4 Конструкционные материалы механизмов чистки рам и дверей
При обслуживании коксовых печей механизм чистки дверей работает в крайне тяжелых условиях. Во время выталкивания коксового пирога механизм чистки находится в метровом расстоянии от коксовой печи, нагретой до температуры 1000оС, затем после процесса чистки, охлаждается при температуре окружающего воздуха и так в соответствии с графиком печей каждые 8-10 минут, что создает в материале большое термическое напряжение.
Стали и сплавы на основе железа являются наиболее распространенными конструкционными материалами при изготовлении химического оборудования. Сталь обладает хорошей прочностью, низкой стоимостью по отношению к другим конструкционным материалам, весьма технологична при обработке и изготовлении оборудования.
Большинство ответственных деталей механизма чистки дверей и рам (звездочка приводной роликовой цепи, вал червяк привода) изготовлены из качественных углеродистых конструкционных сталей (сталь10, сталь 40, сталь 20К, 16К, сталь 40Х). Они поставляются в виде листового проката (ГОСТ 5520), сортового, фасонного проката, труб, поковок (ГОСТ 19281), работающих в интервале температур от -70оС до +475оС с мало агрессивными и неагрессивными средами.
Рабочими органами механизма чисти дверей являются щетки (рис.4.1), изготовленные из отрезков стального каната и установленные на боковых и торцевых каретках. Стальные канаты являются сложным и ответственным видом проволочных изделий. Они имеют большое число типов и конструкций и различаются по форме сечения как самого каната, так и его элементов, а так же по физико-механическим характеристикам проволок и сердечников. Изготавливаются в соответствии с требованиями ГОСТ 3241-91.
Рисунок 4.1 – Щетка торцевая
Для защиты механизма и устройств от теплоизлучения футеровки двери, действия вырывающихся из печи раскаленных газов и пламени, от загрязнения продуктами очистки к раме прикреплены козырьки. Такие козырьки изготавливаются из высоколегированных, жаростойких и жаропрочных сталей и сплавов, которые содержат более 10% легирующих добавок. В зависимости от структурного класса они могут работать в интервале температур от -253оС до +700оС. Поставляются данные стали в виде листового проката, труб и поковок.
Все корпусные и ненагруженные детали простой конфигурации изготавливаются из серого чугуна (ГОСТ 1412) марок СЧ 10, СЧ 15, СЧ 18, СЧ 20, СЧ 30, СЧ 35.
Рекомендуемый сорт смазки:
Для открытых шарниров – ЦИАТИМ-203 ГОСТ 8773-73; смазка II-23 ГОСТ 6480-78;
Для подшипников качения – ЦИАТИМ-203 ГОСТ 8783-73;
Периодичность смазки:
Открытых шарниров – один раз в смену;
Подшипников качения – один раз в 6 месяцев.
Все смазочные материалы должны отвечать требованиям, указанным в ГОСТах.
5 Патентно-литературный анализ существующих конструкций механизмов чистки дверей и рам
В настоящее время существуют две принципиально разные конструкции, обеспечивающие очистку по всему периметру кирпичедержателей, футеровки, дверей, уплотняющей рамки и ее ножа. Это конструкции Орского машиностроительного завода (рис.5.2) и проект КБ Коксохиммаш (рис.5.1), которые обеспечивают очистку путем механического снятия смолистых и графитных отложений с помощью торцевых и боковых щеток. В попытке преодолеть недостатки механической очистки, было создано устройство работающие с помощью массива сопел (рис.5.3), распыляющих жидкость, обычно воду, под высоким давлением (200атм), которые удаляют отложения на уплотнительных поверхностях дверей с использованием перекрывающихся струй жидкости.
Представленные конструкции имеют ряд недостатков и преимуществ относительно друг друга. Так конструкция КБ Коксохиммаш пригодна и для двересъемных машин и для коксовыталкивателей, оснащена системой централизованной смазки, гидроприводами и устройствами для улавливания пылегазовой смеси, образующейся при выдаче кокса, системой замера температуры выдаваемой из печи кокса. Кроме того, такой механизм оборудован электроосвещением, звуковой и световой сигнализацией, необходимыми электроблокировками. Надежность работы электрической части, точность остановки обеспечиваются за счет применения современных технических решений по сравнению с конструкцией Орского машиностроительного завода, которая проходит производственные испытания. Недостатком устройства работающего с помощью массива сопел является то, что вода непригодна в качестве очищающего агента для очистки дверной коробки, а процесс удаления воды, выпускаемой в процессе очистки, приводит к дополнительным трудностям.
5.1 Механизм чистки дверей коксовых печей (конструкция КБ Коксохиммаша)
Рабочим органом механизма чистки дверей являются металлические щетки, установленные на каретках. Для надежной работы механизма необходимо, чтобы щетки были самоустанавливающиеся, то есть чтобы они при движении могли копировать фактический профиль поверхностей дверей и уплотняющей рамки. Такие щетки устанавливаются на шарнирных пружинных подвесках, которые обеспечивают плотное и постоянное прилегание к очищаемым поверхностям [3].
Рисунок 5.1 - Общий вид проекта КБ Коксохиммаш
Механизм чистки дверей имеет направляющую раму 1, составленную из двух соединенных между собой швеллеров №12 и служащую для направления движения кареток со щетками 2, крепления звездочек приводной цепи, ограничения разбрасывания продуктов очистки и направления их в механизм уборки. Тихоходный вал редуктора при помощи муфты 6 соединен с приводной звездочкой 7, которая сообщает кареткам со щетками 2 возвратно-поступательное движение.
Каждая каретка имеет две щетки: одну – торцовую – для очистки ножа и диафрагмы уплотняющей рамки и вторую – боковую для очистки кирпичедержателей, а также верхних и нижних поверхностей футеровки двери. Для облегчения захода двери в механизм чистки боковые щетки устанавливаются под углом, расширенной частью в сторону двери.
Командо-аппарат 8 производит автоматическое переключение электропривода на реверсивное движение. Точная фиксация механизма в заданных положениях обеспечивается электромагнитным тормозом 9. Установка конечных выключателей 10 предохраняет механизм от поломки в случае выхода из строя командо-аппарата 8.
Механизм чистки двери устанавливается на типовой двересъемной рычажной машине оборудованной двересъемным устройством с поворотом на 90о . Подача повернутой двери в механизм чистки ограничивается пружинными буферами, установленными на каркасе двересъемной машины.
Механизм чистки двери на коксовыталкивателе устанавливается на двересъемном устройстве, оборудованном головкой, которая может поворачиваться на 180о.
Подвод механизма к двери производится при передвижении самого двересъемного устройства или при помощи специальных механизмов, устанавливаемых на коксовыталкивателе и на двересъемной машине.
Управление механизмом чистки двери производится из кабины машиниста. Электрической схемой механизма предусмотрено два режима работы – наладочный и автоматический.
5.2 Механизм чистки дверей, рам и броней коксовых печей (конструкция Орского машиностроительного завода)
Механизм чистки дверей, рам и броней устанавливается на передвижной штанге 1, расположенной параллельно штанге двересъемного устройства. Штанга 1, механизма чистки самостоятельного привода для передвижения не имеет. Она получает движение от двересъемной штанги при помощи упоров 2 [3].
Рисунок 5.2 – Общий вид конструкции Орского машиностроительного завода
На переднем конце штанги 1 укреплена поворотная рама 3, которая служит направляющей для передвижения роликов 4, щеток для чистки двери 5, щеток и скребков для чистки рам и броней 6.
Передвижение щеток и скребков производится от электромотора 7 через редуктор 8, приводную звездочку 9 и цепь 10. Поворот механизма чистки дверей, рам и броней относительно шарнирных опор 11 производится от электромотора 12 и редуктора 13.
Во время съема и установки дверей, поворотная рама 3 отводится механизмом поворота в исходное положение (поворачивается на 90о). Крепление поворотной рамы 3 к штанге механизма чистки жесткое. Такое же крепление щеток и скребков к цепи и кронштейнам.
5.3 Механизм чистки дверей, работающий с помощью массива сопел
Чтобы ускорить процесс очистки, используют по два сопла на нижней части двери по обе стороны от огнеупорной кладки и два на верхней части.
В качестве направляющей предусмотрена рама, которая обеспечивает вертикально возвратно-поступательное движение вдоль боковой поверхности двери печи. Первая пара сопел расположена на верхней части рамы по обе стороны от уплотнительной пробкой и работает в верхних частях. Вторая пара сопел осуществляется на нижней части рамы и выполнена таким образом, чтоб жидкость работала на нижних участках в регионах между окружающей уплотнительной полосы и дверной вилки. Имеется ввиду, что рама имеет длину примерно половину длины двери, верхняя пара сопел может быть использована для очистки верхней части двери при движении вверх части рамы, а нижняя пара сопел используется для очистки нижней части двери во время движения вниз.
Для того, чтобы очистить горизонтально направленные области между уплотнительной кромкой и огнеупорной пробки на верхнем и нижнем участках двери, сопла установлены с возможностью поворота на раме.
Перемещение вверх и вниз в вертикальном направлении осуществляется с помощью роликов, которые находятся в зацеплении с дорожками рельс, установленных на опорной колонне в передней части очищаемой двери. Чтобы защитить раму от тепла, излучаемого из печи, предусмотрен термически изолирующий защитный щит, установленный на рамке между шарнирными сопел.
Рисунок 5.3 – Общий вид механизма чистки дверей с помощью массива сопел
Механизм чистки дверей и рам расположен между верхней опорой 2 и основанием 3. Дверь показана на рисунке под позицией 1. На жесткой поддерживающей колонне 4 расположен рельс 5, по которому рама способна перемещаться с помощью гидравлического цилиндра 9 по периметру коксовой двери. На рисунке 5.3 рама находится в нижнем положении. Рабочим органом при такой схеме очистки являются шарнирно закрепленные сопла 7. Вода под давлением подается к соплу труб из гибкого соединительного воздуховода 8. Для защиты от высоких температур и от выбрасываемых газов предусмотрен защитный термоизолирующий экран 6.
К достоинствам данной схемы можно отнести то, что ее можно использовать как на двересъемной машине, так и на коксовыталкивателе, а так же то, что при очистке данным способом конечный результат чистки более удовлетворительный по сравнению с механическим способом, что обеспечивает большую герметизацию. Однако, применение выше рассмотренного механизма недопустимо, т.к. он обладает собственными проблемами, нерешенными на данный момент.