無料鐘爐頂裝料系統(tǒng)廣泛采用于現(xiàn)代高爐煉鐵，是大中型高爐爐頂裝料設備的主流。料流調(diào)節(jié)閥是無料鐘爐頂裝料系統(tǒng)中的關鍵設備之一，又稱流量調(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，即通過料流調(diào)節(jié)閥開度的變化對料罐內(nèi)原料流量按高爐爐況進行控制，使高爐在理想狀態(tài)下正常運行。目前，無料鐘爐頂中運用比較廣泛的是球形料流調(diào)節(jié)閥，料閘形狀為球形，2個閘板由2根同心的內(nèi)外軸分別帶動，其同心軸結(jié)構(gòu)稍顯復雜"中冶賽迪開發(fā)了一種具有自主知識產(chǎn)權(quán)的緊湊式并罐無料鐘爐頂裝料技術，已成功應用于實際工程中，平行軸式料流調(diào)節(jié)閥則是該裝料系統(tǒng)集成技術的關鍵設備之一。

1、結(jié)構(gòu)設計

　　該新型平行軸式料流調(diào)節(jié)閥主要由箱體、中心導料管、閥板、閥板擺臂、傳動軸、連桿、驅(qū)動搖臂及驅(qū)動油缸組成，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-中心導料管;3-驅(qū)動油缸;4-驅(qū)動搖臂;5-連桿I;6-連桿II;7-傳動軸;8-閥板擺臂;9-閥板

　　該機構(gòu)傳動路線分別為：驅(qū)動油缸一馭動搖臂-傳動軸一閥板擺臂一閥板;驅(qū)動油缸一馭動搖臂一連桿II一連桿I一傳動軸一閥板擺臂一閥板。液壓缸通過伸縮動作，經(jīng)上述傳動機構(gòu)即可實現(xiàn)閥板的開度控制，其開閥角度范圍為0°到68°。

　　上述結(jié)構(gòu)簡單緊湊，檢修方便易行，各構(gòu)件受力較好，保證了結(jié)構(gòu)設計的合理性。同時，開度的設計范圍使得料閘上的殘料完全放空，避免料閘關閉時出現(xiàn)卡阻，具有良好的生產(chǎn)環(huán)境適應能力。

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)閥的關鍵性能之一。根據(jù)流量公式計算得到各個開度大小的對應的料流量，繪制得到燒結(jié)礦和焦炭的下料流量曲線，如圖2所示。

圖2 平行軸式料流閥下料流量曲線

圖3 傳統(tǒng)球形料流閥下料流量曲線

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

　　料流調(diào)節(jié)閥的開閥角度最終由油缸驅(qū)動實現(xiàn)，為考察閥板開度大小的控制性能，繪制了油缸行程與閥板開度關系曲線如圖4所示。從圖4看出，油缸行程與閥板開度的關系趨于線性關系，因此可以通過調(diào)節(jié)油缸的行程很好地控制閥板的開度位置。針對上述特性，賽迪專閥研究開發(fā)了基于比例閥驅(qū)動的料流閥閉環(huán)液壓控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)動態(tài)響應特性好、穩(wěn)定性高，控制精度達到±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，能充分滿足無料鐘爐頂裝料系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝要求。

圖4 平行軸式油缸行程與閥板開度的關系

3、結(jié)構(gòu)強度有限元分析

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

　　采用有限元分析軟件Abaqus計算了料流調(diào)節(jié)閥開度從0°到68°的應力應變變化情況。料流調(diào)節(jié)閥在開閥過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。當開閥角度達到45°后，中心導料管已達到全開狀態(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)分析計算可知，箱體、驅(qū)動搖臂以及閥板擺臂三個主要構(gòu)件的受力情況較弱，箱體Mises應力隨著開度的增大先減小后增大。在開度為68°時達到最大值41.71MPa，但應力值變化不大。其原因是箱體產(chǎn)生應力主要來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)動搖臂的Mises應力開度為0°時應力值最大，為52.46MPa，閥板擺臂Mises應力變化趨勢和驅(qū)動搖臂基本一致，在開度為0°的初始位置應力值最大為54.5MPa。

　　以上分析結(jié)果表明箱體、驅(qū)動搖臂及閥板擺臂的應力值均小于本身材質(zhì)的屈服強度的30%，能很好的滿足設計要求。

4、工程應用

　　作為無料鐘爐頂裝料系統(tǒng)的關鍵設備之一，該新型平行軸式料流調(diào)節(jié)閥經(jīng)過了設備樣機制造、制造車間樣機調(diào)試、試驗測試及實際生產(chǎn)應用等階段。目前，該料流調(diào)節(jié)閥已經(jīng)成功應用于寶鋼4966m3高爐和水鋼2380m3高爐上，實際應用情況良好，設備動作運行平穩(wěn)可靠，開閥角度控制精度達到±0.1°，可實現(xiàn)料流量的精確控制。經(jīng)實際工程運用，驗證了設備的設計過程，表明了該設備達到了設計目的，完全能滿足生產(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

　　設計、分析計算及工程應用的結(jié)果均表明：設計的新型平行軸式料流調(diào)節(jié)閥控制性能良好、機構(gòu)簡易可靠、結(jié)構(gòu)強度好，完全能滿足高爐無料鐘爐頂裝料系統(tǒng)的工藝要求，是一種值得廣泛推廣使用的高爐無料鐘新型料流調(diào)節(jié)閥。