基于TRIZ理论的加热炉炉门密封设计

孙镇镇

(马钢轮轴事业部 安徽马鞍山 243000)

火车车轮制造工艺相当复杂，其中首先是钢锭的加热，所以加热炉在车轮生产中占着非常重要的位置，在不影响生产的情况下加热炉的各个方面都要完好，在此仅在加热炉炉门密封方面做必要阐述，将TRIZ创新方法应用到实际工作当中，针对炉门密封问题分析。

1 TRIZ创新方法简介

TRIZ方法有一定的思维模式，熟练掌握并运用TRIZ方法，对于实际工作有较为明显的帮助。实际工作中的机械工程问题大都可以简化成一个TRIZ模型，将问题用专业语言进行描述，不放过一个细节，描述的越详细，物体的功能越清楚，我们分析问题就越顺利，就越容易找到最根本原因。根据问题描述，向标准化靠拢，利用40条发明原理，寻找76个标准解法，最后给出建议方案，逐步完善。

TRIZ可以理解为创新，人人都有一种创新的思维，想别人不敢想。要敢于冲破惯性思维模式，冲破传统的、固定的观念，将生活及工作中“一直都是这么干的”“一般我们都是”“正常情况下”，这样的习惯定势打破，才能有更好的思路。TRIZ正是给了我们这样一套思维算法，根据步骤，一步一步的向着问题根源进军，友一步一步的走向最佳解决方案，非常巧妙的将现实问题转化成可以推理的书面问题。其中TRIZ的基本工具主要包含：问题分析、矛盾确定、方案解评价、解决方法改进等。

2 问题描述

车轮加热过程在加热炉中实现，通常加热炉在正常工作中温度约1300 ℃，需在一定温度下加热一定的时间，为保证炉体内温度恒定，减少炉门外支柱的烧伤损坏，需对炉门密封效果加以改善。目前加热炉炉门属于链轮上下拉动过程，炉门与左右侧支柱之间存在一定间隙，炉膛压力偏高，火焰冒出，长时间对左右侧及上不支柱进行烧灼，易变形，寿命降低。主要存在问题如下：

1.加热炉正常工作状态，炉门与炉体之间密封效果不好，损钢构，减小周围钢构的寿命。

2.炉门上下运动不稳定，存在碰撞、摩擦支柱现象。

3.密封效果不好，炉内部的温度有所降低，比要求的温度值小。

4.密封效果不好，致使炉门口外温度较高，点检困难。

3 初步分析算法

主要强调矛盾与理想解和程式化，按照一定的规则顺序进行。

明确要解决的问题：如何改善炉门的密封效果，使之烧不到外侧支柱，如何减小间隙，如何让炉门稳定升降。

对新技术系统的要求：能够对炉口进行有效密封，减小烧到外侧支柱的时间，炉门运动可靠。

技术系统IFR:设备能够自己完全密封，工作稳定。

3 TRIZ分析法

3.1 系统分析

系统分析主要将产品各个组成部分的关系理清，一个产品以哪个功能为目的，有哪些组件组成，存在哪些关系，如图1所示，我们对炉门分析。

图1 炉门系统组件模型

建立组件模型，对整个组件模型进行分析，得出可能的四个功能因素：

1.炉门和炉体之间的密封不足。

2.主链条拉偏炉门有害。

3.炉门闭合，间隙冒出火焰有害。

4.链轮磨损有害。

3.2 因果分析

根据组件模型，建立炉门密封性不足的因果分析和炉门密封面积不足的因果分析，分别为如图2、图3。

图2 炉门密封性不足因果分析

图3 炉门密封面积不足因果分析

通过因果分析，引起炉门密封不足的原因是：1、密封面积不足；2、炉口损坏变形；3、 炉门晃动不稳定；4、炉膛压力过高。

3.3 资源分析

在TRIZ理论中资源分析是重要方法之一，通过资源分析可以充分考虑并使用周围资源，达到提高理想度的目的。

(1)对炉口变形有害资源分析:

物质资源：左右侧支柱、上不水冷支柱、底座、左右侧立柱、底部钢构、火焰、机械手、钢锭、炉门。

能量资源：冲力、压力、温度、信息资源：左右侧支柱材料、水冷上部支柱材料、底座材料。

(2)链轮轴孔磨损过度资源分析：

物质资源：链轮轴孔表面、链轮轴孔内部、铸铁套、轴、链轮、主链条。

能量资源：压力、摩擦力

信息资源：链轮材料

(3)对炉门密封性不足资源分析：

物质资源：门框、耐火材料、左右吊钩、主链条、炉口、火焰

能量资源：温度、液压动力、摩擦力

信息资源：门框材料

3.4 运用TRIZ原理解决问题

(1)根据资源分析,链轮轴孔磨损过度的原因是链轮轴孔强度不足，增加强度时，将导致铸铁套的重量增加。

参数：强度

要求1：大

要求2：小

空间1:外表面

空间2：内部

应用空间分离(改变结构)

图4 链轮轴孔图示

通过物理矛盾分析，主要是在链轮轴孔外表面增加强度即可，外表面滑动摩擦力较大，1、可在链轮轴孔外表面进行迅速加热，淬火，提高耐磨性。链轮材质不变。淬火区域如图4所示。

(2)根据资源分析,炉门的密封性不足的原因是炉门宽度小，增加炉门宽度时，将导致炉门与左右侧支柱的磨损。

参数：尺寸

要求1：大

要求2：小

空间1:密封时

空间2：开门时

通过物理矛盾分析，主要是在密封时做到密封效果好，炉门宽度宽即可，在炉门开启时需要炉口全部露出，采用移门形式左右滑动方式对炉口进行关闭和开启，密封时效果很好，开门时将完全打开，炉门往一侧开启或关闭，不会因为高温而烧损。如图5所示。

图5 链轮轴孔图示

(2)应用条件分离 根据系统分析，进行物场分析，确定问题所处的区域范围，关键问题之一：火焰烧灼左右侧支柱有害。如图6所示。

图6 链轮轴孔图示

火焰S2与左右侧支柱S1之间烧灼有害，应用S1.2的模型标准解，我们考虑在左右侧支柱表层涂抹耐火层,或耐高温涂层等。

(4)利用小人发分析，炉口底座变形的原因是炉口底座左右侧与炉体之间的焊接部分不牢靠，将底座看成一个小人并分解成若干个小人，左右端绿色小人起到连接的功能，中间红色小人起到支撑的作用。

解决方案：聪明的绿色小人牵手更多的集中在两端，并且成扩张趋势，所以可以在两端分别加上拉筋，或做成斜坡形式，加强底座与炉体之间的连接作用，减轻重力在竖直方向的分力。

4 总结

采用TRIZ理论，能够在炉门密封上找到新的突破，获得新的解决方案，在链轮加工过程中，在链轮轴孔外表面热处理，提高耐磨性；改变炉门的启闭方式，实现左右滑动方式对炉口进行开启、密封；在左右侧支柱涂抹耐火层，提高了表面的耐火性能；在底座与炉体之间加拉筋，加强底座与炉体之间的连接作用。方案不仅上述几种，完全可以利用TRIZ方法冲破思维惯性，找到更多相关的解决方法。

参考文献

[1] 林士洪，林燕强，李兴和.加热炉炉门[P].公告CN201210379272.8,2012.10.

[2] 创新方法研究会,中国21世纪议程管理中心.创新方法教程(高级)[M].北京:高等教育出版社,2012

[3] 孙镇镇.便携式磨料水射流破拆及灭火性能研究[J].消防科学与技术. 2014,7