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《玻璃與搪瓷雜志》2016年第4期

摘要:

探索了日拉引量12～20t的小型玻璃池窯拉條的鎖緊方式，此設計可以簡單直接地觀察和控制碹頂的鎖緊，且在烤窯時可以更為準確地控制力度，根據池窯的膨脹大小合理及時地調整拉條的鎖緊程度，以保證池窯結構穩定和正常運行。在不改變拉條作為拉緊方式的前提下，將傳統拉條兩端用作緊固的螺母卸下，安裝上本設計的蝶簧組件，根據事前所做分析和計算，再將蝶形彈簧壓緊至指定位置。這樣可以直接觀察到拉條的鎖緊程度，更好地控制保證鋼結構預緊力，并使之均勻一致。

關鍵詞:

玻璃池窯;鋼構;拉條;蝶簧;蝶簧壓縮量

目前國內玻璃池窯的立柱(工字鋼或其他型材)下部焊接或用螺栓與池窯的次梁固定在一起［1］，立柱的頂端用拉條鎖緊熔化池碹或工作池碹，在烤窯過程中，根據窯碹膨脹況狀，用人工調節拉條。砌筑池窯時［3］，一般都是憑借經驗進行池窯碹頂的鎖緊，人工力度掌握不好，且沒有數值可以衡量具體鎖緊位置大小。鎖力過小，會造成碹的下沉，嚴重時還可能造成碹磚抽簽，從而影響池窯使用壽命;鎖力過大，會造成池窯內部結構變形，甚至會因擠壓而使碹磚內角蹦落，對后期的使用產生不良影響。在烤窯過程中，鎖緊拉條都是憑借經驗進行調整，調整完后，都是剛性變化，沒有緩沖性。尤其在烤窯過程中，大碹在熱漲時，受力情況時時在變化，調整的力度和頻次就更不易控制。一旦調整不及時，就會造成碹磚的角部蹦落或出現裂縫，從而影響了池窯的使用壽命。本文探討了一種玻璃池窯鋼結構拉條的鎖緊方式，該鎖緊方式一般用于日拉引量12～20t的小型玻璃窯。可以簡單直接地觀察和控制碹頂的鎖緊，且在烤窯時可以更為準確地控制力度，根據池窯的膨脹大小合理及時地調整拉條的鎖緊程度，以保證池窯結構穩定和正常運行。

1玻璃池窯鋼結構的框架形式

小型玻璃熔窯的鋼結構主體框架布置形式，一般為熔窯次梁上方設置窯底鋼板。以窯底鋼板為平臺，在窯底鋼板的4個角落設置熔窯的立柱(型材)。該立柱的特點是，立柱的下底部直接座落在窯底鋼板平臺上，不焊接，不固定，不生根。在立柱與窯底鋼平臺之間設置光潔度較高的鋼墊板，用于升溫期間自由移動。在4個垂直的立柱上通過一定的裝置，安裝胸墻托板、碹腳梁等承重部件。立柱、托板、碹腳梁構成熔窯鋼結構的主體框架。這些承重構件的相對位置緊密結合或鎖定，主要采用拉條來實現。通過拉條的預緊將熔窯的立柱、胸墻托板、碹腳梁所組成的框架結構捆綁在一起，形成一個位于池底鋼板平臺上且可以膨脹移動的“屋架”(見圖2)。立柱框架安裝方法:熔窯砌筑初期，使用臨時支撐構件將4根立柱垂直固定在指定的位置，并且將立柱上端和底部的拉條以及蝶簧安裝就位，略微預緊受力。熔窯磚材砌筑完畢之后，拆除臨時支撐構件。將拉條蝶簧壓縮預緊至設計計算長度尺寸即可。

1．1蝶形彈簧鎖緊拉條的探討

在不改變拉條作為拉緊方式的前提下，將傳統拉條兩端用作緊固的螺母卸下，安裝經過設計的蝶簧組件，根據事前所做分析和計算，再將蝶形彈簧壓緊至指定位置。這樣可以直接觀察到拉條的鎖緊程度，更好地控制保證鋼結構預緊力，并使之均勻一致。在烤窯過程中，也可以直觀地根據蝶形彈簧的壓縮變形量，觀察熔窯的受力變化。用于玻璃池窯鋼結構鎖緊的蝶形彈簧組件如圖1所示，其結構包括:(1)蝶簧座，(2)蝶簧組(若干)，(3)導向套，(4)平墊，(5)螺母，(6)拉條。該組件結構的使用部位如圖2所示，主要用于立柱頂部碹頂部位，用于熔窯大碹的緊固、調整;立柱底部用于熔窯窯底磚的緊固。

1．2蝶簧組件的選材和設計

1．2．1蝶形彈簧座

所用材料為中低碳鋼或合金，蝶形彈簧座依據縱橫拉條布局空間設計成一定的厚度和外形。為利于限位、轉動、識別，一般設計成“方形倒圓角”形式。蝶簧座外徑尺寸為:蝶簧外徑+5mm，厚度大于40mm，表面光潔度為Ra1．6～3．2，以利于與蝶簧發生滑動摩擦，實現拉條預緊;蝶形彈簧座內徑與導套間留有1～5mm間隙，彈簧座的厚度，需要保證蝶簧壓縮時，導向套不卡死，一般取理論壓縮量+10mm。

1．2．2蝶形彈簧

所用材料根據熔窯的環境溫度和碹頂受力情況一般選60SiMn2或17－4PH。彈簧熱處理后硬度不大于50HRC，環境溫度高于300℃，拉條直徑大于Ф40mm時，一般選擇60SiMn2。蝶形彈簧的自由高度、負荷極限采用GB/T－1972－2005標準，表面粗糙度限制在Ra6．3～3．2以利于轉動。蝶形彈簧內徑要與導套尺寸相配合，兩者之間留有1～5mm間隙。蝶形彈簧排列采用并聯或串聯成對使用，組合方式為］］［［或［］［］，偶數成對使用。為了利于計算和觀察，一般可以采用若干組使用，建議至少8組16片以上。

1．2．3蝶形彈簧受力計算和選型案例［2～3］

以我公司某廠C線日拉引量14t玻璃熔窯為例，理論計算碹頂拉條側向拉力為16680N，升溫時側向膨脹量約為33mm，拉條直徑Ф36mm，蝶簧選型過程如下。已知條件:(1)蝶簧負載P1=16680N，(2)總變形量fz=33mm，(3)拉條直徑Ф36mm。依據拉條負載和拉條直徑，參考《機械設計手冊•第七篇彈簧》表7－6－2初步選取d=41mm蝶簧。主要參數如表1。計算如下:依據《機械設計手冊•第七篇彈簧》表7－6－6“對合組合蝶簧公式”:Pc=［4E÷(1－U2)］×［hot3÷K1D2］×K42式中，Pc———組合蝶簧載荷，N;E———彈性模量，MPa;U———泊松比，ho———蝶簧壓平時變形量，mm;t———蝶簧厚度，mm;K1、K4———計算系數;D———蝶簧外徑，mm。式中E=2．06×105N/mm2;U=0．3;K4=1;直徑比D/d=71/36=1．97，查表7－6－5(見表2)，取K1=0．69，帶入上述數據后得: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《機械設計手冊•第七篇彈簧》圖7－6－2，取f/ho=0．6，變形量f1=0．6×ho=0．6×1．7=1．02mm，所需蝶片數i=fz/f1=33/1．02=32片，取32片，拉條每一端使用32片對合組合未受負荷時自由高度Hz=i×Ho=32×1．7=54．4mm，承受負載P1時，蝶簧高度H1=Hz－f1，則得出以下值:54．4－32×1．02=21．76(mm)蝶簧使用方法如下:當熔窯砌筑完畢，發碹之前，使用專用扳手將每一根拉條上兩端的組合蝶簧預緊或壓縮至負載P1所對應的長度H1即可滿足使用。預緊順序，一般先預緊立柱底部的拉條蝶簧，穩定底部基礎，將底部鋼構捆綁牢固，然后再次預緊立柱上部拉條蝶簧。我公司某廠C線2012年熔窯，采用此種拉條鎖緊方式，在熔窯烤窯升溫期間熔窯膨脹和運行非常平穩，烤窯公司省時省力。

1．2．4導向套

所用材料為QA235或其他中低碳鋼材料。導向套的厚度一般取3～5mm，深入彈簧座的一端需要作倒角或圓角處理以利于伸縮。導向套內徑與拉條尺寸相配合，留有間隙1～7mm。導向套的制作長度需要與蝶簧伸縮極限相適應，保證蝶簧壓縮時不卡死，伸長時不脫離。一般長度取“理論伸長量+7mm”。

1．2．5平墊圈

所用材料為QA235或其他低碳鋼。平墊圈的厚度一般取δ=3～5mm。平墊圈內徑要與拉條尺寸相配合，留有間隙1～5mm。平墊圈外徑、內徑尺寸、外形結構與蝶簧底座一致。

2蝶形彈簧組的使用方法

安裝時把拉條兩端頭螺紋穿過位于立柱頂部或底部的拉座，將彈簧座、蝶簧導套、蝶簧、平墊依次套在拉條一端的螺紋上。并將蝶簧導套深入蝶簧座內，將蝶簧調整平齊。旋入拉條螺母。使用扳手進行同步預緊每根拉條的兩端螺母。拉條繃緊、繃直到合適尺度，然后對蝶簧施力緊縮，按照預先計算的蝶簧伸縮極限數據，實現蝶簧彈力與熔窯本體和大碹漲力之間的自平衡、自適應。熔窯升溫時，隨著窯體磚結構的膨脹擴展，蝶簧也會隨之被壓縮。當壓縮量達到設計極限尺寸就需要放松蝶簧組片，保證熔窯安全。蝶簧放松范圍不超過壓縮量的范圍值。

3結束語

玻璃熔窯的碹頂和窯底磚部位的鋼結構拉條使用這種結構的鎖緊裝置之后，在冷態砌筑時，尤其是熔窯碹頂的砌筑、起拱時可以很準確地按照預先計算的數據控制碹頂前后的一致性。在烤窯升溫時，根據池窯的膨脹大小，參照事前計算好數據參數，可以及時地調整蝶簧的緊縮量，更為準確地控制拉條的受力力度，以保證池窯結構穩定和正常運行。

參考文獻:

［1］孫承緒，陳潤生．玻璃窯爐的熱工計算及設計［M］．北京:中國建筑工業出版社，1983．

［2］成大先．機械設計手冊［M］．北京:化學工業出版社，2004．

［3］米慶軒．筑爐［M］．武漢:武漢工業大學出版社，1990．

作者:李青 王興龍 單位:東旭集團有限公司 平板顯示玻璃技術和裝備國家工程實驗室