硼钢板热处理辊底炉结构设计毕业论文(编辑修改稿)

硼钢板热处理辊底炉结构设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

工业大学本科毕业设计（论文） 1 第 1 章 绪 论 课题来源及研究的目的和意义 课题来源 20 世纪 70 年代末，在世界范围内爆发的石油危机，对汽车工业产生了很大的影响。 这加速了汽车工业采取措施降低汽车油耗的措施。 研究表明，汽车的燃油消耗和汽车本身总重量成成本的。 而我们使用汽车就是来运输人和物品的，因此改变装载载荷是很难改变油耗的，同时车身自身重量远大于装载载荷。 因此想要实现油耗的降低，车身轻量化的方向就很明晰的出现在人们面前。 在世界范围内，目前对车身轻量化采取的措施有三个主要途径，如图 11，分别是车身设计，即通过计算机辅助设计，采用有限元法和优化设计法，来对车身框架和结构来优化，以达 到减少车身骨架等一些的钢材质量；其次，可以通过制造技术的改进，比如采取热成型技术，液压冲压技术等手段，还可以在材料技术上，通过选材优化，比如采用新型轻质材料，高强度或超高强度钢板等材料来实现车身轻量化的目标。 图 11 车身轻量化研究方向 哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文） 2 在车身轻量化的发展趋势下，超高强钢板开始被采用于车身上，众所周知，超高强度钢板在室温下变形能力很差，一方面，超高强度钢板强度高，在室温下的塑性变形范围很窄，所需冲压力很大，而且容易开裂；另一反面，冲压成形后的零件回弹增加，导致零件尺寸和形状稳定 性变差。 因此在传统冷冲压方法难以解决这个问题的情况下，热冲压成形技术可以很好的解决上述问题，从而开始被广泛的推广开来。 研究的目的和意义 高强度、超高强度钢板热冲压成形技术的应用，一方面，有效地提高的车身抗冲击能力，另一方面，也减轻了车身的质量，是汽车更加轻量化。 因此，对此技术的研究有助于提高车辆的安全性，舒适性，以及降低油耗，减少废气排放，有助于环保事业的发展。 国内外在该方向的研究现状及分析 此项技术，在 20 世纪 70 年代，最先被瑞典一家公司提出来，随后德国和瑞典开始发展此项技术。 在 20 世纪 90 年代，世界各国汽车行业开始投入大量的精力参与到超高强度钢板以及热成形冲压技术的研究开发中来。 欧美、日本已经开始逐渐尝试用热成形冲压技术来生产超强度钢板构件，并且开始运用在车门防撞杆，保险杠加强梁上。 但由于此项技术还是处于一种新型技术中，因此国外对技术还是存在技术保密和技术封锁原因在里面，所以有关国外的具体一些资料并不是很多的发表在各大学术期刊杂志上。 主要研究内容 整个设计任务 钢板热冲压成 形生产线的构成是需要相关的一些关键装备。 首先，冲压成形的钢板要是特殊的高强度钢板。 其次，需要对钢板进行奥氏体化的辊底式热处理加热炉，然后通过上下料装置，用专门哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文） 3 的压机进行冲压成形。 此次，自己分配到的研究项目就是整条生产线中，对钢板进行奥氏体化加热处理的辊底式热处理加热炉的设计。 通过阅读毕业设计任务，明确了自己的具体设计任务是：本课题是设计硼钢板热处理（奥氏体化）辊底式加热炉的机械系统，设计内容包括： 1）加热系统：气电混合加热方式； 2）炉体结构：壳体钢结构、保温层设计； 3）传动系统：入炉辊道、出炉辊道、 炉内辊道，采用快换结构； 4）料片定位系统：安装于出炉辊道处的阻挡、对中和顶起装置； 5）其它附属设施：炉门操作、炉体检修口等。 设计任务参数要求 同时在设计之前，再次明确的热处理炉的一些具体规格要求： 1）入炉辊道长度： 2 800mm，出炉辊道长度 2 800mm； 2）炉体长度： 29 200mm，炉膛宽度： 2 200，有效高度： 100mm； 3）绘制加热炉的三维装配图 1 份，二维装配工程图 1 套，二维图纸总量不少于折合 A0 图纸 4 张； 4）设计论文不少于 10,000 字。 整体示意图如图 12 图 12 高强度钢板热成型技术示意图 哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文） 4 研究方案及预期目标 总体设计方案制定 从设计任务上，已经能清晰明确的给了自己一个设计的方向。 在查阅大量相关的文献资料后，由于整条生产线在国内也是屈指可数，可供参考的资料不是很多，同时自己的设计任务也只是整条生产线中的一个设备而已。 因此，自己在对整个设计规划的时候，其设计思路理念是：查找和分析类似或相同原理的工业设备，从中取长补短，对自己的设计有个相应的辅助的同时，也能更好的把一些优秀的经典设计引进吸收过来。 本加热炉的核心本质，是对钢板进行加热到奥氏体温度， 使钢板奥氏体，因此自己大量的阅读了有关钢厂的辊底式加热炉的一些文献，同时，陶瓷行业在中国经历了很长的发展，目前陶瓷烧成的窑炉也广泛的采用辊底式窑炉，并且在辊底炉的技术上日臻完善。 至此，自己的总体设计思路是：糅合钢铁行业的钢板辊底式热处理炉与陶瓷行业辊底窑的优点，根据自己的系统设计要求来进行设计。 任务系统划分 在确定了整体的设计思路之后，通过任务书，自己决定按系统逐一设计，最后将各个系统有机的结合起来。 从任务书上，可以看到，整个辊底式热处理炉分为了五大主要系统：炉体结构系统、加热系统、传动系统、 对中和顶起系统、炉门及其他附属系统。 炉体结构系统：由于整个热处理炉所需温度最高不到 1000176。 ，相比陶瓷窑炉烧成温度高达 1300176。 多度的温度，结合工程实际的成本合理控制需求。 对窑体材料的选择，主要轻质粘土砖和陶瓷棉为主。 整个窑体结构设计，采用模块化分段设计，这样的设计的好处在于，加工安装方便，同时为产品升级换代留下的方便操作的空间。 哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文） 5 对于每段窑体结构设计，最外层采用方钢搭建框架，钢板包裹窑炉体，由外向内依次是陶瓷保温棉毡，轻质粘土砖。 同时将辊子安放好。 在设计的时候，充分考虑到其他系统在窑炉体上大概需要的位置和 结构，充分留够相应的位置，方便后期系统的集成。 加热系统：根据要求，由于是钢板奥氏体化，同时在常态高温下，此时钢板表面会形成氧化层，会导致后续加工出现问题。 对此现象要坚决避免，同时根据要求整个热处理炉，加热段使用燃气加热，保温段使用电阻丝加热。 因此，加热系统采用隔焰加热的模式，气氛控制为惰性氮气气氛，微正压，同时为了保证钢板在加热过程中受热均匀，我们采用高速喷嘴加陶瓷辐射管，这样就能解决以上一系列问题。 传动系统：早期辊底式加热炉大多数采用的是链条传动，链条传动有一个明显的缺点就是在长期使用之后，链条容易松弛，目前的解决方案是采用张紧机构。 同时在更换辊子的时候不太方便，相对比较麻烦，在查阅大量文献资料，目前传动系统有相当部分采用齿轮传动代替链条传动，这样是传动更加准确，同时也是更换辊子更加方便。 并且自己通过在多家陶瓷企业的调查发现，目前这项改进已经成熟的应用在了陶瓷辊道窑上面了。 因此这次，传动系统的核心，采用齿轮传动。 对中和顶起系统：定位系统主要是对出炉料片可能产生的微小偏差进行修正，采用气缸驱动机械手指 进行对中，然后辊道下部的顶起装置在一个小型液压站提供的驱动力下将料片顶起，等待下部工序的机械手进行抓取。 炉门及附属系统：由于炉体内气氛是氮气，因此外加还有氮气设施，炉门设施等。 炉门采用气动炉门升降设计。 最后在根据前面系统集成之后，依次加入。 哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文） 6 第 2 章 炉体系统结构设计 炉体结构整体设计 单节炉体设计 炉长 L=29200mm，采用分模块装配的总体设计思路，由若干节联接而成。 设计每节长度为 2160mm。 辊子与辊子的中心间距为80mm，设计每节为 27 根辊棒，每节长度为 2160mm，节与节联 接采用 M8 螺栓联接，则节数为≈ ≈ 14 节，因而窑长度为L=2160x14=30240mm。 窑头工作台（即出入炉辊道）定制品进窑烧成的必经之路，也是使制品整齐有序进窑的停留之处。 窑头工作台不宜太长，满足要求即可，根据要求，分别为 2800mm。 总共由 14 节组成。 由于整个窑炉采用燃气和电加热的混合加热方式。 炉体功能分区 从加热方式的功能上进行分区，分为天燃气加热的加热区和电辐射加热管加热的保温区。 具体分段为： 加热区： 14≈ 9 节，采用天然气隔焰烧成制度，上下两排自预热辐射管交叉布置； 保温区： 14≈ 5 节，采用电辐射加热烧成制度，仅仅在炉体上方布置加热管； 其中，又从传动功能区域，整个炉体分为：传送区，缓冲区，加速区。 哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文） 7 其中，传送区全部采用天然气加热方式，缓冲区和加速区采用电辐射加热管加热方式。 因此，按传动功能，又将电辐射管加热区分为两部分： 缓冲区： 2 节； 加速区： 3 节； 窑墙材料选择及尺寸设计 左右侧及底面窑墙 因为窑炉内最高温度也才 957℃，因此采用轻质粘土砖即可。 粘土砖的规格为 240mmx120mmx60mm，外加一层陶瓷棉毡和最外层6mm钢板作为窑墙。 计算陶瓷棉毡最小厚度： 以外壁最高温度 t3=60℃，环境温度 ta=20℃，先计算最大散热热流量，壁内温度为 950℃ =1045℃。 根据对流辐射换热系数计算公式有： a=（ t3ta） +=(w/m2c) 最大热流量为： q=ax（ t3ta） =（ 6020） =（ w/m2） 根据导热公式有： q= 已知：即为要求的，取为 ； ， 但 t2 未知，须采用试差法计算：先假定 t2=800℃ =（ w/m2c） t2= t1q962℃ 重设 t2=962℃， =（ w/m2c） t2= t1q963℃ （ 963962） %5% 第二次假设合理 将所得的数据代入公式中 = 哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文） 8 所以 因此，以窑体结构为左右侧板及下底面采用 6mm 厚钢板作为最外层，铺上 268mm 厚的陶瓷棉毡，左右侧采用粘土砖砌成，下面采用耐火泥浇注成厚度为 120mm的底板，中间预留膨胀缝。 窑顶结构 采用轻质吊顶砖结构，其将保温棉中 120mm 厚度转化为吊顶砖，则吊顶砖为 240mm加上 148mm陶瓷棉毡。 窑顶结构：由于有效内宽为 2200mm，单节长度为 2160mm，考虑预留膨胀缝则为轻质磨耐石纵向为五个，横向为五个，相邻两个之间有 10mm 膨胀缝，则砖的规格为 422mmx215mmx240mm，在此长方体吊顶砖上开有长度为 422mm，宽度为 5mm，高度为 3mm 的链接缝，形状如下图所示： 图 21 吊顶砖结构图 吊顶砖之间的联接采用耐热钢板，耐热钢板厚度为 2mm，整体为梯形结构，上边长为 60mm，下边长为 100mm，在下边长上的左右边等间距有厚度为 2mm的缝隙连接齿。 中间用耐火泥粘接，膨胀缝用陶瓷棉毡填充。 最 后有吊钩吊住耐热钢板，吊钩一侧挂在吊顶横梁上。 形状如下图所示： 哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文） 9 图 22 耐热吊顶钢板 炉体整体 左右侧面及下底面最外层为 6mm 钢板，向里面铺上 268mm 厚度的陶瓷棉毡，下底面在此基础上铺上浇筑耐火泥，厚度为 120mm，预留膨胀缝，左右两侧由下往上依次砌筑轻质耐火粘土砖，烧嘴转，粘土砖，孔砖，粘土砖，窑顶采用轻质磨耐石吊顶砖，外层铺上 148mm陶瓷棉毡。 每节两边，下侧砖筑 240mmx120mmx60mm 粘土砖，高度为距下辊道中心距为 130mm，上面采用马弗板。 炉体钢架结构 炉体外框架 由于方形钢管造型美观，抗弯强度较大等优点，立柱，上、下侧梁，下横梁，底侧梁等均采用 60mmx4mm 的方形钢管焊接而成。 在一节窑体钢架中，每侧共有 2 根，两端的立柱上开有供 M8 螺栓节间联接的小孔，下横梁每节 2 根，焊在底侧梁上。 炉体脚支座 考虑到辊道传动要求的辊子的平行度要好，而工厂底面的水平面可能在实际中不是特别理想，为了更好的适应工程实际需要，方哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）。