中頻爐翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的改進(jìn)應(yīng)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)

中頻爐翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的改進(jìn)應(yīng)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(shí)施中,由于煙塵爆發(fā)點(diǎn)和捕集罩的距離太遠(yuǎn),導(dǎo)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(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)做了設(shè)計(jì)改進(jìn),有效縮短了煙塵爆發(fā)點(diǎn)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(shè)備;設(shè)計(jì)改進(jìn)

0 引 言

在機(jī)械行業(yè)中,中頻爐被普遍應(yīng)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(yīng)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(shí),會(huì)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(jìn)行治理。

治理煙塵,首先需要對傾倒鐵水時(shí)產(chǎn)生的煙塵進(jìn)行捕集,然后捕集的煙塵通過排煙管道進(jìn)入煙塵凈化系統(tǒng)進(jìn)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(diǎn)(鐵水包)的距離應(yīng)盡可能地接近,以便把散發(fā)的煙塵全部捕集。

1 初始運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)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(shí)的垂直位置轉(zhuǎn)動(dòng)90°變?yōu)樗轿恢?。這就需要用機(jī)構(gòu)來完成中頻爐的位置轉(zhuǎn)動(dòng)。

如圖1(a)所示中頻爐處于垂直位置,出鐵時(shí)采用四桿機(jī)構(gòu)原理,以液壓缸為原動(dòng)力,液力推動(dòng)活塞桿2向上運(yùn)動(dòng),驅(qū)動(dòng)構(gòu)件3(與中頻爐聯(lián)為一體)開始繞A點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng),完成整個(gè)中頻爐的90°翻轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)其垂直位置向水平位置的轉(zhuǎn)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(jī)構(gòu)有三個(gè)運(yùn)動(dòng)件,四個(gè)運(yùn)動(dòng)低副,故其自由度為:

圖1 中頻爐水平和垂直時(shí)的位置圖

2 實(shí)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(shí),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(kuò)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(tái)的限制,距離鐵水包較遠(yuǎn),而煙塵在上升過程中又是呈擴(kuò)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(yù)留必要的空間以方便出鐵時(shí)爐體的翻轉(zhuǎn),而冶煉時(shí)又需要工人能夠在操作平臺(tái)進(jìn)行作業(yè),爐體操作平臺(tái)的尺寸必須滿足中頻爐的安全翻轉(zhuǎn)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(dòng)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(jī)構(gòu)的改進(jìn)說明

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

圖2 中頻爐擬添加機(jī)構(gòu)的水平位置圖

根據(jù)前面的介紹,對于構(gòu)件4,既要實(shí)現(xiàn)中頻爐冶煉時(shí)與構(gòu)件3的一體性,又要滿足中頻爐翻轉(zhuǎn)時(shí)的折疊要求,這就需要對原有機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)來實(shí)現(xiàn)所需功能。根據(jù)機(jī)械原理?xiàng)U件的拆分方法,利用原來的四桿機(jī)構(gòu)添加桿組可以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能,新添加桿組應(yīng)為兩個(gè)構(gòu)件三個(gè)低副,除了構(gòu)件4,還需要在構(gòu)件4和地面之間增加一個(gè)滑塊,以實(shí)現(xiàn)構(gòu)件4在地面上的移動(dòng)和限位(見圖2)。

此時(shí),該機(jī)構(gòu)有五個(gè)運(yùn)動(dòng)件,七個(gè)運(yùn)動(dòng)低副,其自由度為:

改動(dòng)后的機(jī)構(gòu)自由度仍然為一,就是說,用原來的驅(qū)動(dòng)裝置就可滿足現(xiàn)在的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)要求[1]。

在實(shí)際應(yīng)用中,用滾動(dòng)代替滑動(dòng)更利于構(gòu)件4的運(yùn)動(dòng),所以用滾輪而不是用滑塊(見圖3)。

圖3 中頻爐改進(jìn)后的翻轉(zhuǎn)狀態(tài)圖

按照機(jī)械原理教程,滾輪與構(gòu)件4的聯(lián)接屬于虛約束,故使用滾輪后整個(gè)機(jī)構(gòu)有四個(gè)運(yùn)動(dòng)件,五個(gè)運(yùn)動(dòng)低副,一個(gè)運(yùn)動(dòng)高副,其自由度為:

由滾輪代替滑塊后的機(jī)構(gòu)自由度仍然為一,用原來的驅(qū)動(dòng)裝置仍能滿足現(xiàn)在的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)要求。

4 改進(jìn)后的效果分析

蘭州蘭石重工有限公司2臺(tái)5T中頻爐煙塵凈化系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用過程中的實(shí)踐證明,采用上述機(jī)構(gòu)改進(jìn)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(diǎn)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(fēng)量降低了30%,風(fēng)機(jī)電機(jī)功率減少30%,袋式除塵器的過濾面積也減少了30%,風(fēng)機(jī)、排煙管路和相關(guān)配套產(chǎn)品的投入以及系統(tǒng)制造成本都有所減少。

5 結(jié) 語

環(huán)保除塵系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是煙塵捕集形式的選擇和系統(tǒng)風(fēng)量的確定。上述中頻爐翻轉(zhuǎn)改進(jìn)機(jī)構(gòu),可以有效減小煙塵捕集罩和煙塵爆發(fā)點(diǎn)之間的距離,進(jìn)而降低除塵系統(tǒng)所需風(fēng)量,節(jié)省工程投資,非常有利于煙塵捕集形式的選擇和設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)之上,結(jié)合國內(nèi)外中頻爐煙塵凈化系統(tǒng)先進(jìn)技術(shù)設(shè)計(jì),將會(huì)開發(fā)出除塵效率更高,工程投資更少,占地面積更小,運(yùn)行費(fèi)用更低,更加先進(jìn)可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的中頻爐除塵系統(tǒng)。

[1] 孫 桓,陳作模,葛文杰.機(jī)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(shè)備設(shè)計(jì)選用手冊[M].北京:化學(xué)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(jī)械設(shè)計(jì)方面的工作。