CN103114163A - 带空心环的炉顶布料器及布料方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及带空心环的炉顶布料器及布料方法,采用了能够双向摆动的空心环结构，空心环本身能够摆动；同时空心环内支撑连接的溜筒也能单独摆动，通过两者的双向摆动动作，可以实现溜筒在任一高度旋转，也能向任意方向摆动的功能，并且将锥齿轮与齿条啮合的多套啮合机构都集成在空心环的环体空腔中；大力简化传统布料器所需要的复杂齿轮结构，节约了成本并提高了空间利用率。

Description

带空心环的炉顶布料器及布料方法

技术领域

本发明涉及一种通过双向摆动向炉顶布料的装置及方法，属于冶金机械设备，适用于各种容积竖炉或者高炉的炉顶的布料。

背景技术

目前常用的高炉炉顶布料器主要是采用行星齿轮传动齿轮箱进行机械解耦，将回转、倾动动作分别传递到回转机构和倾动机构，众所周知，采用行星齿轮传动结构比较复杂，因此价格也比较昂贵；最近也有布料器开始采用电气解耦的方式，通过电机或液压方式配合齿轮传动，即取消行星差动齿轮箱，用两台电机独立驱动回转齿轮和倾动齿轮，使整个布料齿轮箱的结构得到简化；但是由于仅仅取消了行星齿轮箱机构，对于回转筒体下部晃动问题，以及整个回转部分的稳定性的问题仍然没有解决。同时，由于这种机构存在回转动作，布料器的冷却和氮封都带来难题，造成耗水量大和氮气消耗量大的问题。

最近也出现了一些摆动的方案，但是也存在稳定性较差，布料位置不准确的问题。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的上述缺陷，提供一种带空心环的炉顶布料器及布料方法，大力简化布料器的机械结构，结构小巧、简单且稳定可靠；同时通过双向摆动的简单控制组合，即可实现多方向、多种方式的旋转或摆动布料。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

带空心环的炉顶布料器，主要包括空心环驱动机构、空心环、溜筒驱动机构、溜筒驱动锥齿轮、环形齿条、溜筒锥齿轮、溜筒和外壳；其特征在于：

圆筒状外壳竖直固定在竖炉或者高炉炉顶上；环体空腔状的空心环水平设置在外壳内；沿空心环X圆心轴方向，空心环的一端出轴通过轴承支撑在外壳上，另一端出轴通过外壳轴承支撑后与空心环驱动机构出轴对接，空心环驱动机构固定在外壳外侧； 

与X圆心轴方向相垂直的Y圆心轴上，连接在溜筒外壁上的两根溜筒支撑轴通过空心环内侧壁上的轴承支撑后，伸入环体空腔内；其中一根溜筒支撑轴的末端在环体空腔内与溜筒锥齿轮连接；

溜筒驱动机构置于外壳外侧并固定在空心环一端出轴上，溜筒驱动机构出轴沿X圆心轴方向向内伸入环体空腔并连接溜筒驱动锥齿轮；空心环环体空腔的内、外侧壁间同心固定设置稍长于四分之一圆周长度的环形齿条；环体空腔内，溜筒驱动锥齿轮在X圆心轴处与环形齿条一端啮合，环形齿条另一端在Y圆心轴处与固定在溜筒支撑轴上的溜筒锥齿轮啮合。

作为上述技术方案的一种变形形式，沿X圆心轴方向，空心环的两端出轴通过外壳轴承支撑后各自对接一个空心环驱动机构出轴。由此可以实现更平稳的摆动和旋转布料。  

作为上述两种技术方案各自的进一步改进，沿X圆心轴方向，两个溜筒驱动机构分置于外壳两外侧并分别固定在空心环两端出轴上，各溜筒驱动机构出轴均向内伸入环体空腔并各自连接一个溜筒驱动锥齿轮；沿Y圆心轴方向，两根溜筒支撑轴伸入环体空腔内的末端各自设置一个溜筒锥齿轮；空心环环体空腔的内、外侧壁间同心固定设置两段呈对角分布的稍长于四分之一圆周长度的环形齿条，各环形齿条一端分别与一个溜筒锥齿轮啮合，另一端分别与一个溜筒驱动锥齿轮啮合。

作为上述技术方案的进一步改进，所述空心环驱动机构和溜筒驱动机构为齿轮电机、液压推杆、气动推杆、电动推杆中的一种或多种；采用带有推杆的驱动机构时，推杆末端分别通过动力转换机构连接在布料器上。

一种采用上述布料器的布料方法，其特征在于：通过控制空心环驱动机构，空心环和溜筒同时以同样的频率和幅度绕X圆心轴方向摆动，摆动角度在设计角度范围内能够任意调节；

通过控制溜筒驱动机构，使溜筒单独绕Y圆心轴方向摆动，摆动角度在设计角度范围内能够任意调节，此时空心环不动；

通过同时控制空心环驱动机构和溜筒驱动机构，使空心环和溜筒均以同样的频率和幅度简谐摆动，并且两个简谐摆动的相位相差90°，使溜筒绕与X圆心轴和Y圆心轴均垂直的Z方向完成旋转运动，旋转速度为简谐摆动的频率，旋转的方向与相位差的超前或落后相关，溜筒抬起的高度与简谐摆动的振幅相关；

通过同时控制空心环驱动机构和溜筒驱动机构，使空心环和溜筒同步摆动；此时，溜筒在同步摆动的作用下以某一角度朝向Z方向外侧摆动；溜筒摆动的摆幅为空心环和溜筒两者摆动幅度平方和的平方根，溜筒朝向Z方向外侧摆动的具体方向与两者摆动的幅度相关。

有益效果：

采用了能够双向摆动的空心环结构，空心环本身能够摆动；同时空心环内支撑连接的溜筒也能单独摆动，通过两者的双向摆动动作，可以实现溜筒在任一高度旋转，也能向任意方向摆动的功能，并且将锥齿轮与齿条啮合的多套啮合机构都集成在空心环的环体空腔中；大力简化传统布料器所需要的复杂齿轮结构，节约了成本并提高了空间利用率。

同时，通过在空心环圆周内增加环形齿条，可以增加布料平稳性。通过旋转各驱动机构的实现形式，也可以增加适用场合。

此外，本发明能够有多种变化组合形式，根据建设成本选用，灵活方便。

附图说明

图1是本发明的第一种实施方式结构示意图（俯视透视图）。

图2是本发明的第二种实施方式结构示意图（俯视透视图）。

图3是本发明的第三种实施方式结构示意图（俯视透视图）。

图4是本发明图1和图2中溜筒驱动锥齿轮与环形齿条部分的局部结构示意图（正视透视图）。

图5是本发明图1-3中溜筒、溜筒锥齿轮与环形齿条部分的局部结构示意图（侧视透视图）。

图中各附图标记对应如下：齿轮电机1（空心环驱动机构）、空心环2、齿轮电机3（溜筒驱动机构）、锥齿轮4（溜筒驱动锥齿轮）、环形齿条5、锥齿轮6（溜筒锥齿轮）、溜筒7和外壳8。

具体实施方式

以下结合附图1-5和实施例对本发明作进一步说明，但不限定本发明。

实施例1：

如图1、4-5所示为根据本发明实施的第一种带空心环的双向摆动炉顶布料器，主要包括齿轮电机1、空心环2、齿轮电机3、锥齿轮4、环形齿条5、锥齿轮6、溜筒7和外壳8。 其特征在于：

如图1、4所示，外壳8为圆筒状，竖直固定在竖炉或者高炉炉顶上；齿轮电机1固定支撑在外壳8外侧，空心环2为截面呈矩形或椭圆的泳圈状环体空腔，空心环2水平设置在外壳8内；沿X圆心轴方向，空心环2的一端出轴通过轴承支撑在外壳8上；另一端出轴通过外壳8壁上的轴承支撑，并伸出外壳8外与齿轮电机1经过减速器后的出轴对接；从而可以驱动空心环2绕X圆心轴摆动；

如图1和5所示，与X圆心轴方向相垂直的Y圆心轴圆心轴上，两根溜筒支撑轴通过轴承支撑在空心环2内侧壁连接处，各溜筒支撑轴的一端往内侧伸出而相对连接在溜筒7上，另一端均位于空心环2的环体空腔内；其中一根溜筒支撑轴的另一端连接一个锥齿轮6；如图5，空心环2环体空腔内、外侧壁间固定设置一圈稍长于四分之一圆周长度的环形齿条5；环形齿条5与空心环2同心；环形齿条5与锥齿轮6在环体空腔内的Y圆心轴方向处啮合（环形齿条5可以位于锥齿轮6的上方或下方均可）；各溜筒支撑轴能使溜筒7随着空心环2的绕X圆心轴摆动而同步动作；各溜筒支撑轴和溜筒7的连接可以做成可快速拆卸式的，便于溜筒的维护；

齿轮电机3固定在外壳8的外侧的空心环另一端出轴上，齿轮电机3出轴沿X圆心轴方向经过减速器后伸入空心环2的空腔内并设置锥齿轮4；如图4，空心环2环体空腔内，锥齿轮4在X圆心轴方向处与环形齿条5啮合（环形齿条5可以位于锥齿轮4的上方或下方均可），通过锥齿轮4驱动环形齿条5转动；环形齿条5转动，并通过锥齿轮6驱动溜筒7绕Y圆心轴方向单独摆动，此时空心环2不动。

环形齿条的长度稍长于四分之一圆周长度，是为了保证溜槽摆动时，环形齿条一直与电机锥齿轮和溜筒锥齿轮啮合。

实施例2：

如图2、4-5所示，实施例2是对实施例1的一个改进，能够大幅增加平稳性。

与图1相比，所不同的是：

空心环2沿X圆心轴方向的两端出轴均通过轴承支撑并伸出外壳8；伸出外壳8的空心环2出轴各连接一个齿轮电机1；齿轮电机位于X圆心轴的两端分布，如图2所示在Y圆心轴的负向分布，也可以都在正向分布，或者是正负向分开分布。由此使得空心环2的前后旋转摆动更加平稳。

同时，沿X圆心轴方向还设置另一个齿轮电机3，两齿轮电机3相对布置在X圆心轴两端的外壳8外部的空心环出轴上，且齿轮电机3的出轴均沿空心环2的出轴向空心环内伸入；各齿轮电机3的出轴末端均连接一个锥齿轮4；

沿空心环2圆周，对角设置两段环形齿条5；如图2，两段环形齿条5中，一段位于X圆心轴正向和Y圆心轴正向间，另一段与其呈对角状态；通过两根溜筒支撑轴与溜筒7连接；各支撑轴外端均设置一个锥齿轮6；

也可以设置为一端位于X圆心轴负向和Y圆心轴正向间，另一段与该一端呈对角状态。

空心环齿条5的一端与锥齿轮4啮合，另一端与锥齿轮6啮合。由此，可以使溜筒7在空心环2内摆动时更加平稳。

实施例3：

如图3、5所示，实施例3是对实施例1的一个改进，将实施例1中的齿轮电机1和齿轮电机3换为推杆驱动方式，所述的推杆动力源可以是液压缸、气压缸或是电动驱动。推杆的出轴通过动力转换机构连接将推力转换为旋转动力。同样可以对实施例2采用此种改进，不再图示。

此外，基于实施例1-3的本发明可以有多种可能的组合变形，比方说实施例2中齿轮电机1或齿轮电机3只增加一个，或者，只将实施例1或2中的一个齿轮电机1或只将一个齿轮电机3改成推杆驱动等等。按照常规技术思路所做的类似于这种组合变形的设计，均属于本发明的保护范围。

无论上述哪个实施方式或组合方案，具体工作原理如下：

通过控制齿轮电机1（或液压缸、气压缸或是电动驱动的推杆），空心环2和溜筒7均以同样的频率和幅度摆动时，可以完成溜筒7在图1中前后方向绕X圆心轴单独摆动，摆动角度在设计角度范围内可以任意调节。

通过控制齿轮电机3（或液压缸、气压缸或是电动驱动的推杆），空心环2不动的情况下，溜筒7在图1中左右方向单独绕Y圆心轴摆动，摆动角度在设计角度范围内可以任意调节；

通过同时控制齿轮电机1（或液压缸、气压缸或是电动驱动的推杆）和齿轮电机3（或液压缸、气压缸或是电动驱动的推杆），使空心环和溜筒均以同样的频率和幅度简谐摆动，并且两个简谐摆动的相位相差90°，使溜筒绕与X圆心轴和Y圆心轴均垂直的Z方向完成旋转运动，旋转速度为简谐摆动的频率，旋转的方向与相位差的超前或落后相关，溜筒抬起的高度与简谐摆动的振幅相关；

通过同时控制齿轮电机1（或液压缸、气压缸或是电动驱动的推杆）和齿轮电机3（或液压缸、气压缸或是电动驱动的推杆），使空心环和溜筒同步摆动；此时，溜筒在同步摆动的作用下以某一角度（该角度可以根据情况设定）朝向Z方向外侧摆动；溜筒摆动的摆幅为空心环和溜筒两者摆动幅度平方和的平方根，溜筒朝向Z方向外侧摆动的具体方向与两者摆动的幅度相关。

Claims (6)

1.带空心环的炉顶布料器，主要包括空心环驱动机构、空心环、溜筒驱动机构、溜筒驱动锥齿轮、环形齿条、溜筒锥齿轮、溜筒和外壳；其特征在于：

圆筒状外壳竖直固定在竖炉或者高炉炉顶上；环体空腔状的空心环水平设置在外壳内；沿空心环X圆心轴方向，空心环的一端出轴通过轴承支撑在外壳上，另一端出轴通过外壳轴承支撑后与空心环驱动机构出轴对接，空心环驱动机构固定在外壳外侧； 

与X圆心轴方向相垂直的Y圆心轴上，连接在溜筒外壁上的两根溜筒支撑轴通过空心环内侧壁上的轴承支撑后，伸入环体空腔内；其中一根溜筒支撑轴的末端在环体空腔内与溜筒锥齿轮连接；

溜筒驱动机构置于外壳外侧并固定在空心环一端出轴上，溜筒驱动机构出轴沿X圆心轴方向向内伸入环体空腔并连接溜筒驱动锥齿轮；空心环环体空腔的内、外侧壁间同心固定设置稍长于四分之一圆周长度的环形齿条；环体空腔内，溜筒驱动锥齿轮在X圆心轴处与环形齿条一端啮合，环形齿条另一端在Y圆心轴处与固定在溜筒支撑轴上的溜筒锥齿轮啮合。

2.根据权利要求1所述的布料器，其特征在于：沿X圆心轴方向，空心环的两端出轴通过外壳轴承支撑后各自对接一个空心环驱动机构出轴。

3.根据权利要求1或2所述的布料器，其特征在于：沿X圆心轴方向，两个溜筒驱动机构分置于外壳两外侧并分别固定在空心环两端出轴上，各溜筒驱动机构出轴均向内伸入环体空腔并各自连接一个溜筒驱动锥齿轮；沿Y圆心轴方向，两根溜筒支撑轴伸入环体空腔内的末端各自设置一个溜筒锥齿轮；空心环环体空腔的内、外侧壁间同心固定设置两段呈对角分布的稍长于四分之一圆周长度的环形齿条，各环形齿条一端分别与一个溜筒锥齿轮啮合，另一端分别与一个溜筒驱动锥齿轮啮合。

4.根据权利要求1或2所述的布料器，其特征在于：所述空心环驱动机构和溜筒驱动机构为齿轮电机、液压推杆、气动推杆、电动推杆中的一种或多种；采用带有推杆的驱动机构时，推杆末端分别通过动力转换机构连接在布料器上。

5.根据权利要求3所述的布料器，其特征在于：所述空心环驱动机构和溜筒驱动机构为齿轮电机、液压推杆、气动推杆、电动推杆中的一种或多种；采用带有推杆的驱动机构时，各推杆末端分别通过动力转换机构连接在布料器上。

6.一种采用上述权利要求1-5之一所述布料器的布料方法，其特征在于：通过控制空心环驱动机构，空心环和溜筒同时以同样的频率和幅度绕X圆心轴方向摆动，摆动角度在设计角度范围内能够任意调节；

通过控制溜筒驱动机构，使溜筒单独绕Y圆心轴方向摆动，摆动角度在设计角度范围内能够任意调节，此时空心环不动；

通过同时控制空心环驱动机构和溜筒驱动机构，使空心环和溜筒均以同样的频率和幅度简谐摆动，并且两个简谐摆动的相位相差90°，使溜筒绕与X圆心轴和Y圆心轴均垂直的Z方向完成旋转运动，旋转速度为简谐摆动的频率，旋转的方向与相位差的超前或落后相关，溜筒抬起的高度与简谐摆动的振幅相关；

通过同时控制空心环驱动机构和溜筒驱动机构，使空心环和溜筒同步摆动；此时，溜筒在同步摆动的作用下以某一角度朝向Z方向外侧摆动；溜筒摆动的摆幅为空心环和溜筒两者摆动幅度平方和的平方根，溜筒朝向Z方向外侧摆动的具体方向与两者摆动的幅度相关。

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