李建華,彭正彪,王 靜

(蘭州蘭石重工有限公司,甘肅蘭州 730087)

中頻爐翻轉機構的改進應用分析*

李建華,彭正彪,王 靜

(蘭州蘭石重工有限公司,甘肅蘭州 730087)

在中頻爐煙塵凈化系統(tǒng)工程的實施中,由于煙塵爆發(fā)點和捕集罩的距離太遠,導致除塵系統(tǒng)煙塵捕集率低,系統(tǒng)工程投資大。為此,對中頻爐的出鐵翻轉運動機構做了設計改進,有效縮短了煙塵爆發(fā)點和捕集罩之間的距離,提高了除塵系統(tǒng)的煙塵捕集率,很大程度地降低了系統(tǒng)工程投資。

中頻爐;煙塵凈化系統(tǒng);金屬冶煉設備;設計改進

0 引 言

在機械行業(yè)中,中頻爐被普遍應用于低碳鋼及鑄鐵件的冶煉。球墨鑄鐵的冶煉是中頻爐主要的應用之一,但在冶煉完成出鐵的過程中,由中頻爐向鐵水包傾倒時,會產(chǎn)生大量的煙塵,造成生產(chǎn)環(huán)境污染,使工人身體健康受到危害,這就需要對煙塵進行治理。

治理煙塵,首先需要對傾倒鐵水時產(chǎn)生的煙塵進行捕集,然后捕集的煙塵通過排煙管道進入煙塵凈化系統(tǒng)進行處理。為了提高煙塵凈化系統(tǒng)的煙塵捕集率,保證除塵效果,減小工程投資,煙塵捕集罩與煙塵爆發(fā)點(鐵水包)的距離應盡可能地接近,以便把散發(fā)的煙塵全部捕集。

1 初始運動機構分析

中頻爐為了將冶煉的鐵水倒入鐵水包,中頻爐的位置必須由冶煉時的垂直位置轉動90°變?yōu)樗轿恢谩＿@就需要用機構來完成中頻爐的位置轉動。

如圖1(a)所示中頻爐處于垂直位置,出鐵時采用四桿機構原理,以液壓缸為原動力,液力推動活塞桿2向上運動,驅動構件3(與中頻爐聯(lián)為一體)開始繞A點轉動,完成整個中頻爐的90°翻轉,實現(xiàn)其垂直位置向水平位置的轉變。如圖1(b)所示中頻爐處于水平位置。

從圖1中可看出,該機構有三個運動件,四個運動低副,故其自由度為:

圖1 中頻爐水平和垂直時的位置圖

2 實際生產(chǎn)中存在的問題

中頻爐在冶煉球墨鑄鐵,球化方式爐前沖包球化時,受到球化劑和孕育劑的作用,濃烈的煙塵從鐵水包散發(fā)出來向上擴散。如圖1(b)所示,由于煙塵捕集罩的高度受到中頻爐操作平臺的限制,距離鐵水包較遠,而煙塵在上升過程中又是呈擴散狀態(tài),這就造成部分煙氣捕集困難,從捕集罩四周外逸對生產(chǎn)環(huán)境造成污染。

考慮到中頻爐爐體長度因素的影響,必須在其周圍預留必要的空間以方便出鐵時爐體的翻轉,而冶煉時又需要工人能夠在操作平臺進行作業(yè),爐體操作平臺的尺寸必須滿足中頻爐的安全翻轉和工人的安全操作的要求。

要想解決上述問題,將散發(fā)的煙塵全部捕集,主要有兩種方法:一是將捕集罩的尺寸增大,這就意味著需要更多的動力要求,造成捕集成本的增加;二是降低捕集罩的高度,縮短鐵水包與煙塵捕集罩之間的距離,提高煙塵捕集罩的捕集效果。

3 機構的改進說明

如圖1(b)所示,降低捕集罩的高度,就需要減小構件3(即爐體操作平臺)的后部尺寸,這與保證中頻爐的安全翻轉和工人的安全操作相矛盾。解決這一矛盾的方法是,將構件3變?yōu)閮刹糠?將原來構件3的后部分離出來,變?yōu)闃嫾?。如圖2所示,構件3和構件4之間采用鉸接形式,冶煉時構件3和構件4在一個平面上,滿足工人的安全操作要求。如圖3 (a)所示,中頻爐翻轉時,構件4先是在構件3的拖動和自重的合力作用下沿基礎平面移動;當中頻爐翻轉至一定角度,構件4下部靠在爐體限位塊上之后,構件4就開始脫離基礎平面,與爐體一起繞著鉸接點A翻轉,直至中頻爐處于水平位置如圖3(b)。

圖2 中頻爐擬添加機構的水平位置圖

根據(jù)前面的介紹,對于構件4,既要實現(xiàn)中頻爐冶煉時與構件3的一體性,又要滿足中頻爐翻轉時的折疊要求,這就需要對原有機構進行改進來實現(xiàn)所需功能。根據(jù)機械原理桿件的拆分方法,利用原來的四桿機構添加桿組可以實現(xiàn)預定的功能,新添加桿組應為兩個構件三個低副,除了構件4,還需要在構件4和地面之間增加一個滑塊,以實現(xiàn)構件4在地面上的移動和限位(見圖2)。

此時,該機構有五個運動件,七個運動低副,其自由度為:

改動后的機構自由度仍然為一,就是說,用原來的驅動裝置就可滿足現(xiàn)在的機構運動要求[1]。

在實際應用中,用滾動代替滑動更利于構件4的運動,所以用滾輪而不是用滑塊(見圖3)。

圖3 中頻爐改進后的翻轉狀態(tài)圖

按照機械原理教程,滾輪與構件4的聯(lián)接屬于虛約束,故使用滾輪后整個機構有四個運動件,五個運動低副,一個運動高副,其自由度為:

由滾輪代替滑塊后的機構自由度仍然為一,用原來的驅動裝置仍能滿足現(xiàn)在的機構運動要求。

4 改進后的效果分析

蘭州蘭石重工有限公司2臺5T中頻爐煙塵凈化系統(tǒng)實際應用過程中的實踐證明,采用上述機構改進后,煙塵捕集罩的高度可以降低1.2 m,有效縮短了煙塵捕集罩和煙塵爆發(fā)點之間的距離,很大程度地提高煙塵凈化系統(tǒng)的煙塵捕集率[2]。在完成相同除塵效果的前提下,煙塵凈化系統(tǒng)所需風量降低了30%,風機電機功率減少30%,袋式除塵器的過濾面積也減少了30%,風機、排煙管路和相關配套產(chǎn)品的投入以及系統(tǒng)制造成本都有所減少。

5 結 語

環(huán)保除塵系統(tǒng)工程設計的關鍵是煙塵捕集形式的選擇和系統(tǒng)風量的確定。上述中頻爐翻轉改進機構,可以有效減小煙塵捕集罩和煙塵爆發(fā)點之間的距離,進而降低除塵系統(tǒng)所需風量,節(jié)省工程投資,非常有利于煙塵捕集形式的選擇和設計。在此基礎之上,結合國內(nèi)外中頻爐煙塵凈化系統(tǒng)先進技術設計,將會開發(fā)出除塵效率更高,工程投資更少,占地面積更小,運行費用更低,更加先進可靠、經(jīng)濟實用的中頻爐除塵系統(tǒng)。

[1] 孫 桓,陳作模,葛文杰.機械原理[M].第七版.北京:高等教育出版社,2006.

[2] 唐敬麟,張祿虎.除塵裝置系統(tǒng)及設備設計選用手冊[M].北京:化學工業(yè)出版社,2003.

Application Analysis on Turnover Mechanism of Intermediate Frequency Induction Furnace

LI Jian-hua,PENG Zheng-biao,WANG Jing
(Lanzhou LS Heavy Machinery Co.,Ltd,Lanzhou Gansu 730087,China)

In the actual implementation of the smoke and dust purification system of intermediate frequency furnace,the system is ineffective and the investment is too high for the smoke and dust capturing hood is too far away from the source of pollution.Thus,we have improved design for the smelting equipment mechanism of intermediate-frequency furnace to reduce the distance between flue gas occurrence point and capturing hood,so as to improve the flue gas capture rate and save the project investment.

intermediate-frequency furnace;smoke and dust purification system;metal melting equipment;design improvement

TG232.3

A

1007-4414(2015)05-0142-02

10.16576/j.cnki.1007-4414.2015.05.049

2015-07-18

李建華(1988-),男,甘肅康樂人,助理工程師,主要從事機械設計方面的工作。