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1、熔铝炉炉门开合及自动加料机构设计绪 论一 我国工业炉的现状：众所周知，工业炉作为工业加热过程中重要的工艺装备，在我国的国民经济建设和发展中起着十分重要的作用。近20年来，我国从国外引进了不少先进的工业设备，其中包括真空炉100多台，可控气氛热处理机500多台套。通过采用进口先进的仪器、仪表和关键性的炉用元器件，使我国工业炉的生产制造水平有了明显的提高。我国自行研制的新型可控渗氮炉、高压气淬炉、预抽真空光亮退火炉、大型铝材热处理生产线、大型连续式气体渗氮炉等，其主要技术性能都已接近国外同类产品水平，由于价格便宜，替代了进口，为国家节省了外汇，同时还有部分上水平的电炉产品出口。无论工业炉的品种、数
2、量，还是质量，可以说，我国工业炉行的面貌今非昔比，日新月异。从工业炉的产量和拥有量来看，在世界上，我国堪称“工业炉大国”1。但是一般炉子居多，高档次炉子较少，还远不能满足市场的需要。以工业炉的技术水平和产品质量与国外先进水平相比，存在着不小差距。特别是一些技术含量高、附加值大的大型现代化工业炉及特种工艺所要求的高精度、高控制水平的特种工业炉等，差距更大。当然，客观地评价工业炉的技术水平，还应从炉型结构、加热元价、燃烧装置与燃烧系统、余热回收与利用、筑炉材料与结构、热工测量与控制以及环境保护等方面进行分析比较。从我国金属热处理行业上看，国外发达国家60年代就开始阄及应用少无氧化加热，其中真空和可
3、控气氛热处理已占40%50%，而我国空气加热炉约占热处理炉的90%，真空和可控气氛热处理占不到5%。由于钢件在空气介质中加热，氧化脱碳严重，不仅严重影响零件的表面性能和产品质量，而且使国家每年浪费上百万吨的优质钢材。我国热处理行业的整体水平还比较差，东部与西部、先进与落后地区的关距也很大。设备陈旧，性能老化，热损失大，热能利用率低。品种结构仍为箱式炉、井式炉、盐浴炉约占20%，劳动条件差，环境污染严重。显而易见，热处理设备的节能降耗存在很大的潜力空间，面临着技术改造和更新换代。降低工业炉的能源消耗与污染物排放，节能降耗与环境保护，对促进我国经济和社会的可持续发展至关重要2。二 节约能源:自20
4、世纪中、后期开始，世界经济进入了高速发展的新时期，导致能源的需求量和消耗，从而产生了诸如人类实现持久生存和发展的“可持续发展”的问题，这是人类社会发展观念的一个根本性转变。我国的能源资源丰富，地质贮量居世界第3位，但能源的占有量却只有世界平均水平的确1/2，美国的1/10。在我国的能源资源构成中，煤与石油、天然气的比例是10：1，而世界上是1：4，相差多么悬殊。若与发达国家相比较，产品单耗很高，差距很大。当今，日本、美国、德国的能源利用率分别高达57%、50%和40%，而我国只有32%不到。虽然我国的节能工作取得很大的成绩，然而由于工业技术水平比较落后，企业管理水平不高，我国单位国民生产总值的
5、能耗甚至比印度还高出1倍多3。在市场经济社会里，能耗的高低直接反映在产品的成本和价格上，直接影响企业产品营销的竞争力，甚至影响企业的生存和发展。尤其近代国际、国内竞争日趋激烈，能源问题日趋严重，降低产品单耗，节约能源受到人们的关注。对大多数工业炉企业来讲，节能降耗，降低生产成本，提高产品质量，已成为企业进步和技术创新的工作重点。 目前我国还有不少企业由于各方面的原因，仍然在利用落后的工艺技术，使用着陈旧的设备进行生产，如大量的直燃式煤窑、老式的油窑及电窑等。这不仅造成企业本身的能源费用支出加大，产品质量得不到保证，而且对整个社会也造成资源的浪费和环境的污染4。英国工业与能源部对钢铁、有色金属、
6、建材、化工等工业部门所作的调查估计，采用高效隔热保温材料，每年可降低能耗（915）1012KJ。目前我国有10多万台各种工业炉窑，它的能耗约占全国年总能耗的25%。如果采用先进的隔热保温材料，那么必将节约大量能源。业已表明，节能降耗所取得的直接经济效益， 不亚于常规能源的开发和利用。因此，锲而不舍地解决国家现可持续发展战略和能源政策的重要组成功部分。三 环保问题:环境保护经济发展和环境保护始终是一对全球性的矛盾，随着社会的发展，这种矛盾将显得尤为突出。环保正日浙成为人类关注的焦点。由于环染日趋严重，世界各国对环境保护都已经从法律上进行规范化。 工业炉对环境的最大影响还是在燃料结构上，作为以煤、
7、油、气三大常规能源为燃料的火焰炉，向大气排放CO2、SO2 No2 及ROx 等有害废气物，并向周围环境排放废水、废渣及热污染，对空气和水的质量造成严重污染，并破坏了生态环境。CO2气体的“温室效应”造成地球气温升高，南、北极地冰雪开始融化、海平面升高、海线线后移，土地荒漠化的面积不断扩大、全球性的大面积干旱和洪涝灾害，酷热、严寒等异常性气候频频发生等，这些都正在严重地威胁着人类的生存和发展。我国工业炉在进行节能改造的同时，进行污染治理，努力降低或消除有害废气和烟尘的排放。保护环境，已成为工业炉面临的一项紧迫而艰巨的任务，也是亟待解决的重要课题。80年代我国工业炉窑的燃料基本上是以煤为主，炉窑
8、热能利用率低，加热质量差，工件氧化严重，环境污染加剧。 随着经济发展，为满足产品质量对节能和环保的要求，应该以优质燃料替代低档燃料，“以煤为主”的能源结构应代之以多种然料共存共用的结构5。 我国西部地区的天然气资源十分丰富，天然气是一种优质、洁净的燃料。随着西部大开发战略的实施，西气东输上海的工程目前正在加紧建设，今后将有力地改变“西气东输”沿线及其周边地区工业炉窑的能源结构，为开发“绿色工业炉”创造有利条件。四 工业炉行业面临的机遇和挑战西部大开发战略为我国工业炉工业的振兴和发展带来了前所未有的发展机遇。我国加入WTO，将与国际接轨，无疑将会有更多的国外产品、资金与企业涌向中国大市场。对我们
9、工业炉行业来说，既是机遇又是挑战。我们不但要面临进口产品的竞争，还将面临外商在我国设厂的挑战。他们具有先进的技术优势，有吸引和招揽国内优秀科技人才的优势，他们的炉子可以配上进口的高质量部件，并且以较低的成本与我们竞争，届时我国炉子的价格优势将会进一步减弱，产品质量问题将变得更加突出。所以，我国工业炉行业应抓信机遇、迎接挑战6。本篇论文主要是根据现代工业铝熔业的需求所写的，其主要内容是熔铝炉自动加料机构和炉门压紧装置的设计。自动化加料机构是一种运料，加料完全机械化的机构，于炉温很高，所以人工加料不方便，其机械过程是机械手将料放入料斗中然后电机驱动过渡小车将料斗载到炉体旁，装在料斗后的摆动汽缸推动
10、料斗倾斜，把料倒入炉内，实现加料过程。炉门气缸压紧机构是用气缸驱动一套连杆机构压紧炉门。加热炉的气缸压紧机构一般将气缸布置在炉子前立柱的两侧,尽量避免炉内高温气体和台车出炉时高温炉料对气缸的直接辐射。炉门是通过其定位滚轮沿着轨道垂直升降。本设计的炉门气缸压紧机构的轨道活动轨道即轨道分为固定和活动两个部分,炉门上端的轨道为固定轨道,炉门下端的轨道为活动轨道。气缸通过连杆与活动导轨连接,炉门压紧时,气缸驱动轨道带动炉门两侧的滚轮将炉门与炉门框压紧;炉门松开时,气缸驱动轨道带动滚轮使炉门与炉门框脱离。这时活动轨道退回到原位,即与炉门上端的固定轨道成一条直线,炉门提升到固定轨道上,完成炉门打开。机械化
11、程度越高，工人劳动强度越低，生产效率越高。熔铝炉相关设备的自动化有待完全实现。1自动化加料机构及炉门开合方案的确定1.1气动式翻斗和炉门气缸压紧机构的原理及特点气动式翻斗是由翻斗，摆动汽缸，支架等主要部件组成。翻斗通过短轴和滑动轴承支撑在支架上。摆动汽缸的动作由二位四通电磁气阀来控制。为避免翻斗倾转和复位十对汽缸盖的冲击，应使活塞在两端达到行程终点时离缸盖有20毫米左右的空挡距离。过渡小车由行走小车和驱动装置等部分组成。小车由电动机通过三角皮带，蜗轮减速器和车轮驱动7。气缸压紧机构是用气缸驱动一套连杆机构压紧炉门。加热炉的气缸压紧机构一般将气缸布置在炉子前立柱的两侧,尽量避免炉内高温气体和台车
12、出炉时高温炉料对气缸的直接辐射。炉门是通过其定位滚轮沿着轨道垂直升降。气缸压紧机构的轨道活动轨道即轨道分为固定和活动两个部分,炉门上端的轨道为固定轨道,炉门下端的轨道为活动轨道。气缸通过连杆与活动导轨连接,炉门压紧时,气缸驱动轨道带动炉门两侧的滚轮将炉门与炉门框压紧;炉门松开时,气缸驱动轨道带动滚轮使炉门与炉门框脱离。这时活动轨道退回到原位,即与炉门上端的固定轨道成一条直线,炉门提升到固定轨道上,完成炉门打开。自动加料机构的优点：小车行程不受限制，汽缸有效行程比较长，小车运行平稳，安全，效率高，可以缩短炉门再加料时打开时间，也就是减少炉内热量散失。1.2 拟定方案和最后方案的确定冲天炉加料常见
13、用加料形式有：翻斗加料 、爬式加料和单轨加料 ；后二者均用底开式料桶伸人炉内加料，炉料分布颇为均匀。但是，一方面小型炉炉膛直径小不适宜用，即使勉强用上也是大材小用、得难偿失；另一方面，料桶毕竟不能无限地扩大，对于大型炉，尤其是特大型炉，他们就显得无能为力，因而，他们的适用范围只能是既不太大又不太小的中型冲天炉8。翻斗加料机可是别样，翻斗加料比之吊桶加料，相对说来要可靠一些，尽管它布料略欠均匀，可是非常适用于小型炉；对于大型炉以致特大型炉，发挥其沿炉周边设置多台同时作业的优势，它不仅十分适用，而且随着台份的增加，还会逐步缓解以致完善。再因炉体在地面上，炉门较低，所以采用过渡小车将料运到炉口。翻斗
14、有两个支架支撑在小车上，电机驱动小车延轨道运行。翻料过程也要求自动化，所以，可以采用一系列机械构建，或用液压气压缸以完成翻料过程。机械翻料机构复杂，而小车面积比较小，所以不易采用机械机构。由于，翻料机构要与小车一体，也就是说整个运动过程都参与，所以液压缸驱动翻料不太合适。所以采用汽缸。 炉门提升机构由机械提升，液压提升，气压提升。结合本设计实际要求用于小型炉门，所以采用机械提升就足够满足要求。炉门斜度为5，仅靠炉门自重不能实现压紧。下面有几种压紧机构炉门压紧机构有链条动力式、气缸压紧、弹簧压紧、30斜轨道压紧、四连杆重力压紧等几种。几种机构简介如下:(1)链条动力式压紧炉门链条动力式炉门压紧机
15、构是本院在消化吸收国外先进技术基础上,研制开发的一种新型炉门压紧结构。炉门链条式机械压紧机构布置在炉子前立柱的两侧,避免了炉内高温气体和台车出炉时高温炉料对链条式机械压紧机构直接辐射。炉门是用设在两侧支承轴架通过连结板与滚轮支承拉杆绞接,形成四连杆。炉子前立柱的两侧各有一条供滚轮上下移动的轨道,两侧的连接板各自与一条环行的链条连接。当减速机通过链轮、链条驱动环行链条时,炉门就随着滚轮沿垂直的滚轮轨道作上下移动。炉子前立柱的底部设置有炉门到关闭炉口位置的挡铁装置,炉门上也有相应的挡铁9。当炉门在环行链条驱动下,上移使炉门挡铁离开炉前立柱挡铁装置时,炉门先后有两个动作:第一个动作炉门向外平移环行链
16、条向上运动时,开始炉门在其重量作用下停留在立柱挡铁装置,环行链条仅驱动炉门压紧结构的连接板以炉门支承轴架的轴为轴心转动,当连接板转到与环行链条垂直时止住(碰上连接板限位块) ,此前连结板与环行链条成钝角姿态。也就是说,炉门向外平移,炉门在连接板作用下由松开压紧炉口状态到离开,并保持一定的间隙。这时,炉门仍停留在立柱挡铁装置。第二个动作炉门整体向上移动炉门压紧结构的连接板到达限位块后,连接板停止运动,环行链条继续带动炉门整体上移,炉门打开。炉门升起的高度由行程开关控制,并由减速机的制动电机制动锁住。当炉门在环行链条驱动下,向下运动使炉门挡铁到达炉前立柱挡铁装置时,炉门停止下移。这时环行链条还在向下移动,驱动连接板以炉门支承轴架的轴为轴心转动,是与环行链条成钝角方向转动(离开连接板限位块) ,此前连接板与环
