CN1135773A - 竖炉的装料设备 - Google Patents

Abstract

带有下料钟的竖炉装料设备包括下阻挡装置，它可以通过密封使上料斗和下料斗隔开，并使炉料滞留。在开启位置，这些下阻挡装置可以打开料流的自由中心通道。此料流形成集中料流。使下料钟移动的装置的安装位置，不会干扰此料流的集中。偏转表面位于下料钟之上，它可使集中料流轴向对称散开，尤其是能使下料斗的炉料分布更对称。

Description

竖炉的装料设备

本发明涉及竖炉的装料设备。尤其涉及这样的竖炉装料设备，它包括两个叠装的料斗，下料斗装有一料钟，在阻滞位置时，它能堵住下料斗的向竖炉排料的开口；在开启位置时，它能使炉料分布在料层表面上。

竖炉，尤其是高炉的传统装料设备通常包括一个直径较大的下料钟和一个直径较小的上料钟。这两个料钟安装在下料斗中，形成竖炉的装料室。大料钟用于密封竖炉并将炉料分布在料层表面上。小料钟用于密封上料斗，上料斗直接与外界连通。

由料车升降机加料的上料斗一般为旋转料斗，以保证炉料更均匀地流入装料室。众所周知，通过偏离高炉轴线的料车将炉料加入到静止的料斗中，在该料斗中会产生很不对称的炉料分布，从而造成装料室的炉料分布不对称，使通过大料钟的炉料不对称地分布在竖炉料层表面上。目前已知竖炉中炉料的这种对称偏离对高炉性能影响很大。

这些传统装料设备的缺点是下料钟不足以起到装料室下密封装置的作用。事实上，由于下料钟直径大，以及沿下料钟流动的炉料产生的磨损，对下料钟和装料室的下边缘构成的座之间要永久密封几乎是不可能的。

为矫正密封上的缺陷，已有人提出使用双装料室。换句话说，旋转的上料斗应制成密闭容器的形式，使用上密封阀可使其与外界隔离。这类装置在诸如美国专利US-A-4878655和US-A-4881869说明书中有所描述。根据这两个专利，下料钟自沿竖炉的轴线固定的一拉杆悬垂下来。上料斗悬挂在下料斗以上，以使其能被驱动绕竖炉的轴线旋转。为此在下料斗和上料斗之间安装了第一密封旋转接合面。上旋转料斗的上端用第二密封旋转接合面密封连接到一固定罩上，该罩和由料车升降机加料的两个加料槽配装。加料槽装有上密封阀。堵住旋转料斗的下部件主要包括一料钟，该料钟可在旋转料斗以下沿炉子轴线在上位置和下位置之间移动，在上位置，料钟堵住出料口，在下位置，开启环形出料口，并恰好位于料流中。为此，上料钟自环绕下料钟拉杆的套筒上悬垂下来，同时它还可作为炉料滞留装置以及对上旋转料斗和下固定料斗之间进行密封的装置，并且在打开位置，在出料口处还形成一种径向扩展装置，使料流从上料斗流入下料斗。

上述装料设备由于具有上旋转料斗，可以自然而然地避免竖炉加料时严重的对称偏离，但密封问题没能很好地解决，尤其当竖炉在高压下运行时。

本发明的目的是提出一竖炉的装料设备，此设备具有两个叠装的料斗和一个下料钟(或大料钟)，大料钟可减少上料斗的不对称加料对炉料分布的影响，同时为上料斗和下料斗之间的紧密封创造了更有利的先决条件。

根据本发明，实现这一目的的竖炉装料设备包括：

一下料斗，它在竖炉的料层表面上方形成一出料口；

一下料钟，它具有阻滞位置和开启位置，在阻滞位置，下料钟堵住所述下料斗出料口，在开启位置，下料钟竖直地位于所述出料口下方；

用于将下料钟由阻滞位置垂直位移到开启位置和由开启位置位移到阻滞位置的装置；

一上料斗，它装在所述下料斗之上，并和下料斗密封连接；

连接下料斗和上料斗的下阻挡装置，此装置具有阻滞位置和开启位置，在阻滞位置，它们通过密封使上料斗与下料斗隔开，并使炉料滞留在上料斗中，在开启位置，它们使上料斗和下料斗相通，并使料流从上料斗流入下料斗；

在上料斗上方至少有一个为上料斗加料的装置，该加料装置一侧与外界相通，另一侧与所述上料斗相通；

至少一个上密封装置与所述加料装置和上料斗连接，以通过密封使上料斗与外界隔开，此密封装置的特征为：

在开启位置，连接下料斗和上料斗的下阻挡装置处在这样的位置上，在此位置，它们打开与竖炉的轴线基本共轴的料流的自由中心通道，以在上料斗下方形成集中料流；

使下料钟垂直移动的所述装置位于所述的集中料流所据的空间以外；以及

在下料钟之上有一使集中料流偏转的表面，以使料流在下料钟上方散开。

很重要的一点应该注意，连接下料斗和上料斗的下阻挡装置的位置处于开启位置时，打开基本上与竖炉轴线共轴的自由中心通道，从而在上料斗以下形成集中料流。此外，使下料钟垂直移动的装置位于此集中料流所占的空间以外。偏转表面位于下料钟以上的集中料流的流线内的一位置，此处是集中料流的终端或虚拟终端。该偏转表面使集中的料流在下料钟上方散开。

在本发明的装料设备中，下阻挡装置在其开启位置时打开基本与炉子轴线共轴的中心自由通道。这样，在上料斗和下料斗之间就形成集中料流，上料斗中炉料分布不对称造成的影响比径向扩展流造成的影响小得多。其实，来自上料斗的中心流使炉料颗粒的流线在竖炉轴线附近汇集，并且由于颗粒流线的集中，减轻了初期炉料颗粒空间分布的不对称性。上料斗的流动锥顶角越小，获得的集中效果就越好。

在现有技术的装料装置中，位于出料口正下方的阻滞料钟却使料流立即径向扩展，因而使炉料颗粒的流线偏离初始重力加速度方向，在中心轴线附近不能形成集中的流线，且料流的立即径向扩展会使这些炉料颗粒在中心轴线附近空间的初期不对称分布加剧。

还会看到，集中的中心流出料截面的周长比径向扩展环状流出料截面的周长小。那么，可用出料截面的周长直接确定上料斗和下密封阻滞件之间的接合面的最小长度。换句话说，必须密封的接合面的长度在中心出料口  情况下比在环形出料口情况下短。这里应特别注意，出料口的最小尺寸必须是流出的炉料颗粒最大尺寸DMAX的K倍。例如，密封料钟和上料斗的下边缘之间的环形出料口的环形空间的宽度必须至少等于K DMAX；圆形中心出料口的直径必须至少等于K DMAX。因此圆形通道的截面比环形通道的截面尺寸小得多，这就意味着圆形通道截面的周长比环形通道截面的周长小得多，因而能更好地解决下料斗和上料斗连通处的密封问题。

本发明装料设备的另一优点是，在相应的开启位置，下阻挡装置位于所述的轴向通道以外，在该通道中可形成集中的料流。可见，这些阻挡装置，尤其是它们的密封表面，不受来自上料斗的集中料流的磨损。

因为使下料钟垂直移动的装置也位于集中料流所占的空间以外，因此，在撞击偏转表面以前，颗粒流线集中在竖炉轴线周围不受此装料设备中任何部件的扰动，因而，撞击位于下料钟以上的偏转表面的是集中的料流。该偏转表面的主要功能是使集中的料流在该料钟以上散开，并在料钟上方使炉料相对轴线对称分布。为完成此功能可不管其他任何约束条件，专门设计该偏转表面。选择该表面的几何形状时，例如可使它有利于集中料流相对轴向对称分布。此外，支撑该表面的机械结构和用于该结构的材料可只根据这一功能的特殊要求而定，只考虑它作为偏转表面的功能，而不考虑其它功能如阻滞和密封功能。

当然，连接下料斗和上料斗的下阻挡装置包括单一阻滞装置，它既用于止住上料斗的炉料，又用于对下料斗和上料斗之间密封。不过，这些下阻挡装置通常最好在炉料滞留装置下方具有一密封装置。为使炉料从上料斗流入下料斗，在炉料滞留装置移到相应的开启位置之前，先将密封装置移到开启位置，并处于集中的料流自由中心通道以外。当料流开始流动时，密封装置已处于开启位置。因此，密封装置不与来自上料斗的料流有丝毫接触。

密封装置最好包括挠性密封接合面。由于密封装置带挠性接合面，密封效果比必须用金属-金属方式密封的传统料钟好得多。密封形式的这一改进使竖炉可在进行高压下运转，而不会加剧装料设备的漏气。制成这样的包含能密封竖炉的装料室带下料钟的装置还是首次。当下、上密封装置闭合时，竖炉上料斗的有效密封尤其可控制竖炉中的气体排出。这一点对满足日益严格的环保要求是十分有利的。

密封装置最好是在上料斗下方安装一密封阀，但不是必须的。该密封阀尤其具有易于维护和更换的优点。

此密封阀最好包括：

一阻滞装置；

与该阻滞装置相应的阀座，此阀座通过密封连接到所述上料斗上，并且其周边环绕整个料流所占的空间；

使阻滞装置在侧面位置和阻滞位置之间移动的装置，在侧面位置时，它位于集中料流所占的空间以外，在阻滞位置时，它与阀座相对；

在阻滞位置，使阻滞装置紧贴在阀座上的装置。

在第一优选实施例中，所述的炉料滞留装置包括几个相对于炉子轴线对称的阻滞装置，以及使这些阻滞部件相对于炉子轴线对称移动并在轴线周围形成中心开口的装置。因此，集中的料流一开始就与炉子轴线共轴，且炉料通道的截面可以变化。

然而，炉料滞留装置还可包括闭合料钟，它可在上料斗内的下部位置和提升的上部位置之间移动。在下部位置，将出料口阻滞，在提升的上部位置，将出料口打开。在提升位置，该料钟对料斗内料流的均匀性有较有利影响，尤其是可减轻因炉料固体颗粒尺寸不同产生的颗粒分离(Segregation)现象。

偏转表面最好形成一转动锥，其锥顶指向上料斗，其轴线与整个料流的轴线共轴。偏转表面的这种形状使集中的料流逐渐散开，并且总的来说有助于使被偏转颗粒的流线相对轴线对称。

为进一步形成这种轴对称，转动锥上最好装有导向板，这些导向板从锥顶延伸到锥底，以使炉料沿锥形成流动流道。

为纠正下料斗加料的残余不对称(residual asymmetry)，偏转表面可支撑在下料钟上面的的一点，以便在炉子外面就能调节其在集中料流中的位置。例如，可采用能使其水平移动的支撑的转动锥，但也可采用能从炉子外面改变其倾斜角的支撑的转动锥。为达到这一目的，当然还可采用支撑在下料钟以上能绕炉子轴线旋转的偏转表面。

通过参照附图对本发明的优选实施例的详述，本发明的其他优点及特点将看得更加清楚，其中：

图1和图2为通过本发明竖炉的装料设备的纵向截面图，这两个截面所在的平面夹角为90°；

图3A和3B为本发明竖炉的装料设备中炉料从上料斗流入下料斗时的示意图；

图4A和4B为现有技术的装料设备中炉料从上料斗流入下料斗时的示意图；

图5为过本发明的偏转表面的特殊安装件所作的截面图；

图6为在装有图5所示偏转表面的本发明竖炉的装料设备中，炉料从上料斗流入下料斗时的示意图；

图7为本发明竖炉装料设备的纵向截面图，其中装料设备装有偏转表面，该表面可被驱动绕下料钟的中心轴旋转。

图1和图2表示本发明的装料设备10，它装在竖炉，例如高炉之上，用数字12表示。该装料设备10包括闭合的下料斗14。下料斗14确定了大直径的出料口16，它以竖炉12的轴线18为中心。该出料口16可由大料钟20(或下料钟20)阻滞。可以看出，在此阻滞位置，大料钟紧压贴住下料斗14的出料口16的周边22。为使下料斗14中的炉料流出，大料钟20沿垂直方向下移，因此与周边22一起形成了轴向对称的环形空间，下料斗14中的炉料通过此空间能流到竖炉中的料层表面(未示出)上。下面将会看到，为使炉料均匀地分布在竖炉中的料层表面上，装入下料斗14的炉料必须轴向对称。换句话说，下料斗14中的炉料分布直接影响竖炉12中炉料的空间分布。

大料钟20的上部装有两个横向支撑臂24、26，大料钟由两致动器28、30通过两支撑臂支持。致动器28、30安装在下料斗14的上框架32上。两致动器的杆穿入料斗14，以使大料钟20能沿轴向从阻滞位置移动到开启位置，反之亦然。

在下料斗14之上是一上料斗34，其顶角比下料斗14的顶角小得多。用两个料车升降机36、36′以熟知的方式给上料斗34加料。为此，上料斗34的上部装有两个开口加料槽38、38′，每个加料槽都装有一密封阀40、40′，以下称为上密封阀40、40′。如图2所示，上密封阀40处于阻滞位置，在此位置它将关闭的上料斗34以密封形式与加料槽38、38′隔开；而密封阀40′处于打开位置，与上料斗34的检查门42′相对。图1中的数字44表示致动机构，它能使上密封阀40从打开位置转到闭合位置，并使其紧贴住阀座。

关闭的上料斗34的下端通过密封套筒46连接到下料斗14上。在该密封套筒46内，在出料口50下面装有一密封阀48，出料口50由在竖炉的轴线18上的料斗34的流动锥的下端确定。该密封阀48包括：一阀座52，它环绕出料口50并形成一朝向料斗14的密封表面；一阻滞装置54，它最好具有挠性密封接合面；阻滞装置54的支撑臂55；以及阻滞装置54的致动机构56。从图2可以看出，阻滞装置54位于出料口50的一侧位置。将会看到，在此侧面位置时，阻滞装置和支撑臂55使出料口50下面的空间完全开放，且阻滞装置54与密封套筒46上的检查门58相对。当然在没有料流的情况下，致动机构56能使阻滞装置54转到出料口50下方，并沿轴线18使其挠性接合面紧贴在阀座52的密封面上。

炉料滞留料钟60安装在上料斗34内部，在下降位置时，滞留料钟60可堵住阀座52上面的上料斗34的流动锥的出口截面。图1和图2用虚线示出了在上升位置滞留料钟60完全从出口截面50移开的状态。可以看出，在此上升位置，滞留料钟60只对出料口50以上的料斗34内部的料流有影响。它还有助于减少炉料因炉料颗粒尺寸不同产生的分离现象。滞留料钟60连接在套筒62上，该套筒沿轴向安装在位于上料斗34之上的致动器上并从致动器向下悬垂。

一偏转表面，例如偏转锥66装在距出料口50下方距离为h处，此距离最好与出口截面50的直径至少为同一数量级。锥66的顶点指向出料口50，并且至少在正常位置时与竖炉的中心轴线18共轴。其作用是使来自上料斗34的集中料流分散开。此外偏转圆锥66容易取出和更换，并由抗震性和耐磨性好的材料制成。

一般要求集中的料流应尽可能完全地沿轴向对称散布。为此，例如偏转锥可装有导向板，此板从锥顶延伸到锥底，并在导向板之间形成料流流道。此外，偏转锥最好可被驱动，以绕竖炉的轴线18旋转。

然而，在某些情况下，增加流到下料斗14的特定角度的扇形体内的炉料，或调整炉料的残余不对称会是有利的。在此情况下，只须移动偏转锥66使之稍微偏离轴线18，使其相对于增加了炉料的扇形体对称。为此，偏转锥66可在垂直于轴线18的平面内移动。或者，还可使偏转锥66的轴线相对竖炉的中心轴线18倾斜。因此，可调偏转表面使炉料在竖炉12中的料层表面上的分布可几乎随意地改变。

图3A和3B示出了本发明的装料设备，图4A和4B示出了不带旋转料斗的传统装料设备，下面将参照附图对它们进行比较。与本发明的装料设备不同，传统的装料设备包括一个小料钟80(或上料钟)，它可在上料斗84的出料口82以下移动。

首先，在图4A、4B所示的传统装料设备中，出料口82的直径比图3A、3B所示的本发明的装料设备中的出料口50的直径D大得多。这是由于在料钟80和料斗84的下边缘之间的环形空间必须具有能防止大颗粒炉料堵塞的最小宽度。

图3A和4A表示两料斗34和84出料开始。料斗34和84中的炉料分布很不对称。这种不对称是由料车36、36′加料引起的。在图4A所示的情况下，既起密封装置作用又起炉料滞流装置作用的料钟80使料斗84内的炉料颗粒的流线偏离，从而使它们相对于轴线18沿径向散开。而在图3A所示的情况下，由上料斗34形成的流动锥使颗粒流线会聚于轴线18处，因此在出料截面出口50处，形成了几乎完全轴向对称的集中均匀的料流。只在距出料口50一段距离h处，即当集中料流已经形成时，集中料流才由偏转表面66散开。

通过分析图3B和4B，两装料设备之间的差别变得更加明显，其中上料斗34、84几乎排空。在图3B所示情况下，由于料流集中在料斗34的出口处，保持了料流的轴向对称。而在图4B中，料流不再轴向对称。将会看到，当料流开始失去轴向对称时，料斗84中所剩的炉料体积仍很大，见图4B。相反，在图3B情况下，当料流开始失去轴向对称时，料斗34中所剩的炉料体积已很小了。

图5示出了改变偏转锥66相对于下料钟的位置的机构。偏转锥66被导向沿支撑臂24、26做平移运动。一套连杆100将偏转锥66和沿轴向穿过致动器30的杆102相连。如果驱动杆102朝炉内移动，就会使转动部件104绕支撑臂26上的悬轴106摆动。转动部件104的摆动方向如箭头108所示，通过作为中介的杆110，可使偏转锥66沿箭头112方向产生位移。如果再将杆102向炉外拉，偏转锥则沿与箭头112的相反方向产生位移。如果需要，可使用相同的机构，以便使偏转锥66绕着垂直于该视图所在平面的枢轴旋转。

偏转锥66的水平偏轴运动产生的效果如图6所示。由图6中可看到，偏转锥向右移动，以使更多的炉料流向左边。还可以看出，偏转锥66在包括上料斗的两加料槽的轴线的垂直平面(图2所在的平面)内产生位移。已经看出，料斗14中料层表面的残余不对称性在图2的平面中最大，而在图1的平面中最小。在上料斗34出料过程中可连续调节偏转锥66的偏轴位移。例如，可根据对上料斗34中的不同炉料的分布和不同的炉料种类进行的试验来进行这种调节。

图7示出了本发明偏转表面的另一实施例。在该实施例中，偏转表面66′并不轴向对称，但它悬挂在下料钟20上方，绕轴线18转动。该偏转表面66′的悬挂装置例如包括滚子圈(roller ring)120以及在该滚子圈上的一组齿轮齿，它与驱动马达122的小齿轮124啮合。此马达122位于高炉外面。这种机械驱动特别简单，并能容易保护其不受炉内高温的影响。不难看出，采用旋转的偏转表面可使集中料流几乎完全在下料钟20上方相对轴线对称分布。

Claims (14)

1、一种竖炉装料设备，包括：

一下料斗(14)，它在竖炉内的料层表面上方形成出料口(16)；

一下料钟(20)，它具有阻滞位置和开启位置，在阻滞位置，该下料钟堵住下料斗(14)的所述出料口(16)，在开启位置，该下料钟竖直地位于所述出料口(16)以下；

用于将下料钟(20)由阻滞位置垂直位移到开启位置(反之亦然)的装置(24、26、28、30)；

一上料斗(34)，它装在所述下料斗(14)之上，并以密封方式与后者相连；

连接下料斗(14)和上料斗(34)的下阻挡装置(48、60)，这些装置具有阻滞位置，在此位置，它们以密封方式使上料斗(34)与下料斗(14)隔开，并使炉料滞留在上料斗(34)中，以及开启位置，在此位置，它们使上料斗(34)和下料斗(14)连通，并使料流从上料斗(34)流入下料斗(14)；

在上料斗(34)上方至少安装有一个为上料斗(34)加料的装置(38、38′)，该加料装置一侧与外界相通，另一侧与所述上料斗(34)相通；

至少一个上密封装置(40、40′)与所述加料装置和上料斗(34)连接，以便能以密封方式使上料斗与外界隔开，其特征在于：

在开启位置，连接下料斗(14)和上料斗(34)的所述下阻挡装置(48、60)处在这样的位置上，在此位置，它们打开与竖炉的轴线(18)基本共轴的料流的自由中心通道(50)，以在上料斗(34)下方形成集中料流；

使下料钟垂直移动的所述装置(28、30、24、26)位于所述的集中料流所占的空间以外，以及

在下料钟上方装有一使集中料流偏转的表面(66)，以使料流在下料钟上方散开。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：连接下料斗(14)和上料斗(34)的所述阻挡装置(48、60)包括一密封装置(52、48)和一炉料滞留装置(60)，所述密封装置(52、48)位于所述炉料滞留装置(60)下方。

3、根据权利要求2所述的装置，其特征在于：密封装置(48)包括一挠性密封接合面。

4、根据权利要求2或3中所述的装置，其特征在于：密封装置(48)是安装在上料斗(34)下方的密封阀。

5、根据权利要求4所述的装置，其特征在于：密封阀包括：

一阻滞装置(54)；

与该阻滞装置(54)连接的一阀座(52)，此阀座以密封方式连接到所述上料斗(34)上，并且环绕所述集中料流所占的空间；

使阻滞装置在侧面位置和阻滞位置之间移动的装置(56)，在侧面位置，它位于所述集中料流所占的空间以外，在阻滞位置，它与阀座(52)相对；以及

在阻滞位置使阻滞装置(54)紧贴在阀座(52)上的装置。

6、根据权利要求2至5中任何一项所述的装置，其特征在于：所述的炉料滞留装置包括几个移动的阻滞装置，并在流泻轴线周围形成相对轴线对称的出料口。

7、根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述炉料滞留装置包括一料钟(60)，它可在上料斗(34)中阻滞出料口(50)的下部位置和开启所述的出料口(50)提升的上部位置之间移动。

8、根据权利要求1至7中任何一项所述的装置，其特征在于：偏转表面(66)形成一转动锥，其锥顶指向上料斗(34)，其轴线与集中料流的轴线共轴。

9、根据权利要求8所述的装置，其特征在于：转动锥(66)装有导向板，该板从锥顶延伸到锥底，以形成炉料流道。

10、根据权利要求1至9中任何一项所述的装置，其特征在于：所述下料钟上方有一能改变所述偏转表面(66)的位置的机构(100、102)。

11、根据权利要求10中所述的装置，其特征在于：所述机构包括一套连杆(100)，它能使偏转表面(66)在基本水平的平面内移动。

12、根据权利要求10中所述的装置，其特征在于：所述机构包括一套连杆(100)，它能使偏转表面绕基本水平的轴线转动。

13、根据权利要求1至9中任何一项所述的装置，其特征在于：

使所述偏转表面(66′)悬挂在所述下料钟(20)上方的机构(120)，所述偏转表面(66′)可绕下料钟(20)的中心轴线被旋转地驱动，以及

驱动机构(124、126)，能旋转地驱动所述偏转表面(66′)。

14、根据权利要求13所述的装置，其特征在于：所述悬挂机构包括一滚子圈(120)，所述驱动机构包括滚子圈上的一组齿轮齿和位于炉子内部的小齿轮(124)以及位于炉子外面的小齿轮(124)的驱动马达(122)。

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