無鐘爐頂布料裝置密封技術(shù)專利分析

田恩華 李冰倩

(國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作河南中心，河南 鄭州 450000)

無鐘爐頂布料裝置密封技術(shù)專利分析

田恩華 李冰倩

(國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作河南中心，河南 鄭州 450000)

無鐘爐頂布料裝置是高爐煉鐵要求合理布料入爐的關(guān)鍵設(shè)備，其性能直接影響高爐生產(chǎn)各項經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。本文以無鐘爐頂布料裝置密封技術(shù)為分析對象，重點分析國內(nèi)外關(guān)于無鐘爐頂布料裝置密封技術(shù)的申請信息、重要申請人以及發(fā)展歷程。

無鐘爐頂布料；密封；專利分析

1 高爐爐頂布料技術(shù)概述

高爐爐頂布料設(shè)備是用將高爐爐料裝入高爐并使之均勻分布，同時起到爐頂密封作用的裝置[1]。高爐爐頂是爐料的入口也是煤氣的出口。為了便于人工加料，過去很長時間爐頂是敞開的。后來為了利用煤氣，在爐頂安裝了簡單的料鐘與料斗，即單鐘式爐頂裝料設(shè)備，把敞開的爐頂封閉起來。煤氣用管導(dǎo)出加以利用，但在開鐘裝料時仍有大量煤氣逸出，這樣不僅散失了大量煤氣，污染了環(huán)境，而且給煤氣用戶造成很大不便，后改用雙鐘式爐頂裝料設(shè)備，交錯啟閉[2-3]。

為了布料均勻防止偏析，1906年出現(xiàn)了布料器，最初是馬基式旋轉(zhuǎn)布料器，但其煤氣利用差，大小鐘及鐘桿磨損嚴(yán)重，影響爐頂壓力的提高，降低了作業(yè)率，不能適應(yīng)現(xiàn)代化高爐冶煉的要求。同時，隨著高爐大型化，大鐘及大鐘斗直徑增大，質(zhì)量增加，給加工制造、運輸、安裝及維修帶來很大的困難。

20世紀(jì)70年代盧森堡保爾伍斯（PW）公司推出PW型無鐘爐頂布料設(shè)備，解決了密封和布料功能完全分開的問題，利用上下密封閥密封，密封面小，密封易于實現(xiàn)。無鐘爐頂布料的特點是以旋轉(zhuǎn)溜槽代替料鐘進(jìn)行布料，溜槽的特點是既可以圍繞高爐中心旋轉(zhuǎn)又可以改變與高爐中心線的夾角，所以布料靈活，手段多，效果好。通過控制旋轉(zhuǎn)溜槽的旋轉(zhuǎn)角度與傾動角度進(jìn)行布料，更好地滿足了高爐冶煉對布料的要求，因此被廣泛采用。

2 無鐘爐頂布料裝置密封技術(shù)專利申請概況

2.1 無鐘爐頂布料裝置密封技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠植?/h3>

經(jīng)S系統(tǒng)SIPOABS數(shù)據(jù)庫的檢索統(tǒng)計，無鐘爐頂布料裝置密封技術(shù)領(lǐng)域的專利申請總量為581件。其中，中國的申請量為105件，占到了申請總量的18%；外國申請人的申請量為476件，占總申請量的82%；其中，外國申請主要來自盧森堡、日本和德國。

無鐘爐頂布料裝置密封技術(shù)是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的新興學(xué)科，其申請量分布如圖1所示。其研究興起于20世紀(jì)80年代；1985年4月1日起，中國開始實施專利法，到1989年年末，該領(lǐng)域中國申請數(shù)量為9件，隨后每10年的申請量逐漸增長。

2.2 無鐘爐頂布料裝置密封技術(shù)領(lǐng)域主要申請人

經(jīng)S系統(tǒng)SIPOABS數(shù)據(jù)庫的檢索統(tǒng)計，無鐘爐頂布料裝置密封技術(shù)領(lǐng)域的專利主要申請人分布如圖2所示：

本領(lǐng)域的申請人主要為國外申請人，主要分布在盧森堡、德國及日本。第一申請人為盧森堡保爾伍斯公司（PAUL WURTH SA），其為無鐘爐頂布料裝置的創(chuàng)始人，在本領(lǐng)域的申請量占到了78%的比例，西馬克公司（SMS DEMAG AG）和日本鋼管公司（NIPPON KOKAN KK）的申請量分別占到7%和6%的比例；國內(nèi)申請人的申請總共占到6%的比例，主要申請人為李玉清、石家莊三環(huán)閥門股份有限公司、中冶南方、中冶賽迪。

3 無鐘爐頂布料裝置密封技術(shù)的發(fā)展概述

無鐘爐頂布料裝置包括固定殼體以及具有裝填分配器的懸置轉(zhuǎn)子，懸置轉(zhuǎn)子被支撐在固定殼體中使得該懸置轉(zhuǎn)子可圍繞爐的軸線旋轉(zhuǎn)。懸置轉(zhuǎn)子與固定殼體形成旋轉(zhuǎn)裝填裝置的主殼，其中布置有用于驅(qū)動懸置轉(zhuǎn)子和樞轉(zhuǎn)裝填分配器的機構(gòu)。當(dāng)固定殼體與懸置轉(zhuǎn)子配合以形成封閉的殼時，懸置轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)安裝以及活動(懸置轉(zhuǎn)子)部件與固定(殼體)部件之間的操作間隙需要環(huán)形空隙，爐內(nèi)氣體可通過該環(huán)形空隙進(jìn)入主殼。

盧森堡保爾伍斯（PW）公司1976年的專利申請GB1526478A提出了一種具有旋轉(zhuǎn)裝填裝置的鼓風(fēng)爐，其中引入清潔的冷喉部氣體以便冷卻分配斜道的驅(qū)動機構(gòu)并建立正壓差以防止灰塵的進(jìn)入。頂部氣體的調(diào)節(jié)以這樣的系統(tǒng)來實現(xiàn)，該系統(tǒng)包括“小型文丘里管”以及以主壓縮機和輔助壓縮機為特征的壓縮臺。該系統(tǒng)設(shè)置成使得小型文丘里管自動設(shè)置在預(yù)定的位置，以使氣體的壓力和純化度是恒定的。雖然往傳動箱內(nèi)不斷地通冷氣可保證箱內(nèi)正常的溫度和無塵的工作環(huán)境，但需要增加額外的設(shè)備；同時由于冷氣消耗量大，也增加了企業(yè)額外的開支；

北京科技大學(xué)1988年的專利申請CN1036410A提出了一種高爐布料器的水冷水封方法和設(shè)備，這種布料器采用由爐內(nèi)煤氣自均壓的水冷傳動箱及其U形管水封式排水系統(tǒng)。傳動箱內(nèi)的傳動機構(gòu)除動殼體及穿過動殼體進(jìn)入爐內(nèi)的零件需要水冷卻和防止水進(jìn)入爐內(nèi)之外，其他所有零件處于冷態(tài)凈氣包圍的環(huán)境。傳動箱的U形管水封式排水系統(tǒng)利用高爐爐身高度從爐頂引至地面后再上升到爐身上部所形成的高達(dá)數(shù)十米的U形管排水，可以連續(xù)不斷地排水、又可以防止?fàn)t內(nèi)任何壓力的煤氣從排水系統(tǒng)泄漏，保證高爐高壓操作的順利進(jìn)行。

SMS Demag AG 1999年的專利申請DE19911637A1提出采用氮氣填充殼體以防止高爐煤氣進(jìn)入主殼中，其描述了旋轉(zhuǎn)分配裝置的主殼中的微小氮氣過壓的使用，并且提出這可自動執(zhí)行。殼體中氮氣壓力的自動控制可在閉環(huán)中通過安裝在爐喉中的壓力傳感器來執(zhí)行。為了有效的結(jié)果，氮氣流應(yīng)當(dāng)足夠高以將主殼中的壓力級別保持在爐內(nèi)部中的壓力之上。

石家莊三環(huán)閥門股份有限公司2002年的專利申請CN2559650Y提出了一種布料器旋轉(zhuǎn)溜槽套筒與氣密箱體間的密封幅，對密封裝置的結(jié)構(gòu)作了改進(jìn)，不僅能有效降低氮氣的消耗量、降低煉鐵成本，同時可提高密封性能。密封幅的密封座位于氣密箱體底盤的外圓柱面與旋轉(zhuǎn)溜槽套筒的內(nèi)圓柱面之間并且密封座的內(nèi)圓柱面與氣密箱體底盤的外圓柱面過盈配合，外圓柱面與旋轉(zhuǎn)溜槽套筒的內(nèi)圓柱面間隙配合;密封座的外圓柱面下部、上端面及內(nèi)圓柱面的上部、下部分別開設(shè)有淺環(huán)形槽，槽內(nèi)配裝有密封圈，密封座的外圓柱面中部至少開設(shè)有兩道深環(huán)形槽，槽內(nèi)配裝有彈性密封環(huán)。

圖1 無鐘爐頂布料裝置密封技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠y(tǒng)計

圖2 無鐘爐頂布料裝置密封技術(shù)領(lǐng)域主要申請人

盧森堡保爾伍斯（PW）公司2012年的專利申請WO2013014051A1對采用氮氣密封的高爐的裝料狀態(tài)信息進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在高爐裝料過程中為了防止含塵的爐內(nèi)氣體進(jìn)入分配裝置的主殼中所需的氮氣流速比在沒有材料被引入爐中時較大。進(jìn)入裝料裝置的主殼中的合適的氮氣流速取決于通過裝填裝置向爐中裝填的原材料的類型。由于布料器的旋轉(zhuǎn)圓筒與殼體間存在相對運動，它們之間不能實現(xiàn)完全密封，且由于旋轉(zhuǎn)圓筒的晃動較大，所以現(xiàn)有的技術(shù)主要是在旋轉(zhuǎn)圓筒與殼體之間設(shè)置一個大間隙的迷宮密封，以3 000立方米級的高爐為例，所用布料器迷宮密封的最小間隙一般為12mm左右，因此密封效果非常不理想。

中冶南方工程技術(shù)有限公司2014年的專利申請CN103725816A公開了一種布料器中高爐煤氣的二次密封系統(tǒng)，布料器包括殼體和設(shè)置在殼體內(nèi)的旋轉(zhuǎn)圓筒，二次密封系統(tǒng)包括設(shè)置在旋轉(zhuǎn)圓筒與殼體之間的迷宮密封裝置，二次密封系統(tǒng)還包括定心輪，旋轉(zhuǎn)圓筒的周向設(shè)有定心輪，定心輪與殼體之間有間隙，定心輪限定旋轉(zhuǎn)圓筒的晃動范圍;旋轉(zhuǎn)圓筒與殼體之間設(shè)有彈性密封連接件，殼體上設(shè)有進(jìn)氮口旋轉(zhuǎn)圓筒上設(shè)有定心輪，同時由于旋轉(zhuǎn)圓筒的穩(wěn)定性增強，在旋轉(zhuǎn)圓筒與殼體間設(shè)置一個彈性密封連接件，與迷宮密封裝置一起組成一個二次密封系統(tǒng)，使得高爐煤氣的密封性大大增強。

中冶南方工程技術(shù)有限公司2014年的專利申請CN103834756A還提出了一種布料器中高爐煤氣的水封系統(tǒng)，布料器包括殼體和設(shè)置在殼體內(nèi)的旋轉(zhuǎn)筒體，水封系統(tǒng)包括冷卻通道、出水板和下水槽，冷卻通道固定在旋轉(zhuǎn)筒體的外側(cè)，下水槽固定殼體的外側(cè)，冷卻通道中的水通過出水板流入下水槽內(nèi)，出水板水平設(shè)置，出水板的進(jìn)口端與冷卻通道相連，出水板的出口端位于下水槽上方并與殼體之間有間隙，出水板內(nèi)部設(shè)有環(huán)形的連續(xù)出水孔和間隔設(shè)置的離散出水孔，離散出水孔與連續(xù)出水孔之間為漸縮的喇叭狀過渡區(qū)域，冷卻通道內(nèi)的冷卻水經(jīng)過離散出水孔從連續(xù)出水孔流出形成連續(xù)的水簾，顯著提高高爐煤氣的密封效果。

4 結(jié)語

無鐘爐頂布料裝置密封技術(shù)領(lǐng)域的申請人主要為國外申請人，主要分布在盧森堡、德國及日本，國內(nèi)申請人中冶南方、中冶賽迪近些年也致力于對無鐘爐頂布料裝置密封技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。國內(nèi)申請人可更多地針對密封介質(zhì)的選取、組合密封形式等進(jìn)行相關(guān)實驗研究工作，盡早進(jìn)行專利布局，并進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新。

[1]王文聰.高爐無鐘爐頂三并罐閥箱設(shè)計[J].冶金設(shè)備，2013(3)，13-16.

[2]江建新，劉波.包鋼無鐘爐頂布料器采用煤氣密封的可行性研究[J].包鋼科技，1998(4)，62-64.

[3]姚志綿.無鐘布料器傳動齒輪箱的新型密封結(jié)構(gòu)[J].冶金設(shè)備，1995(1)，54.

Analysis on the Patent of Sealing about Bell-less Top Distributor

Tian Enhua Li bingqian
(Patent Examination Cooperaticn Center cf the Patent Office,SIPO,Henan,Zhengzhou Henan 450002)

It is recognized that bell-less top distributor is one of the most critical equipment in the system of blast fur?nace,which directly affects the performance and various economic indicators of blast furnace.In this paper,the im?portant applications and development of the sealing about bell-less top distributor have been analyzed.

bell-less top distribute;seal;patent analysis

TF542+.5

A

1003-5168(2017)10-0058-03

2017-9-17

田恩華（1989-），男，碩士，研究實習(xí)員，研究方向：發(fā)明專利實質(zhì)審查工作；李冰倩（1990-），女，碩士，研究實習(xí)員，研究方向：發(fā)明專利實質(zhì)審查工作（等同于第一作者）。