池窑钢结构锁紧装置探究范文

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《玻璃与搪瓷杂志》2016年第4期

摘要:

探索了日拉引量12～20t的小型玻璃池窑拉条的锁紧方式，此设计可以简单直接地观察和控制碹顶的锁紧，且在烤窑时可以更为准确地控制力度，根据池窑的膨胀大小合理及时地调整拉条的锁紧程度，以保证池窑结构稳定和正常运行。在不改变拉条作为拉紧方式的前提下，将传统拉条两端用作紧固的螺母卸下，安装上本设计的蝶簧组件，根据事前所做分析和计算，再将蝶形弹簧压紧至指定位置。这样可以直接观察到拉条的锁紧程度，更好地控制保证钢结构预紧力，并使之均匀一致。

关键词:

玻璃池窑;钢构;拉条;蝶簧;蝶簧压缩量

目前国内玻璃池窑的立柱(工字钢或其他型材)下部焊接或用螺栓与池窑的次梁固定在一起［1］，立柱的顶端用拉条锁紧熔化池碹或工作池碹，在烤窑过程中，根据窑碹膨胀况状，用人工调节拉条。砌筑池窑时［3］，一般都是凭借经验进行池窑碹顶的锁紧，人工力度掌握不好，且没有数值可以衡量具体锁紧位置大小。锁力过小，会造成碹的下沉，严重时还可能造成碹砖抽签，从而影响池窑使用寿命;锁力过大，会造成池窑内部结构变形，甚至会因挤压而使碹砖内角蹦落，对后期的使用产生不良影响。在烤窑过程中，锁紧拉条都是凭借经验进行调整，调整完后，都是刚性变化，没有缓冲性。尤其在烤窑过程中，大碹在热涨时，受力情况时时在变化，调整的力度和频次就更不易控制。一旦调整不及时，就会造成碹砖的角部蹦落或出现裂缝，从而影响了池窑的使用寿命。本文探讨了一种玻璃池窑钢结构拉条的锁紧方式，该锁紧方式一般用于日拉引量12～20t的小型玻璃窑。可以简单直接地观察和控制碹顶的锁紧，且在烤窑时可以更为准确地控制力度，根据池窑的膨胀大小合理及时地调整拉条的锁紧程度，以保证池窑结构稳定和正常运行。

1玻璃池窑钢结构的框架形式

小型玻璃熔窑的钢结构主体框架布置形式，一般为熔窑次梁上方设置窑底钢板。以窑底钢板为平台，在窑底钢板的4个角落设置熔窑的立柱(型材)。该立柱的特点是，立柱的下底部直接座落在窑底钢板平台上，不焊接，不固定，不生根。在立柱与窑底钢平台之间设置光洁度较高的钢垫板，用于升温期间自由移动。在4个垂直的立柱上通过一定的装置，安装胸墙托板、碹脚梁等承重部件。立柱、托板、碹脚梁构成熔窑钢结构的主体框架。这些承重构件的相对位置紧密结合或锁定，主要采用拉条来实现。通过拉条的预紧将熔窑的立柱、胸墙托板、碹脚梁所组成的框架结构捆绑在一起，形成一个位于池底钢板平台上且可以膨胀移动的“屋架”(见图2)。立柱框架安装方法:熔窑砌筑初期，使用临时支撑构件将4根立柱垂直固定在指定的位置，并且将立柱上端和底部的拉条以及蝶簧安装就位，略微预紧受力。熔窑砖材砌筑完毕之后，拆除临时支撑构件。将拉条蝶簧压缩预紧至设计计算长度尺寸即可。

1．1蝶形弹簧锁紧拉条的探讨

在不改变拉条作为拉紧方式的前提下，将传统拉条两端用作紧固的螺母卸下，安装经过设计的蝶簧组件，根据事前所做分析和计算，再将蝶形弹簧压紧至指定位置。这样可以直接观察到拉条的锁紧程度，更好地控制保证钢结构预紧力，并使之均匀一致。在烤窑过程中，也可以直观地根据蝶形弹簧的压缩变形量，观察熔窑的受力变化。用于玻璃池窑钢结构锁紧的蝶形弹簧组件如图1所示，其结构包括:(1)蝶簧座，(2)蝶簧组(若干)，(3)导向套，(4)平垫，(5)螺母，(6)拉条。该组件结构的使用部位如图2所示，主要用于立柱顶部碹顶部位，用于熔窑大碹的紧固、调整;立柱底部用于熔窑窑底砖的紧固。

1．2蝶簧组件的选材和设计

1．2．1蝶形弹簧座

所用材料为中低碳钢或合金，蝶形弹簧座依据纵横拉条布局空间设计成一定的厚度和外形。为利于限位、转动、识别，一般设计成“方形倒圆角”形式。蝶簧座外径尺寸为:蝶簧外径+5mm，厚度大于40mm，表面光洁度为Ra1．6～3．2，以利于与蝶簧发生滑动摩擦，实现拉条预紧;蝶形弹簧座内径与导套间留有1～5mm间隙，弹簧座的厚度，需要保证蝶簧压缩时，导向套不卡死，一般取理论压缩量+10mm。

1．2．2蝶形弹簧

所用材料根据熔窑的环境温度和碹顶受力情况一般选60SiMn2或17－4PH。弹簧热处理后硬度不大于50HRC，环境温度高于300℃，拉条直径大于Ф40mm时，一般选择60SiMn2。蝶形弹簧的自由高度、负荷极限采用GB/T－1972－2005标准，表面粗糙度限制在Ra6．3～3．2以利于转动。蝶形弹簧内径要与导套尺寸相配合，两者之间留有1～5mm间隙。蝶形弹簧排列采用并联或串联成对使用，组合方式为］］［［或［］［］，偶数成对使用。为了利于计算和观察，一般可以采用若干组使用，建议至少8组16片以上。

1．2．3蝶形弹簧受力计算和选型案例［2～3］

以我公司某厂C线日拉引量14t玻璃熔窑为例，理论计算碹顶拉条侧向拉力为16680N，升温时侧向膨胀量约为33mm，拉条直径Ф36mm，蝶簧选型过程如下。已知条件:(1)蝶簧负载P1=16680N，(2)总变形量fz=33mm，(3)拉条直径Ф36mm。依据拉条负载和拉条直径，参考《机械设计手册•第七篇弹簧》表7－6－2初步选取d=41mm蝶簧。主要参数如表1。计算如下:依据《机械设计手册•第七篇弹簧》表7－6－6“对合组合蝶簧公式”:Pc=［4E÷(1－U2)］×［hot3÷K1D2］×K42式中，Pc———组合蝶簧载荷，N;E———弹性模量，MPa;U———泊松比，ho———蝶簧压平时变形量，mm;t———蝶簧厚度，mm;K1、K4———计算系数;D———蝶簧外径，mm。式中E=2．06×105N/mm2;U=0．3;K4=1;直径比D/d=71/36=1．97，查表7－6－5(见表2)，取K1=0．69，带入上述数据后得:Pc=［4×2．06×105÷(1－0．32)］×［(1．7×53)÷(0．69×802)］×12=43572．6(N)P1/Pc=16680/43572．6=0．38由ho/t=1．7/5=0．34、P1/Pc=0．38，查《机械设计手册•第七篇弹簧》图7－6－2，取f/ho=0．6，变形量f1=0．6×ho=0．6×1．7=1．02mm，所需蝶片数i=fz/f1=33/1．02=32片，取32片，拉条每一端使用32片对合组合未受负荷时自由高度Hz=i×Ho=32×1．7=54．4mm，承受负载P1时，蝶簧高度H1=Hz－f1，则得出以下值:54．4－32×1．02=21．76(mm)蝶簧使用方法如下:当熔窑砌筑完毕，发碹之前，使用专用扳手将每一根拉条上两端的组合蝶簧预紧或压缩至负载P1所对应的长度H1即可满足使用。预紧顺序，一般先预紧立柱底部的拉条蝶簧，稳定底部基础，将底部钢构捆绑牢固，然后再次预紧立柱上部拉条蝶簧。我公司某厂C线2012年熔窑，采用此种拉条锁紧方式，在熔窑烤窑升温期间熔窑膨胀和运行非常平稳，烤窑公司省时省力。

1．2．4导向套

所用材料为QA235或其他中低碳钢材料。导向套的厚度一般取3～5mm，深入弹簧座的一端需要作倒角或圆角处理以利于伸缩。导向套内径与拉条尺寸相配合，留有间隙1～7mm。导向套的制作长度需要与蝶簧伸缩极限相适应，保证蝶簧压缩时不卡死，伸长时不脱离。一般长度取“理论伸长量+7mm”。

1．2．5平垫圈

所用材料为QA235或其他低碳钢。平垫圈的厚度一般取δ=3～5mm。平垫圈内径要与拉条尺寸相配合，留有间隙1～5mm。平垫圈外径、内径尺寸、外形结构与蝶簧底座一致。

2蝶形弹簧组的使用方法

安装时把拉条两端头螺纹穿过位于立柱顶部或底部的拉座，将弹簧座、蝶簧导套、蝶簧、平垫依次套在拉条一端的螺纹上。并将蝶簧导套深入蝶簧座内，将蝶簧调整平齐。旋入拉条螺母。使用扳手进行同步预紧每根拉条的两端螺母。拉条绷紧、绷直到合适尺度，然后对蝶簧施力紧缩，按照预先计算的蝶簧伸缩极限数据，实现蝶簧弹力与熔窑本体和大碹涨力之间的自平衡、自适应。熔窑升温时，随着窑体砖结构的膨胀扩展，蝶簧也会随之被压缩。当压缩量达到设计极限尺寸就需要放松蝶簧组片，保证熔窑安全。蝶簧放松范围不超过压缩量的范围值。

3结束语

玻璃熔窑的碹顶和窑底砖部位的钢结构拉条使用这种结构的锁紧装置之后，在冷态砌筑时，尤其是熔窑碹顶的砌筑、起拱时可以很准确地按照预先计算的数据控制碹顶前后的一致性。在烤窑升温时，根据池窑的膨胀大小，参照事前计算好数据参数，可以及时地调整蝶簧的紧缩量，更为准确地控制拉条的受力力度，以保证池窑结构稳定和正常运行。

参考文献:

［1］孙承绪，陈润生．玻璃窑炉的热工计算及设计［M］．北京:中国建筑工业出版社，1983．

［2］成大先．机械设计手册［M］．北京:化学工业出版社，2004．

［3］米庆轩．筑炉［M］．武汉:武汉工业大学出版社，1990．

作者:李青 王兴龙 单位:东旭集团有限公司 平板显示玻璃技术和装备国家工程实验室