臺車式硅碳棒高溫電阻爐雙作用翻轉(zhuǎn)密封機構(gòu)

崔 宇

（哈爾濱銘陽爐業(yè)有限公司，黑龍江 哈爾濱150137）

臺車式硅碳棒高溫電阻爐，其加熱元件為硅碳棒，工件加熱完成后，要隨著臺車一起出爐，臺車出爐后，爐膛底部四面由于沒有了臺車的封堵，直接暴露在車間室溫的空氣中，導(dǎo)致爐膛溫度會快速下降，硅碳棒在使用中表面氧化生成二氧化硅皮膜。此二氧化硅皮膜在結(jié)晶臨界點270℃附近會發(fā)生異常膨脹和收縮,如果臺車開出導(dǎo)致爐膛溫度下降到此溫度附近，則會造成二氧化硅皮膜加速氧化、硅碳棒電阻急劇增加。一般認(rèn)為硅碳棒電阻值增加到原來的4倍時，硅碳棒壽命終止。

1 臺車式硅碳棒高溫電阻爐密封性能要求

1.1 機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，運轉(zhuǎn)可靠，無自鎖現(xiàn)象

密封機構(gòu)由密封壓緊狀態(tài)翻轉(zhuǎn)90°后達到非密封打開及由非密封打開狀態(tài)翻轉(zhuǎn)90°后達到密封壓緊狀態(tài)過程中，要求氣缸（或電動推桿）工作行程盡量小，力求結(jié)構(gòu)緊湊和降低氣缸（或電動推桿）成本，同時保證最小傳動角γmin＞40°，以免發(fā)生自鎖。

1.2 臺車入爐后，密封機構(gòu)可從豎直狀態(tài)翻轉(zhuǎn)至水平狀態(tài)，使密封塊與爐體及臺車能夠充分接觸，且持續(xù)壓緊，確保熱量不外逸

臺車入爐到位后，密封機構(gòu)應(yīng)能保證與爐體及臺車充分接觸，有效封堵爐子側(cè)墻及后墻與臺車之間的縫隙，并具有一定的持續(xù)壓緊力，確保爐膛內(nèi)熱量不向外逸出。

1.3 臺車出爐后，密封機構(gòu)可從水平狀態(tài)翻轉(zhuǎn)至豎直狀態(tài)形成室式爐膛，降低爐膛溫度損失

如果臺車開出導(dǎo)致爐膛溫度下降到270℃附近，則會造成二氧化硅皮膜加速氧化、硅碳棒電阻急劇增加，降低硅碳棒的使用壽命，因此要求臺車出爐后，利用密封機構(gòu)由水平狀態(tài)翻轉(zhuǎn)至豎直狀態(tài)，形成室式爐膛，降低爐膛溫度損失。

1.4 密封塊磨損小，壽命長

機構(gòu)由密封壓緊狀態(tài)翻轉(zhuǎn)90°后達到非密封打開及由非密封打開狀態(tài)翻轉(zhuǎn)90°后達到密封壓緊狀態(tài)過程中，要求密封塊磨損小，以便提高使用壽命。

2 實施方式

2.1 密封塊結(jié)構(gòu)及工作動力來源

由于臺車出爐后，要求密封機構(gòu)可從水平狀態(tài)翻轉(zhuǎn)至豎直狀態(tài)形成室式爐膛，降低爐膛溫度損失，所以密封塊殼體寬度尺寸較大，一般采用5 mm厚的Q235鋼板折彎制作，截面形狀為“C”型，為了提高殼體的剛度，爐體較長時殼體是分段的，密封塊的工作面采用柔軟而富有彈性的耐火纖維針刺毯，實踐證明，這種密封機構(gòu)的性能在電爐上遠比砂封優(yōu)越。

2.2 機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，運轉(zhuǎn)可靠，無自鎖現(xiàn)象

作用在從動搖桿上的作用力與受力點絕對速度之間所夾的銳角稱為機構(gòu)在此位置時的壓力角。為便于測量和觀察，常用壓力角的余角γ來衡量傳動性能，γ稱為傳動角。γ角越大，傳力性能就越好，為了保證機構(gòu)正常工作，必須規(guī)定傳動角的下限，通常取γmin＞40°。如圖1和圖2所示，密封壓緊狀態(tài)的壓力角和非密封打開狀態(tài)的壓力角α分別為48.8°和40°，則對應(yīng)的傳動角γ分別為41.2°和50°，滿足γmin＞40°，因此，機構(gòu)可以可靠運轉(zhuǎn)，同時在保證γmin＞40°的條件下，盡量使Y型連接件的開口端距離轉(zhuǎn)臂的回轉(zhuǎn)中心近一些，以便縮短氣缸（或電動推桿）的工作行程，使機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊。

圖1 密封壓緊狀態(tài)的壓力角與傳動角示意圖

圖2 非密封打開狀態(tài)的壓力角與傳動角示意圖

2.3 氧化皮的自動清理與減小密封塊的磨損

如圖3和圖4所示，臺車式硅碳棒高溫電阻爐雙作用翻轉(zhuǎn)密封機構(gòu)，包括氣缸（或電動推桿）、Y型連接件、柔性密封塊、軸、軸承、轉(zhuǎn)臂（或叫做從動搖桿）及銷軸。氣缸（或電動推桿）鉸接固定在兩側(cè)爐體底部，氣缸（或電動推桿）動力端與Y型連接件螺紋連接，Y型連接件開口端與轉(zhuǎn)臂中后部鉸接，轉(zhuǎn)臂前端與柔性密封塊焊接，轉(zhuǎn)臂尾端與軸焊接，軸與軸承鉸接，軸承通過螺栓固定在兩側(cè)爐體上。

圖3 雙作用翻轉(zhuǎn)密封機構(gòu)水平狀態(tài)示意圖

圖4 雙作用翻轉(zhuǎn)密封機構(gòu)豎直狀態(tài)示意圖

密封關(guān)閉狀態(tài)，如圖5所示，臺車進入爐體并且到位后，通過氣缸（或電動推桿）推動Y型連接件，在Y型連接件的作用下，左側(cè)密封機構(gòu)的轉(zhuǎn)臂圍繞軸逆時針旋轉(zhuǎn)90°（右側(cè)密封機構(gòu)的轉(zhuǎn)臂圍繞軸順時針旋轉(zhuǎn)90°），在轉(zhuǎn)臂的作用下，密封壓條向上壓，將爐體與臺車的縫隙緊緊封堵，實現(xiàn)了爐體與臺車的密封。

圖5 密封壓緊狀態(tài)示意圖

非密封打開狀態(tài)，形成室式爐膛，如圖6所示，通過氣缸（或電動推桿）拉動Y型連接件，在Y型連接件的作用下，左側(cè)密封機構(gòu)的轉(zhuǎn)臂圍繞軸順時針旋轉(zhuǎn)90°（右側(cè)密封機構(gòu)的轉(zhuǎn)臂圍繞軸逆時針旋轉(zhuǎn)90°），在轉(zhuǎn)臂的作用下，密封壓條由水平狀態(tài)旋轉(zhuǎn)至豎直狀態(tài)，解除爐體與臺車之間的縫隙，并形成室式爐膛，不使?fàn)t膛底部直接暴露在車間室溫的空氣中，以免造成爐膛溫度快速下降，從而延緩二氧化硅皮膜氧化，延長硅碳棒的使用壽命，同時可以減少能源損失和環(huán)境污染。

圖6 非密封打開狀態(tài)示意圖

3 受力計算

如圖7及圖8所示，圖7為密封槽處于豎直狀態(tài)時的受力分析圖，此時密封槽在推桿的動力F動作用下，密封槽將圍繞軸承的中心進行逆時針旋轉(zhuǎn)，此時的動力臂L動的長度為0.153 m，密封槽的自重為機構(gòu)的阻力，記作F阻。

圖7 密封槽處于豎直狀態(tài)時的受力示意圖

式中：G為密封槽的自重，數(shù)值為33 kg；阻力臂L阻為0.141 m。

根據(jù)阿基米德杠桿原理F動×L動=F阻×L阻，可得F動=F阻×L阻÷L動=323.4×0.141÷0.153≈298（N）

圖8 為密封槽處于水平狀態(tài)時的受力分析圖，此時的動力臂長度L動為0.043 m，阻力臂L阻為0.112 m。

圖8 密封槽處于水平狀態(tài)時的受力示意圖

同 理 可 得F動=F阻×L阻÷L動=323.4×0.112÷0.043≈842（N）

顯然密封槽在處于水平狀態(tài)時需要的力更大，所以推桿或者氣缸的推力要大于842 N。當(dāng)動力采用電動推桿時，推桿的推力可以選擇100 kg，當(dāng)動力采用氣缸時，氣缸的缸徑規(guī)格可以選擇50 mm，這樣才能將密封槽由豎直狀態(tài)推到水平狀態(tài)。

4 實例應(yīng)用

2019年秋為中鋼集團邢臺機械軋輥有限公司設(shè)計制作了一臺臺車式硅碳棒高溫電阻爐，該電阻爐采用了雙作用翻轉(zhuǎn)密封機構(gòu)，如圖9所示。該設(shè)備已成功驗收投產(chǎn)使用，該密封機構(gòu)性能可靠，提高了硅碳棒的使用壽命，得到了用戶的認(rèn)可。

圖9 雙作用翻轉(zhuǎn)密封機構(gòu)實物圖

5 結(jié)語

該雙作用翻轉(zhuǎn)密封機構(gòu)設(shè)計合理實用，構(gòu)思巧妙新穎，使用簡單方便。臺車入爐時，密封壓條向上翻轉(zhuǎn)至水平狀態(tài)，可實現(xiàn)臺車與爐體之間的密封；臺車出爐時，密封壓條向下翻轉(zhuǎn)至豎直狀態(tài)，可形成室式爐膛，不使?fàn)t膛底部直接暴露在空氣中，避免造成爐膛溫度快速下降，從而延緩二氧化硅皮膜氧化，延長硅碳棒的使用壽命，同時可以減少能源損失和環(huán)境污染。特別適用于臺車式硅碳棒高溫電阻爐。