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新中國成立以來，我國鋼鐵工業(yè)飛速發(fā)展。1964年，我國第一座氧氣頂吹轉爐煉鋼車間建成投產(chǎn)。目前，氧氣頂吹轉爐煉鋼設備在我國鋼鐵行業(yè)中發(fā)揮著極為重要的作用，促進了國民經(jīng)濟的發(fā)展。
氧氣頂吹轉爐的本體系統(tǒng)由爐體、爐體支撐系統(tǒng)、傾動機構和扭矩平衡裝置組成。轉爐的爐體包括爐殼和爐襯，爐殼一般為鋼板焊接結構，爐襯包括工作層、永久層和充填層。爐體及附件的全部重量通過支撐系統(tǒng)傳遞到基礎上。
爐體支承系統(tǒng)主要包括托圈、托圈與爐體間的連接裝置、耳軸、耳軸軸承和底座。托圈和耳軸是轉爐的重要承載部件和傳動部件，其安全性能直接影響轉爐系統(tǒng)的運行性能。為確保轉爐的正常運行，需要對設計出的托圈與耳軸進行強度有限元分析。托圈的結構其斷面一般為矩形箱體結構，在中間焊有垂直筋板以增加其剛度。在工作過程中，托圈除承受爐體、鋼液及爐體附件的靜載荷和傳遞傾動力外，還承受頻繁啟、制動產(chǎn)生的負荷，及爐體、鋼水罐、渣罐、煙罩及噴濺物的熱輻射、熱傳導所產(chǎn)生的熱負荷。耳軸分為從動端耳軸和驅動端耳軸。耳軸受熱會變形，為了適應耳軸伸長的位移，有一側耳軸的軸承選用軸向游動的，其軸承支座為鉸鏈連接結構。通常情況下，驅動端耳軸的軸承選用軸向固定的軸承，從動端耳軸的軸承選用軸向游動的軸承。
爐體連接裝置的形式有鏈桿式、懸掛式、夾持器連接、薄片鋼帶連接等。這里研究的轉爐的爐體連接裝置是鏈桿式。爐體通過三個垂直鏈桿和兩個水平鏈桿連接在托圈上。兩個水平鏈桿分別位于驅動端耳軸和從動端耳軸上。爐體及其載荷的全部重量Q通過托圈的支承點傳遞到托圈上。如果支承方式不同，托圈支承點的數(shù)目也有所不同。三點以上的支承屬于超靜定問題。在轉爐工作過程中，托圈平面的橫向力通過水平鏈桿和固定支承向托圈傳遞，可以將鏈桿簡化為二力桿。
當轉爐爐體轉動a角后，托圈所受的外力有爐體及載荷的全部重量Q、爐體及載荷的反力矩MQ-Q和耳軸軸承的支反力等。即爐體及載荷的反力矩MQ等于使轉爐轉動的傾動力矩M。爐體及載荷的全部重量Q在托圈上產(chǎn)生外力，該外力在每個支承點上可分解為平行于托圈平面的載荷P，與垂直于托圈平面的載荷。
當垂直于環(huán)平面的載荷作用在托圈上時，內力計算需滿足以下條件：①托圈圓環(huán)是回轉體；②托圈圓環(huán)橫截面的主慣性軸之一在圓環(huán)的中心線平面內。
目前，托圈斷面一般采用鋼板焊接的箱形(即矩形面結構。對于這種斷面結構，切應力均勻分布在整個矩形斷面輪廓上，且矩形斷面結構的抗扭剛度比開口斷面的大許多倍。根據(jù)轉爐的工作情況，設計出的托圈是一個整體鋼板焊接的箱形結構，由驅動側耳軸座、從動側耳軸座、出鋼側托圈瓣和裝料側托圈瓣焊接而成。托圈截面上的載荷有軸向力議切向力Qx，Q，彎矩MX，MY和扭矩MK。設空心矩形截面的外側矩形的高為h寬為b內側矩形的高為h。在計算時忽略托圈曲率的影響，其應力有軸向拉應力與軸向壓應力、彎曲切應力和扭矩M、所產(chǎn)生的切應力彎曲正應力。
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