无钟炉顶布料装置密封技术专利分析

田恩华 李冰倩

(国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心，河南 郑州 450000)

无钟炉顶布料装置密封技术专利分析

田恩华 李冰倩

(国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心，河南 郑州 450000)

无钟炉顶布料装置是高炉炼铁要求合理布料入炉的关键设备，其性能直接影响高炉生产各项经济指标。本文以无钟炉顶布料装置密封技术为分析对象，重点分析国内外关于无钟炉顶布料装置密封技术的申请信息、重要申请人以及发展历程。

无钟炉顶布料；密封；专利分析

1 高炉炉顶布料技术概述

高炉炉顶布料设备是用将高炉炉料装入高炉并使之均匀分布，同时起到炉顶密封作用的装置[1]。高炉炉顶是炉料的入口也是煤气的出口。为了便于人工加料，过去很长时间炉顶是敞开的。后来为了利用煤气，在炉顶安装了简单的料钟与料斗，即单钟式炉顶装料设备，把敞开的炉顶封闭起来。煤气用管导出加以利用，但在开钟装料时仍有大量煤气逸出，这样不仅散失了大量煤气，污染了环境，而且给煤气用户造成很大不便，后改用双钟式炉顶装料设备，交错启闭[2-3]。

为了布料均匀防止偏析，1906年出现了布料器，最初是马基式旋转布料器，但其煤气利用差，大小钟及钟杆磨损严重，影响炉顶压力的提高，降低了作业率，不能适应现代化高炉冶炼的要求。同时，随着高炉大型化，大钟及大钟斗直径增大，质量增加，给加工制造、运输、安装及维修带来很大的困难。

20世纪70年代卢森堡保尔伍斯（PW）公司推出PW型无钟炉顶布料设备，解决了密封和布料功能完全分开的问题，利用上下密封阀密封，密封面小，密封易于实现。无钟炉顶布料的特点是以旋转溜槽代替料钟进行布料，溜槽的特点是既可以围绕高炉中心旋转又可以改变与高炉中心线的夹角，所以布料灵活，手段多，效果好。通过控制旋转溜槽的旋转角度与倾动角度进行布料，更好地满足了高炉冶炼对布料的要求，因此被广泛采用。

2 无钟炉顶布料装置密封技术专利申请概况

2.1 无钟炉顶布料装置密封技术领域专利分布

经S系统SIPOABS数据库的检索统计，无钟炉顶布料装置密封技术领域的专利申请总量为581件。其中，中国的申请量为105件，占到了申请总量的18%；外国申请人的申请量为476件，占总申请量的82%；其中，外国申请主要来自卢森堡、日本和德国。

无钟炉顶布料装置密封技术是20世纪70年代发展起来的新兴学科，其申请量分布如图1所示。其研究兴起于20世纪80年代；1985年4月1日起，中国开始实施专利法，到1989年年末，该领域中国申请数量为9件，随后每10年的申请量逐渐增长。

2.2 无钟炉顶布料装置密封技术领域主要申请人

经S系统SIPOABS数据库的检索统计，无钟炉顶布料装置密封技术领域的专利主要申请人分布如图2所示：

本领域的申请人主要为国外申请人，主要分布在卢森堡、德国及日本。第一申请人为卢森堡保尔伍斯公司（PAUL WURTH SA），其为无钟炉顶布料装置的创始人，在本领域的申请量占到了78%的比例，西马克公司（SMS DEMAG AG）和日本钢管公司（NIPPON KOKAN KK）的申请量分别占到7%和6%的比例；国内申请人的申请总共占到6%的比例，主要申请人为李玉清、石家庄三环阀门股份有限公司、中冶南方、中冶赛迪。

3 无钟炉顶布料装置密封技术的发展概述

无钟炉顶布料装置包括固定壳体以及具有装填分配器的悬置转子，悬置转子被支撑在固定壳体中使得该悬置转子可围绕炉的轴线旋转。悬置转子与固定壳体形成旋转装填装置的主壳，其中布置有用于驱动悬置转子和枢转装填分配器的机构。当固定壳体与悬置转子配合以形成封闭的壳时，悬置转子的旋转安装以及活动(悬置转子)部件与固定(壳体)部件之间的操作间隙需要环形空隙，炉内气体可通过该环形空隙进入主壳。

卢森堡保尔伍斯（PW）公司1976年的专利申请GB1526478A提出了一种具有旋转装填装置的鼓风炉，其中引入清洁的冷喉部气体以便冷却分配斜道的驱动机构并建立正压差以防止灰尘的进入。顶部气体的调节以这样的系统来实现，该系统包括“小型文丘里管”以及以主压缩机和辅助压缩机为特征的压缩台。该系统设置成使得小型文丘里管自动设置在预定的位置，以使气体的压力和纯化度是恒定的。虽然往传动箱内不断地通冷气可保证箱内正常的温度和无尘的工作环境，但需要增加额外的设备；同时由于冷气消耗量大，也增加了企业额外的开支；

北京科技大学1988年的专利申请CN1036410A提出了一种高炉布料器的水冷水封方法和设备，这种布料器采用由炉内煤气自均压的水冷传动箱及其U形管水封式排水系统。传动箱内的传动机构除动壳体及穿过动壳体进入炉内的零件需要水冷却和防止水进入炉内之外，其他所有零件处于冷态净气包围的环境。传动箱的U形管水封式排水系统利用高炉炉身高度从炉顶引至地面后再上升到炉身上部所形成的高达数十米的U形管排水，可以连续不断地排水、又可以防止炉内任何压力的煤气从排水系统泄漏，保证高炉高压操作的顺利进行。

SMS Demag AG 1999年的专利申请DE19911637A1提出采用氮气填充壳体以防止高炉煤气进入主壳中，其描述了旋转分配装置的主壳中的微小氮气过压的使用，并且提出这可自动执行。壳体中氮气压力的自动控制可在闭环中通过安装在炉喉中的压力传感器来执行。为了有效的结果，氮气流应当足够高以将主壳中的压力级别保持在炉内部中的压力之上。

石家庄三环阀门股份有限公司2002年的专利申请CN2559650Y提出了一种布料器旋转溜槽套筒与气密箱体间的密封幅，对密封装置的结构作了改进，不仅能有效降低氮气的消耗量、降低炼铁成本，同时可提高密封性能。密封幅的密封座位于气密箱体底盘的外圆柱面与旋转溜槽套筒的内圆柱面之间并且密封座的内圆柱面与气密箱体底盘的外圆柱面过盈配合，外圆柱面与旋转溜槽套筒的内圆柱面间隙配合;密封座的外圆柱面下部、上端面及内圆柱面的上部、下部分别开设有浅环形槽，槽内配装有密封圈，密封座的外圆柱面中部至少开设有两道深环形槽，槽内配装有弹性密封环。

图1 无钟炉顶布料装置密封技术领域专利统计

图2 无钟炉顶布料装置密封技术领域主要申请人

卢森堡保尔伍斯（PW）公司2012年的专利申请WO2013014051A1对采用氮气密封的高炉的装料状态信息进行研究，发现在高炉装料过程中为了防止含尘的炉内气体进入分配装置的主壳中所需的氮气流速比在没有材料被引入炉中时较大。进入装料装置的主壳中的合适的氮气流速取决于通过装填装置向炉中装填的原材料的类型。由于布料器的旋转圆筒与壳体间存在相对运动，它们之间不能实现完全密封，且由于旋转圆筒的晃动较大，所以现有的技术主要是在旋转圆筒与壳体之间设置一个大间隙的迷宫密封，以3 000立方米级的高炉为例，所用布料器迷宫密封的最小间隙一般为12mm左右，因此密封效果非常不理想。

中冶南方工程技术有限公司2014年的专利申请CN103725816A公开了一种布料器中高炉煤气的二次密封系统，布料器包括壳体和设置在壳体内的旋转圆筒，二次密封系统包括设置在旋转圆筒与壳体之间的迷宫密封装置，二次密封系统还包括定心轮，旋转圆筒的周向设有定心轮，定心轮与壳体之间有间隙，定心轮限定旋转圆筒的晃动范围;旋转圆筒与壳体之间设有弹性密封连接件，壳体上设有进氮口旋转圆筒上设有定心轮，同时由于旋转圆筒的稳定性增强，在旋转圆筒与壳体间设置一个弹性密封连接件，与迷宫密封装置一起组成一个二次密封系统，使得高炉煤气的密封性大大增强。

中冶南方工程技术有限公司2014年的专利申请CN103834756A还提出了一种布料器中高炉煤气的水封系统，布料器包括壳体和设置在壳体内的旋转筒体，水封系统包括冷却通道、出水板和下水槽，冷却通道固定在旋转筒体的外侧，下水槽固定壳体的外侧，冷却通道中的水通过出水板流入下水槽内，出水板水平设置，出水板的进口端与冷却通道相连，出水板的出口端位于下水槽上方并与壳体之间有间隙，出水板内部设有环形的连续出水孔和间隔设置的离散出水孔，离散出水孔与连续出水孔之间为渐缩的喇叭状过渡区域，冷却通道内的冷却水经过离散出水孔从连续出水孔流出形成连续的水帘，显著提高高炉煤气的密封效果。

4 结语

无钟炉顶布料装置密封技术领域的申请人主要为国外申请人，主要分布在卢森堡、德国及日本，国内申请人中冶南方、中冶赛迪近些年也致力于对无钟炉顶布料装置密封技术进行改进。国内申请人可更多地针对密封介质的选取、组合密封形式等进行相关实验研究工作，尽早进行专利布局，并进行技术创新。

[1]王文聪.高炉无钟炉顶三并罐阀箱设计[J].冶金设备，2013(3)，13-16.

[2]江建新，刘波.包钢无钟炉顶布料器采用煤气密封的可行性研究[J].包钢科技，1998(4)，62-64.

[3]姚志绵.无钟布料器传动齿轮箱的新型密封结构[J].冶金设备，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

田恩华（1989-），男，硕士，研究实习员，研究方向：发明专利实质审查工作；李冰倩（1990-），女，硕士，研究实习员，研究方向：发明专利实质审查工作（等同于第一作者）。