專利名稱：一種旋轉式高爐無料鐘爐頂布料器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種旋轉式高爐無料鐘爐頂布料裝置，屬于冶金設備技術領域。
背景技術：
高爐冶煉生鐵的過程是連續的，爐內有壓力且產生大量煤氣，整個過程是和大氣隔絕的，需要在隔絕的狀況下如何源源不斷地把爐料加到爐內是保證高爐正常冶煉的至關重要的環節。爐料按要求合理地分布在料面上，就可以形成需要的料面形狀和爐喉徑向礦焦厚度(礦焦比)分布；保持高爐合理的煤氣流分布，使高爐爐況穩定、順行，具有良好的透氣性；使高爐獲得高的煤氣利用率，以降低燃料比；控制爐墻熱負荷，減輕邊緣煤氣流沖刷，延長耐材壽命。因此，對爐頂加料設備的布料性能和可靠性提出了很高的要求；早期的布料設備都為有料鐘爐頂，如雙鐘式、三鐘式、四鐘和鐘閥式爐頂，但存在有密封不可靠、大鐘重量大、布料面的形狀難以控制、設備維修復雜、使用壽命較短等主要問題。從上世紀70年代起，出現了無料鐘爐頂，即采用旋轉式布料器，這為高爐操作帶來了新的方式，很快遍及世界各地，從發展趨勢來看，對于大型高爐，無料鐘爐頂將取代有料鐘爐頂。無料鐘爐頂的有許多優勢，首先，爐喉布料通過一個旋轉溜槽來進行，既可以做圓周方向的旋轉運動(稱為β角旋轉)，又可以改變傾動角度(稱為α角傾動)，因而能夠實現任意料面形狀的布料，滿足高爐布料和爐頂調劑的要求；其次，由于爐頂結構大大簡化，使得減輕了爐頂的鋼結構，降低了爐頂的總高度；由于取消了大鐘、大料斗和舊式旋轉布料器等笨重而又要精密加工的零件，比較徹底地解決了制造、運輸、安裝和維護更換等問題；整個無料鐘爐頂設備的投資可以減少到雙鐘雙閥式或雙鐘四閥式爐頂的50％-60％。
目前，所采用的高爐無料鐘爐頂布料裝置大多數是基于盧森堡保爾沃特(PW)無料鐘爐頂技術所產生的，主要特征為(1)主旋轉與傾動這兩種運動都是在溜槽的上端耦合在一起的，需要采用回轉支撐環來對主旋轉與傾動這兩種運動進行分離，需要基于溜槽掛耳的動臂或齒輪來實現溜槽的傾動，因此其溜槽掛耳上的受力比較大；要精確實現和控制溜槽上α角傾動與β角的主旋轉，必須采用回轉環來進行分離或采用差動電機來進行補償，這需要一套復雜的機構。
(2)現有的無料鐘爐頂系統的機構復雜、部件較多、設備重量大，有較多的大尺寸回轉環和齒輪，對制造精度與裝配有較高的要求，整個裝置實現溜槽α角傾動的精度較低。
(3)現有的無料鐘爐頂系統在運行時同步性較差、不夠平穩、故障較多；在復雜的工作環境下(高溫、一定氣壓、粉塵、油污)，容易出現運動機構被卡死的現象，由于掛耳及其齒輪的受力非常大，因此使用壽命較短。

發明內容
針對現有技術的不足和缺陷，本發明的目的是提供一種底部中心支座旋轉式高爐無料鐘爐頂布料器，以解決現有技術中實現溜槽α角傾動所需機構復雜、溜槽掛耳上作用力較大的技術難題，克服無料鐘運行同步性較差、運動機構易被卡死、使用壽命較短等不足。
本發明的技術方案如下一種旋轉式高爐無料鐘爐頂布料器，含有爐喉，主旋轉電機、主旋轉回轉環和溜槽，其特征在于該布料器還含有一個垂直運動的提升框架、提升驅動裝置和“Y”型結構的鉸支桿，該鉸支桿設置在提升框架底部中心與溜槽之間，所述的鉸支桿與提升框架底部中心的連接為球形鉸接或雙向鉸接，鉸支桿與溜槽兩側的連接均為平面鉸接，提升框架的中心線位于爐喉的中心線上。
本發明所述的垂直運動的提升框架由上部提升框架和下部提升框架組成，兩者之間為剛性連接。所述的上部提升框架由三根垂直支架和兩個圓環組成；所述的下部提升框架由三根折彎支架和兩個圓環組成。在所述的提升框架和驅動裝置之間設有導向機構。
本發明與現有技術相比，具有以下優點及效果①完全將溜槽的主旋轉和傾動分離開，可以按通常的方法，采用一個回轉環來實現主旋轉，而溜槽的傾動是通過位于爐喉中心線上的、溜槽下端的“Y”型結構的鉸支桿來實現，傾動與主旋轉的分離則通過提升框架底部中心處的球形鉸或雙向鉸來實現；通過溜槽主旋轉與傾動的共同作用，可以實現環行布料、螺旋布料、定點布料、扇形布料等；②提升上部框架和提升下部框架可以以部件的形式單獨制造，可進行現場安裝；整個提升框架在驅動裝置的帶動下實現單一的垂直運動，由于有導向裝置的作用，可以平衡由鉸支桿傳來的側向水平力，以實現平穩運行；③由于溜槽上鉸支桿連接的支點位置與掛耳都有較大的距離，其掛耳和鉸支桿上的受力一般都比傳統無料鐘的掛耳要小，使得機構的驅動和運行功率大大降低，整體結構比較輕巧，可靠性高；④由于通過位于爐喉中心線上的球型鉸或雙向鉸將主旋轉和傾動分離開來，且都實現了各個單一的運動，減少了大量的傳遞機構，如齒輪、連桿、回轉環，其制造難度大大降低，也使得成本降低；⑤溜槽的傾角可以達到工程設計所要求的最大角度，加上驅動裝置和提升框架為現場連接，這對維修帶來較大方便，比如更換提升框架上中心支座的防爐料沖擊的遮擋板、調節鉸支座的對中位置、以及更換溜槽等。


圖1為本發明提供的旋轉式高爐無料鐘爐頂布料器的示意圖。
圖2為提升框架實施例的整體結構示意圖。
圖3為溜槽及“Y”型結構的鉸支桿的結構示意圖。
圖中1-球型鉸支座或雙向鉸支座；2-遮擋板；3-提升下部框架；4-“Y”型結構的鉸接桿；5-溜槽；6-平面鉸；7-主旋轉電機；8-主旋轉回轉環；9-溜槽掛耳；10-爐喉；11-提升電機；12-同步齒輪環；13-提升絲杠；14-連接鉸；15-導向輪；16-提升上部框架；17-剛性連接處；18-上部框架的上圓環；19-上部框架的下圓環；20-下部框架的上圓環；21-下部框架的下圓環；22-導向軌道。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的原理、結構及具體實施方式
作進一步的說明圖1是本發明提供的旋轉式高爐無料鐘爐頂布料器的示意圖。該布料器含有爐喉10、主旋轉電機7、主旋轉回轉環8、垂直運動的提升框架、提升驅動裝置、“Y”型結構的鉸支桿和溜槽5，該鉸支桿設置在提升框架底部中心與溜槽之間，“Y”型結構的鉸支桿4與提升框架底部中心的連接為球形鉸接或雙向鉸接1，“Y”型結構的鉸支桿4與溜槽5兩側的連接為平面鉸接6，提升框架的中心線位于爐喉10的中心線上。本發明所述的垂直運動的提升框架由上部提升框架16和下部提升框架3組成，兩者之間為剛性連接。上部提升框架由三根垂直支架、上部框架的上圓環18和上部框架的下圓環19組成；下部提升框架3由三根折彎支架和下部框架的上圓環20和下部框架的下圓環21組成；組成提升框架的支架可以采用空心鋼管，鋼管中間通水進行支架和球型鉸的冷卻，也可以采用其它的防熱保護方法。在所述的提升框架和驅動裝置之間設有導向機構。
提升框架底部中心與溜槽之間的“Y”型結構的鉸支桿，其開口空間應保證溜槽在傾動旋轉時能夠順利通過，它與提升框架的連接為球型鉸或雙向鉸，與溜槽兩側的連接為兩個平面鉸，在球型鉸或雙向鉸支座的上方加有一塊防護爐料沖擊的遮擋板2。
本發明設計的無料鐘爐頂系統，如圖1所示，主旋轉驅動部分可以采用傳統的齒輪傳遞系統，由提升驅動裝置、提升上部框架16、提升下部框架3組成垂直提升裝置，提升驅動裝置位于布料器內部，可由提升電機11、同步齒輪環12、提升絲杠13來實現，提升上部框架位于布料器內，分別與提升驅動裝置和提升下框架相連，提升下部框架位于爐堂內，并通過“Y”型結構的鉸支桿4與溜槽5連接，提升上部框架和提升下部框架可以以部件的形式單獨制造，然后進行現場安裝；提升驅動裝置可以采用多點提升，如三點或四點提升；在提升框架和提升驅動裝置之間設有導向機構，導向機構由導向軌道22和導向輪15組成。整個提升框架在提升驅動裝置的帶動下實現單一的垂直運動，由于有導向機構的作用，可以平衡由鉸支桿傳來的側向水平力，以實現平穩運行。
動力可以采用液壓或電機驅動，其技術關鍵是需要做到多點提升時的垂直同步，可采用單一電機11驅動同步齒輪環12來作為同步裝置，傳遞到提升絲杠13上；也可以采用多個電液伺服液壓缸進行同步提升，提升驅動裝置與提升上部框架16之間應采用連接鉸14，還要采用導向輪15和導向軌道22進行導向定位和平衡由鉸支桿傳來的側向水平力，提升下部框架3與提升上部框架16之間采用剛性連接，位于剛性連接處17，可以在現場安裝時進行連接，但要進行下部框架中心支座的對中調節；溜槽掛耳9的軸線應偏離主旋轉軸線，溜槽5上與“Y”型結構的鉸支桿4連接的支點位置與溜槽掛耳之間應有合適的距離，可通過實際的計算來確定，當溜槽傾動到最下端的位置時，應使爐喉10的爐料完全垂直下落，而不碰及溜槽5，以實現爐喉中心線的定點布料；在設計時，應充分考慮提升裝置的行程、布料器的高度、溜槽上的鉸支桿連接支點位置、溜槽的最大傾角這幾個因素；提升下部框架底部中心支座與溜槽之間的鉸支桿為“Y”型結構，其開口空間應保證溜槽在傾動旋轉時能夠順利通過，如圖3所示。
下面根據圖1所示裝置，舉出一個具體的實例，說明本發明的無料鐘爐頂系統的基本受力狀況；考慮的溜槽長度為4.5m，溜槽掛耳軸線偏離爐喉中心線的距離為0.4m，溜槽自重為80kN，爐料在溜槽上的重量為40kN，溜槽在負載時的最大傾角為52°，溜槽空載時的最大傾角為72°，采用l表示溜槽的長度，采用lB表示溜槽上鉸支桿連接支點與溜槽掛耳之間的距離，有關的力學計算結果見表1；作為一個比較，計算采用傳統的PW型的無料鐘爐頂系統的受力，設溜槽掛耳上扇形齒輪分度圓半徑為0.5m，計算出作用在溜槽掛耳以及扇形齒輪上的受力，其結果列在表1中。
表1本發明的高爐無料鐘爐頂布料器的受力分析與比較


從表1可以看出，不只是本發明的無料鐘系統在機構上比較簡單，減少了需要將主旋轉和傾動分離開的回轉環系統，而且作用在鉸支桿上的壓力也比較小，若將該力分解到垂直提升機構上的三個提升絲杠上，每一個的量值只有約80kN，該值為傳統無料鐘系統按類似規格設計的60％，垂直提升框架所承受的側向水平分力為25kN～37kN，其量值也不大，它將通過三個導向裝置來進行平衡，作用在溜槽掛耳上受力與溜槽和爐料自重相當，若lB加大的話，該值將大大減少，這對減少主旋轉電機的負荷和提高運行平穩性有很大的好處。
權利要求
1.一種旋轉式高爐無料鐘爐頂布料器，含有爐喉(10)，主旋轉電機(7)、主旋轉回轉環(8)和溜槽(5)，其特征在于該布料器還含有一個垂直運動的提升框架、提升驅動裝置和“Y”型結構的鉸支桿(4)，該鉸支桿設置在所述提升框架底部中心與溜槽之間，所述“Y”型結構的鉸支桿與提升框架底部中心的連接為球形鉸接或雙向鉸接(1)，“Y”型結構的鉸支桿與溜槽兩側的連接為平面鉸接(6)，提升框架的中心線位于爐喉(10)的中心線上。
2.按照權利要求1所述的旋轉式高爐無料鐘爐頂布料器，其特征在于垂直運動的提升框架由上部提升框架(16)和下部提升框架(3)組成，兩者之間通過剛性連接。
3.按照權利要求1或2所述的旋轉式高爐無料鐘爐頂布料器，其特征在于在球形鉸支座或雙向鉸接支座上方加有一塊防護爐料沖擊的遮擋板(2)。
4.按照權利要求3所述的旋轉式高爐無料鐘爐頂布料器，其特征在于所述的上部提升框架(16)由三根垂直支架和兩個圓環組成；所述的下部提升框架(3)由三根折彎支架和兩個圓環組成。
5.按照權利要求1所述的旋轉式高爐無料鐘爐頂布料器，其特征在于在所述的提升框架和提升驅動裝置之間設有導向機構。
6.按照權利要求1所述的所述的旋轉式高爐無料鐘爐頂布料器，其特征在于所述的提升驅動裝置包括提升電機(11)、同步齒輪環(12)和提升絲杠(13)。
全文摘要
一種旋轉式高爐無料鐘爐頂布料器，含有爐喉，主旋轉電機、主旋轉回轉環和溜槽，還含有一個垂直運動的提升框架、提升驅動裝置和“Y”型結構的鉸支桿，鉸支桿設置在框架底部中心與溜槽之間，鉸支桿與框架底部中心的連接為球形鉸接或雙向鉸接，鉸支桿與溜槽兩側的連接都為平面鉸接，提升框架的中心線位于爐喉的中心線上。本發明的無料鐘爐頂布料器具有掛耳和鉸支桿上受力較小、運行同步性好、運動機構不被卡死、使用壽命長的特點；由于通過位于爐喉中心線上的球型鉸或雙向鉸將溜槽的主旋轉和傾動進行分離，且都實現了各自單一的運動，減少了大量的傳遞機構，使得制造難度降低、可靠性提高。
文檔編號C21B7/00GK101016574SQ20071006428
公開日2007年8月15日 申請日期2007年3月9日 優先權日2007年3月9日
發明者曾攀 申請人:清華大學