無鐘爐頂布料裝置密封技術專利分析

田恩華 李冰倩

(國家知識產權局專利局專利審查協作河南中心，河南 鄭州 450000)

無鐘爐頂布料裝置密封技術專利分析

田恩華 李冰倩

(國家知識產權局專利局專利審查協作河南中心，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鍵設備，其性能直接影響高爐生產各項經濟指標。本文以無鐘爐頂布料裝置密封技術為分析對象，重點分析國內外關于無鐘爐頂布料裝置密封技術的申請信息、重要申請人以及發展歷程。

無鐘爐頂布料；密封；專利分析

1 高爐爐頂布料技術概述

高爐爐頂布料設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備，把敞開的爐頂封閉起來。煤氣用管導出加以利用，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備，交錯啟閉[2-3]。

為了布料均勻防止偏析，1906年出現了布料器，最初是馬基式旋轉布料器，但其煤氣利用差，大小鐘及鐘桿磨損嚴重，影響爐頂壓力的提高，降低了作業率，不能適應現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70年代盧森堡保爾伍斯（PW）公司推出PW型無鐘爐頂布料設備，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。無鐘爐頂布料的特點是以旋轉溜槽代替料鐘進行布料，溜槽的特點是既可以圍繞高爐中心旋轉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。通過控制旋轉溜槽的旋轉角度與傾動角度進行布料，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專利申請概況

2.1 無鐘爐頂布料裝置密封技術領域專利分布

經S系統SIPOABS數據庫的檢索統計，無鐘爐頂布料裝置密封技術領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是20世紀70年代發展起來的新興學科，其申請量分布如圖1所示。其研究興起于20世紀80年代；1985年4月1日起，中國開始實施專利法，到1989年年末，該領域中國申請數量為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領域主要申請人

經S系統SIPOABS數據庫的檢索統計，無鐘爐頂布料裝置密封技術領域的專利主要申請人分布如圖2所示：

本領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始人，在本領域的申請量占到了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的發展概述

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子，懸置轉子被支撐在固定殼體中使得該懸置轉子可圍繞爐的軸線旋轉。懸置轉子與固定殼體形成旋轉裝填裝置的主殼，其中布置有用于驅動懸置轉子和樞轉裝填分配器的機構。當固定殼體與懸置轉子配合以形成封閉的殼時，懸置轉子的旋轉安裝以及活動(懸置轉子)部件與固定(殼體)部件之間的操作間隙需要環形空隙，爐內氣體可通過該環形空隙進入主殼。

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裝填裝置的鼓風爐，其中引入清潔的冷喉部氣體以便冷卻分配斜道的驅動機構并建立正壓差以防止灰塵的進入。頂部氣體的調節以這樣的系統來實現，該系統包括“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。該系統設置成使得小型文丘里管自動設置在預定的位置，以使氣體的壓力和純化度是恒定的。雖然往傳動箱內不斷地通冷氣可保證箱內正常的溫度和無塵的工作環境，但需要增加額外的設備；同時由于冷氣消耗量大，也增加了企業額外的開支；

北京科技大學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備，這種布料器采用由爐內煤氣自均壓的水冷傳動箱及其U形管水封式排水系統。傳動箱內的傳動機構除動殼體及穿過動殼體進入爐內的零件需要水冷卻和防止水進入爐內之外，其他所有零件處于冷態凈氣包圍的環境。傳動箱的U形管水封式排水系統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數十米的U形管排水，可以連續不斷地排水、又可以防止爐內任何壓力的煤氣從排水系統泄漏，保證高爐高壓操作的順利進行。

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入主殼中，其描述了旋轉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行。殼體中氮氣壓力的自動控制可在閉環中通過安裝在爐喉中的壓力傳感器來執行。為了有效的結果，氮氣流應當足夠高以將主殼中的壓力級別保持在爐內部中的壓力之上。

石家莊三環閥門股份有限公司2002年的專利申請CN2559650Y提出了一種布料器旋轉溜槽套筒與氣密箱體間的密封幅，對密封裝置的結構作了改進，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溜槽套筒的內圓柱面之間并且密封座的內圓柱面與氣密箱體底盤的外圓柱面過盈配合，外圓柱面與旋轉溜槽套筒的內圓柱面間隙配合;密封座的外圓柱面下部、上端面及內圓柱面的上部、下部分別開設有淺環形槽，槽內配裝有密封圈，密封座的外圓柱面中部至少開設有兩道深環形槽，槽內配裝有彈性密封環。

圖1 無鐘爐頂布料裝置密封技術領域專利統計

圖2 無鐘爐頂布料裝置密封技術領域主要申請人

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信息進行研究，發現在高爐裝料過程中為了防止含塵的爐內氣體進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。由于布料器的旋轉圓筒與殼體間存在相對運動，它們之間不能實現完全密封，且由于旋轉圓筒的晃動較大，所以現有的技術主要是在旋轉圓筒與殼體之間設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，布料器包括殼體和設置在殼體內的旋轉圓筒，二次密封系統包括設置在旋轉圓筒與殼體之間的迷宮密封裝置，二次密封系統還包括定心輪，旋轉圓筒的周向設有定心輪，定心輪與殼體之間有間隙，定心輪限定旋轉圓筒的晃動范圍;旋轉圓筒與殼體之間設有彈性密封連接件，殼體上設有進氮口旋轉圓筒上設有定心輪，同時由于旋轉圓筒的穩定性增強，在旋轉圓筒與殼體間設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，使得高爐煤氣的密封性大大增強。

中冶南方工程技術有限公司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，布料器包括殼體和設置在殼體內的旋轉筒體，水封系統包括冷卻通道、出水板和下水槽，冷卻通道固定在旋轉筒體的外側，下水槽固定殼體的外側，冷卻通道中的水通過出水板流入下水槽內，出水板水平設置，出水板的進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，出水板內部設有環形的連續出水孔和間隔設置的離散出水孔，離散出水孔與連續出水孔之間為漸縮的喇叭狀過渡區域，冷卻通道內的冷卻水經過離散出水孔從連續出水孔流出形成連續的水簾，顯著提高高爐煤氣的密封效果。

4 結語

無鐘爐頂布料裝置密封技術領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進行改進。國內申請人可更多地針對密封介質的選取、組合密封形式等進行相關實驗研究工作，盡早進行專利布局，并進行技術創新。

[1]王文聰.高爐無鐘爐頂三并罐閥箱設計[J].冶金設備，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構[J].冶金設備，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，研究實習員，研究方向：發明專利實質審查工作；李冰倩（1990-），女，碩士，研究實習員，研究方向：發明專利實質審查工作（等同于第一作者）。