【正文】 時(shí)間變化，但是，可以利用變頻調(diào)速技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)來(lái)調(diào)節(jié)耳軸的轉(zhuǎn)速，滿(mǎn)足溜槽傾動(dòng)速度要求。曲柄a上有圓柱凸緣，回轉(zhuǎn)支承內(nèi)圈上開(kāi)有滑動(dòng)槽，把曲柄a上的銷(xiāo)軸插入滑動(dòng)槽(圖24)，曲柄a上的銷(xiāo)軸可以在槽內(nèi)滑動(dòng)?；剞D(zhuǎn)支承的外圈由螺栓緊固件與托圈連接，回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)圈可以隨旋轉(zhuǎn)圓筒一起旋轉(zhuǎn)，相對(duì)旋轉(zhuǎn)圓筒是靜止的。托圈通過(guò)銷(xiāo)軸與連桿相連。傾動(dòng)軸通過(guò)雙列圓錐滾子軸承支承于布料器箱體上。這樣布置得的齒輪屬于開(kāi)式傳動(dòng)，由于該齒輪的壽命要求較長(zhǎng)，故應(yīng)得到充分的潤(rùn)滑，以減少其磨損，延長(zhǎng)其壽命。調(diào)心球軸承主要承受徑向載荷和不大的雙向軸向載荷，能夠自動(dòng)調(diào)心，以適應(yīng)軸的變形或安裝誤差，適用于剛度較小的軸，二軸承同心度較低以及多支點(diǎn)的支承中。這時(shí)，齒輪副相互傾斜或者輪齒扭曲，輪齒沿接觸線(xiàn)方向產(chǎn)生載荷分布不均勻現(xiàn)象，影響齒輪的壽命。小齒輪安裝在減速裝置的輸出軸上，把減速電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給旋轉(zhuǎn)圓筒。 旋轉(zhuǎn)圓筒的驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)圓筒的懸掛和它繞高爐中心線(xiàn)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)雖然不是無(wú)鐘爐頂布料器設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，但是對(duì)高爐的精確布料有重要影響。1減速電機(jī)、2中心喉管、3固定圓筒、4外齒式轉(zhuǎn)盤(pán)軸承、5曲柄b、6連桿、7無(wú)齒式回轉(zhuǎn)支承、8托圈、9布料器箱體、10旋轉(zhuǎn)圓筒、11水冷盤(pán)、12溜槽、13耳軸、14曲柄a、15小齒輪圖21 布料器的傳動(dòng)方案圖21中兩套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分別是：溜槽通過(guò)耳軸懸掛在旋轉(zhuǎn)圓筒上，減速電機(jī)通過(guò)小齒輪，外齒式四點(diǎn)接觸球轉(zhuǎn)盤(pán)軸承驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)圓筒旋轉(zhuǎn)，因此溜槽可以做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；回轉(zhuǎn)支承可沿布料器軸線(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)，托圈固定在回轉(zhuǎn)支承上，因而曲柄b，連桿和回轉(zhuǎn)支承構(gòu)成了曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，曲柄a由鍵與耳軸連接，曲柄a上的銷(xiāo)軸插入托圈的滑槽內(nèi)，當(dāng)曲柄b擺動(dòng)時(shí)，就可以改變溜槽的傾角。研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和良好性?xún)r(jià)比及高服務(wù)質(zhì)量的國(guó)產(chǎn)布料器，解決布料設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，以及布料設(shè)備冷卻、潤(rùn)滑、密封性能差的主要技術(shù)難題，使其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、密封性能良好、制造容易、維修方便、工作可靠、成本降低的特點(diǎn)，最終實(shí)現(xiàn)高爐穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)、低耗、長(zhǎng)壽的目的具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，對(duì)我國(guó)高爐無(wú)鐘爐頂布料器的發(fā)展有積極的推動(dòng)作用。(3)利用三維建模軟件SolidWorks建立布料器的三維裝配模型，并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真和干涉檢驗(yàn)，以檢測(cè)布料器的工作情況。(2)對(duì)布料器需要密封的關(guān)鍵部位進(jìn)行研究，改善布料器的密封性能，使得傳動(dòng)部件在更加潔凈的環(huán)境下工作，延長(zhǎng)傳動(dòng)部件的壽命。 本文研究?jī)?nèi)容及意義綜上所述，隨著煉鐵裝備向大型化、自動(dòng)化、高效化、長(zhǎng)壽化、綠色化、節(jié)能降耗的方向發(fā)展，無(wú)鐘爐頂布料器必將得到更大范圍的應(yīng)用。此外，針對(duì)無(wú)料鐘爐頂布料器的研究還表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：長(zhǎng)壽命溜槽的研制；無(wú)料鐘爐頂?shù)目刂萍夹g(shù)；高爐布料器齒輪箱回轉(zhuǎn)支承故障診斷；基于有限元技術(shù)的高爐無(wú)料鐘爐頂稱(chēng)量系統(tǒng)閥箱問(wèn)題的分析等。主要的研究成果如：文獻(xiàn)[13]建立了理想條件下的爐料運(yùn)動(dòng)方程任廷志、金昕等考慮了溜槽參數(shù)，潛體阻力對(duì)爐料運(yùn)動(dòng)的影響[14] [15]，使?fàn)t料運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)一步接近爐料運(yùn)動(dòng)的真實(shí)情況；鞍鋼進(jìn)行了料面測(cè)試并根據(jù)測(cè)試結(jié)果調(diào)整布料時(shí)溜槽的始末位置，本鋼做了布料參數(shù)測(cè)定試驗(yàn)；張建良等開(kāi)發(fā)了預(yù)測(cè)料面的數(shù)學(xué)模型等。至于潤(rùn)滑密封，鞍山科技大學(xué)的付麗華、宋華對(duì)PW布料器作過(guò)專(zhuān)門(mén)的論述[12]，在一些關(guān)于新型無(wú)鐘爐頂布料器開(kāi)發(fā)的專(zhuān)利文獻(xiàn)中，大多都涉及到了布料器的潤(rùn)滑和密封問(wèn)題。所以設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，方便維修且溜槽的旋轉(zhuǎn)及其傾動(dòng)采用獨(dú)立的傳動(dòng)系統(tǒng)顯得非常重要，因此人們嘗試了多鐘傳動(dòng)方案，例如：鋼絲繩傳動(dòng)，液壓傳動(dòng)，曲柄滑塊傳動(dòng)，差動(dòng)關(guān)節(jié)傳動(dòng)等等，不同傳動(dòng)方案的布料器在實(shí)際生產(chǎn)中得到了一定的應(yīng)用。所以不少專(zhuān)家學(xué)者對(duì)布料器都做過(guò)專(zhuān)門(mén)的研究，也取得了重要的研究成果。(a)(b)(c)(d)圖15 無(wú)鐘爐頂布料器典型的布料方式 當(dāng)前無(wú)鐘爐頂布料器研究的熱點(diǎn)對(duì)布料器的研究主要表現(xiàn)為對(duì)布料器的重新設(shè)計(jì)和改進(jìn)。當(dāng)爐內(nèi)產(chǎn)生偏析或局部崩料時(shí)，采用該布料方式。當(dāng)爐內(nèi)某部位發(fā)生“管道”或“過(guò)吹”時(shí)，需用定點(diǎn)布料。布料時(shí)溜槽做等速的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，傾角連續(xù)遞增或遞減，這種布料方法能把爐料布到爐喉截面任一部位，并且可以根據(jù)生產(chǎn)要求調(diào)整料層厚度，也能獲得較平坦的料面。由于旋轉(zhuǎn)溜槽的傾角可任意調(diào)節(jié)，所以可在爐喉的任一半徑做單環(huán)、雙環(huán)和多環(huán)布料，將焦炭和礦石布在不同半徑上以調(diào)整煤氣分布。雖然無(wú)鐘爐頂布料器可以進(jìn)行靈活多樣的布料，但是從目前的情況看，主要有以下四種典型的布料方式[10]：(1)環(huán)形布料 傾角固定的旋轉(zhuǎn)布料稱(chēng)為環(huán)形布料，如圖15(a)所示。當(dāng)高爐料柱發(fā)生偏行或“管道”時(shí)，可以及時(shí)采取有效的補(bǔ)救措施。采用“之”字形裝料，即把環(huán)形裝料和螺旋布料結(jié)合起來(lái)，使高爐煤氣在爐內(nèi)上升時(shí)，走曲折的道路，延長(zhǎng)煤氣和爐料的接觸時(shí)間，有利于煤氣能量的利用。(4)由于原料由一股小料流裝入爐內(nèi)，不影響爐喉煤氣的通道，因此由煤氣帶出的爐塵比較少。(2)圍繞高爐中心錢(qián)可以實(shí)現(xiàn)任何寬度的環(huán)形布料，每次布料的料層厚度可以很薄。與鐘式爐頂布料器相比，無(wú)鐘爐頂布料器布料有如下特點(diǎn)：(1)布料理想，調(diào)劑靈活。其基本原理是利用爐頂裝料裝置的功能和爐料特性,控制爐料裝入爐內(nèi)時(shí)的落點(diǎn)位置、堆積厚度、徑向剖面形狀、粒度及品種等的徑向和圓周分布,來(lái)滿(mǎn)足高爐冶煉過(guò)程的基本需要,即達(dá)到既能控制煤氣流分布合理,使其熱能化學(xué)能得到最大限度利用,又能保證爐料的順利下降,維持高爐冶煉過(guò)程的穩(wěn)定進(jìn)行。這些布料器有的還只停留在設(shè)計(jì)階段，沒(méi)有進(jìn)入投產(chǎn)或廣泛的應(yīng)用階段，有的存在很大的缺陷，不能滿(mǎn)足高爐生產(chǎn)的需要。圖14 PW改進(jìn)型布料器除了上述幾種無(wú)鐘爐頂布料器之外，國(guó)內(nèi)外還存在一些其他類(lèi)型的無(wú)鐘爐頂布料器，例如外傳動(dòng)布料器[6]，攀鋼SS型無(wú)鐘爐頂布料器[7]，該布料器的主要特點(diǎn)是采用鋼絲繩傳動(dòng)；液壓傳動(dòng)的BG型無(wú)鐘爐頂布料器；中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司開(kāi)發(fā)的齒輪齒條傳動(dòng)布料器等[8]。這種布料器的主要優(yōu)點(diǎn)就是簡(jiǎn)化了PW布料器的傳動(dòng)系統(tǒng)。圖13 萬(wàn)向節(jié)布料器(2)PW改進(jìn)型布料器 針對(duì)PW無(wú)料鐘爐頂布料器存在行星傳動(dòng)的復(fù)雜性，中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司對(duì)PW無(wú)鐘爐頂布料器的傳動(dòng)系統(tǒng)做了如下改進(jìn)：取消了行星輪系[5](見(jiàn)圖14)；對(duì)旋轉(zhuǎn)圓筒的支撐采用回轉(zhuǎn)支承，而不利用滾動(dòng)軸承支撐，回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)圈固定在布料器箱體上，外圈與旋轉(zhuǎn)圓筒連接，外圈上的齒圈與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置的輸出齒輪嚙合；再在旋轉(zhuǎn)圓筒上裝另一帶有雙聯(lián)齒圈的回轉(zhuǎn)支承，一個(gè)齒圈與傾動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的輸出齒輪嚙合，另一齒圈與渦輪減速箱上的輸入齒輪嚙合。其優(yōu)點(diǎn)也很明顯。這種布料器的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)都布置在箱體之外，故不會(huì)受爐內(nèi)高溫高壓氣體的作用，也優(yōu)化了傳動(dòng)部件的工作條件。但是其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)不再采用齒輪、行星輪、差動(dòng)減速器、蝸輪蝸桿等機(jī)構(gòu)，完全由液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和曲柄連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，而其溜槽則通過(guò)環(huán)形萬(wàn)向節(jié)懸吊。下面介紹幾種新型的無(wú)鐘布料器: (1)萬(wàn)向節(jié)無(wú)鐘爐頂布料器 西門(mén)子奧鋼聯(lián)(Siemens VAI)于2006年研究出一種最新的萬(wàn)向節(jié)無(wú)鐘爐頂布料器[4](見(jiàn)圖13)。 新型無(wú)鐘爐頂布料器的研制自從PW無(wú)料鐘爐頂布料器誕生以來(lái)，人們就沒(méi)有停止對(duì)布料器及布料理論的研究，用以滿(mǎn)足冶煉技術(shù)更新?lián)Q代的需要，促進(jìn)企業(yè)改革發(fā)展、提高經(jīng)濟(jì)效益。(3)布料器內(nèi)部依靠氮?dú)饫鋮s，箱體內(nèi)的有些部件或某些部位得不到充分的冷卻，零件長(zhǎng)時(shí)間處于高溫下工作，容易損壞，設(shè)備更換頻繁。無(wú)料鐘爐頂布料器以其布料方式靈活多樣，布料均勻的優(yōu)勢(shì)，很快在高爐上得到廣泛使用。該布料器與鐘式爐頂布料器相比，具有布料工藝性能好、結(jié)構(gòu)緊湊、操作穩(wěn)定、維修簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，為采用現(xiàn)代煉鐵工藝，提高爐頂壓力，改善爐料結(jié)構(gòu)，減少維修成本創(chuàng)造了條件，在技術(shù)上是一次大的飛躍。隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，布料器的形式也在發(fā)生重大的改變，由敞開(kāi)式爐頂、鐘式爐頂布料器逐漸向無(wú)鐘式爐頂布料器發(fā)展。因此，爐頂裝料設(shè)備應(yīng)該滿(mǎn)足下列要求[2]：(1)能夠滿(mǎn)足爐喉的合理布料，并能按生產(chǎn)需要進(jìn)行上部調(diào)劑；(2)保證爐頂?shù)目煽棵芊?，使高壓操作能夠順利進(jìn)行；(3)在滿(mǎn)足上面的要求下，設(shè)備結(jié)構(gòu)力求簡(jiǎn)單，制造、運(yùn)輸、安裝方便；(4)零件的壽命長(zhǎng)，維護(hù)修理方便，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。 高爐爐頂?shù)陌l(fā)展歷程爐頂裝料設(shè)備是用來(lái)裝料入爐并使?fàn)t料在爐內(nèi)合理分布，同時(shí)要起爐頂密封作用的設(shè)備。高爐生產(chǎn)是目前獲得大量生鐵的主要手段。第1章 緒 論1200m3無(wú)料鐘布料器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第1章 緒論 高爐無(wú)鐘爐頂布料器 高爐煉鐵在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)重要地位鋼鐵是國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展和國(guó)防建設(shè)重要的基礎(chǔ)原材料，是工業(yè)發(fā)展中最重要的基礎(chǔ)性結(jié)構(gòu)材料和功能材料，沒(méi)有鋼鐵就沒(méi)有工業(yè)化。據(jù)總部位于布魯塞爾的國(guó)際鋼鐵協(xié)會(huì)公布：，％，我國(guó)自1996年成為世界第一產(chǎn)鐵大國(guó)后，一直都保持較快的增長(zhǎng)率。目前高爐生產(chǎn)的生鐵占世界生鐵產(chǎn)量的95%左右[1]，在煉鐵生產(chǎn)中占統(tǒng)治地位。現(xiàn)代大型高爐每天要把上萬(wàn)噸的爐料裝入爐內(nèi)，設(shè)備的起制動(dòng)頻繁，受載大，機(jī)械零件表面不斷受到爐料的沖擊和磨損，此外裝料設(shè)備長(zhǎng)期處于高溫、高壓的狀態(tài)，工作環(huán)境繁重而且惡劣，這使得爐頂裝料設(shè)備壽命顯著縮短。布料器作為高爐爐頂裝料設(shè)備的一個(gè)重要的組成部分，直接關(guān)系到高爐能否正常生產(chǎn)，它的研制和開(kāi)發(fā)一直受到世界的關(guān)注。20世紀(jì)70年代，在高爐煉鐵行業(yè)，盧森堡PAUL WURTH公司（即PW公司）首先推出了無(wú)料鐘爐頂布料器，并獲得專(zhuān)利。圖11 PW布料器三十多年來(lái)，高爐無(wú)料鐘爐頂在世界各國(guó)得到了迅速推廣，目前世界上300m3至4000m3各種高爐的新建和改造性大修上，均采用無(wú)料鐘爐頂新技術(shù)，無(wú)料鐘爐頂成為普遍受歡迎的爐頂設(shè)備[3]。但是隨著無(wú)鐘爐頂布料器的廣泛應(yīng)用，其缺點(diǎn)也日益暴露出來(lái)：(1)設(shè)備重量大、結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)系統(tǒng)復(fù)雜(見(jiàn)圖12)、傳動(dòng)效率低，布料器故障停機(jī)率高；圖12 PW布料器傳動(dòng)系統(tǒng) (2)無(wú)鐘爐頂布料裝置的通病是密封性能不夠理想，氮?dú)庀牧看螅a(chǎn)成本高，能源浪費(fèi)大。(4)布料器傳動(dòng)系統(tǒng)太復(fù)雜，溜槽雖然很靈活，但自動(dòng)控制很復(fù)雜，工藝操作上不易掌握。在PW式無(wú)鐘布料器的基礎(chǔ)上，國(guó)內(nèi)外各鋼鐵公司及煉鐵設(shè)備制造廠(chǎng)家競(jìng)相研究新型無(wú)鐘爐頂布料器，克服現(xiàn)有布料器的缺點(diǎn)，使得高爐設(shè)備水平不斷提高。它具備與PW無(wú)料鐘爐頂布料器相同的功能，即旋轉(zhuǎn)和傾動(dòng)。當(dāng)用單個(gè)液壓缸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)溜槽的傾動(dòng)，當(dāng)用兩個(gè)液壓缸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，其合成運(yùn)動(dòng)則能實(shí)現(xiàn)溜槽的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。該布料器另外一些重大的改進(jìn)是改變了溜槽的結(jié)夠，并且延長(zhǎng)了溜槽的壽命，采用封閉的水冷系統(tǒng)等等。雖然該布料器采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，但是由于利用萬(wàn)向節(jié)懸掛溜槽，而萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律本身就很復(fù)雜，可以肯定的是，該布料器溜槽運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型非常復(fù)雜，必導(dǎo)致對(duì)溜槽運(yùn)動(dòng)的控制變得非常困難，甚至難以實(shí)現(xiàn)螺旋布料。溜槽的傾動(dòng)仍需要通過(guò)差動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，故在螺旋布料時(shí)，溜槽的控制比較復(fù)雜。但是蝸輪減速箱笨重，復(fù)雜的缺點(diǎn)卻沒(méi)有得到改善。由于篇幅有限，在此不一一介紹。 無(wú)鐘爐頂布料器的布料 無(wú)鐘爐頂布料器布料的特點(diǎn)布料是高爐重要的操作控制內(nèi)容之一[9],利用裝料制度的改變來(lái)控制爐料分布被稱(chēng)為上部調(diào)劑。以上幾種無(wú)鐘爐頂布料器都可以將爐料均勻地布在高爐爐喉的料面上，并可以根據(jù)爐內(nèi)的情況進(jìn)行上部調(diào)劑。旋轉(zhuǎn)溜槽既可作圓周方向的旋轉(zhuǎn)，又能改變傾角，可以把料布到爐喉的整個(gè)料面。(3)可以減少原料的偏析和滾動(dòng)，各處的透氣性比較均勻。(5)有利于整個(gè)高爐截面的化學(xué)反應(yīng)。(6)可以實(shí)現(xiàn)非對(duì)稱(chēng)性的布抖，如定點(diǎn)布料或定弧段的扇形布料。 無(wú)鐘爐頂?shù)湫偷牟剂戏绞讲剂喜僮魇歉郀t基本操作中經(jīng)常變動(dòng)的操作。這種布料方式與料鐘布料相似，改變旋轉(zhuǎn)溜槽的傾角相當(dāng)于改變料鐘直徑。(2)螺旋布料 傾角變化的旋轉(zhuǎn)布料稱(chēng)為螺旋布料，如圖15(b)所示。(3)定點(diǎn)布料 方位角固定的布料形式稱(chēng)為定點(diǎn)布料，如圖15(c)所示。(4)扇形布料 方位角在規(guī)定范圍內(nèi)反復(fù)變化的布料形式稱(chēng)為扇形布料，如圖15(d)所示。布料時(shí)旋轉(zhuǎn)溜槽在指定的弧段內(nèi)慢速來(lái)回?cái)[動(dòng)。由于布料器的部分部件在高溫高壓的情況下工作，并且布料器的使用壽命要滿(mǎn)足一代爐齡的要求，大概十年左右，重要部件都不宜更換，也不方便更換。傳統(tǒng)