中频炉翻转机构的改进应用分析*

李建华,彭正彪,王 静

(兰州兰石重工有限公司,甘肃兰州 730087)

中频炉翻转机构的改进应用分析*

李建华,彭正彪,王 静

(兰州兰石重工有限公司,甘肃兰州 730087)

在中频炉烟尘净化系统工程的实施中,由于烟尘爆发点和捕集罩的距离太远,导致除尘系统烟尘捕集率低,系统工程投资大。为此,对中频炉的出铁翻转运动机构做了设计改进,有效缩短了烟尘爆发点和捕集罩之间的距离,提高了除尘系统的烟尘捕集率,很大程度地降低了系统工程投资。

中频炉;烟尘净化系统;金属冶炼设备;设计改进

0 引 言

在机械行业中,中频炉被普遍应用于低碳钢及铸铁件的冶炼。球墨铸铁的冶炼是中频炉主要的应用之一,但在冶炼完成出铁的过程中,由中频炉向铁水包倾倒时,会产生大量的烟尘,造成生产环境污染,使工人身体健康受到危害,这就需要对烟尘进行治理。

治理烟尘,首先需要对倾倒铁水时产生的烟尘进行捕集,然后捕集的烟尘通过排烟管道进入烟尘净化系统进行处理。为了提高烟尘净化系统的烟尘捕集率,保证除尘效果,减小工程投资,烟尘捕集罩与烟尘爆发点(铁水包)的距离应尽可能地接近,以便把散发的烟尘全部捕集。

1 初始运动机构分析

中频炉为了将冶炼的铁水倒入铁水包,中频炉的位置必须由冶炼时的垂直位置转动90°变为水平位置。这就需要用机构来完成中频炉的位置转动。

如图1(a)所示中频炉处于垂直位置,出铁时采用四杆机构原理,以液压缸为原动力,液力推动活塞杆2向上运动,驱动构件3(与中频炉联为一体)开始绕A点转动,完成整个中频炉的90°翻转,实现其垂直位置向水平位置的转变。如图1(b)所示中频炉处于水平位置。

从图1中可看出,该机构有三个运动件,四个运动低副,故其自由度为:

图1 中频炉水平和垂直时的位置图

2 实际生产中存在的问题

中频炉在冶炼球墨铸铁,球化方式炉前冲包球化时,受到球化剂和孕育剂的作用,浓烈的烟尘从铁水包散发出来向上扩散。如图1(b)所示,由于烟尘捕集罩的高度受到中频炉操作平台的限制,距离铁水包较远,而烟尘在上升过程中又是呈扩散状态,这就造成部分烟气捕集困难,从捕集罩四周外逸对生产环境造成污染。

考虑到中频炉炉体长度因素的影响,必须在其周围预留必要的空间以方便出铁时炉体的翻转,而冶炼时又需要工人能够在操作平台进行作业,炉体操作平台的尺寸必须满足中频炉的安全翻转和工人的安全操作的要求。

要想解决上述问题,将散发的烟尘全部捕集,主要有两种方法:一是将捕集罩的尺寸增大,这就意味着需要更多的动力要求,造成捕集成本的增加;二是降低捕集罩的高度,缩短铁水包与烟尘捕集罩之间的距离,提高烟尘捕集罩的捕集效果。

3 机构的改进说明

如图1(b)所示,降低捕集罩的高度,就需要减小构件3(即炉体操作平台)的后部尺寸,这与保证中频炉的安全翻转和工人的安全操作相矛盾。解决这一矛盾的方法是,将构件3变为两部分,将原来构件3的后部分离出来,变为构件4。如图2所示,构件3和构件4之间采用铰接形式,冶炼时构件3和构件4在一个平面上,满足工人的安全操作要求。如图3 (a)所示,中频炉翻转时,构件4先是在构件3的拖动和自重的合力作用下沿基础平面移动;当中频炉翻转至一定角度,构件4下部靠在炉体限位块上之后,构件4就开始脱离基础平面,与炉体一起绕着铰接点A翻转,直至中频炉处于水平位置如图3(b)。

图2 中频炉拟添加机构的水平位置图

根据前面的介绍,对于构件4,既要实现中频炉冶炼时与构件3的一体性,又要满足中频炉翻转时的折叠要求,这就需要对原有机构进行改进来实现所需功能。根据机械原理杆件的拆分方法,利用原来的四杆机构添加杆组可以实现预定的功能,新添加杆组应为两个构件三个低副,除了构件4,还需要在构件4和地面之间增加一个滑块,以实现构件4在地面上的移动和限位(见图2)。

此时,该机构有五个运动件,七个运动低副,其自由度为:

改动后的机构自由度仍然为一,就是说,用原来的驱动装置就可满足现在的机构运动要求[1]。

在实际应用中,用滚动代替滑动更利于构件4的运动,所以用滚轮而不是用滑块(见图3)。

图3 中频炉改进后的翻转状态图

按照机械原理教程,滚轮与构件4的联接属于虚约束,故使用滚轮后整个机构有四个运动件,五个运动低副,一个运动高副,其自由度为:

由滚轮代替滑块后的机构自由度仍然为一,用原来的驱动装置仍能满足现在的机构运动要求。

4 改进后的效果分析

兰州兰石重工有限公司2台5T中频炉烟尘净化系统实际应用过程中的实践证明,采用上述机构改进后,烟尘捕集罩的高度可以降低1.2 m,有效缩短了烟尘捕集罩和烟尘爆发点之间的距离,很大程度地提高烟尘净化系统的烟尘捕集率[2]。在完成相同除尘效果的前提下,烟尘净化系统所需风量降低了30%,风机电机功率减少30%,袋式除尘器的过滤面积也减少了30%,风机、排烟管路和相关配套产品的投入以及系统制造成本都有所减少。

5 结 语

环保除尘系统工程设计的关键是烟尘捕集形式的选择和系统风量的确定。上述中频炉翻转改进机构,可以有效减小烟尘捕集罩和烟尘爆发点之间的距离,进而降低除尘系统所需风量,节省工程投资,非常有利于烟尘捕集形式的选择和设计。在此基础之上,结合国内外中频炉烟尘净化系统先进技术设计,将会开发出除尘效率更高,工程投资更少,占地面积更小,运行费用更低,更加先进可靠、经济实用的中频炉除尘系统。

[1] 孙 桓,陈作模,葛文杰.机械原理[M].第七版.北京:高等教育出版社,2006.

[2] 唐敬麟,张禄虎.除尘装置系统及设备设计选用手册[M].北京:化学工业出版社,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

李建华(1988-),男,甘肃康乐人,助理工程师,主要从事机械设计方面的工作。