程世平

（太原重工股份有限公司技術(shù)中心， 山西 太原 030024）

引言

中國是一個(gè)煤炭大國，同時(shí)也是一個(gè)焦炭生產(chǎn)與出口大國，每年生產(chǎn)焦炭超過2億t，居世界首位[1]。焦炭是高爐生產(chǎn)的重要原燃料，生產(chǎn)工藝較為復(fù)雜，如何更好地滿足高爐生產(chǎn)，一直是焦?fàn)t設(shè)備設(shè)計(jì)者不懈追求的目標(biāo)。

焦?fàn)t設(shè)備有很多，這里僅就焦側(cè)攔焦車的取門機(jī)進(jìn)行詳細(xì)探究。

攔焦車是焦?fàn)t生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備之一。攔焦車布置在焦?fàn)t焦側(cè)，其作用是取、裝焦側(cè)爐門，推焦時(shí)用導(dǎo)焦柵將紅焦炭導(dǎo)入熄焦車，將出焦煙塵導(dǎo)入集塵干管，處理頭尾焦等。

1 攔焦車的工作流程

攔焦車的工作流程如圖1所示。

圖1 攔焦車的工作流程

從攔焦車的工作流程可以看出，每個(gè)工作流程循環(huán)中取門機(jī)要?jiǎng)幼鲀纱?，所以取門機(jī)功能的正常與否，關(guān)系到攔焦車功能的正常與否，關(guān)系到整座焦?fàn)t能否正常生產(chǎn)。

2 取門機(jī)的設(shè)計(jì)

焦?fàn)t的每個(gè)炭化室，機(jī)側(cè)焦側(cè)分別由兩個(gè)爐門關(guān)閉，形成密封的空間供煤進(jìn)行高溫干餾[2]。隨著焦炭用量的日益增長，焦?fàn)t的爐型也發(fā)生翻天覆地的變化，從最初的4.3 m焦?fàn)t，一路發(fā)展出了5.5 m、6 m、6.25 m、7 m等大型焦?fàn)t，炭化室爐門也隨之一步步演變發(fā)展。參見表1焦?fàn)t工藝參數(shù)，爐門門栓間距從3 090 mm變化到5 060 mm，攔焦車第一軌距焦?fàn)t正面線的尺寸從700 mm到4 740 mm，這些參數(shù)的變化直接影響著取門機(jī)的設(shè)計(jì)。

表1 焦?fàn)t焦側(cè)工藝參數(shù)

2.1 取門機(jī)的動(dòng)作流程

取門機(jī)的一般動(dòng)作流程如圖2所示。

圖2 取門機(jī)的一般動(dòng)作流程

取門機(jī)摘取爐門是這樣的：上下門鉤掛好爐，開門，將爐門提升到一定高度，使得門栓離開門栓擋，向外移動(dòng)爐門，使得爐門移出爐柱到安全位置，將爐門旋轉(zhuǎn)90°。取門機(jī)裝爐門的動(dòng)作與摘取動(dòng)作正好相反。門栓裝置決定開門方式，上下門栓間距決定取門機(jī)構(gòu)上下門鉤距離，爐柱厚度尺寸加爐門厚度尺寸決定移門距離。下面就4.3 m、5.5 m、6 m爐型的取門機(jī)逐一進(jìn)行研究。

2.2 4.3 m取門機(jī)

4.3 m焦?fàn)t爐門的門栓裝置采用旋轉(zhuǎn)式工作方式，爐門靠橫鐵螺栓將爐門頂緊，即取門機(jī)的掛鉤先托住爐門的門杠，再用擰絲機(jī)旋轉(zhuǎn)門栓，因掛鉤板的凹槽開口方向相反，旋轉(zhuǎn)門栓30°后即可使門栓與爐門框掛鉤板的凹槽脫開。上下門栓間距為3 090 mm，爐柱尺寸390 mm。第一軌距焦?fàn)t正面線700 mm，第二軌距第一軌1 800 mm。爐臺(tái)尺寸為（700 mm+1 800 mm）2 500 mm，由于爐臺(tái)尺寸有限，4.3 m攔焦車只能采用取門與導(dǎo)焦進(jìn)行多次對位的工藝，攔焦車采用分體形式。

4.3 m取門機(jī)由擰螺絲機(jī)構(gòu)、提門機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、搖架等組成，主要完成爐門開閉及旋轉(zhuǎn)動(dòng)作（見圖3）。

旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)架是4.3 m取門機(jī)的主要承力部件。旋轉(zhuǎn)架的頂部設(shè)有上支承，與牽引車鋼結(jié)構(gòu)頂部連接。旋轉(zhuǎn)架的底部設(shè)有下支承，與牽引車鋼結(jié)構(gòu)底部連接。旋轉(zhuǎn)架的底部設(shè)有100°扇形齒輪。旋轉(zhuǎn)小齒輪與扇形齒輪嚙合，旋轉(zhuǎn)小齒輪由減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)減速電機(jī)動(dòng)作時(shí)，小齒輪帶動(dòng)扇形齒輪旋轉(zhuǎn)，從而旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)繞上下支承中心旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度為90°。

連桿機(jī)構(gòu)由三角形上下擺桿組成。上下擺桿的A點(diǎn)通過轉(zhuǎn)軸與旋轉(zhuǎn)架連接，上下擺桿的B點(diǎn)通過轉(zhuǎn)軸與搖架連接，上下擺桿的C點(diǎn)通過連桿將上下擺桿連成一個(gè)整體。移門油缸通過下擺桿C點(diǎn)來驅(qū)動(dòng)。當(dāng)移門油缸外伸時(shí)上下擺桿繞A點(diǎn)旋轉(zhuǎn)一定角度，帶動(dòng)搖架向前運(yùn)動(dòng)。當(dāng)移門油缸縮回時(shí)上下擺桿繞A點(diǎn)向后旋轉(zhuǎn)一定角度，帶動(dòng)搖架向后運(yùn)動(dòng)。移門水平行程為1 000 mm。

擰絲機(jī)構(gòu)由擺線針輪減速機(jī)帶動(dòng)擰絲頭完成爐門栓的鎖閉及開啟。擰絲機(jī)布置在搖架上，和爐門的門栓尺寸相匹配。

提門機(jī)構(gòu)為一杠桿機(jī)構(gòu)，上下門鉤通過連桿連接在一起，上部門鉤為驅(qū)動(dòng)鉤，由液壓缸帶動(dòng)，在爐門開啟前負(fù)責(zé)提住爐門不松開，提門機(jī)構(gòu)的行程為130 mm，開門栓裝置應(yīng)使門鉤在85 mm的空行程中將門栓打開。提門機(jī)構(gòu)裝于搖架上。

圖3 4.3 m取門機(jī)

4.3 m取門機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是旋轉(zhuǎn)中心正對工作炭化室中心，移門行程小，旋轉(zhuǎn)半徑小，占用空間小，結(jié)構(gòu)緊湊。

2.3 5.5 m取門機(jī)

5.5 m及5.5 m以上焦?fàn)t爐門的門栓裝置大都采用彈簧爐門方式，這是與4.3 m爐門最大的不同之處，因此開門的動(dòng)作與4.3 m完全不同，即攔焦車摘門機(jī)構(gòu)的掛鉤先托住爐門的門杠，再將門栓用推壓油缸壓下，使其與爐門框掛鉤板的凹槽脫離，因掛鉤板的凹槽開口方向相同，故需將爐門向上整體移動(dòng)，才能將門栓移出掛鉤板的凹槽，移開爐門。上下門栓間距為4 084 mm，爐柱尺寸520 mm。第一軌距焦?fàn)t正面線4 200 mm，第二軌距第一軌9 010 mm。攔焦車主體鋼結(jié)構(gòu)在距焦?fàn)t正面線4 200 mm處，有足夠的爐門旋轉(zhuǎn)空間。攔焦車采用取門與導(dǎo)焦進(jìn)行一次對位的工藝，大大提高了攔焦車工作效率。

取門機(jī)由移動(dòng)臺(tái)車、取門旋轉(zhuǎn)架、取門頭、回轉(zhuǎn)軸承、曲形軌道等組成（見下頁圖4、圖5）。

什么叫一次對位呢？導(dǎo)焦柵的中心線正對工作炭化室中心線，取門機(jī)位于導(dǎo)焦柵左側(cè)（站在焦側(cè)面對焦?fàn)t），取門機(jī)取下爐門旋轉(zhuǎn)90°，讓爐門離開工作炭化室中心，導(dǎo)焦柵才能正常工作。旋轉(zhuǎn)的關(guān)鍵是取門后，旋轉(zhuǎn)架帶著爐門在爐柱與導(dǎo)焦柵之間行走的軌跡。旋轉(zhuǎn)架的尺寸及旋轉(zhuǎn)架的行走軌跡是取門機(jī)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)（見下頁圖6）。當(dāng)回轉(zhuǎn)中心與取門中心的尺寸a增大時(shí)，回轉(zhuǎn)架與導(dǎo)焦柵的安全距離增大，但是取下的爐門到爐柱的安全尺寸減小，旋轉(zhuǎn)時(shí)爐門有可能碰到爐柱；當(dāng)回轉(zhuǎn)中心與取門中心的尺寸a減小，回轉(zhuǎn)架與導(dǎo)焦柵的安全距離減小，但是取下的爐門到爐柱的安全尺寸增大。尺寸b決定著取門中心到導(dǎo)焦柵中心線遠(yuǎn)近。尺寸c決定下部S道的開口尺寸。所以要合理控制尺寸a、b、c的大小。

圖4 5.5 m取門機(jī)主視圖

圖5 5.5 m取門機(jī)俯視圖

圖 6旋轉(zhuǎn)架

旋轉(zhuǎn)架如同人類的手臂，通過上下軸承與移動(dòng)臺(tái)車連接，上下軸承好比人類的肩關(guān)節(jié)。當(dāng)移動(dòng)油缸縮回時(shí)，移動(dòng)臺(tái)車帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)架一起后移，旋轉(zhuǎn)架下部C點(diǎn)的輥輪進(jìn)入S道，此時(shí)旋轉(zhuǎn)架的運(yùn)動(dòng)軌跡是一邊沿直線后移，一邊沿B點(diǎn)旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)的快慢與S道的長短有關(guān)，當(dāng)S道較長時(shí)，旋轉(zhuǎn)平緩，但旋轉(zhuǎn)起始點(diǎn)太靠近爐柱，旋轉(zhuǎn)著的爐門很容易碰到爐柱；當(dāng)S道較短時(shí)，旋轉(zhuǎn)較快，但旋轉(zhuǎn)起始點(diǎn)遠(yuǎn)離爐柱，旋轉(zhuǎn)著的爐門不容易碰到爐柱。S道的尺寸對取門設(shè)計(jì)很重要。

取門頭固定在旋轉(zhuǎn)架上。取門頭由推壓油缸、滑動(dòng)架、懸掛架、提門油缸等組成?；瑒?dòng)架上按爐門門栓設(shè)有上下門鉤。上下門鉤鉤好門梁，推壓油缸壓緊爐門的推進(jìn)裝置，門栓與爐門框掛鉤板的凹槽脫離，因掛鉤板的凹槽開口方向相同，故提門油缸伸出將爐門向上整體移動(dòng)，將門栓移出掛鉤板的凹槽，移門油缸動(dòng)作移開爐門。

5.5 m取門機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是，移門與旋轉(zhuǎn)同時(shí)完成，旋轉(zhuǎn)中心遠(yuǎn)離工作炭化室中心，移門行程大，旋轉(zhuǎn)半徑大，占用空間大，能實(shí)現(xiàn)取門、導(dǎo)焦一次對位完成，提高了焦?fàn)t生產(chǎn)效率。

2.4 6 m取門機(jī)

目前6 m以上焦?fàn)t的爐門大多也采用彈簧爐門，所不同的是土建尺寸，第一軌距焦?fàn)t正面線1 350 mm，第二軌距第一軌2 700 mm。攔焦車主體鋼結(jié)構(gòu)在距焦?fàn)t正面線1 350 mm處。攔焦車也采用取門與導(dǎo)焦進(jìn)行一次對位的工藝，再加上熄焦車離爐柱近，旋轉(zhuǎn)空間有限，所以6 m取門機(jī)的移門與旋轉(zhuǎn)有別于5.5 m的。

6 m取門機(jī)（見圖7）由取門頭、旋轉(zhuǎn)架、移動(dòng)臺(tái)車、同心軸、齒輪、旋轉(zhuǎn)油缸、移動(dòng)油缸等部件組成。取門頭與5.5 m的取門頭相同，不同的是移門和旋轉(zhuǎn)。由于攔焦車主體鋼結(jié)構(gòu)距焦?fàn)t正面線近，旋轉(zhuǎn)空間有限，移門和旋轉(zhuǎn)是采用分體式。移門油缸驅(qū)動(dòng)移動(dòng)臺(tái)車的齒輪沿齒條移動(dòng)，當(dāng)臺(tái)車移動(dòng)到指定位置時(shí)，移門油缸停止工作，安裝有移動(dòng)臺(tái)車上的旋轉(zhuǎn)油缸動(dòng)作，拉動(dòng)旋轉(zhuǎn)架的45°耳軸，旋轉(zhuǎn)架繞軸點(diǎn)旋轉(zhuǎn)90°，完成爐門的90°旋轉(zhuǎn)，為導(dǎo)焦柵工作提供有利的空間保證。

圖7 6 m取門機(jī)

6 m取門機(jī)的特點(diǎn)是取門中心與導(dǎo)焦中心距離較小，回轉(zhuǎn)半徑較5.5 m的小，一次對位。3 結(jié)論

焦?fàn)t炭化室高度決定爐門的尺寸，爐門尺寸的變化就涉及取門機(jī)的設(shè)計(jì)。最近國務(wù)院原則通過的《鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策》中又明確規(guī)定：焦?fàn)t準(zhǔn)入條件是炭化室高度應(yīng)達(dá)6 m及以上。目前，世界各國6 m及以上焦?fàn)t的炭化室高度有多種規(guī)格，如6 m、6.25 m、6.74 m、6.95 m、7.1 m、7.63 m、7.85 m、8.45 m等。焦?fàn)t設(shè)備設(shè)計(jì)者需跟隨焦?fàn)t大型化發(fā)展的步伐，設(shè)計(jì)出符合焦?fàn)t尺寸、焦?fàn)t工藝的合理的焦?fàn)t設(shè)備。