CN1157855A - 摆动溜槽式高炉无钟炉顶布料装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摆动溜槽式高炉无钟炉顶布料装置，它包括布料溜槽、摇架机构和驱动装置，摇架机构是由两个同处一水平面且互相垂直布置的X轴摇架、Y轴摇架构成，布料溜槽悬挂在两摇架上；驱动装置包括一个谐振动发生机构以及将谐振动转换成摇架摆动的机构组成，谐振动发生机构的输出振幅可调节，从而可以使两个摇架的摆动幅度也可调节，以实现炉顶全方位的布料。该装置也可运用于其它竖炉炉顶布料。

Description

摆动溜槽式高炉无钟炉顶布料装置

本发明涉及一种高炉无料钟布料装置，尤其涉及一种溜槽为摆动式的无钟炉顶布料装置。

近一、二十年来，高炉炉顶布料装置广泛采用无料钟式。1972年卢森堡PW公司发明的无料钟炉顶布料布置，为旋转溜槽式，它的槽形溜槽一端吊挂在位于高炉中心的竖直圆筒下端，布料装置的驱动装置可以使旋转溜槽进行旋转和倾动的运动。这种装置虽然布料区域比钟式炉顶有所扩大，但无法在炉顶的中心轴线区域布料，即存在着布料死区；此外，这种装置结构复杂，而且为了保护驱动装置中的齿轮，齿轮箱内必须通氮气或净煤气进行冷却和保压，这样就会降低炉顶煤气的发热值，或增加运行费用。

1988年5月日本《川崎制铁技术报告》(英文版)(“KAWASAKI STEEL TECHNICALREPORT NO.18”)(16-24页)公开了一种摆动溜槽式无钟炉顶布料装置，该装置的分配溜槽是一个内部中空截头圆锥筒形体，它吊挂在伸入炉内的叉形悬臂摇架的两叉之间，一摇杆与留在炉壳外的悬臂摇架正交联接，而摇杆下端通过联杆与溜槽耳轴上的曲柄相连。摇杆在驱动装置驱动下以悬臂摇架和摇杆交点的垂直线为中心线作旋转运动，旋转的摇杆分别推动悬臂摇架和溜槽耳轴摆动，这两个相互垂直的摆动最后合成溜槽绕高炉中心线的旋转运动。这种摆动式溜槽布料装置与旋转式溜槽布料装置相比较，结构简单，而且摇架是运用了水冷方式，成本较低，润滑又易于解决，但是当驱动装置中的主动杆与从动杆处于一直线时，两杆易发生相顶现象，这样就处于机构的“死点”位置，就很难实现分配溜槽的中心布料，即这种摆动式方式仍旧存在着布料“死区”，并未实现全方位布料。

本发明的目的是针对上述现有技术存在的缺陷提供一种可以在炉顶内部实现全方位布料的摆动溜槽式高炉无钟炉顶布料装置。

为达到上述目的，本发明所述的摆动溜槽式高炉无钟炉顶布料装置是由圆锥筒形的布料溜槽，摇架机构和驱动装置所构成，摇架机构采用的是中空水冷方式，其特点在于所述的摇架机构是由两个处于同一水平面上，横架在炉喉断面上的X轴摇架、Y轴摇架所构成，Y轴摇架在相交处呈曲轴形状，以避开X轴摇架，布料溜槽悬挂在X轴摇架、Y轴摇架上，X轴摇架、Y轴摇架的两端各自伸至炉壳外，每个摇架各有一端分别接一套结构完全相同的驱动装置，X轴摇架、Y轴摇架与炉壳之间有填料密封装置；所述的驱动装置包括一个由主齿轮驱动的，产生简谐振动的谐振动发生机构，谐振动发生机构通过其机构中谐振动输出轴，与一组由滑动套管、曲柄、连杆组成的、将谐振输出轴的谐振运动转换成摇架摆动的谐振动--摆动转换机构相连。

上述摆动溜槽式高炉无钟炉顶布料装置通过在其两组驱动装置中的谐振动发生机构、谐振动--摆动转换机构使得两个摇架在同一平面上分别沿两个垂直方向摆动，而合成绕炉顶中心旋转的圆周运动，由于谐振动发生机构谐振幅度可以任意调节，当两个谐振发生机构中的谐振幅同时为零时，悬挂在摇架上的布料溜槽恰好在炉顶的中心位置上，这样就可以完成炉顶的中心布料；此外两个驱动装置既可用相同的频率、振幅和固定的相位差(π/2)驱动溜槽作圆环形布料，也可以用不同的频率、振幅和其他相位差驱动溜槽作其它形状的布料，因此布料相对灵活。另外驱动装置是安装在炉顶外壳外，拆装、维修、润滑也较方便。

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明摆动溜槽式高炉无钟炉顶布料装置的结构示意图

图2是本发明摆动溜槽式高炉无钟炉顶布料装置中的谐振动发生机构的运动原理图

图3是本发明摆动溜槽式无钟高炉炉顶布料装置中的谐振动--摆动转换机构的另一种实施结构的主视图

图4是图3所示的谐振动--摆动转换机构的左视图

如图1所示，本发明摆动溜槽式高炉无钟炉顶布料装置由圆锥筒形布料溜槽1、X轴摇架2和Y轴摇架3以及与X轴摇架2、Y轴摇架3分别相连的两组驱动装置所构成。布料溜槽1通过一对上部耳轴4吊挂在横贯炉喉直径的X轴摇架2的中间椭圆环5上。Y轴摇架3与X轴摇架2同处一水平面且互相垂直成十字形布置，但它不通过炉喉中心，而是偏于炉候圆截面的一侧、在X轴摇架2中间椭圆环5以外，摇架3在两摇架相交处呈曲轴形状，以避开X轴摇架2，两摇架的两端均伸出炉外，两摇架与炉壳6之间有密封填料7密封，X轴摇架2中空，可以通水进行冷却，Y轴摇架3在炉内非曲轴部分架身悬挂曲柄12，曲柄12下端与马蹬形连杆13相铰连，马蹬形连杆13与布料溜槽1的中部的耳轴8相连。曲柄12的长度与布料溜槽1两个上部耳轴4到两个中部耳轴8的中心距相等，而马蹬形连杆13的长度与曲柄12与Y轴摇架3的连接点到布料溜槽中心线的转动点间的距离相等，因而X轴摇架2和Y轴摇架3运动时，曲柄12始终与布料溜槽1中心线平行。

X轴摇架2、Y轴摇架3的另一端分别与各自的驱动装置相连。驱动装置主要包括：动力发生机构9、谐振动发生机构10、谐振动--摆动转换机构11。其中动力发生机构9由马达及减速机9-1和主动齿轮9-2构成。

谐振动发生机构10中，有一个与主动齿轮9-2啮合的中心齿轮10-1，中心齿轮10-1的侧面有一距其轴心为中心齿轮10-1节圆半径的行星轴10-2，行星轴10-2上有一节圆半径与中心齿轮10-1节圆半径相等的行星齿轮10-3，行星齿轮10-3节圆上也有一短轴叫谐振输出轴10-4，行星齿轮10-3的外面则套有一个内齿节圆半径恰好等于中心齿轮10-1节圆直径、以中心齿轮10-1的轴心为中心的圆环齿轮10-5，圆环齿轮10-5内齿圈与行星齿轮10-3内啮合，外环上的轮齿与一个倾角调节齿轮10-6啮合，圆环齿轮10-5的外齿面可以为90°的扇形面，倾角调节齿轮10-6由一专用马达及减速机10-7驱动。

在谐振动--摆动转换机构11中，谐振输出轴10-4通过一个T形套管I11-1与之相连，T形套管I11-1套装在滑杆11-2上，而滑杆11-2则与一组曲柄--连杆机构相连。在这组机构中，X轴摇架2与固定轴11-3之间的轴间距、长连杆11-4的长度、滑杆11-2的长度三者相等。上部短连杆11-5、下部短连杆11-6、短曲柄11-8的长度三者亦相等，且等于长曲柄11-7长度的一半。此外长曲柄11-7的一端固定在X轴摇架2上，其正中间与下部短连杆11-6连接，另一端经T形套管II11-9与滑杆11-2相连，T形套管I11-1、T形套管II11-9可以在滑杆11-2上滑动。这样，滑杆11-2就始终与这组曲柄--连杆机构组成可以变动的两个平行四边形平面连杆机构。

如图2所示，谐振发生机构的运动原理如下：在平面座标的横座标系上取A点，纵座杆上取B点，作连线AB，若AB长度不变，且A点只能在横座标上移动，B点只能在纵座标上移动，则AB线中点C的轨迹是以座标中心O为圆心，OC为半径的一个圆(称内圆)。再以O点为圆心，AB线长度为半径作圆(称外圆)，则OC线的延长线与外圆的交点D在横座标上的投影就是A点。当C点沿内圆匀速旋转时，D点亦以相同的等角速度沿外圆运动，D点的投影A点就在横座标上作谐振动。在实际的谐振动发生机构中，内圆被中心齿轮10-1所代替，C点就是行星轴10-2，AB线用行星齿轮10-3代替，A点就是谐振输出轴10-4，外圆被圆环齿轮10-5的内齿圈所代替，而D点就是行星齿轮与圆环齿轮10-5的内齿圈的啮合点。

本发明摆动溜槽式高炉无钟炉顶布料装置的布料过程如下：在马达及减速机9-1驱动下，主动齿轮9-2转动；中心齿轮10-1在主动齿轮9-2的啮合驱动下匀速旋转，中心齿轮10-1上的行星轴10-2就推动行星齿轮10-3在圆环齿轮10-5的内齿圈内啮合滚动，而谐振输出轴10-4就会沿着圆环齿轮10-5中的一条直径作直线的谐振动。

当谐振输出轴10-4作直线谐振动时，滑杆11-2通过T形套管I11-4实现平移运动，来回平移的滑杆11-2通过T形套管II11-9和下部短连杆11-6以及长连杆11-4构成的平面连杆机构，推动长曲柄11-7摆动，长曲柄11-7再推动X轴摇架2摆动。

Y轴摇架3一端所接的驱动装置的工作方式和过程同上所述。

X轴摇架2通过椭圆环5及一对上部耳轴4、Y轴摇架3通过曲柄12、马蹬形连杆13及一中部耳轴8，它们彼此互相推拉而带动布料溜槽1的摆动、旋转，以实现炉顶布料。

在谐振动发生机构10中，倾角调节齿轮10-6在其专用马达及减速机10-7的驱动下匀速旋转，并通过与圆环齿轮10-5的外部扇形齿面的啮合，驱动圆环齿轮10-5旋转一定的角度，谐振输出轴10-4运动直线也相应旋转相等的角度，这样谐振动的直线就与滑杆11-2的夹角θ发生变化。当θ＝90°时，即谐振输出轴10-4的谐振动直线与滑杆11-2相垂直时，滑杆11-2的平移运动运动范围4Rsinθ＝4Rsin90°＝4R(R为行星齿轮10-3节圆的半径)，即恰好为谐振输出轴10-4的谐振动幅度；如果θ减少，则4Rsinθ＜4R那么滑杆11-2的平移范围也减少；如果θ＝0°，则4Rsin0°＝0，这就意味谐振输出轴10-4的谐振动直线与滑杆11-2重合，谐振输出轴10-4虽仍作谐振动，但它推动的只是T形套管I11-1在滑杆11-2上空滑，滑杆11-2并不实现平移。由于通过倾角齿轮10-6的驱动，可以实现滑杆11-2平移幅度的变化，直至幅度为零，再加上谐振动--摆动转换机构的转换，可以实现X轴摇架2(或Y轴摇架3)摆动幅度的可调节，当X轴摇架2和Y轴摇架3的摆动幅度都同时为零情况下，布料溜槽1恰好在炉顶的中心线上，这样就可以实现中心区布料，从而达到全方位布料的目的。

图3、图4是本发明中谐振动-摆动转换机构11的另一种实施例的主视图、左视图。这个实施例中，谐振动--摆动转换机构11包括一个与固定轴11-3′、X轴摇架2轴心连线相垂直的固定滑杆11-10′，固定滑杆11-10′上有一个可以在上面来回移动的T形套管II11-9′，T形套管II11-9′与一个下部短连杆11-6′铰接，下部短连杆11-6′另一端与长连杆11-4′以及下部短曲柄11-7′三者铰接在一起，长连杆11-4′的另一端与上部短曲柄11-8′以及上部短连杆11-5′三者铰接在一起，上部短连杆11-5′的另一端与一个移动滑杆11-2′铰接在一起，移动滑杆11-2′的另一端与T形套管II11-9′铰接在一起，移动滑杆11-2′上套装一个可以滑动的T形套管I11-1′，T形套管I11-1′与谐振输出轴10-4连接，所述的上部短曲柄11-8′的另一端与固定轴11-3′铰接，下部短曲柄11-7′与X轴摇架2固接在一起，移动滑杆11-2′和长连杆11-4′的长度均等于固定轴11-3′到X轴摇架2之间的轴间距，上部短曲柄11-8′、下部短曲柄11-7′、上部短连杆11-5′、下部短连杆11-6′四者长度相等，因此该平面连杆机构亦可形成两个平行四边形机构。当谐振输出轴10-4在作谐振动时，通过该谐振动-转换机构11的转换，同样可实现X轴摇架2(或Y轴摇架3)的摆动。

本发明中的谐振动--摆动转换机构11并不局限于上述两种实施例，它还可以具有其它结构变形。只要曲柄-连杆机构运用了平行四边形结构，能够实现将谐振输出轴10-4的谐振动传递到X轴摇架2(或Y轴摇架3)的摆动均可。

本发明的摆动溜槽式高炉无钟炉顶布料装置，除了可适用于高炉之外，其它竖炉炉顶布料装置也可采用。

Claims (7)

1.一种摆动溜槽式高炉无钟炉顶布料装置，它是由圆锥筒形的布料溜槽(1)、摇架机构和驱动装置所构成，其特征在于：所述的摇架机构是由两个处于同一水平面上、横架在炉喉断面上的X轴摇架(2)、Y轴摇架(3)所构成，且两个摇架在两者中段相互垂直成十字形布置，Y轴摇架(3)在相交处呈曲轴形状，以避开X轴摇架(2)，所述的布料溜槽(1)是悬挂在X轴摇架(2)、Y轴摇架(3)上，两个摇架的两端均伸至炉壳(6)外，与炉壳(6)接触处均有密封填料(7)密封；驱动装置共有两个，它们结构完全相同，分别与X轴摇架(2)、Y轴摇架(3)的一端相连；所述的驱动装置包括一个由主齿轮(9-2)驱动的、产生谐振动的谐振动发生机构(10)，谐振动发生机构(10)通过其机构中谐振动输出轴(10-4)，与谐振动一摆动转换机构(11)相连，所述的谐振动--摆动转换机构(11)是一组可以将谐振输出轴(10-4)的谐振动转换成X轴摇架(2)、Y轴摇架(3)摆动的平面连杆机构。

2.根据权利要求1所述的摆动溜槽式高炉无钟炉顶布料装置，其特征在于：所述的布料溜槽(1)通过一对上部耳轴(4)吊挂在横贯炉喉直径的X轴摇架(2)的中间椭圆环(5)上，Y轴摇架(3)不通过炉喉中心，而是偏于炉喉圆截面的一侧、在X轴摇架(2)中间椭圆环(5)以外，Y轴摇架(3)在炉内的非曲轴部分架身上悬挂曲柄(12)，曲柄(12)与一个马蹬形连杆(13)相铰连，马蹬形连杆(13)与布料溜槽(1)的中部耳轴(8)相连，布料溜槽(1)的两个上部耳轴(4)到两个中部耳轴(8)的中心距离等于曲柄(12)的长度，曲柄(12)同Y轴摇架(3)的连接点到布料溜槽(1)中心线的转动点间的距离等于马蹬形连杆(13)的长度。

3.根据权利要求1所述的摆动溜槽式高炉无钟炉顶布料装置，其特征在于：谐振动发生机构(10)中，有一个与主动齿轮(9-2)啮合的中心齿轮(10-1)，中心齿轮(10-1)的侧面有距其轴心为中心齿轮(10-1)节圆半径的行星轴(10-2)，行星轴(10-2)上有一节圆半径与中心齿轮(10-1)节圆半径相等的行星齿轮(10-3)，行星齿轮(10-3)的节圆上有一谐振输出轴(10-4)，行星齿轮(10-3)的外面则套有一个内节圆半径等于中心齿轮(10-1)节圆直径、以中心齿轮(10-1)的轴心为中心的圆环齿轮(10-5)，圆环齿轮(10-5)内外都有轮齿，内圈的轮齿面与行星齿轮(10-3)内啮合，外环面上的轮齿面与一倾角调节齿轮(10-6)啮合，倾角调节齿轮(10-6)由一专用马达及减速机(10-7)驱动。

4.根据权利要求3所述的摆动溜槽式高炉无钟炉顶布料装置，其特征在于：所述的圆环齿轮(10-5)外环面上的齿面为扇形齿面。

5.根据权利要求3或4所述的摆动溜槽式高炉无钟炉顶布料装置，其特征在于：所述的圆环齿轮(10-5)外环面上的齿面为角度不小于90°的扇形齿面。

6.根据权利要求1所述的摆动溜槽式高炉无钟炉顶布料装置，其特征在于：所述的谐振动--摆动转换机构(11)中，谐振输出轴(10-4)通过一个T形套管I(11-1)与之相连，T形套管I(11-1)套装在滑杆(11-2)之上，滑杆(11-2)上、下端分别铰接上部短连杆(11-5)、下部短连杆(11-6)，上部短连杆(11-5)的另一端、短曲柄(11-8)及长连杆(11-4)三者铰接在一起，短曲柄(11-8)另一端与固定轴(11-3)铰接在一起，长连杆(11-4)另一端、下部短连杆(11-6)的另一端与长曲柄(11-7)在长曲柄(11-7)的中心处三者铰接在一起，长曲柄(11-7)的另一端经T形套管II(11-9)与滑杆(11-2)相连，T形套管I(11-1)、T形套管II(11-9)可以在滑杆(11-2)上滑动，长曲柄(11-7)的另一端固定在X轴摇架(2)上；X轴摇架(2)与固定轴(11-3)之间的轴间距、长连杆(11-4)的长度、滑杆(11-2)的长度三者相等，上部短连杆(11-5)、下部短连杆(11-6)、短曲柄(11-8)的长度亦相同，且等于长曲柄(11-7)长度的一半。

7.根据权利要求1所述的摆动溜槽式高炉无钟炉顶布料装置，其特征在于：所述的谐振动--摆动转换机构(11)包括一个与固定轴(11-3′)、X轴摇架(2)的轴心连线相垂直的固定滑杆(11-10′)，固定滑杆(11-10′)上有一个可以在上面来回移动的T形套管II(11-9′)，T形套管II(11-9′)与一个下部短连杆(11-6′)铰接，下部短连杆(11-6′)另一端与长连杆(11-4′)以及下部短曲柄(11-7′)三者铰接在一起，长连杆(11-4′)的另一端与上部短曲柄(11-8′)以及上部短连杆(11-5′)三者铰接在一起，上部短连杆(11-5′)的另一端与一个移动滑杆(11-2′)铰接在一起，移动滑杆(11-2′)的另一端与T形套管II(11-9′)铰接在一起，所述的上部短曲柄(11-8′)的另一端与固定轴(11-3′)铰接，下部短曲柄(11-7′)与X轴摇架(2)固接在一起，移动滑杆(11-2′)上套装一个可以滑动的T形套管I(11-1′)，T形套管I(11-1′)与谐振输出轴(10-4)连接，移动滑杆(11-2′)和长连杆(11-4′)的长度均等于固定轴(11-3′)到X轴摇架(2)之间的轴间距，上部短曲柄(11-8′)、下部短曲柄(11-7′)、上部短连杆(11-5′)、下部短连杆(11-6′)四者长度相等。

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