一种新型实用的转炉炉体与托圈的连接装置

一种新型实用的转炉炉体与托圈的连接装置
发表日期：2006-11-11 阅读次数：210
转炉炉体与托圈的连接装置是转炉本体系统的关键设备之一，炉体通过连接装置与托圈连接。

由于炉体很重，并通过连接装置随托圈倾转±360°，而且炉壳和托圈在机械与热负荷作用下都将产生变形，因此，对连接装置提出如下要求，即:一方面能将炉体牢靠地固定在托圈上，保证转炉在任何位置时，都能将炉体负荷均匀地分布、传递到托圈上面，并保持炉体在托圈中的正确位置;另一方面又能适炉壳和托圈热膨涨时，在径向和轴向产生相对位移的情况下，不使位移受到限制，避免因静不定问题的存在，而使支承系统承受附加载荷，以免造成炉壳或托圈产生严重变形和破坏。

这是在设计连接装置时，必须满足的要求。

1一种新型炉体与托圈的连接围
I.1结构说明
该装置属三点吊挂结构形式，使用在我院与VAI公司联合设计的邢纲48 t转炉上，它采用两组连杆及水平导向架，将炉体吊挂在托圈上。

图1所示为连杆在托圈1上的配置情况，炉体5通过三个活动垂直连杆3吊挂在托圈1上。

两个活动垂直连杆3配置在与耳轴轴线成45°的位置，一根连杆3在出钢口对面位置上。

在驱运侧和非驱动侧各有一个活动水平连杆2。

在出钢口对面位置的下方设有一个水平导向架4，作用是阻止炉体5在托圈I内发生耳轴方向的摆动。

炉体5倾转时，连杆2,3与水平导向架4一起承受托圈平面内的横向载荷。

活动垂直连杆3和活动水平连杆2的结构型式相同见图2。

1一托圈;2一水平连杆;3一垂直连杆;;4一水平导向架;5-护体
图1 连杆配配置图
1一托圈凸耳;2－螺栓;3-螺母;;4-垫片;5一轴承;6一轴; 7一环;8－填料;9一夹子;10一连杆;
11一盖(1);12 -盖(2);13-盖(3);14一轴承;15一螺栓;16-套;17－炉壳凸耳;18-环
图2 水平、垂直连杆结构图
由图2可知:垂直连杆和水平连杆中的连杆10通过两个球铰5和两个轴6铰接，轴6又通过四个铰14
分别与两个托圈凸耳1及两个炉体凸耳17铰接，用其他零件将各个球铰定位且使球铰处于全封闭状态，球铰全部采用先进的耐高温、免维护型球铰轴承。

托圈凸耳1焊在托圈的底板上，炉体凸耳17则与炉壳焊在一起。

将水平导向架中的导向块与托圈底板焊在一起，导向支架与炉壳焊在一起。

为了尽量减少炉壳及托圈对结构使用性能的影响，这种连接装置安置在托圈的下部也是炉体下部，这里温度较低，变形较小，对结构是有利的。

这种结构的连杆，在炉体处于一定倾转位置时，它们会成为“拉杆”或“压杆”进行工作。

1.2结构分析
根据机械原理结结构说明，可以把该装置看成为由炉体5、托圈1、水平连杆2以及垂直连杆3共七个构件组合而成的一个闭式空间运动链。

在该运动链中，构件炉体、托圈与构件两组连杆间是采用III级运动副(球铰)联接，构件炉体与构件托圈间也是采用III级运动副(移动、转动副)联接。

由理论力学可知，空间运动的自由构件有六个自由度，即沿X,Y,Z轴的三个移动和绕三个轴的三个转动。

但在该运动链中，由于运动副的特殊配置见图1，即在XOY平面内水平导向架4的设置，使得该运动链中的各构件都失去了绕Y. Z轴转动以及沿X轴移动的可能性，或者说，对该运动链所有构件的运动加上了三个公共约束。

由结构说明可知，由于两个水平连杆2所起的限制作用是互为重复的，即互为虚约束，计算时可除去一个不计。

两个配置在与耳轴线成45°的位置垂直连杆3所起的限制作用是互为重复的，即互为虚约束，计算时可除去一个不计。

机构中的球饺(图2中件14)对整个运动链的运动无任何影响，属局部自由度计算时除去不计。

这样，该运动链可简化成是由N=5个构件组成，公共约束为3，各个构件之间的联结副
为V级副。

当固定其中之一为机架后，所剩活动构件数为n=N一1=4。

对于这种空间运动链，其自由度的计算公式应为:
式中:k—运动副的级数;
m—公共约束值;
P k—k级运动副的数量。

计算这个空间运动链相对于机架的自由度为
F=(6一3)×4一(5一3)×6=0
因此，这个自由度为零空间的运动链是不能产生相对运动的刚性桁架一静定结构(系统)。

由该运动链的自由度为零可以得出，在此静定系统中，各构件的位置保持相对静止，且各构件无多余的约束。

因此，当以托圈为机架时，且托圈绕耳轴转动过程中，托圈与炉体的相对位置保持不变。

实际应用中为使各构件受力均衡，增加各构件的刚性，改善其受力状况，因此，采用了虚约束。

水平连杆、垂直连杆数量的增加及对称布置和水平导向架的设置，虽不影响机构的约束，但却改善了其受力状况，使每个连杆的受力减小，增加了其刚性，并且改善了炉体和托圈受力状况，使其受力均衡，因而增加了整个系统的刚性。

而且三个垂直连杆3、两个水平连杆2以及水平导向架按图1所示的布置，使得炉体5的中心与托圈1的中心重合，且当炉体5、托圈1产生径向和轴向胀、缩的情况下，各连杆通过其中的各联接副(球铰)发生摆动，同时水平导向架4通过自身联接副适应炉体和托圈产生径向和轴向胀、缩，充分地满足各种变形的需要，并保持炉体和托圈的相对位置不变且不产生相对转动。

从而保证该装置的机构属性。

既使在托圈倾转过程中，也只是改变各连杆的受力状态。

而且各连杆的局部约束(连杆两端的轴的两端支承各采用一球铰)，在托圈和炉体胀、缩的情况下，对该轴不产生附加应力，改变轴的工作状态。

2新型炉体与托圈的连接装置的特点
这种连接装置的特点，在于采取了三点静定的支承系统，连接装置中的球铰的连接能充分地满足各种变形的需要。

因此，从原理上来讲，能更好地满足上述连接装置的设计要求。

它具有如下优点:
(1)转炉在任何位置时，都能将炉体负荷传递到托圈上面，并且从炉壳到托圈的载荷传递是静态的。

(2)适应炉体在轴向和径向的胀、缩，即使在炉壳非对称的膨胀和变形的情况下，并保持炉体在托圈中的正确位置。

(3)将炉体负荷均匀地分布在托圈上，对炉壳的强度与变形的影响减小到最低限度。

(4)考虑到变形的产生，能以预先确定的方式传递载荷，避免了因静不定问题的存在而使支承系统承受附加载荷。

(5)该连接装置设置在托圈底部，结构合理，工作环境相对较好，并且利于冷却，又采用了多个先进的耐高温、免维护型轴承且这些球铰轴承处于全封闭状态，维护的工作量小。

并且载荷传递元件的表面没有间隙，从而不产生旷动。

(6)该连接装置重量轻、结构简单，零件加工制作容易。

(7)由于该连接装置设置在托圈的下部，结构合理，工作环境相对较好，炉体的变形较小，因此炉体的安装和更换容易。

(8)该连接装置的设备对托圈的结构没有任何特殊的要求，因而不会提高托圈的制作难度。

(9)该连接装置设置在托圈的下部，利于中、小型转炉的炉体设置炉帽防热板和挡渣板;利于大、中型转炉炉体设置挡渣板及水冷炉帽，提高炉体的寿命。

这一点对大、中型转炉尤为重要。

(10)由于该连接装置设置在托圈的下部，使得整体转炉炉体重心下移，因此利于转炉采用死炉底结构和活炉底中的小炉底结构。

(11)各连杆的局部约束(连杆两端的轴的两端支承各采用一球铰轴承)，能够适应托圈和炉体的变形，使得托圈的炉体在胀、缩情况下，对该轴不产生附加应力，不改变轴的工作状态。

(12)各连杆受力状况简单，均为二力杆。

该装置的缺点，在于系统中只要有一根杆破坏，整个承载结构就会失去作用。

因此，在生产过程中必须经常进行仔细检查，防止发生重大事故。

3结束语
该炉体与托圈连接装置结构合理、简单、制作、安装容易，实际使用中优势突出，投产两年多使用正常，托圈和炉体的寿命较采用其它连接型式连接装置的同等级转炉相对延长，是一种较为理想的炉体与托圈连接装置，适于广泛推广。