具有由万向节悬架支撑的分配喷口的用于分配散装材料的设备

摘要

一种用于分配散装材料的分配设备（100），具有位于万向节悬架（110）上的分配喷口（102），万向节悬架具有可绕两条垂直的悬架轴线（A、B）枢转的第一和第二万向活节构件（112、114）。驱动装置具有第一和第二传动机构（122、124），用于控制分配喷口（102）绕悬架轴线的枢转运动。根据本发明，驱动装置具有：另一万向节接头（130），该万向节接头具有可绕第三轴线（C）枢转的第一部件（132）和可绕第四轴线（D）枢转的第二部件（134）；以及旋转电机（142），用于驱动通过铰接连接臂（144）连接至万向节接头（130）的旋转驱动轴（140）。驱动轴（140）的旋转位置和轴向位置分别确定第二部件（134）绕第三和第四轴线（C、D）的枢转位置。传动机构（122、124）将绕第三和第四轴线（C、D）的扭矩从万向节接头（130）传递至万向节悬架（110），用于使分配喷口（102）分别绕第一和第二轴线（A、B）枢转。

说明书

技术领域

本发明一般涉及将物料装入冶金反应器，例如，熔炼气化炉 （melter-gasifier）、聚合反应器或鼓风炉。更具体地，本发明涉及一种用 于在冶金反应器内分配装料的设备。

背景技术

分配设备是任何典型的炉顶装料设备的关键部件，因为适当的装料分 配对于反应器操作至关重要。

在炼铁工业中，商业上公知的装料系统名称是无钟罩式炉顶其广 泛用于装料鼓风炉。该系统典型地包括分配设备，该分配设备具有分配溜 槽，该分配溜槽可绕竖炉轴线旋转并可绕水平轴线枢转，以便如期望地在 料线（stockline）上分配散装材料。该设备具有用于根据期望的装料轮廓 旋转布料溜槽的机构。这种类型的系统已在例如国际专利申请 WO 95/21272以及美国专利US 5’022’806、US 4’941’792、US 3’814’403 和US 3’693’812中公开。通过绕竖炉轴线旋转溜槽并通过改变溜槽的倾斜 度，散装物料中的负重可指向炉料表面的几乎所有点。除了许多其他优点 外，此类分配设备能够允许各种炉料轮廓，这是由于其在炉料表面上分配 负重的多功能性。因此，需要高度发展的设备，特别是关于旋转和枢转分 配溜槽的机构。

当前分布不那么广泛的替换物是所谓的万向节型（cardan-type gimbal-type）或万向活节型（gimbal-type）分配设备。此种类型的分配设 备具有以万向节方式悬挂的管状分配喷口，从而可绕两条大致垂直的轴线 枢转，其中一条轴线通常是水平的。由于万向节型设备不具有转动整圈（＞ 360°）的旋转喷口支撑件，所以这类设备理论上有利于驱动设备的构造， 并且如果期望冷却溜槽，则有利于相应冷却设备的构造。

美国专利US 4,243,351中公开了万向节型分配设备的早期实例。喷口 悬挂于支撑叉件上，支撑叉件可旋转地支撑于其第一端，以提供绕第一水 平轴线的旋转。喷口枢转地悬挂于支撑叉件的分叉第二端上，以提供喷口 绕垂直于第一轴线的第二轴线的枢转。第一执行机构（actuator）连接至支 撑叉件的第一端，以便绕第一轴线枢转。该支撑叉件承载传动机构，该传 动机构用于将第二执行机构的动作从支撑叉件的第一端传输至其第二端 上的喷口的枢转悬架。已在专利文献中提出了各种类似的设计，例如，在 US 3,972,426；US 4,306,827；US 4,525,120；IT 1103916；IT 1126248和 DE 2649248中。用于枢转喷口的适当的驱动装置的实例例如在 US 4,306,827、US 4,889,004以及US 4,889,008中更详细地描述。在此类 设备中，喷口的支撑件通常是如上所述的叉状构件，其承载喷口和连接至 第二执行机构的传动机构，以便绕第二轴线枢转。该叉状支撑件设计用于 重大的载荷和扭矩，其具有相对较大的尺寸且较重，从而增加了第一轴线， （即，主悬架轴线）上的惯性矩。

减小主悬架轴线上的惯性矩的设计已在日本专利申请JP 58207303 和欧洲专利EP 1833999中提出。在这些设备中，具有两个环形万向活节 构件的传统万向结构支撑喷口。具有两个相似的传动机构的驱动装置将万 向节悬架（具体为具有两个枢转自由度的万向活节构件）连接至相应的执 行机构。与上述叉型设计相比，万向活节构件更紧凑且较轻，因为它们不 承载任何传动机构的载荷。根据JP 58207303和EP 1833999的设计的缺 点在于它们的驱动装置中所使用的执行机构。如根据US 4,306,827、 US 4,889,004和US 4,889,008提出的驱动配置，它们使用线性执行机构， 即液压缸，用于两个自由度中的每个的动作。应当理解，此类设计意味着 每个执行机构永久地振荡，以便实现需要喷口出口的圆形或螺旋形运动的 典型的装料模式。因此，根据JP 58207303和EP 1833999的设备固有地 在一定程度上受制于执行机构故障和随后的修复。

技术问题

鉴于之前所述，本发明的第一目的在于提供一种具有万向节型喷口悬 架的分配设备，具有相对较低的惯性矩和更可靠的驱动装置。

发明内容

本发明涉及用于将散装材料分配到冶金反应器，特别是鼓风炉中的任 何设备，其包括由万向节悬架支撑的分配喷口。

该万向节悬架典型地具有可绕第一轴线枢转的第一万向活节构件和 可绕第二轴线枢转的第二万向活节构件，第二轴线优选地垂直于第一轴 线。第二万向活节构件由第一万向活节构件可枢转地支撑。此外，该设备 具有驱动装置，该驱动装置具有两个传动机构，例如，连杆机构，用于控 制分配喷口绕第一和第二万向节轴线的枢转运动。

为实现上述第一目的，驱动装置包括补充或辅助万向节接头，该辅助 万向接头具有可绕第三轴线枢转的第一部件和可绕第四轴枢转的第二部 件，第四轴线优选地也垂直于第三轴线。第二部件由第一部件可枢转地支 撑。为实现上述目的，驱动装置还包括旋转电机，该旋转电机耦接至或装 设有旋转驱动轴，该驱动轴布置成可以任何适当的方式轴向滑动。驱动轴 通过铰接连接臂连接至万向节接头的第二部件，使得驱动轴的旋转位置和 轴向位置确定第二部件分别绕第三轴线和第四轴线的枢转位置。两个传动 机构将补充万向节接头连接至万向节喷口悬架，从而将分别绕第三轴线和 第四轴线的扭矩（力矩）从辅助接头传递至悬架，以使分配喷口按照需要 分别绕第一和第二万向节轴线枢转。更具体地，第一传动机构将第一部件 连接至第一万向活节构件或将第二部件连接至第二万向活节构件。另一方 面，第二传动机构将第二部件连接至第二万向活节构件。

通过提供补充万向节接头，其在当认为与传动机构断开连接时独立于 喷口的万向节悬架，所提出的配置能够允许一种驱动系统，该驱动系统具 有旋转电机作为主驱动器/执行机构（actuator），用于致动万向节型悬架， 即，在典型的同心环装料期间操作喷口。辅助万向节接头提供独立于万向 节喷口悬架的自由度的两种附加自由度，并且凭借传动机构，辅助万向节 接头可位于任何适当的位置，例如，横向偏离反应器轴线。因此，辅助万 向节接头的第三轴线和第四轴线分别偏离第一轴线和第二轴线，即使它们 可分别平行。因此，驱动装置的部件，尤其是执行机构，可适当地部分位 于反应器外壳内部，或优选地，位于反应器外壳外部，以减少反应器暴露 于大气。

应当理解，旋转电机用作执行机构允许装料典型的为环状或螺旋状图 案，而无需线性执行机构的不变的往复运动。因此，由于旋转驱动器的通 常较高的实用性，即，由于它们固有的可靠性，所以所提出的构造较少地 受制于执行机构故障，因而比JP 58207303或EP 1833999中提出的现有 技术设备更可靠。

其他优选实施例在从属权利要求2-16中限定。

附图说明

现在参考附图通过非限制性示例描述本发明的优选实施例，附图中：

图1A和图1B是具有由万向节悬架支撑的分配喷口的装料设备的第 一实施例的侧视图，图1A和图1B分别是沿两条垂直的万向节悬架轴线 中的一条所看到的视图；

图2是根据图1构造的且安装于冶金反应器的顶部的装料设备的透视 图；

图3A和图3B是装料设备的第二实施例的侧视图（图3A和图3B分 别是沿两条垂直的万向节悬架轴线中的一条所看到的视图）；

图4A和图4B是装料设备的第三实施例的侧视图（图4A和图4B分 别是沿两条垂直的万向节悬架轴线中的一条所看到的视图）；

图5是示意性地示出装料设备的第四实施例的透视图。

在所有这些附图中，相同的参考标号或具有递增的百位数的参考标号 表示相同或相似的部件。

具体实施方式

图1和图1B示出分配设备的第一实施例，通常由参考数字100表示。 设备100包括管状的分配喷口102，例如具有截头圆锥体外壳的溜槽本体。 分配喷口102由万向节悬架110支撑，该万向节悬架包括外侧第一万向活 节构件112和内侧第二万向活节构件114。在示出的实施例中，两个万向 活节构件112、114为环形万向活节环。凭借万向节悬架110，喷口102的 出口可如期望地定向在任何方向，以将散装物料流引导至反应器内部的装 料表面的任何期望点。

如图2中最佳示出，外侧万向活节构件112具有对角相对的枢转点， 通过所述枢转点，外侧万向活节构件枢转地支撑在环形支撑结构116上， 该环形支撑结构固定于冶金反应器（例如，鼓风炉喉部）的顶部118（未 完全示出）的内侧。因此，第一万向活节构件112绕大致水平的第一轴线 A枢转。直径较小的第二万向活节构件114支撑在对角相对的枢转点上， 所述枢转点将第二万向活节构件114连接至第一万向活节构件112，使得 第二万向活节构件114可绕位于垂直于轴线A的平面中的第二轴线B旋 转。分配喷口102可拆卸地安装于万向节悬架110，例如，其上端位于内 侧的第二万向活节构件114内部。应当理解，反转的布置，使内侧万向活 节构件支撑在反应器结构上（例如支撑在供料机喷口上（未示出））且喷 口支撑的外侧万向活节构件枢转地支撑在内侧万向活节构件上也在本发 明的范围内。从而万向活节悬架110通常布置在竖直位置，分配喷口102 与反应器主轴线同轴。

为了致动喷口102，例如，使得其出口描述一圆形或螺旋形路径，分 配设备100包括驱动装置。如图1A和图1B中最佳示出，该驱动装置具 有第一传动机构122和第二传动机构124，它们的输出侧均连接至万向节 悬架110，用于分别向万向活节构件112、114传递扭矩。传动机构122、 124用于使喷口102如所需地绕轴线A和/或轴线B枢转。为此，传动机 构122、124的输入侧连接至辅助万向节接头130，该辅助万向节接头包括： 外侧第一部件132，其支撑在对角相对的枢转点上，以绕大致水平的第三 轴线C（见图1B）枢转；以及内侧第二部件134，其由第一部件132支撑 在对角相对的枢转点上，以绕垂直于轴线C的第四轴线D（见图1A）枢 转。因此，与喷口102相似，第二部件134被以万向活节或万向节方式支 撑。尽管图1A和图1B示出了轴线（A，C）和轴线（B，D）分别平行的 实施例，但是其他配置也是可行的（见图4A和图4B），只要轴线A和轴 线B之间的角度等于轴线C和轴线D之间的角度即可。还应该注意，后 者的角度不必为90°。然而，如示出的，相应的万向节轴线（A、B）和（C、 D）优选地相互垂直相交。

尽管示出的万向节接头130的第一部件132由简单的环形万向活节环 制成，但第二部件134具有环形部件，其通过枢转点连接至第一部件132， 并且一弓形或C形部件垂直地固定至其环形部件。

如图1A和图1B进一步示出的，驱动装置包括旋转驱动轴140，该 旋转驱动轴绕其纵向轴线R以旋转方式被驱动。图2示出电动旋转电机 142（图1A和图2A中未示出），其包括并驱动旋转驱动轴140。替换地， 该驱动轴可独立地安装并由具有独立驱动轴的电机驱动，例如，通过减速 齿轮。

如图1B中最佳示出的，旋转驱动轴140通过铰接连接臂144（图1A） 连接至万向节接头130的第二部件134。连接臂144包括第一构件146和 第二构件148。第一构件144具有上端，该上端通过具有垂直于轴线R（以 及图1B的平面）的轴线的第一旋转接头150铰接至旋转驱动轴140的下 端。第二构件146通过具有与第一旋转接头150的轴线平行的轴线的第二 旋转接头152（具有与第一旋转接头150的轴线平行的轴线）铰接至第一 构件144的下端。应当理解，第二构件148还通过第三旋转接头154铰接 至万向节接头130的第二部件134，第三旋转接头154的轴线垂直于轴线 D并与第二部件134的环形部分的中心轴线X一致。第三旋转接头154 可形成有例如布置在第二部件134的C形部分上的枢转点。应该注意，连 接臂140的第二构件146被构造成使得第二旋转接头152的轴线相对于轴 线X横向偏离，即，偏心。因此，尽管第一和第三旋转接头150、154的 轴线可一致，但连接臂144中的所有三个旋转接头150、152、154的轴线 不能对齐，不管旋转驱动轴140的轴向位置如何。从而，连接臂140被构 造成避免机械死锁（mechanical deadlock）（当轴线X竖直地布置时）。

为了改变第二部件134的中心轴线X相对于竖直的角度，旋转驱动 轴140可沿轴线R轴向地滑动。为此，如图2中最佳示出的，驱动装置包 括一对液压执行机构160，所述液压执行机构相对于内侧布置有万向节接 头130的外壳164滑动地支撑安装法兰162。液压执行机构160支撑在外 壳164的支撑板166上。旋转驱动轴140与电机142由可滑动的安装法兰 162支撑，使得旋转驱动轴140的轴向位置以及由此的铰接连接臂144的 伸展度由液压执行结构160控制。因此，当向上或向下提升驱动轴140时， 第二部件134倾斜，从而其轴线X与竖直之间的角度分别变得更小或更大。 为了避免在加压反应器的情况下气体泄漏，旋转驱动轴140穿过布置在支 撑板166的开口中的适当的气密式密封件或垫圈（未示出）。

接着上述，万向节接头130中的第二部件134绕轴线C和D的枢转 方位由驱动轴140的旋转和轴向位置确定。可利用旋转电机142和液压执 行机构160使轴线X如期望地定向。驱动轴140的旋转使第二部件134 移动，从而其主轴线X描述一圆锥体，该圆锥体的锥角取决于驱动轴140 的轴向位置。

传动机构122、124将万向节悬架110连接至万向节接头130，使得 第二万向活节构件114以及与此的喷嘴102绕轴线A、B的枢转角度α、β 分别由第二部件134分别绕轴线C、D的枢转角度γ、δ确定（见图2）。换 句话说，传动机构122、124传递由电机142和执行机构160施加在万向 活节接头130上的扭矩，通过旋转轴140从万向活节接头130传递至万向 活节悬架110，以如所期望地使喷口102枢转。

在图1A、图1B和图2的优选实施例中，每个传动机构122、124是 连杆机构，其包括相应的输出连接杆172、174，所述输出连杆具有通过万 向接头铰接至万向节悬架110的下端。如示出的，两个输出连杆172、174 优选地铰接至第二万向活节构件114，例如在轴线B的每侧对称地成45°。 每个传动机构还具有安装在支撑块180的枢转点上的相应的枢转杆176、 178。如图1A和图1B中所看到的，杆176、178具有短杆臂和长杆臂。 每个输出连接杆172、174在其上端利用万向接头铰接至相应的杆176、178 的长杆臂。每个传动机构122、124还具有将短杆臂连接至万向节接头130 的相应的输入杆182、184。如示出的，输入杆182、184优选地均铰接至 第二部件134，例如在轴线D的每侧对称地成45°。输入杆182、184也在 每侧通过万向接头连接。如图1A和图1B中进一步可见，杆176、178具 有中空共轭（conjugated）结构并且布置成使得它们的枢转轴线在支撑块 180的上端垂直且相交。尽管形状不同，但杆176、178具有相同的杠杆作 用（leverage），更具体地，输出方向上的杠杆比率＜1（机械劣势）。输出 侧上的较长臂允许减小万向节接头130的尺寸，其以复制的方式“模仿” 万向节悬架110，从而传动连杆122、124在它们之间形成一种“缩放仪”。 更具体地，传动机构122、124配置有相同的传动比，并且从而它们确保 从万向节接头130至万向节悬架100的同位（homothetic）传动。因此， 杆176、178的枢转轴线相交的上述观点表示从辅助万向节接头130至实 际的万向节悬架110的运动变换的同位中心（也称为类似中心）。接下来 角度α保持等于角度γ并且角度β保持等于角度δ。在第一实施例中，喷口 102的中心轴线Y的方向因而保持与万向节接头130的第二部件134的主 轴线X平行，如图1B最佳示出的。

图3A和图3B示出替换的分配设备200，其中大部分部件与图1A和 图1B中的部件相同。主要不同在于传动机构222、224的替换构造，所述 传动机构将万向节悬架210连接至补充万向节接头230。连杆机构222、 224均具有对称且相同的构造。应该注意，它们具有并排布置的相同的杆 臂276、278，与图1A和图1B中的布置相反。杆臂276、278的枢转轴线 也相交但不垂直。尽管图3A和图3B中的构造可能不够紧凑，但在结构 和维修中更具经济效益。其他的结构和功能特征与图1A和图1B中的相 同（并使用两百的相应参考数字表示）。

图4A和图4B示出根据本发明的分配设备300的第三实施例。在分 配设备300中，与之前的实施例相反，旋转驱动轴340具有水平轴线R。 因而，复制万向节悬架310的万向节接头330通常旋转90°。换句话说， 第二部件334的枢转轴线D相对于第二万向活节构件314的对应枢转轴线 D形成直角。因此，当溜槽302竖直地定向时，枢转轴线D是竖直的（与 图1A和图1B中的水平相反），并且第二部件334的主轴线X是水平的（与 图1A和图1B中的竖直相反），以便与旋转驱动轴340的轴线R对齐。结 果是，设备300的传动机构322、324具有另一种构造。虽然它们是对称 的，但它们的枢转杆376、378是可活动的（elbowed），更具体地，它们 布置成使其短杆臂相对于其长杆臂以大致的直角弯曲。其他的结构和功能 特征对应于以上所述。图4A和图4B的构造允许横向于反应器顶部布置 旋转电机342和线性执行机构360，从而能够在反应器的顶部入口的高度 处节省空间（例如，在鼓风炉的喉部开口处）。

图5示意性地示出了分配设备400的替换的第四实施例，具有万向节 悬挂喷口和由轴向可滑动的旋转驱动轴440驱动的辅助万向节接头430。 在设备400中，将万向节接头430连接至喷口（图5中未示出）的万向节 悬架410的传动机构422、424具有与之前实施例相比不同的另一种构造。

第一传动机构422将外侧万向活节构件412连接至万向节接头430 的外侧第一部件432。为此，其具有枢转轴492，输出曲柄臂493以直角 固定于枢转轴492。具有万向接头的输出连接杆472将输出曲柄臂493连 接至第一万向活节构件412。以类似的方式，枢转轴492具有通过输入连 接杆482铰接至万向节接头430的第一部件432的输入曲柄臂483。为了 增长绕轴线A和C的杆臂，输入杆和输出杆472、482至第一万向活节构 件412和至第一部件432的连接点分别位于枢转轴线B和D上。枢转轴 492优选地布置成使其轴线平行于第一万向活节构件412的枢转轴线A。

图5的第二传动机构424另一方面将内侧万向活节构件414连接至万 向节接头430的内侧第二部件434。其也具有枢转轴494，其中输出曲柄 臂495垂直于枢转轴494。输出曲柄臂495通过输出连接杆474还连接至 第二万向活节构件414。枢转轴494上的输入曲柄臂485连接至不同构造 的输入连接连杆484。输入连接连杆484包括铰接至第二部件434的第一 杆件和铰接至输入曲臂臂485的第二杆件。旋转接头487将两个杆件相互 连接，从而允许第二部件434绕轴线C不受限制地枢转。所需的旋转度也 可替换地包含于输入曲柄臂485上的万向接头中。输出杆474和输入连杆 484至第一万向活节构件412和至第一部件432的连接点分别位于枢转轴 线A和C上。枢转轴494优选地布置成使其轴线平行于第二万向活节构 件414的枢转轴线B。每个枢转轴492、494的曲柄臂483、493；485、495 可具有相同或不同的长度，以获得期望的传动比（机械优势/劣势）。图5 的设备400允许将辅助万向节接头430和传动机构422、424的一部分布 置在反应器外壳的外侧（见图2）。应当理解，这通过提供在侧壁中具有适 当开口的外壳或壳体而很容易实现，每个枢转轴492、494利用开口处的 适当密封件穿过所述开口。

设备400的其他部件（未示出）对应于以上关于第一、第二和第三实 施例所描述的。应该注意，根据图5的实施例尤其适于执行根据 P 58207303和EP 1833999的设备的更新式改进。

总之，应当理解，以上讨论的任何实施例能够凭借驱动驱动轴的旋转 电机而分配环形装料轮廓的物料，而无需在喷口出口的循环期间进行线性 执行机构的操作。仅需要线性执行机构来改变装料轮廓的半径。替换地， 可通过线性执行机构的一个冲程来装料螺旋形图案。因此，与现有技术 P 58207303和EP 1833999的设备相反，应当理解，无需线性执行机构的 连续往复运动来实现典型的装料轮廓。

图例：

图1A、1B、图2

A、B    万向节悬架轴线        130    万向节接头

C、D    万向节接头轴线        132    第一部件

R       旋转轴线              134    第二部件

100     分配设备              140    旋转驱动轴

102     分配喷口              142    旋转电机

110     万向节悬架            144    铰接连接臂

112     第一万向活节构件      146    第一构件

114        第二万向活节构件       148         第二构件

116        支撑结构               150         第一旋转接头

118        顶部                   152         第二旋转接头

122        第一传动机构           154         第三旋转接头

124        第二传动机构           160         线性执行机构

162        安装法兰               182、184    输入连接杆

164        外壳                   X           第二部件134的轴线

166        支撑                   Y           喷口102的轴线

172、174   输出连接杆             α、β      限定Y的定向的角度

176、178   枢转杆                 γ、δ      限定X的定向的角度

180        支撑块

图3A、图3B

200        分配设备                242        旋转电机

202        分配喷                  244        铰接连接臂

210        万向节悬架              260        线性执行机构

212        第一万向活节构件        262        安装法兰

214        第二万向活节构件        266        支撑板

222        第一传动机构            272、274   输出连接杆

224        第二传动机构            276、278   枢转杆

230        万向节接头              280        支撑块

240        旋转驱动轴              282、284   输入连接杆

图4A、图4B

A、B       万向节悬架轴线          324        第二传动机构

C、D       万向节接头轴线          330        万向节接头

R          旋转轴线                332        第一部件

300        分配设备                334        第二部件

302         分配喷口             340         旋转驱动轴

310         万向节悬架           342         旋转电机

312         第一万向活节构件     344         铰接连接臂

314         第二万向活节构件     360         线性执行机构

322         第一传动机构         366         支撑板

372、374    输出连接杆           X           第二部件334的轴线

376、378    枢转杆               Y           喷口302的轴线

382、384    输入连接杆

图5

A、B       万向节悬架轴线        434         第二部件

C、D       万向节接头轴线        440         旋转驱动轴

R          旋转轴线              444         铰接连接臂

400        分配设备              472、474    输出连接杆

410        万向节悬架            482         输入连接杆

412        第一万向活节构件      484         输入连接连杆

414        第二万向活节构件      483、485    输入曲柄臂

422        第一传动机构          487         旋转接头

424        第二传动机构          492、494    旋转轴

430        万向节接头            493、495    输出曲柄臂

432        第一部件。