無(wú)料鐘爐頂裝料系統(tǒng)廣泛采用于現(xiàn)代高爐煉鐵，是大中型高爐爐頂裝料設(shè)備的主流。料流調(diào)節(jié)閥是無(wú)料鐘爐頂裝料系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備之一，又稱(chēng)流量調(diào)節(jié)閥。其主要作用：一是，避免原料與下密封閥直接接觸；二是，調(diào)節(jié)料流的大小，即通過(guò)料流調(diào)節(jié)閥開(kāi)度的變化對(duì)料罐內(nèi)原料流量按高爐爐況進(jìn)行控制，使高爐在理想狀態(tài)下正常運(yùn)行。目前，無(wú)料鐘爐頂中運(yùn)用比較廣泛的是球形料流調(diào)節(jié)閥，料閘形狀為球形，2個(gè)閘板由2根同心的內(nèi)外軸分別帶動(dòng)，其同心軸結(jié)構(gòu)稍顯復(fù)雜"中冶賽迪開(kāi)發(fā)了一種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的緊湊式并罐無(wú)料鐘爐頂裝料技術(shù)，已成功應(yīng)用于實(shí)際工程中，平行軸式料流調(diào)節(jié)閥則是該裝料系統(tǒng)集成技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備之一。

1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　該新型平行軸式料流調(diào)節(jié)閥主要由箱體、中心導(dǎo)料管、閥板、閥板擺臂、傳動(dòng)軸、連桿、驅(qū)動(dòng)搖臂及驅(qū)動(dòng)油缸組成，如圖1所示。

圖1 平行軸式料流調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)示意

1-箱體;2-中心導(dǎo)料管;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)傳動(dòng)路線(xiàn)分別為：驅(qū)動(dòng)油缸一馭動(dòng)搖臂-傳動(dòng)軸一閥板擺臂一閥板;驅(qū)動(dòng)油缸一馭動(dòng)搖臂一連桿II一連桿I一傳動(dòng)軸一閥板擺臂一閥板。液壓缸通過(guò)伸縮動(dòng)作，經(jīng)上述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)即可實(shí)現(xiàn)閥板的開(kāi)度控制，其開(kāi)閥角度范圍為0°到68°。

　　上述結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，檢修方便易行，各構(gòu)件受力較好，保證了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。同時(shí)，開(kāi)度的設(shè)計(jì)范圍使得料閘上的殘料完全放空，避免料閘關(guān)閉時(shí)出現(xiàn)卡阻，具有良好的生產(chǎn)環(huán)境適應(yīng)能力。

2、料流流量可控性及其控制系統(tǒng)研究

　　料流調(diào)節(jié)閥其主要作用之一是調(diào)節(jié)原料的下料流量，因此下料流量的可控性能是料流調(diào)節(jié)閥的關(guān)鍵性能之一。根據(jù)流量公式計(jì)算得到各個(gè)開(kāi)度大小的對(duì)應(yīng)的料流量，繪制得到燒結(jié)礦和焦炭的下料流量曲線(xiàn)，如圖2所示。

圖2 平行軸式料流閥下料流量曲線(xiàn)

圖3 傳統(tǒng)球形料流閥下料流量曲線(xiàn)

　　由圖2可知，料流調(diào)節(jié)閥的下料流量隨著開(kāi)閥角度的增大而呈現(xiàn)平滑的上升趨勢(shì)，下料流量與開(kāi)閥角度的關(guān)系曲線(xiàn)呈現(xiàn)出較好的線(xiàn)性關(guān)系。通過(guò)調(diào)節(jié)料流調(diào)節(jié)閥的開(kāi)閥角度，能有效的控制原料的流量，滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。圖3為傳統(tǒng)球形閥板料流閥在各計(jì)算參數(shù)相同情況下的下料流量曲線(xiàn)，與圖2進(jìn)行對(duì)比，可以看出平行軸式料流閥流量曲線(xiàn)更加平緩，更接近于線(xiàn)性增加，更有利于實(shí)現(xiàn)精確控制。

　　料流調(diào)節(jié)閥的開(kāi)閥角度最終由油缸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，為考察閥板開(kāi)度大小的控制性能，繪制了油缸行程與閥板開(kāi)度關(guān)系曲線(xiàn)如圖4所示。從圖4看出，油缸行程與閥板開(kāi)度的關(guān)系趨于線(xiàn)性關(guān)系，因此可以通過(guò)調(diào)節(jié)油缸的行程很好地控制閥板的開(kāi)度位置。針對(duì)上述特性，賽迪專(zhuān)閥研究開(kāi)發(fā)了基于比例閥驅(qū)動(dòng)的料流閥閉環(huán)液壓控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好、穩(wěn)定性高，控制精度達(dá)到±0.1°。

　　由以上分析可得，該新型料流調(diào)節(jié)閥的下料流量控制性能是良好的，能充分滿(mǎn)足無(wú)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(kāi)度的關(guān)系

3、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有限元分析

　　作為煉鐵爐頂設(shè)備之一的料流調(diào)節(jié)閥，其工況環(huán)境比較惡劣，這就要求具有良好的設(shè)備穩(wěn)定性與可靠性。因此，料流調(diào)節(jié)閥的各關(guān)鍵零部件必須達(dá)到一定的強(qiáng)度要求。設(shè)計(jì)時(shí)，要求各零部件的最大應(yīng)力不得超過(guò)本身材質(zhì)屈服強(qiáng)度的的1/3。

　　采用有限元分析軟件Abaqus計(jì)算了料流調(diào)節(jié)閥開(kāi)度從0°到68°的應(yīng)力應(yīng)變變化情況。料流調(diào)節(jié)閥在開(kāi)閥過(guò)程中受到的主要載荷包括：各零部件的重力、閥板上的垂直作用力、物料與閥板的摩擦阻力，以及箱休內(nèi)表面受到0.375MPa的爐內(nèi)壓力。當(dāng)開(kāi)閥角度達(dá)到45°后，中心導(dǎo)料管已達(dá)到全開(kāi)狀態(tài)，閥板不再受垂直作用力及摩擦阻力的作用，只受到重力的作用。

　　經(jīng)分析計(jì)算可知，箱體、驅(qū)動(dòng)搖臂以及閥板擺臂三個(gè)主要構(gòu)件的受力情況較弱，箱體Mises應(yīng)力隨著開(kāi)度的增大先減小后增大。在開(kāi)度為68°時(shí)達(dá)到最大值41.71MPa，但應(yīng)力值變化不大。其原因是箱體產(chǎn)生應(yīng)力主要來(lái)源于自身所受的爐內(nèi)壓力，箱體的最大變形也只有0.2673mm。驅(qū)動(dòng)搖臂的Mises應(yīng)力開(kāi)度為0°時(shí)應(yīng)力值最大，為52.46MPa，閥板擺臂Mises應(yīng)力變化趨勢(shì)和驅(qū)動(dòng)搖臂基本一致，在開(kāi)度為0°的初始位置應(yīng)力值最大為54.5MPa。

　　以上分析結(jié)果表明箱體、驅(qū)動(dòng)搖臂及閥板擺臂的應(yīng)力值均小于本身材質(zhì)的屈服強(qiáng)度的30%，能很好的滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

4、工程應(yīng)用

　　作為無(wú)料鐘爐頂裝料系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一，該新型平行軸式料流調(diào)節(jié)閥經(jīng)過(guò)了設(shè)備樣機(jī)制造、制造車(chē)間樣機(jī)調(diào)試、試驗(yàn)測(cè)試及實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用等階段。目前，該料流調(diào)節(jié)閥已經(jīng)成功應(yīng)用于寶鋼4966m3高爐和水鋼2380m3高爐上，實(shí)際應(yīng)用情況良好，設(shè)備動(dòng)作運(yùn)行平穩(wěn)可靠，開(kāi)閥角度控制精度達(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(guò)程，表明了該設(shè)備達(dá)到了設(shè)計(jì)目的，完全能滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝要求。圖5為料流調(diào)節(jié)閥產(chǎn)品。

圖5 平行軸式料流調(diào)節(jié)閥產(chǎn)品(照片)

5、結(jié)語(yǔ)

　　設(shè)計(jì)、分析計(jì)算及工程應(yīng)用的結(jié)果均表明：設(shè)計(jì)的新型平行軸式料流調(diào)節(jié)閥控制性能良好、機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)易可靠、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度好，完全能滿(mǎn)足高爐無(wú)料鐘爐頂裝料系統(tǒng)的工藝要求，是一種值得廣泛推廣使用的高爐無(wú)料鐘新型料流調(diào)節(jié)閥。