專利名稱：機(jī)械型高爐料面形狀探測(cè)器的制作方法
目前，在煉鐵高爐上高爐探料裝置幾乎全部是采用重鉈或垂直探尺桿，這種探料裝置主要缺點(diǎn)是①只能探測(cè)高爐料面某一點(diǎn)的高度，而不能反映整個(gè)料面的形狀、②由于探尺桿重量、下降速度的差異，它們插入料面的深度是不同的，其測(cè)量精度較低，一般在50毫米以上。因此現(xiàn)時(shí)的高爐操作還僅僅憑經(jīng)驗(yàn)與布料裝置(旋轉(zhuǎn)溜槽或料鐘與活動(dòng)爐喉、護(hù)板)的布料動(dòng)作相適應(yīng)，目前測(cè)定布料效果的方法還達(dá)不到與布料動(dòng)作相適應(yīng)的正確控制操作。
由于重鉈和探尺桿探料器不能適應(yīng)煉鐵工藝的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了各種料面測(cè)定器的開發(fā)，其主要開發(fā)領(lǐng)域和情況如下1)超聲波超聲波系統(tǒng)一般適用于料倉(cāng)內(nèi)焦炭，燒結(jié)礦和球礦團(tuán)等典型料面高度監(jiān)控，然而卻不適用于高爐，原因是溫度壓力的變化會(huì)引起音速的變化，因而導(dǎo)致較大的測(cè)量誤差，其次劇烈的氣流及煙塵的存在會(huì)消除料面的反射信號(hào)。
2)原子能可將原子能和探測(cè)器裝設(shè)在高爐相對(duì)的兩側(cè)或爐壁外面，然而布置方式只能測(cè)出某一部位料面高度，如果要測(cè)量料面形狀則是不可能的。
3)微波由于在選擇設(shè)備及操作頻率方面微波具有靈活性。使它容易符合系統(tǒng)要求，因此測(cè)量料面高度采用微波是可行的，西德、英國(guó)在這方面做了研究，然而設(shè)備在技術(shù)上仍存在一些缺點(diǎn)，不能投入工業(yè)使用。
4)激光電視分析檢驗(yàn)激光軌跡像的位置在工業(yè)電視上得到圖像，運(yùn)用于高爐料面探測(cè)的主要問(wèn)題是A、不得已使用高敏感度工業(yè)電視，發(fā)生大量不規(guī)則的雜音;B、產(chǎn)生強(qiáng)烈的背景圖像(由爐塵產(chǎn)生散亂線);C、存在發(fā)生赤熱發(fā)光部的圖像等。
綜上所述，高爐料面形狀探測(cè)問(wèn)題，至今未獲得理想的解決辦法。
由于上述情況設(shè)計(jì)了這套能在短時(shí)間內(nèi)完成高爐全料面連續(xù)探測(cè)精度較高的機(jī)械型料面形狀探測(cè)器。
1.工作原理高爐料面高度和形狀探測(cè)器的原理是一端觸及料面另一端支承並固定在一活動(dòng)軸上的剛性探料桿(觸料點(diǎn)與支承點(diǎn)不在同一垂線上)其空間位置由觸料點(diǎn)和支承點(diǎn)的位置決定。當(dāng)支承點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，探料桿觸點(diǎn)在料面上滑動(dòng)，這時(shí)探料桿在包含高爐中心線的垂直平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀況可用支承點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀況和探料桿相對(duì)于支承點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)狀況來(lái)加以描述。因此通過(guò)測(cè)量探料桿支承點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況和探料桿圍繞支承軸轉(zhuǎn)動(dòng)情況，就可以知道爐內(nèi)料面的形狀和位置。
參看

圖1，通過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)探料桿觸料點(diǎn)到高爐中心線的水平距離X，觸料點(diǎn)高度位置h，與上曲軸旋轉(zhuǎn)角度Q和下曲軸旋轉(zhuǎn)角度α有下列關(guān)系X＝S-lCoS(Q-α)-｜RCoSα｜h＝lSin(Q-α)-RSinα式中S、R、l均為定值，將上述方程存入計(jì)算機(jī)，通過(guò)測(cè)定Q、α角就可得到探料桿觸料端沿料面的運(yùn)動(dòng)軌跡。
2.結(jié)構(gòu)特征其結(jié)構(gòu)特征可以通過(guò)圖2、3加以說(shuō)明。
(參看圖2)料面探測(cè)器為一箱體，通過(guò)料面探測(cè)器側(cè)面的法蘭(6)與焊接在爐頂支圈下的法蘭(7)連結(jié)，從而安裝在爐頂上，探料桿(2)是一根L形的具有一定剛度的耐熱合金鋼桿，其一端始終觸及在料面上，另一端與探料臂(3)上的上曲軸(8)連結(jié)，探料桿只能在高爐中心線所在的垂直平面內(nèi)以上曲軸為中心旋轉(zhuǎn)。
(參看圖3)探料臂(12)內(nèi)部有兩個(gè)空腔，在冷卻油出油腔內(nèi)有一根連桿(10)，這根連桿將上曲軸(9)與下曲軸(14)聯(lián)結(jié)，連桿將上曲軸(9)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，傳給下曲軸(14)，下曲軸(14)在空心軸(24、29)內(nèi)，支承于空心軸(24、29)內(nèi)的軸承(17)上，下曲軸軸承內(nèi)置有兩個(gè)密封橡膠圈(25)使探料臂內(nèi)循環(huán)冷卻油不至外溢，這套裝置的作用是將探料桿(1、11)繞上曲軸(9)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳出，並通過(guò)安裝在下曲軸(14)端頭的齒輪(15)將探料桿(1、11)圍繞上曲軸(9)的旋轉(zhuǎn)角度傳到儀器和控制室。
另外，探料臂支承于空心軸(24、29)上並且，探料臂可以繞空心軸(24、29)中心旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)范圍為180°。空心軸通過(guò)填料密封(21、30)層並用軸承(19、32)支承在探料器殼體(13)上，在探料器殼體外部的空心軸上裝有齒輪(34)，殼體外部的馬達(dá)-減速機(jī)-小齒輪系統(tǒng)，通過(guò)空心軸上的齒輪(34)帶動(dòng)空心軸和探料臂旋轉(zhuǎn)，齒輪(34)還帶動(dòng)角度測(cè)量?jī)x，將空心軸旋轉(zhuǎn)角度信號(hào)傳到操作控制室。
探料器箱尾部設(shè)有吹灰噴氣管，定時(shí)噴入氮?dú)饣蛘羝瑢⑦M(jìn)入探料器箱內(nèi)的揚(yáng)塵吹到爐內(nèi)。
由于探料桿和探料臂在200～400℃溫度下工作。因此，必須進(jìn)行冷卻以保證內(nèi)部軸承和連桿的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。冷卻劑采用工作溫度為300℃的機(jī)油(最好采用冷卻機(jī)油)冷卻劑從空心的下曲軸左端進(jìn)入。在到達(dá)曲軸部位時(shí)，冷卻油從下曲軸軸壁上的孔進(jìn)入探料臂左腔。油沿進(jìn)油腔內(nèi)向上曲軸一端流動(dòng)，並從上曲軸左段油孔流入左探料桿內(nèi)，然后從右探料桿流入探料臂右油腔，最后再由右油腔從下曲軸內(nèi)部流出。流出的油經(jīng)過(guò)冷卻和加壓再循環(huán)。探料臂空腔內(nèi)的油壓最好與爐頂煤氣壓力相等，以減少填料密封層(4.30)兩側(cè)的壓差。由于下曲軸是旋轉(zhuǎn)的。因此進(jìn)油和出油端需用密封體與外部輸油道接通。
為控制探料桿觸料端對(duì)料面的壓力，在下曲軸上安裝有一個(gè)鋼繩卷筒(36)。卷筒上繞有兩根鋼絲繩，其中一根吊有重鉈，調(diào)節(jié)重鉈量可以調(diào)節(jié)探料桿觸頭對(duì)料面的壓力。另一根鋼繩與一拉緊裝置聯(lián)結(jié)，當(dāng)鋼繩被拉緊時(shí)探料桿觸頭可抬起離開料面。
3.工作過(guò)程料面探測(cè)器的工作過(guò)程如下探料前、探料臂處于背離高爐中心的水平位置。探料桿橫臂也處于水平位置，垂直臂處于爐喉鋼磚的凹部槽中，探料時(shí)拉緊裝置將鋼繩拉緊下曲軸卷筒(36)旋轉(zhuǎn)。並通過(guò)下曲軸和上曲軸迫使?fàn)t內(nèi)探料桿觸頭抬高，超過(guò)最高料面高度。並保持在這一高度，然后開動(dòng)使探料臂旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)裝置，使探料臂沿空心軸中心線反時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，這時(shí)探料桿伸向高爐中心，探料桿觸料端到達(dá)高爐中心之后，拉緊裝置松開。這時(shí)探料桿觸料端下降落在中心料面上，再次開動(dòng)探料臂旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置，使探料臂作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)過(guò)程中探料桿觸料端在料面上拖動(dòng)。探料桿的空間位置也隨上曲軸的運(yùn)動(dòng)和料面形狀不斷地改變。在這個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，探料桿觸料端的運(yùn)動(dòng)軌跡就完全反映了爐內(nèi)料面斷面形狀和位置。
這里可以根據(jù)探料過(guò)程中，Qα角的值輸入計(jì)算機(jī)，顯示探料臂觸料端的運(yùn)動(dòng)軌跡。
4.探料器主要部件基本尺寸(參看圖2)4-1探料桿探料桿水平段長(zhǎng)度l＝ (D)/4 +b+10探料桿垂直段長(zhǎng)度應(yīng)大于每批料平均料層厚度。
δ＝0.076D(焦炭)因而H＝0.076D+△h式中△h為料面高度波動(dòng)值，正常生產(chǎn)時(shí)△h在料線高度的10%以內(nèi)。
4-2探料臂探料臂上下曲軸中心距R為R＝ (D)/4 -10
對(duì)于采用溜槽布料的高爐，探料器工作時(shí)溜槽停留的位置應(yīng)避開探料桿運(yùn)動(dòng)空間，對(duì)于大鐘布料的高爐，探料器的安裝位置應(yīng)低一些，以保證探料桿不會(huì)與處于關(guān)閉狀態(tài)的大鐘相碰。
5.精度和工作范圍料面探測(cè)機(jī)構(gòu)中探料桿和探料臂旋轉(zhuǎn)的角度信號(hào)通過(guò)若干組齒輪放大之后輸入角度測(cè)量?jī)x。因此料面探測(cè)器的精度要取決于①曲軸與連桿軸孔之間的間隙;②傳動(dòng)齒輪的運(yùn)動(dòng)精度;③角度測(cè)量?jī)x的精度。
曲軸與連桿軸孔之間的間隙一般在20～70微米。這種間隙條件下造成的角度誤差為0.02～0.08度。
角度測(cè)量的精度一般為±0.2度。
采用中級(jí)制造精度時(shí)每對(duì)齒輪造成的角度誤差一般在0.1度左右。齒輪愈多，總誤差愈大。因而選擇齒輪對(duì)數(shù)必須與角度測(cè)量?jī)x的精度相適應(yīng)，使整個(gè)系統(tǒng)誤差達(dá)到最低。
一般情況下，整個(gè)系統(tǒng)誤差可以控制在1度以內(nèi)。因而觸頭處料面高度誤差小于40毫米。
這種料面形狀探測(cè)器所探測(cè)的高度范圍為探料桿垂直臂的長(zhǎng)度。正常生產(chǎn)對(duì)高爐料面高度波動(dòng)值小于1米，因而，這種探測(cè)器完全可以滿足正常生產(chǎn)時(shí)的料面探測(cè)。
為滿足非正常條件的料面高度探測(cè)，應(yīng)備有重鉈式探尺。
6)壽命和修理整個(gè)探料器主要傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在良好的冷卻和潤(rùn)滑狀態(tài)下工作。因此壽命較長(zhǎng)，主要磨損部位就是探料桿觸料端頭和上曲軸密封以及探料臂空心軸密封。
增長(zhǎng)觸料頭壽命的方法有①觸頭腳板采用耐磨金屬板如堆焊硬質(zhì)合金或采用高鉻鑄鐵;②把觸頭對(duì)料面的壓力控制在適當(dāng)?shù)牧可稀?br> 上曲軸的填料密封，采用耐溫度為1600℃的柔性石墨或機(jī)械密封，並使力臂油腔油壓與爐氣壓力均衡。這樣填料密封的壽命可達(dá)4年以上。
空心軸填料密封也采用柔性石墨、或機(jī)械密封。
空心軸和上曲軸填料密封的更換可以在高爐小修時(shí)更換。
整臺(tái)探測(cè)器可以在高爐小修時(shí)更換，更換時(shí)間只需2小時(shí)。
7)主要優(yōu)點(diǎn)①設(shè)備簡(jiǎn)單、便于制造、維修、本探料器無(wú)復(fù)雜結(jié)構(gòu)，原理簡(jiǎn)單因而制造容易，調(diào)試方便，使用方便，工作可靠。
維修方便②可以連續(xù)探測(cè)整個(gè)料面形狀③探料時(shí)間在40秒以內(nèi)④探料精度可達(dá)到30～40mm該探測(cè)器連續(xù)測(cè)定料面各點(diǎn)位置。對(duì)高爐操作提供最重要的依據(jù)和強(qiáng)有力的手段。
圖1符號(hào)意義PG最高料面高度水平線NP高爐中心線A探料桿觸料點(diǎn)B上曲軸中心EF探料時(shí)B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡R上曲軸與下曲軸中心距PO高爐中心到下曲軸中心之間的距離用S代表AB探料桿觸料點(diǎn)到上曲軸中心的連線OP水平線α上下曲軸中心連線與OP射線的夾角Q為AB延長(zhǎng)線與OB的夾角h探料桿觸點(diǎn)到PO水平線的垂直距離x探料桿觸料點(diǎn)到高爐中心的水平距離圖2序號(hào)名稱序號(hào)名稱1布料溜槽4探料器殼體2探料桿5吹掃管3探料臂6探料器法蘭7爐頂支承法蘭8上曲軸
權(quán)利要求
1.一種用于探測(cè)高爐料面形狀的裝置，其特征在于使一剛性物件在高爐料面上部的包含高爐中心線的垂直平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，物件的一端觸及料面，並在高爐中心到爐壁之間沿爐料表面滑動(dòng)，通過(guò)測(cè)定運(yùn)動(dòng)過(guò)程中剛性物件的位置變化來(lái)測(cè)定高爐料面的形狀。
2.如權(quán)利要求1所述，剛性物件可為一根探料桿，探料時(shí)其一端壓在料面上另一端支承並固定于探料臂的上曲軸。探料臂能在包含高爐中心線的垂直平面內(nèi)繞其下曲軸旋轉(zhuǎn)(上曲軸中心線均水平)，探料臂旋轉(zhuǎn)時(shí)，使探料桿觸料端沿料面滑動(dòng)，這樣上曲軸的位置和探料桿圍繞上曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度則反映了探料桿的位置變化和觸料端的運(yùn)動(dòng)軌跡。
3.如權(quán)利要求2所述，探料桿圍繞上曲軸旋轉(zhuǎn)角度是通過(guò)曲軸連桿傳到下曲軸，然后由下曲軸傳到角度測(cè)量?jī)x上。
4.如權(quán)利要求2所述，探料臂支承在與下曲軸同心的空心軸上，空心軸上裝有驅(qū)動(dòng)探料臂旋轉(zhuǎn)的齒輪，空心軸的轉(zhuǎn)角反映探料臂的旋轉(zhuǎn)情況以及上曲軸的空間位置。
5.如權(quán)利要求2所述為保證探料臂、軸承、連桿探料桿的冷卻，探料桿內(nèi)有通油管，探料臂為兩室空腔，上下曲軸均為空心軸。冷卻油從下曲軸流入探料臂空腔I內(nèi)，再由上曲軸油路流到探料桿油管，然后再由上曲軸的另一端油路流入探料臂空腔2，最后經(jīng)下曲軸排出到循環(huán)系統(tǒng)。
6.如權(quán)利要求2所述，在下曲軸上安裝有一個(gè)鋼繩卷筒，卷筒上繞有兩根鋼絲繩。其中一根吊有重鉈，調(diào)節(jié)重鉈量可以調(diào)節(jié)探料桿觸頭對(duì)料面的壓力。另一根鋼繩與一拉緊裝置聯(lián)結(jié)，當(dāng)鋼繩被拉緊時(shí)探料桿觸料端可抬起離開料面。
全文摘要
為測(cè)定高爐料面的形狀，采用一端觸及料面另一端支承在一活動(dòng)軸的剛性探料桿，當(dāng)支承點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，探料桿觸料端在料面上滑動(dòng)。通過(guò)測(cè)量探料桿支承點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況和探料桿圍繞支承軸旋轉(zhuǎn)的情況，就測(cè)出了爐內(nèi)料面的形狀。這種機(jī)械型料面測(cè)定裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造、維護(hù)、使用方便，工作可靠，探料精度可達(dá)到30-40mm，一次探料可在60秒鐘以內(nèi)完成。
文檔編號(hào)G01B5/20GK1042944SQ88108209
公開日1990年6月13日 申請(qǐng)日期1988年11月26日 優(yōu)先權(quán)日1988年11月26日
發(fā)明者周南夫 申請(qǐng)人:周南夫