無料鐘爐頂裝料系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代高爐煉鐵，是大中型高爐頂裝料設(shè)備的主流。料流調(diào)節(jié)閥是無料鐘爐頂裝料系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一，也稱為流量調(diào)節(jié)閥。其主要功能：一是避免原材料與下密封閥直接接觸；二是調(diào)整料流大小，即根據(jù)高爐情況控制料流調(diào)節(jié)閥開度的變化，使高爐在理想狀態(tài)下正常運(yùn)行。目前，球形料流調(diào)節(jié)閥廣泛應(yīng)用于無料鐘爐頂。料閘形狀為球形。兩個(gè)閘板由兩個(gè)同心的內(nèi)外軸驅(qū)動(dòng)，同心軸結(jié)構(gòu)略顯復(fù)雜"中冶賽迪開發(fā)了一種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的緊湊型無料鐘爐頂裝料技術(shù)，已成功應(yīng)用于實(shí)際工程中。平行軸料流調(diào)節(jié)閥是裝料系統(tǒng)集成技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備之一。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

新型平行軸料流調(diào)節(jié)閥主要由箱體、中心導(dǎo)管、閥板、閥板擺臂、傳動(dòng)軸、連桿、驅(qū)動(dòng)搖臂和驅(qū)動(dòng)缸組成，如圖1所示。

圖1 平行軸料流調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)

1-箱體；2-中心導(dǎo)管；3-驅(qū)動(dòng)油缸；4-驅(qū)動(dòng)搖臂；5-連桿；I；6-連桿II；7-傳動(dòng)軸；8-閥板擺臂；9-閥板

該機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)路線分別為：驅(qū)動(dòng)缸一控制搖臂-驅(qū)動(dòng)軸一閥板擺臂一閥板；驅(qū)動(dòng)缸一控制搖臂一連桿II一連桿I一個(gè)傳動(dòng)軸，一個(gè)閥板，一個(gè)擺臂，一個(gè)閥板。液壓缸可通過上述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)伸縮控制閥板的開度，開閥角度范圍為0°到68°。

上述結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，維護(hù)方便，各部件應(yīng)力好，保證了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。同時(shí)，開度的設(shè)計(jì)范圍使閘門上的殘留物完全清空，避免閘門關(guān)閉時(shí)堵塞，具有良好的生產(chǎn)環(huán)境適應(yīng)性。

2 料流可控性及其控制系統(tǒng)研究

材料流量調(diào)節(jié)閥的主要作用之一是調(diào)節(jié)原材料的材料流量，因此材料流量的可控性是材料流量調(diào)節(jié)閥的關(guān)鍵性能之一。根據(jù)流量公式，繪制燒結(jié)礦和焦炭的材料流量曲線，如圖2所示。

♂

圖2

圖3

從圖2可以看出，隨著開閥角度的增加，進(jìn)料流量與開閥角度的關(guān)系曲線呈現(xiàn)出良好的線性關(guān)系。通過調(diào)整進(jìn)料流量調(diào)節(jié)閥的開閥角度，可以有效控制原材料的流量，滿足生產(chǎn)要求。圖3顯示了傳統(tǒng)球形閥板材料流閥在相同計(jì)算參數(shù)下的進(jìn)料流量曲線。與圖2相比，平行軸材料流閥的流量曲線更溫和，更接近線性增加，更有利于實(shí)現(xiàn)精確控制。

料流調(diào)節(jié)閥的開啟角度最終由氣缸驅(qū)動(dòng)。為了調(diào)查閥板開度的控制性能，繪制了氣缸行程與閥板開度之間的關(guān)系曲線，如圖4所示。從圖4中可以看出，氣缸行程與閥板開度之間的關(guān)系往往是線性的，因此閥板的開度位置可以通過調(diào)整氣缸行程來很好地控制。根據(jù)上述特點(diǎn)，賽迪專用閥研究開發(fā)了一種基于比例閥驅(qū)動(dòng)的閉環(huán)液壓控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性、高穩(wěn)定性和高控制精度±0.1°。

根據(jù)以上分析，新型料流調(diào)節(jié)閥的下料流量控制性能良好，能充分滿足無料鐘爐頂裝料系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝要求。

圖4 平行軸式油缸行程與閥板開度的關(guān)系

♂

3 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有限元分析

材料流量調(diào)節(jié)閥作為煉鐵爐頂部設(shè)備之一，其工作條件和環(huán)境相對(duì)較差，需要良好的設(shè)備穩(wěn)定性和可靠性。因此，材料流量調(diào)節(jié)閥的關(guān)鍵部件必須滿足一定的強(qiáng)度要求。在設(shè)計(jì)中，各部件的最大應(yīng)力不得超過材料屈服強(qiáng)度的1/3。

采用有限元分析軟件Abaqus計(jì)算了料流調(diào)節(jié)閥從0開始的開度°到68°應(yīng)力應(yīng)變。開閥過程中料流調(diào)節(jié)閥的主要負(fù)荷包括：各部件的重力、閥板上的垂直作用力、材料與閥板的摩擦阻力、箱休內(nèi)表面的0.375MPa的爐內(nèi)壓力。當(dāng)開閥角度達(dá)到45°之后，中心導(dǎo)管已完全打開，閥板不再受垂直力和摩擦阻力的影響，只受重力的影響。

根據(jù)分析計(jì)算，箱體、驅(qū)動(dòng)搖臂和閥板擺臂的應(yīng)力較弱，箱體Mises隨著開度的增加，應(yīng)力先減小后增大。開度為68°最大值41.71MPa，但應(yīng)力值變化不大。原因是箱體產(chǎn)生的應(yīng)力主要來自爐內(nèi)壓力，箱體最大變形僅為0.2673mm。驅(qū)動(dòng)搖臂的Mises應(yīng)力開度為0°最大時(shí)應(yīng)力值為52.46MPa，閥板擺臂Mises應(yīng)力變化趨勢(shì)與驅(qū)動(dòng)搖臂基本相同，開度為0°初始位置應(yīng)力值最大為54.5MPa。

上述分析結(jié)果表明，箱體、驅(qū)動(dòng)搖臂和閥板擺臂的應(yīng)力值小于材料屈服強(qiáng)度的30%，能很好地滿足設(shè)計(jì)要求。

4 工程應(yīng)用

新型平行軸式料流調(diào)節(jié)閥作為無料鐘爐頂裝料系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一，經(jīng)過設(shè)備樣機(jī)制造、制造車間樣機(jī)調(diào)試、試驗(yàn)試驗(yàn)和實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用。目前，該物流調(diào)節(jié)閥已成功應(yīng)用于寶鋼4966m3高爐和水鋼2380m3.高爐實(shí)際應(yīng)用良好，設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)可靠，閥角控制精度達(dá)到±0.1°，可實(shí)現(xiàn)料流量的精確控制。經(jīng)實(shí)際工程運(yùn)用，驗(yàn)證了設(shè)備的設(shè)計(jì)過程，表明了該設(shè)備達(dá)到了設(shè)計(jì)目的，完全能滿足生產(chǎn)工藝要求。圖5為料流調(diào)節(jié)閥產(chǎn)品。

圖5 平行軸料流調(diào)節(jié)閥產(chǎn)品(照片)

5 結(jié)語

設(shè)計(jì)、分析、計(jì)算和工程應(yīng)用結(jié)果均表明，新型平行軸料流調(diào)節(jié)閥控制性能好，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度好，完全滿足高爐無料鐘爐頂裝料系統(tǒng)的工藝要求，是一種值得廣泛推廣的新型高爐無料鐘料流調(diào)節(jié)閥。