CN1209469C - 自定心组合连杆驱动的溜槽式炉顶布料器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及对高炉炉顶溜槽式布料器的结构改进，所改进后的设计中包括用同户机构驱动下的四组对称式曲柄连杆组成自动定心的抓提式升降机构做为α角驱动系统，采用了防顶盖盖塌陷变形阶梯形上顶盖设计，两层水封气密槽结构防止炉顶煤气泄漏，并配有防失压安全装置，从根本克服了现有溜槽式布料器的技术缺陷，是对无料钟炉顶技术的一次重大改进。

Description

自定心组合连杆驱动的溜槽式炉顶布料器

技术领域

本发明属于冶金设备中高炉布料装置，特别是对溜槽式布料器的改进设计。

背景技术

高炉是冶金行业的基础装备，将铁矿石和焦炭装入高炉，通过鼓入氧气后进行冶炼可生成生铁，高炉建成耗资达数亿元，采取连续化生产作业。焦炭和矿石从炉顶源源不断地加入，分层间隔布料。分布的越均匀，其效果好，耗材少，铁水产量高，质量好，由于煤气是高炉的主要副产品，且冶炼过程中高炉要保持高温高压状态，所以加料必须在气密封状态下实行操作，而且炉子越大，压力越高，操作过程的密封技术要求越严格，任何情况下的失压都会造成重大的事故，为保持密封和解决各种接口的泄漏问题，使得布料技术也越来越复杂，造价昂贵，而且磨损亦加剧，使得炉顶设备的寿命也越来越短。

为适应密封状态下的尽可能均匀的布料，70年代普遍采用的锥形料钟的布料器。它和上、下密封箱的配合，实现密封下的操作，经过改进布料器采取双料钟技术，使矿石和焦炭在炉内分布的起伏幅度明显降低。然而其均匀程度却有很大的差距。

70年代后卢森堡P·W公司发明溜槽式的布料器取代了料钟，俗称无料钟布料器。其全称应是“溜槽式双阀箱炉顶”。溜槽式布料器的核心构思是一个设在炉顶上部空间的一个倾斜角度可在0～90°(称为α角)之间可调的料流溜槽，它在倾角连续调节的同时绕竖直轴做旋转(称β角旋转)，这样随料流面沿溜槽而下在炉内形成均匀平面料层，从而大大提高了高炉的焦铁比和产铁量，其与有料钟相比形成了无可比拟的优势。但是初期的溜槽式布料器中α角与β角传机构采用的行星型差速机构，结构相当庞杂，而且设计加工十分困难，造价十分昂贵，操作、维护也极为困难，推广普及到中小型炉子根本不可能。P·W技术经保尔·沃特公司的多次改进其α角的传动机构。在1999～2000年所申请的α角驱动机构中实际上已经承认了我国僧全松的申请专利(971041499.6)中α驱动机构设计的基本原理结构的合理性，然而僧全松的设计中所采取的钢丝绳滑轮组带动上下驱动的结构仍然复杂，钢丝绳磨损快，滑轮道轨定心不稳定，且控制和密封上存在着天然的缺陷。P·W公司在该基础上的改进和石家庄市阀门三厂的改进设计基本上是相似的思路，所以其所造成的缺陷仍是相似的。其偏置主动轴驱动下的一组双曲柄带动的α角驱动机构给下回转支承及其托圈造成无法克服的径向分力，这个分力使托圈在运行过程中磨损加剧，并过早失去水平受力的均衡感。从而造成寿命的大大缩短，这恰是现行技术中影响质量寿命与推广应用的致命弱点。

发明内容

本发明的目的在于克服现行技术中的缺点，其中包括克服α角传动机构中径向分力不均衡，僧氏布料器中钢丝绳传动繁琐、钢丝绳安全运行系数过低、水冷密封不够完善，以有效地降低制造成本，延长使用寿命利于无料钟炉顶装置的推广应用。

本发明的关键在于对溜槽式布料装置中α角传动机构给予针对性的改进设计，并对相关结构做适应性改进，从而形成一个全新的自定心组合连杆驱动的溜槽式炉顶布料器。

新的设计中包括与炉顶相连接的下钢圈底座，与下阀箱连接的顶盖和喉管总成，设置在顶盖上的驱动机构和设置在顶盖与下钢圈之间的气密箱体和水冷盘装置，设置在气密箱体中的溜槽总成以及与溜槽相连的α角驱动机构和β角驱动机构。关键的改进设计是α角驱动机构采用一个由同步机构驱动下的旋向相反的两个驱动轴驱动的四对称曲柄连杆机构组成，连杆的绞接轴设定在可上下移动的大轴承圈外套托圈上，并借助大轴承圈套上的异型曲柄和溜槽托板的对称半轴形成固定连接。这样所形成的是两组对称四连柄α角驱动机构，整体结构仅有与两反向旋转驱动轴垂直方向的自由度，与该垂直方向限位机构相配合下本装置具有机械连锁，同步四支点驱动，自动定心，径向力可完全抵消的明显力学优势。从根本上解决了α角驱动机构给下回转支撑及托圈带来的径向分力，使下回旋支撑及托圈自动永久地保持水平状态，同时亦省略了钢丝绳传动布料器及单轴双连杆式传动布料器必不可少的下回转支撑及托圈的八组导轨导轮结构，从而大大简化了布料器内部的机构设计，减少了易损件的数量，因此本设计可以大幅降低成本，并提高运行质量水平。

下面将结合给出的附图进一步说明本发明的目的是如何实现的。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为α角驱动机构示意图。

图3为图1的俯视剖视图(一)。

图4为图1的俯视局部剖视图(二)。

图5为失压保护装置结构示意图。

其中1为炉顶连接钢圈，2为水冷密封盘，3为上顶盖，3A为设在上顶盖上的承重梯形结构，4为设在上顶盖的喉管总成，4A为耐磨衬板，4B为焊接喉管外壁上的水封气密罩，4C为法兰筋，5为气密箱体，5B为工艺窗口，6为设在喉管4下方的溜槽总成。6A为溜槽托板，6B溜槽为耐磨衬，6C为挂板，6D为溜槽托板的旋转半轴，7为同步机构主动齿轮，8为同步机构中的从动齿轮，9为下支撑轴承大托圈，10为上支撑轴承上托圈，11为下支撑轴承大托圈内套相绞连的异型连杆，11A为固定异形连杆的耳板，12为与异形连杆11相绞连的半轴曲柄，13为下支撑轴承大托圈上的外托圈，13A为连接托圈13上的横担。14为与下托圈上横担绞连的四对称曲柄连杆组，15、16为旋向相反的同步驱动轴，10A为轴承上支撑中的代齿外轴承外套，17为旋转套筒，17A为旋转套的水封气密槽。18为定位在外托圈B上的限位导向轮，19为定位套筒，19A为在定位套筒上的垂直方向导向槽，20代表失压保护器，21为水饮盘排水，22安全排气孔，22A为单向阀，23为失压紧急通道，24为炉顶内空间，25和25A为同步机构中的主动曲柄，26和26A为与25(或25A)连动的从动曲柄，27、28为对称因连在曲柄之间的推动过杆，29为β角驱动机构的电机设置位置，30为变速箱，5A为定位套筒。

具体实施方式

本装置中α角传动机构采取的是由两个旋向相反的轴(15、16)及连在轴上的四个对称分布的曲柄连杆(14)组。这四个曲柄连杆均匀地连接在上轴承大托圈9的外托圈13上。这样一来随着轴(15、16)的同步旋转，四个曲柄连杆机构就形成同步自定心的抓提机构。在抓提中下轴承承大托圈9上下行移动，但不妨碍内套的旋转。

只要轴15、16同步反向旋转则α角转动机构就可平稳地通过下托圈轴承9内套上相连动的异型连杆(11)和曲柄(12)，将旋转力矩传给对称的半轴6D，这样就可以由6D驱动溜槽做0°～90°之间的α角摆动。

以上传动的关键之一是要保证传动机构的平衡、平稳、水平地上下提升和垂降。这就要求(15、16)的绝对平稳、同步反向。对轴15、16来讲的同步驱动机构设在密封箱体(5)之外。它由电机带动的变速箱输出轴相连的主动齿轮7，从动齿轮8，并由两齿轮轴带动的两个对称的复式曲柄连杆机构组成，从动齿轮8与主动齿轮7同横数、同齿数，旋向相反。齿动轴与从动轴(15、16)上均设有曲柄(25、25A，26、26A)，以两个中间连杆(27、28)相连，这样形成的同步机构可以在一个电机的带动下实现驱动轴(15、16)的严格的反向同步，从而保证下轴承大托圈9的平衡提升或垂降。并从根本上解决了径向分力造成的设计缺陷，简化了结构，降低了生产成本和操作成本。

所剩下唯一的问题在于组合的曲柄连杆结构存在着在驱动轴垂直方向上的自由度，所以在外托圈13上设有二个对称的限位导向轮18，并在气密封箱体5上设计有定位套筒5A，在套筒5A上安置有导向槽19与导向轮18相配合形成α角传动机构的稳定装置。但比起传统设计而言，这样稳定装置已大大简化。

在以上所述的同步机构设计中，还可以用液压或气动做动力输出代替电机，而具体结构设计中因为液压与气压采取的是直线运动输出，所以在主动齿轮7和从动齿轮8之间需设置一个同横数双面齿条，齿条与液压或气压中的活塞杆相连即可以完成两个旋向相反的齿轮传动，并通过复式曲柄连杆机构与驱动轴15、16连接即可同样实现同步驱动的效果。

β角传动机构中包括上支撑轴承圈10的带齿外套10A，与外套同连在一起的旋转套筒17，定位在旋转套筒17上的对称半径6D，由传动电机及变速机构的输出轴驱动的小齿轮伸进箱5内与代齿的轴承外套10A啮合，借助半轴6D将力矩转给溜槽拖板并驱动溜槽绕竖直轴做β角旋转。

本发明中对炉顶煤气的密封问题做了进一步的改进设计。在与β角传动机构相连动的旋转套筒17与下部水冷盘2中心部位凸沿相套接形成动配合，配合水冷盘2中的冷却水产生对套接间隙的下水封气密装置。旋转密封套17结构中的水冷槽与喉管4外壁上的水封气密罩4B，以同样方式的形成的配合组成相似的下水封气密装置，从而实现炉顶煤气密封在气密箱体5中。压力随着通过水封进入箱体5内气量加大，而压力升高后形成动平衡，使煤气不会泄漏出来。经水封面清洗下的高炉灰尘随着水冷盘排水口21流出。

本发明的优点还体现在装置的上顶盖设计之中。在上顶盖传统计算中却是一个平面设计，喉管总成4设在中心部位，由于其支撑着超荷负载面很容易造成顶盖的塌陷和变形，本设计中喉管总成4由外筒壁及内部耐磨套筒4A组成，喉管外筒壁上端设有代加强筋的法兰盘，它借助子口上连接钢套圈3A上的子口定位，其下方的子口嵌入上支承轴承圈10的内套中并与其固连在一起。做为大部分承重均借助喉管总成4的法兰盘加载在上连钢圈套3A上，此外，上顶盖3上连设β角旋转的驱动机构，其动力输出轴从顶盖3伸进气密箱体5内通过小主动齿轮拔动上支撑轴承外齿套10A，α角的传动驱动机构也设在顶盖3上。在设计上将α角旋转驱动机构的两分同步反旋向驱动轴(15、16)的支撑箱体设计为高于顶盖的阶梯形结构设在上盖3之上，使其箱体侧壁与上连钢圈套3A固连成一体化结构，使上顶盖的整体受动成为阶梯形分布，从而大大加强了顶盖3的钢性，有效地防止了顶盖3的塌陷或变形。

为防止高炉由突然失压造成水密封结构中的水倒流入炉，本装置特别对水封气密装置增加防失压装置，该装置将气密箱5上开设了一个安全排气孔22，该排气孔处设有单向阀23A，应时时将安全排气孔通过应急失压管路23接通高炉顶空间24，通常炉内煤气压高于或等于气密室内压力，单向阀22A关阀。突然失压后单向阀23A打开，气密室内立即通过安全排气口22减压，使密封槽中的水不至于倒流压入高炉形成事故。

本发明中综合采用了一系列的技术措施，克服现有溜槽式布料器结构复杂，成本高昂，偏心磨损，运动不稳，水封不严，失压控制复杂等，各种现行技术中的难道，是对溜槽式布料器的一次重大改进。

Claims (10)

1、高炉炉顶溜槽式布料装置，结构中包括与炉顶连接的下钢圈(1)和与下阀箱连接的上顶盖(3)，喉管总成(4)，设置在上顶盖(3)上的驱动机构，设置在上顶盖(3)和下钢圈(1)之间的气密箱体(5)和水冷盘装置(2)，设在喉管总成下方的溜槽总成(6)以及与其相连动的α角驱动机构和β驱动机构，其特征在于α角传动机构是由同步机构驱动下的旋向相反的两个驱动轴(15，16)和由其驱动的四组对称曲柄连杆装置组成，四组对称的曲柄连杆对称绞接定位在可上下移动的下支撑大轴承(9)外套的外托圈(13)上，并借助轴承(9)的内套上定位绞接的异型连杆(11)、曲柄(12)与溜槽托板(6A)的对称旋转半轴(6D)形成固定连接。

2、根据权利要求1所说的炉顶溜槽式布料装置，其特征在于同步驱动机构是由设置在气密封箱体(5)外面的、与电机变速箱输出轴相连动的主动齿轮(7)和另一个与其啮合的同齿数同模数从动齿轮分别带动的对称复式曲柄连杆机构组成，两个中间连杆(27，28)分别与两个旋向相反的轴(15，16)和旋向相反的齿轮(7，8)通过曲柄(25和26，25A和26A)相连接。

3、根据权利要求1所说的炉顶溜槽式布料装置，其特征在于同步驱动机构中采取液压或气动做动力传输装置，具体采取的结构形式是在主动轮(7)和从动轮(8)之间设置一个双面同模数齿条，齿条与动力输出轴杆相连，再通过复式曲柄连杆结构与驱动轮(15，16)相连。

4、根据权利要求1所说的炉顶馏槽式布料装置，其特征在于外托圈(13)上设有径向限位的导向轮(18)，该轮与设置在密封箱体(5)的定位套筒(5A)上的限位导向槽19相配合组成下支撑大轴圈轴承(1)的稳定限位机构。

5、根据权利要求1所说的炉顶溜槽式布料器，其特征在于β角传动机构由上支撑轴承圈(10)中的带齿外套(10A)，外套相圈连的旋转套筒(17)，定位在旋转套筒上的对称半轴(6D)组成，由β角传动电机及变速机构输出轴驱动的主动小齿轮与轴承外套上的大齿圈(10A)相啮合，通过对称半轴(6D)将绕竖直旋转力矩转至溜槽托板(6A)。

6、根据权利要求1和5所说的炉顶溜槽式布料器，其特征在于旋转套筒(17)与水冷盘中心部位的凸沿组成动配合，构成炉顶煤气下水封装置。

7、根据权利要求1所说的炉顶溜槽式布料器，其特征在于喉管总成(4)由外筒壁及设在外套筒内的耐磨附筒(4A)组成，喉管外壁上端设有带加强筋板的法兰盘，它借助上连钢套(3A)上边的子口定位，下边的子口嵌入上支撑大轴承圈(10)内套上并与其固接在一起。

8、根据权利要求7所说的炉顶溜槽式布料器，其特征在于喉管总成(4)的外筒壁上还设计有筒形密封罩(4B)，它与旋转套筒(17)上的旋转槽(17A)相配合组成转动状态下的上水封气密装置。

9、根据权利要求7所说的炉顶溜槽式布料器，其特征在于上顶盖(3)上直接设置β角驱动机构并由从顶盖(3)伸进气密箱(5)内的主动小齿轮拨动上支撑大轴承(10)的带齿外套，α角传动机构的同步驱动机构亦设在上顶盖(3)上，而α角传动机构中的两个旋向相反的驱动轴(15，16)的支承箱体迭加在上顶盖(3)上，箱体侧壁与上连钢圈(3A)形成一体化结构，使上顶盖的受力组件形成阶梯形结构。

10、根据权利要求1所说的炉顶溜槽式布料器，其特征在于从气密箱体(5)上设计一个安全排气孔(22)，在该排气孔处设有单向阀(22A)，并由紧急通道(23)将排气孔(22)与炉顶内空间(24)相通。

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