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耐火材料行业知识

φ12m环形加热炉关键部位设计浅

环形加热炉是冶金行业的典型炉型之一,主要配套精锻机完成锻造前的加热或热处理,具有产量大,热效率高,自动化程度高等优点,是大规模生产,提高钢材产量的主要途径。
φ12 m环形加热炉是为某某有限公司新建SM×650/52MN型液压精锻机工程的配套设备,主要加热钢种为:塑料冷热模具钢、轧辊钢、轴承钢、优碳合金钢、不锈钢、镍基合金、钛合金、高速工具钢、高温合金。其主要技术参数见表1。
近年来,随着科学技术的发展,环形炉的结构形式也在不断改进,本文将主要分析环形炉关键部分的设计。
2隔墙
随着新技术、新材料的不断发展,环形炉的隔墙形式亦越来越多,由于环形炉是一个大型复杂的非标准设备,完全一样的炉型甚少,因此每次设计时,需要根据具体的炉型尺寸合理设计隔墙的结构。
2.1   隔墙的一般形式
环形炉一般设置2-3道隔墙,用于区分加热段与预热段,防止炉气直接流入烟道,减少高温加热段的辐射热损失。隔墙的结构形式一般有以下2种形式:
(1) 无水冷耐火砖砌隔墙(见图1):耐火砖砲成拱形结构,砖上铺含锆纤维。
(2) U型水冷管锚固隔墙(见图2):隔墙材料选取轻质高强耐火浇注料,锚固钉选用1Crl8Ni9Ti,通过冷却水带走的热量,达到冷却隔墙效果。
2.2选型分析
(1) 图1所示的无水冷结构形式隔墙,避兔了水的使用,节约了能源,很受工厂的欢迎,然而本炉型,炉膛宽度4.2 m,如采用无水冷结构,弦为拱形,使隔墙分隔作用降低。显然不适合;
φ12m环形加热炉关键部位设计浅谈
(2) 图2所示为U型管水冷隔墙,两套进回水管,吊挂于炉顶钢结构上,锚固钉焊接于U型管上,承托着整个隔墙的重量。这种形式可以最大限度的降低隔墙的高度,明显分隔温度段,应用广泛,然而施工过于复杂。
φ12m环形加热炉关键部位设计浅谈
(3) 针对图二所示的隔墙结构,笔者设计了一种水冷管承托形式的隔墙,靠一根水冷管上下穿插于整个隔墙上,锚固钉焊接于水冷管壁,从而达到降低隔墙温度,承托隔墙重量。
水冷管承托形式的隔墙具有结构简单,可靠、不易损坏、 冷却水接口简单等优点,试运行一年多来,并无事故。
3  侧墙锚固砖布置
在对侧墙锚固砖的布置上,我们吸取了以往的设计经验和现场施工过程中的问题,将传统的矩形 布置方式(见图4)改为梅花形布置方式。
图5:梅花型布置
锚固力在结构面上产生的应力场比矩形布置时产生的应力场要均匀。这是因为:设图中A、B两点为结构面上四锚固砖的中点,若要σA=σB,则需RA=RB,此时矩形布置的锚固砖中心距为√2RA,梅花布置的锚固砖中心距为2RB,2RB>√2RA,这说明A、B两点获得相同的正应力时,梅花型布置形式的锚固转间距要比矩形布置的间距大,反之,当两种形式的布置间距相等时,梅花型布置可以使锚固砖受力更加均匀,有利于锚固砖的长期稳定,侧墙不易倒塌。
4  驱动方式
环形炉炉底的驱动方式常见的有以下几种:
(1) 液压油缸传动:由液压泵通过带推头的油缸拨动装在炉底上均匀的销钉,间歇驱动炉底旋转(见图)。特点是,机构紧凑,炉底转角为销间角的整数倍,布料间距不能任意调整,只能实现单向转动。 在科技发达的今天,此种结构己很少采用。
(2) 液压马达-减速机驱动:液压站的压力油供给给液压马达,通过调节液压油的流量达到无极调速的目的,结构形式见图7,特点:结构紧凑,传动平稳,寿命长,易正反转转动,调速范围宽,炉底任意角度布料等特点。
(3) 电机-减速机驱动:由电机、减速机通过传动轴上的钝齿轮拨动炉底上均匀的销子,驱动炉底旋转,特点:动力源简单、方便,炉底变频启动,易实现正反转、任意角度布料等。
比较三种传动方式,显然,液压缸的传动除非特殊要求,否则不会采用。
我们主要对比于液压马达与电机的驱动:笔者认为,采用液压马达驱动方式,为了保证设备的可靠性,一般选择进口液压元件,价格昂贵,且调节流量用的比例阀,对液压油的要求很高,在NAS7级以上,在新建厂房时,环境条件恶劣,短时间内液压油的清洁度很难达到,严重影响工程进度;比较于电机减速机传动,价格仅为液压马达传动的1/3左右,且动力源简单、可靠,是设计环形炉炉底 驱动方式的首选。
5.工件定位
环形炉的加热钢种多样,需要一套准确的检测装置,使得机械手每次抓取料都为工件的中心,保证炉底布料的均匀性。
本文的方法是将机械手的抓料点固定,通过测量工件长度,进而控制电机的转数最终达到将工件准确送到机械手的固定抓料点。
(1) 首先装料輥道接收来自上料合架的工件, 电机工作,输送工件至炉前(见图9a)。
(2)工件前进到接近开关位置时,接近开关发 出信号,PLC发指令给旋转编码器,旋转编码器开 始计数。
(3)工件继续向前,脱离接近开关时,旋转编码器计数给PLC,此时工件长度a,可通过旋转编码器测试的电机转数转化为辊道的转数,进而求得工件长度。工件此时离抓料中心的距离b=L-0.5a,同理,可计算出对应于b长度的电机的转数n,旋转编码器检测到n后,发信号给PLC,电机停止转动,工件中心准确的停到机械手的抓料点(通过变频电机的慢启慢停,定位更加准确)(见图9c)。
通过现场生产来看,这种固定机械手的抓点,通过测量工件长度的方法,将工件定位,准确率高, 可靠性好,保证了炉底布料的均匀,极大的提高了环形炉的自动化程度。
6结语
某有限公司径向锻车间自投产近一年来,实践证明:φ12m环形加热炉各项参数满足精锻机锻前的各种工艺需求,其关键部分的设计,结构合理、性能可靠、自动化程度高,提高了企业的生产能力, 赢得企业主好评。
 

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