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滑触线高炉布料器的研究与设计
摘要主要介绍中冶南方在高炉布料器领域的*新研究成果,首先对现有布料器的传动原理进行了分析,其次对滑触线布料器的机械传动原理、组成、功能及技术特点等进行了分析。
高炉布料器里高炉炼铁领域的关键设备。其功能是能够按照工艺要求实现炉料的均匀布料。卢森堡PW公司的行星差动齿轮布料器自20世纪70年代开始应用以来,以其独特的优势和可靠性占据了绝对的市场,但其缺点也日益暴露出来,例如质量大、传动原理复杂、传动效率低以及价格昂贵等,因此国内外对布料器开展了大量的研究,中冶南方工程技术有限公司(以下简称中冶南方)自2007年就组织专门研发人员对高炉炉顶布料器开展研究,于2009研发出中冶南方**代新型布料器—HG布料器,并于2011年成功制造出样机,在HG布料器的基础上,又开展了新型布料器的研发工作,本文主要介绍中冶南方在高炉布料器领域的*新研究成果。
1高炉布料器传动原理的分类
绝大部分布料器的布料功能是通过溜槽绕布料器中心线的旋转及绕溜槽悬挂铰点的倾动等实现的。
在对布料器的传动原理进行分类时,将溜槽随筒体的旋转运动理解为溜槽的公转,溜槽的绕铰点的倾动运动理解为其自转,以中冶南方HG布料器例溜槽的公转与自转如图1所示。溜槽的公转与自转需要两个动力源,现行的方案中自转与公转的动力源均固定,因此,当溜槽既自转又公转时,由于溜槽自转动力源的实力点的不断变化,必须引入一定的结构机构来实现溜槽自转与公转的解稠,按照解稠方式的不同,布料器的传动原理大致分类以下几类:
**类为采用行星齿轮机构解稠,这类布料器包括PW的行星差动布料器,以及中冶赛迪公司的三环差动布料器,其基本原理都是通过复杂的行星差动轮系结构来实现溜槽自转与公转(倾动运动与旋转运动)的解稠,这类布料器轮系结构复杂,齿轮的制造精度要求高,传动效率低,因此其缺点也日益显现。
**类为国内以僧全松为代表开始研究的布料器,包括采用钢丝绳传动的55型无钟炉顶布料器、液压传动的BG型无钟炉顶布料器、双反相减速机曲柄滑块式布料器以及齿轮齿条传动布料器等。此外还包括中冶南方的HG布料器。这些布料器都有一个共同特点,溜槽的自转与公转采用两套独立的传动系统,但都会引入下部回转支承,且包括两条运动链,**条运动链是溜槽的水平旋转运动链,**条是溜槽的垂直倾动运动链,两种运动在下回转支撑上汇合,一般**条运动链都采用齿轮机构来实现,这些布料器主要区别是在**条运动链上。如采用钢丝绳、油缸、齿轮齿条及螺旋大齿圈。本类型布料器是通过下回转支承来实现溜槽倾动运动与旋转运动的解藕。
第三类是奥钢联的万向节布料器及中冶南方的双向摆动布料器,该类型布料器都是利用万向节原理(非自转与公转原理)将炉料布置到平面内的任一点,但是由于倾动角度小等缺点,至今也没有推广。
第四类是中冶南方*新研发的滑触线布料器。该布料器将倾动电机安置于旋转筒体上,因此溜槽的自转是通过公转上的设备来实现的,溜槽的自转动力源与实力点始终相对固定,因此其自转与公转无稠合,所以也无需解稠,在原理上是*简单的。
2滑触线式布料器的设计及技术特点
2.1滑触线式布料器的传动原理及结构
滑触线式布料器的机械原理图如图2所示,倾动电机布置与旋转圆筒上,该方案中溜槽的旋转和倾动完全独立,无需解稠。滑触线布料器三维模型如图3所示,具体传动原理如下。
2.1.1溜槽旋转运动的实现
布料器的溜槽悬挂于旋转圆筒的下端,旋转电机安装于布料器壳体上,输出端的旋转小齿轮与上部回转支承外圈啮合,上部回转支承外圈与旋转圆筒固定,内圈固定在布料器壳体上,旋转电机通过驱动上部回转支承而使得旋转圆筒旋转,从而实现溜槽的旋转。
2.1.2溜槽倾动运动的实现倾动电机固定于旋转筒体上,随筒体一起旋转,通过滑触线供电,在旋转圆筒的下部沿布料器中心线方向镜像分布两组蜗轮蜗杆机构,旋向相反,在旋转圆筒上同时还固定有下部回转支承,其内圈与旋转圆筒固定,外圈为齿轮,倾动电机输出端的倾动小齿轮与下部回转支承的外圈啮合,下部回转支承的外圈同时与蜗杆轴端部小齿轮啮合��倾动电机通过驱动倾动小齿轮而驱动下部回转支承的外圈相对于内圈的旋转,从而驱动蜗轮蜗杆机构,*终实现溜槽的倾动。
2.2系统的技术特点
2.2.1水冷技术
滑触线布料器充分利用滑触线提供的电能,在布料器内部引入潜水泵将冷却水进行加压后对布料器及倾动电机进行冷却。旋转体内进水口的水经过均匀腔后,能较均匀的流入到上水槽,潜水泵从上水槽中取水进行加压,实现对布料器的加压冷却,才外系统还可根据冷却法,相对于传动的开式水冷而言,
冷却效果更好。
2.2.2煤气密封技术
为实现对高炉煤气的密封,滑触线布料器在下水槽的上方还设有一个密封槽,槽体内放置密封油,密封槽、密封介质及密封隔板等组成一个密封系统对高炉煤气及下水槽中的水蒸气进行密封,其密封隔板上在合适高度设置有若干氮气管,每个氮气管出口设有管口盖铰接于氮气管上,正常状态时,氮气通过氮气管进入高炉内,软带处于自然悬挂状态,当炉内压力高于布料器内部压力时,软带、浮漂、密封件根据炉内煤气压力情况自动形成旋转端面密封系统,压力检测装置检测到炉内压力高于布料器内部压力时,可自动提升供氮压力,形成新的正常状态。该系统能够形成对高炉煤气及水蒸气良好的阻隔及密封作用。
2.2.3智能监测技术
滑触线布料器充分利用了滑触线提供的电能,通过引入视频监控、智能检测及智能润滑等先进设备对布料器的运行情况进行综合的智能监测。其视频监控模块能够对布料器内部设备的运行情况进行实时视频监控;其智能检测模块能够提供环境温度信息以作为水冷系统自动调节水量的依据,并实时反映关键零部件的疲劳情况及剩余寿命,预防事故发生;其智能润滑模块能够实现润滑系统的按需润滑。
综上,滑触线布料器具有以下优点:
1)溜槽的旋转和倾动无藕合,彼此完全独立,因此其控制非常简单;
2)用电机单独驱动溜槽倾动,使得整个布料器的结构也非常简单;
3)机械结构简单,因此重量更轻,成本也更低;
4)采用基于潜水泵的半闭式高压水冷方式,布料器的冷却性能更好;
5)采用双槽密封系统,对高炉煤气的阻隔性更好;
6)引入智能监测系统,使得布料器的可控性和可操作性更强。
3结论
滑触线布料器式在总结和分析各类型布料器优缺点的基础上,应用当代先进的技术和设备而得出的全新的传动方案,并充分利用将倾动电机引入布料器内部所提供的电能,引入了电动潜水泵、视频监控设备、智能检测设备等先进设备,实现了布料器的高压水冷、智能监控、智能检测等,大大提高了布料器的安全性、可靠性及可控性,而且其质量轻,制造精度要求低,因此其优势十分明显。
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