加熱爐臺車的密封綜述

彭釩 郝玉香

摘 要：加熱爐臺車的密封因其不可替代性而具有舉足輕重的作用，其密封思想也廣泛應用于工業爐窯的動靜密封中。文章通過對相關領域專利文獻收集、標引和梳理，分析了該領域世界專利申請趨勢，并發現其技術路線演進呈階段性分布，分別分析不同階段專利申請重點及重要專利在歷史潮流中所起的作用，對該領域重要申請人的技術路線加以分析研究，最后闡述專利技術綜述在實際案例中的應用。

關鍵詞：加熱爐；臺車；密封

引言

加熱爐的臺車作為窯爐的活動負載部件，不僅用作磚瓦、球團礦等在窯內移動燒結的運輸工具，同時在燒結過程中作為窯底起著耐火屏蔽和隔熱的功能。運動的臺車與靜止的窯墻間必然存在漏風問題，窯內的熱空氣會從臺車上部串到臺車下，對臺車的鋼結構的損害非常大，直接影響到加熱爐的安全運轉；另一方面，冷空氣從臺車底部串到加熱爐內，使加熱爐內橫斷面的上下溫差增大，影響制品的燒成質量；再者，加熱爐內的熱量外泄也不利用整個系統的節能降耗。因此研究加熱爐臺車的密封，對于降低窯內溫差、降低臺車維修費用、降低排煙設備的負荷、降低熱量消耗、提高產品質量有著重大意義[1]。

1 加熱爐臺車密封專利申請趨勢及技術路線演進

1.1 加熱爐臺車的密封歷年專利申請量變化趨勢

圖1 加熱爐臺車的密封歷年申請量趨勢

從圖1可看出，加熱爐臺車密封方面的專利申請追溯至20世紀20年代，該領域的研究從20世紀70年代逐漸活躍，專利申請量分別在1989-1993年和2009-2014年達到峰值（數據統計截止日期：2014-07-26）。

1.2 加熱爐臺車密封之重要申請國家專利分布趨勢

在早期申請中，加熱爐密封領域中只有英國專利申請，其原因有有兩方面：一是在1852年英國專利法修正案中設立了英國專利局，這意味著現代專利制度的確立，專利申請與審批時間不再冗長；二是機械密封領域最早于1885年在英國誕生，20世紀初開始應用于實踐[2]，這與早期申請就記載有加熱爐臺車的密封是分不開的，這也印證了傳統工業的地位不可撼動。

縱觀上述早期英國代表性專利，其密封加熱爐臺車的方式只限于砂封和臺車間的密封，對砂封的起源和改進作了一定的貢獻，但并未涉及其他密封方式，即使如此，這種最古老的密封方式也對其他密封方式的發展奠定了基礎。Cowles Alfred Hutchinson于1913年8月7日在GB191219606 A中率先提出為了隔絕臺車上下氣流，在隧道窯的側墻安裝有加沙子的漏斗，在臺車兩側安裝有裙板，裙板插入沙封槽中，用沙子密封臺車與兩側窯墻之間的縫隙，為了減小摩擦，可在沙子中加入石墨、云母片或其他類似材料；當臺車運動時，砂封刀與砂子一直處于摩擦狀態，其產生大量熱使砂封刀摩損嚴重，于是GB117383A公開了砂封的密封方式，并提出用引風機供風冷卻砂封刀與砂子間摩擦的熱量；經常于砂封配合密封的曲封在早期也被單獨使用過，專利GB228186A公開了在臺車與爐墻間用鋸齒形轉角控制爐內熱氣流的流量；為了密封更加嚴密；隨著技術的發展，為了提高密封效果，GB278207A公開了雙砂封的密封方式，GB335154A公開了用砂封和曲封的雙重密封方式；該時期的密封還涉及臺車間的密封，重要專利為GB255131A和GB697644A，前者是用纖維繩放置于兩個臺車間來密封，后者在兩臺車間的槽中進一步設置密封刷組件來密封。從20世紀60年代以后，英國在臺車密封領域的專利申請比重逐漸下降。

在20世紀70-90年代，日本和德國在加熱爐臺車的密封領域的專利申請量占據主要地位。通過對此階段涉及加熱爐臺車的密封的國內外申請進行梳理，發現1972法國開始出現用液體例如水密封隧道窯墻與臺車，將加熱爐臺車的密封帶入一個嶄新的階段。

中國在20世紀90年代開始在加熱爐臺車密封領域嶄露頭角，從2005年以后，在世界專利申請中的申請量達到最大，而此時除日本在該領域還有少量申請外，英德兩國基本沒有專利申請。通過對此階段加熱爐臺車密封領域專利文獻的研究，筆者發現中國在該領域的專利申請還是以傳統的砂封為主，其改進點多在于砂封和曲封、耐火纖維密封相組合密封，極少數專利提及水封，而近年來提出一種新的密封方式，耐火纖維塊加壓緊機構的密封。

日本礙子株式會社于1990年在專利JP2788490U中指出由于砂封刀易帶出砂子，造成砂子流失，補給砂子作業困難，且砂封槽需要經常維護，水密封雖然密封效果好，但是由于爐內高溫，水極易蒸發，且水中易混入爐料，使其水質惡化，密封性變差，為了解決上述問題，提出一種不用砂子也不用水的密封方式，將爐墻側部設置耐火纖維槽取代傳統砂封槽，使裙板插入耐火纖維槽中密封，爐墻與臺車間的曲封槽中也加入耐火纖維；耐火纖維和砂封也出現了不同組合方式，專利JP2005009759A公開了一種特殊耐火纖維塊密封方式，臺車側部安裝向下傾斜的板，加熱爐墻上安裝耐火纖維吊包，耐火纖維吊包內裝砂子，一壓緊裝置將耐火纖維吊包與傾斜板壓緊，為了嚴密密封，在爐壁上安裝有耐高溫的布進行二次密封；中國專利申請更傾向于耐火纖維塊壓緊裝置的變化，專利CN20082021870

6公開了一種氣動式耐火纖維塊側密封，在側墻爐襯與下面的底托板之間安裝纖維塊，纖維塊緊密接觸磚砌止口面，底托板下部及裙板側面安裝氣動纖維密封塊，氣動纖維密封塊為氣缸的活塞桿驅動連接纖維密封塊，氣缸活塞桿中心線與裙板和底托板之間的90°夾角的角平分線重合布置，氣動纖維密封塊頂面與底托板接觸，側面與裙板接觸，實現密封和脫開動作；日本在壓緊器件方面也有專利申請，專利JP 2009299281A公開了一種臺車式加熱爐的側密封裝置，其是通過液壓缸的伸縮將爐墻與臺車間的間隙密封的；為了給壓緊裝置的連桿提供更好的支承，專利CN201120172159公開了一種臺車式加熱爐的爐底密封裝置，其耐火纖維塊是通過連桿頂推密封的；自2010年以來，中國專利申請中諸多申請涉及耐火纖維塊的密封，其改進之處在于用何種傳動機構來帶動纖維塊的密封，專利CN201210202972和CN201220328667均通過氣缸下頂式和側頂式來密封；專利CN201320600380通過氣動推桿側密封；專利CN20132

0218809通過電機帶動減速箱通過連桿機構來密封。

2 結束語

由此可見，專利技術綜述的撰寫可快速提高審查員的專利技術知識，使審查員向本領域技術人員更近一步的靠近，對實際案例的理解和把握更加準確，有利于提高審查效率，保證審查質量的有效途徑。

參考文獻

[1]李偉，楊志剛.談隧道窯窯車[J].磚瓦，2004，11.

[2]孫見君，魏龍，等.機械密封的發展歷程與研究動向[J].潤滑與密封，2004，7.