一种捣固焦炉揭盖清扫装置及揭盖清扫方法与流程

本技术涉及捣固焦炉，尤其涉及一种捣固焦炉揭盖清扫装置及揭盖清扫方法。

背景技术：

1、捣固焦炉是焦化行业的重要炉型，其炉顶设有水封座（亦称炉座、导烟孔座），装煤时导烟车的导烟管落入水封座内连通相邻炭化室，将装煤产生的烟尘导入处于结焦末期的相邻炭化室，实现无烟装煤。水封座上方设有水封盖（亦称炉盖），用于密封炭化室内的烟尘。在长期运行过程中，碳化结焦产生的石墨、焦油及煤粉会不断积结于水封座内壁及水封盖表面。随着石墨层增厚，水封座内孔有效导通面积减小，直接影响导烟效果和除尘效率，严重时导致大量烟尘从机侧炉门逸出，造成环境污染。因此，水封座内壁及水封盖的定期清扫是保障捣固焦炉环保达标和稳定运行的关键环节。

2、近年来，为实现捣固焦炉水封座石墨清扫的自动化，行业内提出了多种机械化解决方案。

3、例如，中国发明专利cn119040018a公开了一种捣固焦炉用水封座石墨清扫系统及其工作方法，该系统安装于捣固导烟车的钢结构上，包括自动打盖装置和石墨清扫装置。其中，自动打盖装置位于水封座正上方，通过打盖油缸驱动移动台车升降，利用打盖抓手实现水封盖的自动提起和复位；石墨清扫装置位于自动打盖装置的一侧，通过水平油缸驱动水平台车前进至水封座同心位置，再由竖直油缸驱动竖直台车下降，使旋转刮刀与水封座内壁接触，最后启动减速电机带动刮刀支架和旋转刮刀旋转，完成水封座内壁石墨的清扫。

4、上述专利方案实现了水封盖的自动开启和关闭以及水封座内壁的机械化清扫，一定程度上替代了人工操作，具有清扫范围广、效率较高的优点。

5、为进一步提高炉座清扫的适应性和可靠性，中国实用新型专利cn220951652u公开了一种焦炉炉座清扫装置，该装置包括驱动电机、旋转主轴、回转支撑台、离心内刮刀组件和摆动外刮刀组件。其中，离心内刮刀组件包括与旋转主轴相连的回转固定盘及多个均匀安装于回转固定盘四周的内刮刀，内刮刀与回转固定盘转动连接，在驱动电机带动下旋转时，内刮刀在离心力作用下朝远离回转固定盘的方向转动张开，与炉座内壁滑动接触实现刮除；摆动外刮刀组件包括安装固定件、摆动弹性件（弹簧）、外刮刀摆臂及外刮刀，在回转支撑台旋转时，外刮刀摆臂在离心力作用下与弹簧相互作用，带动外刮刀沿连接轴摆动，与炉座外壁滑动接触实现刮除。该装置通过离心力和弹性摆动机构，使内外刮刀能够适应炉座因高温导致的变形，实现对炉座内壁和外壁的同步清扫。

6、尽管上述现有技术在捣固焦炉炉座清扫自动化方面取得了一定进展，但经深入分析，仍存在以下问题：

7、（1）炉盖清扫缺失，盖座配合面密封不严：炉盖的清扫是保障盖座密封的关键环节。水封盖内圈与导烟管接触、外圈与水封座水封槽配合，两个配合面均会积结焦油石墨。现有技术cn119040018a和cn220951652u均未配置水封盖清扫机构。在实际生产中，水封盖被揭起后，其内外壁的石墨附着物未被清除，回盖时盖座配合面之间存在异物，导致密封不严、烟气泄漏，严重影响环保效果。

8、（2）揭盖与清扫机构分体布置，结构松散、占用空间大：上述专利文献cn119040018a中，自动打盖装置与石墨清扫装置为分体结构，分别安装于钢结构的不同位置，两者各自配备独立的升降机构和移动机构，该布局导致整体结构松散，在导烟车有限的炉顶空间内占用较大安装空间；此外，作业节拍长，无法实现时间上的并行优化。现有技术cn220951652u虽未涉及揭盖功能，但其清扫装置为独立单元，若与揭盖机构配合使用，同样面临分体布置带来的空间协调和动作时序问题。此外，其无法实现揭盖-清扫炉座清扫炉盖-回盖的闭环自动化作业。

9、综上所述，现有捣固焦炉炉座及炉盖清扫技术存在功能不全面、分体布置结构松散、作业节拍长、清扫效率低等问题。因此，有必要提出一种新的技术方案来解决现有技术中存在的问题。

技术实现思路

1、本技术提供一种捣固焦炉揭盖清扫装置及揭盖清扫方法，用以解决现有捣固焦炉炉盖与炉座清扫作业中清扫作业节拍长、清扫效率低等问题。

2、为了实现上述目的，本技术提供如下技术方案：

3、一方面，本技术提供一种捣固焦炉揭盖清扫装置，包括：

4、清扫对位台车，用以将装置整体移动至目标炉口位置实现精准对位；

5、炉座清扫升降台车，安装于所述清扫对位台车上，包括炉座台车框架及驱动所述炉座台车框架沿竖直方向升降的升降驱动机构；

6、炉座清扫组件，安装于所述炉座台车框架上，包括自上而下布置的驱动电机、传动主轴、外刮刀机构、内刮刀机构和揭盖抓手；所述驱动电机用以驱动所述传动主轴旋转，所述外刮刀机构包括多个沿径向布置的外刮刀及外刮刀弹性贴合机构，所述外刮刀在重力下压与旋转摩擦力的作用下被动闭合贴合炉座外圈表面；所述内刮刀机构包括多个内刮刀瓣、内刮刀开合驱动油缸及第一拉压杆，所述内刮刀开合驱动油缸通过所述第一拉压杆驱动所述内刮刀瓣沿径向张开或收拢，实现对炉座内孔壁的清扫；所述揭盖抓手位于所述内刮刀机构下方，用于抓取和释放炉盖；

7、炉盖清扫平移台车，安装于所述清扫对位台车上，与所述炉座清扫升降台车并列布置，包括平移驱动机构及炉盖清扫台车框架，所述平移驱动机构驱动所述炉盖清扫台车框架在炉盖接盖工位与炉盖清扫工位之间水平往复移动；

8、炉盖清扫组件，安装于所述炉盖清扫台车框架上，用于对炉盖内壁和外壁进行清扫；

9、其中，所述炉座清扫升降台车与所述炉盖清扫平移台车构成双工位并行结构。

10、上述技术方案中进一步的，所述炉盖清扫组件包括炉盖旋转驱动电机、炉盖承载旋转平台、炉盖内刮刀、炉盖外刮刀、刮刀升降驱动油缸及刮刀开合驱动油缸；所述炉盖旋转驱动电机用以驱动所述炉盖承载旋转平台转动，所述炉盖承载旋转平台用于承载并带动炉盖旋转，所述炉盖内刮刀用以对炉盖内壁进行清扫，所述炉盖外刮刀用以对炉盖外壁进行清扫，所述刮刀开合驱动油缸包括用以驱动所述炉盖内刮刀的第一开合油缸和用以驱动所述炉盖外刮刀的第二开合油缸，所述刮刀升降驱动油缸驱动所述炉盖内刮刀和炉盖外刮刀整体升降；所述炉盖内刮刀和炉盖外刮刀通过弹性接触件弹性贴合炉盖表面。

11、另一方面，本技术提供一种捣固焦炉揭盖清扫方法，采用上述的捣固焦炉揭盖清扫装置，包括以下步骤：

12、s1：对位取盖

13、所述清扫对位台车移动至目标炉口位置实现精准对位；所述炉座清扫升降台车下降，所述揭盖抓手抓取炉盖；所述炉座清扫升降台车提升，将炉盖从水封槽中取出并提升至转运高度；

14、s2：转运交接

15、所述炉座清扫升降台车将炉盖转运至所述炉盖清扫平移台车的炉盖接盖工位上方；所述炉盖清扫平移台车移动至炉盖接盖工位，所述揭盖抓手释放炉盖，炉盖放置于所述炉盖承载旋转平台上；所述炉座清扫升降台车提升避位，所述炉盖清扫平移台车后退至炉盖清扫工位；

16、s3：双工位并行清扫

17、炉座清扫作业：所述炉座清扫升降台车下降至炉座清扫最低位置，所述内刮刀开合驱动油缸驱动所述内刮刀瓣张开至弹性贴合炉座内孔壁；所述驱动电机启动，带动所述传动主轴、外刮刀机构和内刮刀机构同步旋转；所述炉座清扫升降台车以设定速度提升，在提升过程中所述内刮刀瓣对炉座内孔壁进行旋转螺旋刮削清扫，同时所述外刮刀机构在旋转过程中对炉座外圈表面进行被动弹性贴合刮削清扫；单次清扫完成后，所述内刮刀开合驱动油缸驱动所述内刮刀瓣收拢，所述炉座清扫升降台车下降进行下一次清扫，重复执行目标次数；

18、炉盖清扫作业：在所述炉座清扫作业的同时，所述炉盖旋转驱动电机启动，带动所述炉盖承载旋转平台上的炉盖旋转；所述刮刀开合驱动油缸驱动所述炉盖内刮刀和炉盖外刮刀同步闭合至弹性贴合炉盖表面；所述刮刀升降驱动油缸驱动所述炉盖内刮刀和炉盖外刮刀下降至工作高度，对炉盖内圈及外圈进行旋转刮削清扫；

19、s4：回盖复位

20、所述炉座清扫作业和炉盖清扫作业均完成后，所述炉座清扫升降台车提升至最高点；所述炉盖清扫平移台车移动至炉盖接盖工位；所述揭盖抓手抓取已清扫的炉盖；所述炉座清扫升降台车提升避位，所述炉盖清扫平移台车后退至炉盖清扫工位避位；所述炉座清扫升降台车下降将炉盖放置回水封槽对应位置，所述揭盖抓手释放炉盖；所述炉座清扫升降台车抬升至最高点，完成整个揭盖清扫流程。

21、相比现有技术，本技术至少具有以下有益效果：

22、1、本技术将清扫对位台车、炉座清扫升降台车、炉座清扫组件、炉盖清扫平移台车及炉盖清扫组件进行系统性集成，并采用双工位并行结构。其中，炉座清扫组件包括自上而下布置的驱动电机、传动主轴、外刮刀机构、内刮刀机构和揭盖抓手，其中传动主轴、外刮刀机构、内刮刀机构和揭盖抓手同轴串列布置，使得清扫执行件及抓取执行件共用同一竖直轴线，显著压缩了装置在炉口上方的占用空间，解决了传统分体布置结构松散、空间利用率低的问题；内刮刀机构通过内刮刀开合驱动油缸驱动第一拉压杆实现内刮刀瓣的径向张开与收拢，使内刮刀瓣能够在收拢状态下顺利穿越炉座内孔、在张开状态下弹性贴合炉座内孔壁进行刮削；外刮刀机构利用重力下压与旋转摩擦力的复合作用实现被动闭合贴合，无需额外驱动源即可使外刮刀自动贴合炉座外圈表面，简化了结构并降低了能耗；揭盖抓手设置于内刮刀机构下方，使得抓取炉盖与清扫炉座在同一竖直轴线上完成，实现了揭盖与清扫动作的空间复用和时序连贯；炉盖清扫平移台车与炉座清扫升降台车并列布置构成双工位并行结构，使得炉座清扫作业与炉盖清扫作业能够同步进行，而非传统串行作业模式下的分时等待，从而大幅缩短了单孔作业周期，提高了清扫效率。因此，本技术通过上述结构的协同作用，使本装置在紧凑的空间布局内实现了揭盖、炉座内外壁清扫、炉盖清扫、回盖的全流程自动化，并保证了各功能模块的动作可靠性和时序协调性。

23、2、本技术中炉盖清扫组件包括炉盖旋转驱动电机、炉盖承载旋转平台、炉盖内刮刀、炉盖外刮刀、刮刀升降驱动油缸、刮刀开合驱动油缸以及摆杆连杆机构和弹性接触件。该结构的核心优势在于：刮刀升降驱动油缸驱动炉盖内刮刀和炉盖外刮刀整体升降，使得刮刀能够快速避让炉盖取放、精准定位至工作高度，提高了作业效率；弹性接触件的设置使炉盖内刮刀和炉盖外刮刀在闭合状态下弹性贴合炉盖表面，当炉盖因高温产生变形或表面不平时，弹性接触件能够自动补偿间隙变化，保证刮刀刃口与炉盖表面的持续有效接触，从而避免了刚性接触导致的刮刀磨损加剧或炉盖表面损伤，同时确保了炉盖内外圈表面的全面清洁，为后续盖座密封提供了清洁的配合面，显著降低了烟尘泄漏风险。

24、3、本技术通过同步带传动机构（主动带轮、从动带轮和同步带）实现炉座清扫组件驱动电机与传动主轴的动力传递，相较于链传动或齿轮传动，同步带传动具有传动平稳、噪声低、无需润滑、维护简便的优势，且能够适应传动主轴随炉座台车框架升降过程中的轴向位移，保证了升降过程中动力传递的连续性和可靠性。此外，本技术中的传动主轴通过轴承座支承于炉座台车框架上，轴承座提供了稳定的径向和轴向支承，保证了传动主轴在高速旋转和升降运动中的同轴度和刚性，减少了振动和偏摆，从而提高了内外刮刀的清扫精度。

25、4、本技术中外刮刀弹性贴合机构采用摆杆-拉杆-弹簧结构，外刮刀弹性贴合机构中，弹簧套设于拉杆上并抵接摆杆与限位件，该结构使得外刮刀在旋转过程中遇到凸起障碍时，摆杆能够摆动压缩弹簧实现弹性退让，防止了刮刀卡死或刚性碰撞导致的设备损坏，同时弹簧的恢复力保证了障碍通过后外刮刀自动复位贴合，实现了自适应清扫。

26、5、本技术在内刮刀瓣与第一拉压杆之间设置弹性适配件，使内刮刀瓣在张开贴合炉座内孔壁时具备径向弹性浮动能力，当炉座内孔因高温变形导致孔径不均时，弹性适配件允许内刮刀瓣自动调整径向位置以保持贴合，从而保证了变形内壁的清扫效果，避免了固定式刮刀因无法适应变形而导致的清扫死角或卡滞。

27、6、本技术中的揭盖抓手采用抓手开合驱动油缸通过第二拉压杆驱动抓瓣径向开合，拉压杆的轴向运动通过机械联动转换为抓瓣的径向运动，传动直接、响应迅速，且拉压杆与内刮刀的第一拉压杆在结构和驱动原理上形成统一，简化了液压控制系统的设计和维护。

28、7、本技术中外刮刀弹性贴合机构的摆杆一端铰接于传动主轴，另一端连接外刮刀，在重力作用下摆杆自然下摆使外刮刀靠近炉座外圈表面，在旋转摩擦力作用下外刮刀进一步压紧贴合，保证了外刮刀在不同转速和不同表面状态下均能保持稳定贴合；拉杆穿设于摆杆上且弹簧套设于拉杆，该结构将弹簧的弹性力沿拉杆轴线传递至摆杆，弹簧力方向与摆杆摆动方向一致，使得弹性退让和复位动作可靠执行；当外刮刀遇到局部凸起时，摆杆摆动压缩弹簧，弹簧储存弹性势能，障碍通过后弹簧释放势能驱动摆杆复位，整个过程中外刮刀始终维持与炉座外圈表面的动态接触，避免了传统固定式刮刀因刚性碰撞导致的崩刃或炉座表面损伤，同时防止旋转卡死，保证了连续旋转清扫的可靠性。

29、8、本技术的内刮刀机构中，多个内刮刀瓣沿圆周方向均匀布置，保证了旋转过程中的动平衡；内刮刀开合驱动油缸的活塞杆与第一拉压杆同轴连接，第一拉压杆下端设置锥形头或楔形块，内刮刀瓣上端设置配合的斜面或滚轮，该锥面/楔面传动机构将拉压杆的轴向直线运动高效转换为内刮刀瓣的径向张开运动，传动效率高、结构紧凑，且锥形头或楔形块具有自锁特性，能够保证内刮刀瓣在张开状态下维持稳定的贴合力，不会因反向力而意外收拢；当内刮刀开合驱动油缸缩回时，第一拉压杆上升，内刮刀瓣在弹性适配件的弹力作用下沿径向向内收拢，该被动收拢方式无需额外驱动力。

30、9、本技术的揭盖抓手中，多个抓瓣沿圆周方向均匀布置，保证了抓取炉盖时的受力均匀性和稳定性；抓手开合驱动油缸的活塞杆与第二拉压杆同轴连接，通过第二拉压杆的上升/下降驱动抓瓣径向闭合/张开，该结构与内刮刀机构的第一拉压杆驱动原理一致，降低了系统复杂度。

31、10、由于石墨层在高温烧结后硬度高、脆性大，若采用挤压方式，刮刀需克服石墨的抗压强度，所需作用力大、能耗高，且易导致石墨层碎裂飞溅、刮刀磨损加剧；而采用刮削方式，利用石墨层抗剪强度远低于抗压强度的特性，以较小的剪切力即可使石墨层沿刃口前方断裂剥离，清扫效率高、刮刀磨损小。因此，本技术基于石墨材料的物理特性和刮削力学原理设置了内刮刀瓣的刃口最佳切入角，该切入角为内刮刀瓣刃口切线与炉座内孔壁切线之间的夹角，当切入角处于该范围时，刃口对石墨层产生以剪切力为主的刮削作用，而非以正压力为主的挤压作用。切入角角度过小（小于15°）时，刃口过于平缓，刮削深度不足，清扫效率低；切入角角度过大（大于45°）时，正压力分量增大，趋向于挤压而非刮削，且刃口强度下降易崩刃。因此，15°~45°的切入角使得内刮刀瓣在旋转提升过程中能够以最优力学状态清除烧结石墨，在保证清扫效率的同时延长了刮刀使用寿命，并减少了对炉座内孔壁基体的损伤。

32、11、本技术中清扫对位台车包括台车底座、轨道及清扫对位台车油缸。该结构通过清扫对位台车油缸驱动台车底座沿轨道移动，实现了装置整体在水平方向上的精准位移控制；相较于行走电机驱动方式，油缸驱动具有推力大、定位精度高、停止状态自锁性好的优势，能够在导烟车到达目标炉口附近后，通过油缸的精确伸缩实现炉座清扫组件与炉口中心的最终对准；轨道的设置保证了台车底座移动方向的直线性和稳定性。该清扫对位台车使得装置能够适应焦炉炉顶多个炉口之间的位置偏差，通过台车底座的位移补偿实现逐个炉口的精准对位，为后续揭盖、清扫动作的准确执行提供了位置基准，从而保证了揭盖抓手与炉盖中心的对中精度以及内刮刀与炉座内孔的同轴度，避免因对位偏差导致的抓取失效或刮刀碰撞。

33、12、本技术提供一种捣固焦炉揭盖清扫方法，包括s1对位取盖、s2转运交接、s3双工位并行清扫、s4回盖复位四个步骤。该方法的技术优势体现在流程设计的系统性和时序优化的协同性：s1步骤中，清扫对位台车先实现对位，炉座清扫升降台车下降后揭盖抓手抓取炉盖，再提升取出，该“对位-下降-抓取-提升”的时序保证了抓取动作在稳定状态下完成，避免了移动中抓取导致的定位误差；s2步骤中，炉盖从炉座清扫升降台车转运至炉盖清扫平移台车，实现了炉盖承载主体的切换，使炉座清扫升降台车得以释放并返回炉座工位，为双工位并行创造了条件；s3步骤实现双工位并行清扫，其中炉座清扫作业中，内刮刀瓣先张开贴合、再旋转提升形成螺旋刮削，单次完成后收拢下降再重复，该“张开-旋转提升-收拢-下降”的循环动作实现了炉座内孔壁的全长度覆盖清扫，同时外刮刀机构被动贴合进行外圈清扫，内外同步保证了炉座整体的清洁度；在炉盖清扫作业中，炉盖承载旋转平台带动炉盖旋转，炉盖内刮刀和外刮刀同步闭合弹性贴合后进行刮削，旋转的炉盖与固定的刮刀形成相对运动，实现了炉盖内圈、外圈的一次性全面清扫；两个作业在时间上并行、在空间上分离，使得原本串行作业中炉盖悬空等待的时间被充分利用于炉盖清扫，整体作业周期显著缩短；s4步骤中，清扫完成的炉盖经转运、回位、放置、释放后，装置复位至初始状态，形成闭环流程。上述四个步骤的有机衔接和双工位并行的时间优化，使得本方法在保证清扫质量的前提下，大幅提升了捣固焦炉导烟车的作业效率和自动化程度。

34、13、炉座清扫作业中，炉座清扫升降台车的提升速度与内刮刀瓣的旋转速度匹配后，在炉座内孔壁上形成的螺旋线螺距适中，既保证了相邻螺旋轨迹之间的重叠量以避免清扫死角，又避免了螺距过小导致的重复刮削和效率降低；螺旋线刮削轨迹相较于定点旋转或往复升降的清扫方式，具有连续性好的优势，刮刀在炉座内孔壁上形成均匀密实的刮削条纹，石墨层被逐层剥离，清扫质量稳定一致；同时，螺旋线运动使得刮刀与炉座内壁的接触点不断变化，避免了固定点持续刮削导致的局部过热和异常磨损，延长了刮刀和炉座内壁的使用寿命。此外，40mm/s的提升速度参数经过申请人内部实践验证，在保证清扫效果的同时兼顾了作业效率。