升降旋转横臂总成
• 4.2.4 加持装置总成
• 4.3 升降工作平台
• 4.3.1 溶位形式
• 4.3.2 机械结构
• 4.4 结晶器总成
• 4.4.1 组合结晶爺工作原理
• 4.4.2 结晶器结构
• 4.4.3 结晶器尺寸的确定
• 4.4.4 结晶器高度的确定
• 4.5 底水箱总成
• 4.5.1 底水箱工作原理
• 4.5.2 底水箱结构
• 4.6 电极尺寸确定
• 4.6.1 电极截面尺寸的确定
• 4.6.2 电极长度的确定
• 第5章 电渣炉主要结构的有限元分析
• 5.1 有限元法的基本思想
• 5.2 ANSYS软件介绍
• 5.3 电渣炉的基本数据计算
• 5.4 选择单元类型
• 5.5 建立模型
• 5.6 网格划分
• 5.7 ANSYS载荷以及求解
• 5.7.1 ANSYS载荷概述
• 5.7.2 横臂前端的加载和求解
• 5.7.3 液压缸的加载求解
• 5.7.4 立柱的加载求解
• 5.7.5 横臂座的加载和求解
• 第6章 电渣炉主要机械结构动态分析
• 6.1 ADAMS软件简介
• 6.1.1 ADAMS软件的特点
• 6.1.2 ADAMS软件的设计流程
• 6.1.3 ADAMS的分析与计算方法
• 6.2 电渣炉机械手装卸料的动力学仿真
• 6.2.1 电极夹钳装备图
• 6.2.2 工作情况介绍
• 6.2.3 机械模型的动力学仿真
• 6.3 电渣炉立柱旋转的动力学研究
• 6.3.1 电极升降系统总装图
• 6.3.2 电渣炉立柱旋转简介
• 6.3.3 工作情况介绍
• 6.3.4 机械模型的动力学仿真
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢