用于測(cè)定鼓風(fēng)爐中物料分布的方法和探測(cè)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種用于測(cè)量鼓風(fēng)爐的配料內(nèi)的物料分布的測(cè)量探測(cè)器。該測(cè)量探測(cè)器包括具有發(fā)射器線圈和接收器線圈的傳感器，該傳感器受保護(hù)殼體的保護(hù)以免受高溫和磨損。將交流電施加到發(fā)射初級(jí)交變磁場(chǎng)的發(fā)射器線圈，該初級(jí)交變磁場(chǎng)在初級(jí)交變磁場(chǎng)內(nèi)的配料的任何導(dǎo)電性物料中感應(yīng)出渦電流。該渦電流產(chǎn)生次級(jí)交變磁場(chǎng)，并且接收器線圈測(cè)量由初級(jí)交變磁場(chǎng)和次級(jí)交變磁場(chǎng)產(chǎn)生的電流。通過(guò)估算和控制單元來(lái)估算所測(cè)量的電流。該電流表示鼓風(fēng)爐的配料內(nèi)的物料分布。
【專利說(shuō)明】
用于測(cè)定鼓風(fēng)爐中物料分布的方法和探測(cè)器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ] 本發(fā)明大體上涉及一種用于測(cè)定鼓風(fēng)爐(blast furnace)內(nèi)配料(burden)中物料分布的設(shè)備和方法。更具體地，本發(fā)明涉及用于在不直接接觸測(cè)量設(shè)備的情況下基于配料的電導(dǎo)率(electrical conductivity)測(cè)定鼓風(fēng)爐的配料中的物料分布的設(shè)備和方法。
【背景技術(shù)】
[0002 ]本領(lǐng)域中已知用于測(cè)定鼓風(fēng)爐中物料分布的不同的方法和設(shè)備。鼓風(fēng)爐中物料分布的測(cè)定是各種配料物料(例如焦炭和鐵礦石物料)的徑向分布的定量分析。由于鼓風(fēng)爐是逆流反應(yīng)器，所以氣體滲透性對(duì)于該過(guò)程是重要的。為了影響氣體滲透性，不是裝填(charge，裝填、填充)配料的均勻混合物，而是裝填焦炭和鐵礦石物料的不同層的界限分明的組合(we11-def ined scheme)。由于物料分布的測(cè)定，所以可測(cè)定鼓風(fēng)爐中物料層的形狀和厚度，并且如果必要可對(duì)其進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化以提高鼓風(fēng)爐的性能。
[0003]已知用于測(cè)定鼓風(fēng)爐中層的結(jié)構(gòu)的多種方法。最常用的方法是雷達(dá)輪廓測(cè)定儀(profilometer)，其在每種物料層的裝填后測(cè)量配料表面的形狀。該測(cè)量限于配料表面，并因此沒(méi)有記錄在配料表面下面和在裝填期間發(fā)生的動(dòng)態(tài)效應(yīng)(dynamic effect)。監(jiān)管配料氣體滲透性的可替換方法是在配料表面的上方或下方測(cè)量徑向溫度和氣體分布輪廓。雖然這種方法直接導(dǎo)致了最終的結(jié)果，該結(jié)果是徑向氣體滲透性分布和中央煙囪的尺寸，但是因?yàn)闆](méi)有測(cè)定不同層的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，所以基于該測(cè)量的裝填優(yōu)化是困難的。
[0004]JP2007-155570提出了一種不同的方法。鑒于測(cè)量鼓風(fēng)爐內(nèi)物料的分布的困難，JP2007-155570提出了在將物料從料斗加入鼓風(fēng)爐期間測(cè)定裝填的物料的相對(duì)量。該測(cè)量方法的特征是，將電磁性質(zhì)不同的物質(zhì)的混合物置于施加有交流電的空心線圈的內(nèi)側(cè)，或者使該混合物穿過(guò)該線圈的軸線方向。測(cè)量由該線圈產(chǎn)生的輸出電壓，并基于該輸出電壓來(lái)測(cè)定該混合物內(nèi)的物質(zhì)的混合比率。
[0005]在相同的軸向方向上布置勵(lì)磁線圈和測(cè)量線圈，然后將該混合物置于線圈的內(nèi)側(cè)或使該混合物穿過(guò)線圈的軸向方向，測(cè)量由該測(cè)量線圈產(chǎn)生的輸出電壓。通過(guò)提前測(cè)量該物質(zhì)的質(zhì)量與由該線圈所產(chǎn)生的輸出電壓之間的關(guān)系來(lái)獲得校準(zhǔn)曲線，基于該校準(zhǔn)曲線來(lái)計(jì)算該混合物內(nèi)的物質(zhì)的混合比率。
[0006]雖然這樣的方法和設(shè)備可能有助于在將物料加入鼓風(fēng)爐期間測(cè)定不同物料的相對(duì)量，然而在已經(jīng)裝填物料之后，該方法不能用于精確地測(cè)定物料在鼓風(fēng)爐的配料內(nèi)如何分布。事實(shí)上，由于物料具有不同的密度和/或粒度，在裝填操作期間物料可分離(segregate，分開、隔離)。在配料層的形成期間相互作用的物理現(xiàn)象是物料在配料表面上的滾動(dòng)、由沖擊力所引起的較低層中的物料的滲透、由上升的過(guò)程氣體所引起的物料的攪拌以及與先前裝填的物料的混合。此外，由于鼓風(fēng)爐內(nèi)的配料不是靜止的而是向下移動(dòng)并部分地被消耗，所以該配料的表面輪廓和所形成的層的形狀隨時(shí)間變化。
[0007]在EPI 029 085中已提出了一種測(cè)定鼓風(fēng)爐中的層的結(jié)構(gòu)的更適當(dāng)?shù)慕鉀Q方案。重復(fù)地將探測(cè)器(probe)水平地插入鼓風(fēng)爐中配料表面的下面。布置在探測(cè)器頂端的物料檢測(cè)傳感器指示焦炭或鐵礦石物料的存在。通過(guò)探測(cè)器的快速水平移動(dòng)和較慢的豎直配料下降速度的組合，獲得物料分布的圖像。
[0008]基于該配料物料的可測(cè)量的物理特性，該物料檢測(cè)傳感器指示該配料物料的類型。在本領(lǐng)域中許多方法可用于鼓風(fēng)爐。
[0009]第一實(shí)例是磁導(dǎo)率。礦樣物料(ore-1ike burden，類似礦石的物料)的磁導(dǎo)率是高的，而焦炭具有類似于空氣的磁導(dǎo)率的低磁導(dǎo)率。已經(jīng)開發(fā)了多種方法來(lái)測(cè)定鼓風(fēng)爐中的物料的磁導(dǎo)率以得出物料分布方面的結(jié)論。在GB 2 205 162中，單個(gè)線圈移動(dòng)通過(guò)鼓風(fēng)爐內(nèi)的管道以測(cè)量物料的磁導(dǎo)率。在傳感器線圈中測(cè)量該線圈的自感應(yīng)。在所述線圈的磁場(chǎng)線內(nèi)存在磁可穿透物料的情況下此值增加，并且如果此值增加，則檢測(cè)到礦石。在DE 26 55297中，永久磁體與磁場(chǎng)傳感器對(duì)準(zhǔn)并安裝在鼓風(fēng)爐中。如果磁可穿透物料在永久磁鐵的場(chǎng)力線內(nèi)，則磁通量增加。如果磁場(chǎng)傳感器指示了磁通量的這種增加，則檢測(cè)到礦石。
[0010]關(guān)于物料分布測(cè)量中磁導(dǎo)率的問(wèn)題(諸如DE26 55 297)是，存在大的溫度范圍，通常是從靠近鼓風(fēng)爐壁的100°c至鼓風(fēng)爐中央的900°C或以上。在此溫度下，當(dāng)該物料溫度超過(guò)居里點(diǎn)時(shí)鐵礦石的磁導(dǎo)率消失。對(duì)于鐵礦石III(Fe2O3),居里點(diǎn)是在675°C，以及對(duì)于鐵礦石I1-1II(Fe3O4)居里點(diǎn)是在585°C。因此，用來(lái)區(qū)分物料的特性消失了。磁導(dǎo)率不能用于測(cè)量鼓風(fēng)爐中溫度范圍在居里點(diǎn)附近且特別是居里點(diǎn)以上的物料分布。
[0011]用于測(cè)定配料類型的特性的第二實(shí)例是鐵礦石的剩余磁性。在DE26 37 275中，產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)以激發(fā)礦石的自磁性(self-magnetism)。然后，關(guān)閉此場(chǎng)，并且感測(cè)設(shè)備可通過(guò)剩余磁場(chǎng)來(lái)檢測(cè)礦石。然而，出現(xiàn)了與之前一樣的問(wèn)題，當(dāng)在居里點(diǎn)以上時(shí)，礦石的自磁性也消失了。
[0012]第三實(shí)例是礦石的雷達(dá)波吸收，如在EPO 101 219中提出的。礦石的雷達(dá)波吸收高于焦炭的雷達(dá)波吸收。用于發(fā)射雷達(dá)波的雷達(dá)波天線和用于接收雷達(dá)波的雷達(dá)波天線布置在鼓風(fēng)爐內(nèi)?；诶走_(dá)波的反射和吸收來(lái)鑒定位于雷達(dá)波天線之間的物料。基于雷達(dá)測(cè)量的缺點(diǎn)是，雷達(dá)設(shè)備(特別是波導(dǎo)和天線部件)相當(dāng)易損壞，以及在配料下面的探測(cè)器的安裝在技術(shù)上非常成問(wèn)題。
[0013]第四實(shí)例是基于焦炭和鐵礦石的電導(dǎo)率，如在EP I 029 085和在DE 31 05 380中所描述的。由于已知焦炭的電導(dǎo)率在1300°C以及更高的溫度下依然存在，所以電導(dǎo)率是優(yōu)選的方法。
[0014]目前，通過(guò)將探測(cè)器水平地插入鼓風(fēng)爐來(lái)測(cè)量物料分布(如在EPl029 085中所描述的)。兩個(gè)電極布置在探測(cè)器的頂端上或探測(cè)器的頂端附近，這兩個(gè)電極通過(guò)隔離器相互隔離并借助于電氣測(cè)量電路(electric measuring circuit)彼此連接。當(dāng)傳感器的頂端插入鼓風(fēng)爐中時(shí)，該電氣測(cè)量電路測(cè)定電路的信號(hào)量。該信號(hào)量取決于在鼓風(fēng)爐中的傳感器周圍的配料物料的電導(dǎo)率。當(dāng)電極通過(guò)傳導(dǎo)性物料的層連接時(shí)電路閉合。當(dāng)傳感器的頂端穿過(guò)非傳導(dǎo)性物料的層時(shí)電極不連接。由于傳導(dǎo)性物料和非傳導(dǎo)性物料的測(cè)量結(jié)果之間的差異，該探測(cè)器能夠測(cè)定附近存在哪種物料。
[0015]然而，當(dāng)將探測(cè)器插入鼓風(fēng)爐中時(shí)，在隔離器上不可避免地形成積塵(灰塵沉積物，dust deposit)。這些積塵是導(dǎo)電的，且在電極之間形成短路，從而不可能做出準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。由于高量的焦炭、高氣體速度以及可能由于附加燃料顆粒噴射，所以在鼓風(fēng)爐中總是存在灰塵，解決方法是使用軟陶瓷作為隔離器。這些陶瓷隔離器具有一定的磨損率，因而當(dāng)進(jìn)行測(cè)量時(shí)沒(méi)有形成積塵。事實(shí)上，由于鼓風(fēng)爐中的配料是熱的且為磨損性的，在每次進(jìn)行測(cè)量時(shí)，在探測(cè)器引入和收回時(shí)隔離器與配料的摩擦使得隔離器磨損，并因此不形成積塵。一定數(shù)量的測(cè)量之后，至少隔離器必須更換。這導(dǎo)致更高的成本和對(duì)常規(guī)維護(hù)的需要。
[0016]因此需要一種更有效的方法或設(shè)備以在已將物料裝入鼓風(fēng)爐之后測(cè)量鼓風(fēng)爐的配料內(nèi)的物料分布。
[0017]技術(shù)問(wèn)題
[0018]本發(fā)明的目的是提供用于在任何溫度下測(cè)定鼓風(fēng)爐中的配料中的已裝填的物料的物料分布的方法和探測(cè)器。
[0019]通過(guò)如在權(quán)利要求1中要求保護(hù)的方法以及通過(guò)如在權(quán)利要求11中要求保護(hù)的探測(cè)器來(lái)實(shí)現(xiàn)此目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]為了實(shí)現(xiàn)此目的，本發(fā)明提供了一種測(cè)量探測(cè)器，用于通過(guò)將探測(cè)器插入鼓風(fēng)爐內(nèi)的配料中而不直接接觸來(lái)測(cè)定鼓風(fēng)爐中的配料中的物料分布。
[0021]該測(cè)量探測(cè)器包括:
[0022]-至少一個(gè)傳感器，所述傳感器包括:
[0023]ο具有發(fā)射表面的發(fā)射器線圈(transmitter coil，發(fā)射線圈)。
[0024]ο具有接收表面的接收器線圈(receiver coil，接收線圈)。
[0025]-保護(hù)殼體，傳感器容納于該保護(hù)殼體中，且該保護(hù)殼體保護(hù)發(fā)射器線圈和接收器線圈免受高溫和磨損。
[0026]-交流電電源，將交流電施加到發(fā)射器線圈。
[0027]-發(fā)射器線圈發(fā)射初級(jí)交變磁場(chǎng)，該初級(jí)交變磁場(chǎng)在配料的任意導(dǎo)電性物料中感應(yīng)出禍電流(eddy current)。該禍電流產(chǎn)生次級(jí)交變磁場(chǎng)，并且接收器線圈測(cè)量由初級(jí)交變磁場(chǎng)和次級(jí)交變磁場(chǎng)產(chǎn)生的電流。
[0028]-估算和控制單元(controland evaluat1n unit)，用于估算測(cè)得的電流，其中該電流指示鼓風(fēng)爐內(nèi)配料的物料分布。
[0029]因?yàn)樵摐y(cè)量是基于電導(dǎo)率的，所以探測(cè)器可以在物料的任何溫度(在居里點(diǎn)以上、在居里點(diǎn)之下或在居里點(diǎn))可以說(shuō)實(shí)時(shí)地測(cè)定鼓風(fēng)爐的配料內(nèi)的物料分布。與物料的磁導(dǎo)率相反，電導(dǎo)率是鼓風(fēng)爐內(nèi)的溫度的整個(gè)范圍內(nèi)均可靠的合適特性。
[0030]得益于所感應(yīng)的渦電流的檢測(cè)，該傳感器可在不直接接觸配料的情況下測(cè)定物料分布。因?yàn)閭鞲衅髦糜诒Ｗo(hù)殼體內(nèi)，所以該傳感器受到保護(hù)以免受高溫和磨損。因此該傳感器不直接遭受惡劣的鼓風(fēng)爐條件，并從而耐用更久。影響使用壽命的主要因素是大量的灰塵、化學(xué)反應(yīng)性和腐蝕性氣氛、極度高溫以及來(lái)自配料的導(dǎo)致磨損或破壞的力。因此與EP I029 085中所述的現(xiàn)有技術(shù)的傳感器相比，該測(cè)量探測(cè)器的使用壽命增加。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量探測(cè)器對(duì)灰塵(特別是對(duì)于傳感器前面的保護(hù)殼體上的積塵)是不敏感的?；覊m顆粒僅引起了非常弱的、幾乎不可檢測(cè)的渦電流，該渦電流不會(huì)干擾該測(cè)量結(jié)果。為了除去積塵而磨損的解決方案(而這對(duì)實(shí)施EP I 029 085是必要的)將不再需要。
[0032]此外，與JP2007-155570相反，該物料不穿過(guò)空心線圈的內(nèi)側(cè)。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，該傳感器可直接應(yīng)用在保護(hù)殼體的內(nèi)部上?？商鎿Q地，該傳感器可以應(yīng)用在支撐物或支撐層上，所述支撐物或支撐層應(yīng)用在保護(hù)殼體的內(nèi)側(cè)上。在這種情況下，該傳感器布置在該保護(hù)殼體和支撐層之間。該支撐物必須是耐高溫的，并且必須是不導(dǎo)電的，諸如例如皂石(soapstone)或云母。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述保護(hù)殼體包括不導(dǎo)電的陶瓷材料。從而足夠好地保護(hù)了該傳感器免受鼓風(fēng)爐內(nèi)的高溫和磨損。使用具有厚度在10至25mm之間的范圍內(nèi)的保護(hù)殼體來(lái)獲得好的測(cè)量結(jié)果。該殼體優(yōu)選為環(huán)形圓筒。
[0034]該發(fā)射器線圈和接收器線圈優(yōu)選地布置成使得該發(fā)射器線圈的磁通量與該接收器線圈的磁通量是同心的。
[0035]有可能的是，在該探測(cè)器的頂端布置多個(gè)傳感器。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，該線圈被設(shè)計(jì)成使得它們的磁場(chǎng)只是稍微地干擾。然后多個(gè)獨(dú)立的傳感器可以布置在同一保護(hù)殼體內(nèi)的探測(cè)器的頂端。這大大提高了物料分布測(cè)定的分辨率。此外，這樣的多傳感器的布置降低了如在現(xiàn)有技術(shù)中所要求的對(duì)該探測(cè)器的快速水平速度的要求。
[0036]如在EPI 029 085中所用的接觸電極必須足夠強(qiáng)以承受鼓風(fēng)爐配料力。因此，探測(cè)器上的電極是暴露于熱配料的結(jié)實(shí)(massive，厚重)鋼環(huán)。僅一個(gè)測(cè)量傳感器可以置于探測(cè)器頂端。因?yàn)橹挥幸粋€(gè)測(cè)量信號(hào)是可用的，這導(dǎo)致了對(duì)測(cè)量分辨率的限制以及對(duì)該探測(cè)器的高水平速度的要求。
[0037]有利地，發(fā)射器線圈具有I至20cm2的范圍內(nèi)的發(fā)射表面。該發(fā)射表面的尺寸通過(guò)使得將在配料中激發(fā)渦電流的磁場(chǎng)成形來(lái)限定測(cè)量點(diǎn)。發(fā)射表面越大，則測(cè)量點(diǎn)將越大。
[0038]優(yōu)選地，該接收器線圈具有5至50cm2的范圍內(nèi)的接收器表面。由于所接收的信號(hào)受初級(jí)磁場(chǎng)的影響較少而受來(lái)自渦電流的次級(jí)磁場(chǎng)的影響較大，所以較大的尺寸將增加信號(hào)強(qiáng)度。
[0039]有利地，將具有0.5至5MHz之間的頻率和I至1mA之間的強(qiáng)度的交流電施加到發(fā)射器線圈。將該頻率選擇得足夠高以使得在焦炭中產(chǎn)生足夠的渦電流，公知的是該渦電流在300°C下具有2-6Ω.cm的電阻率以及在1300°C下具有0.5-2Ω.cm的電阻率。在這個(gè)頻率范圍內(nèi)，可以使用相當(dāng)長(zhǎng)的電纜將發(fā)射器線圈的信號(hào)發(fā)射到控制單元。對(duì)于高于5MHz的頻率，由發(fā)射器線圈所產(chǎn)生的信號(hào)可能無(wú)法通過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)的電纜可靠地發(fā)射到電子控制單元。
[0040]將該強(qiáng)度選擇得足夠高以用于合理的信噪比。高于1mA的強(qiáng)度可以被看作安全風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)樵趥鞲衅鞴收系那闆r下理論上該強(qiáng)度可能引起電火花。
[0041]發(fā)射器線圈和接收器線圈優(yōu)選為圓形或矩形的形狀。然而本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠根據(jù)他的需要使發(fā)射器線圈和接收器線圈成形。
[0042]探測(cè)器可以相對(duì)于鼓風(fēng)爐殼體在水平方向上移動(dòng)地布置，使得該探測(cè)器被插入鼓風(fēng)爐以測(cè)定鼓風(fēng)爐中的物料分布。由于該可移動(dòng)的布置，通過(guò)改變布置在鼓風(fēng)爐中的探測(cè)器的位置可以在鼓風(fēng)爐中不同水平位置處測(cè)定該物料分布，如在EP I 029 085中所述。該水平行進(jìn)速度優(yōu)選地大于配料降落速度以使得通過(guò)在重復(fù)移動(dòng)期間收集數(shù)據(jù)可以測(cè)量配料的組成(即徑向物料分布)。
[0043]在另一實(shí)施例中，將該探測(cè)器固定地布置在鼓風(fēng)爐內(nèi)的鼓風(fēng)爐殼體上，且位于配料的頂部表面的下面。該探測(cè)器優(yōu)選地在離鼓風(fēng)爐壁不遠(yuǎn)處，并且該探測(cè)器設(shè)置可與DE3105 380中所述的“citoblock”系統(tǒng)中的類似。然后這樣的探測(cè)器可以測(cè)量鼓風(fēng)爐內(nèi)固定半徑處的物料的實(shí)時(shí)演變。目標(biāo)是獲得在一個(gè)徑向位置處的隨時(shí)間而變的量和物料類型(即物料分布)。
[0044]根據(jù)另一方面，本發(fā)明還涉及一種用于測(cè)定鼓風(fēng)爐中配料內(nèi)的物料分布的方法。該方法包括以下步驟:
[0045]-將測(cè)量探測(cè)器插入鼓風(fēng)爐的配料中。該測(cè)量探測(cè)器具有傳感器，該傳感器具有接收器線圈和發(fā)射器線圈，所述傳感器容納在保護(hù)殼體內(nèi)，
[0046]-將交流電施加到發(fā)射器線圈，以使得由發(fā)射器線圈產(chǎn)生初級(jí)交變磁場(chǎng)。該初級(jí)交變磁場(chǎng)在配料的物料中感應(yīng)出渦電流。該渦電流產(chǎn)生次級(jí)交變磁場(chǎng)。
[0047]-通過(guò)接收器線圈測(cè)量由初級(jí)交變磁場(chǎng)和次級(jí)交變磁場(chǎng)產(chǎn)生的電流。
[0048]-基于接收器線圈中的電流來(lái)估算配料的物料分布。
[0049]優(yōu)選地，該電流的估算用于控制鼓風(fēng)爐的分配器斜槽。結(jié)果，基于由根據(jù)本發(fā)明的方法或設(shè)備而進(jìn)行的測(cè)量可以調(diào)整物料的裝填。
[0050]因此該探測(cè)器和方法允許測(cè)定徑向物料分布和/或配料層的形狀、大小和組成。
[0051]指示物料類型的信號(hào)(即通過(guò)接收器線圈測(cè)量的由初級(jí)交變磁場(chǎng)和次級(jí)交變磁場(chǎng)產(chǎn)生的電流)優(yōu)選地使用模型進(jìn)行處理。通過(guò)收集在半徑(隨探測(cè)器的水平移動(dòng)而來(lái)的X軸，或者低成本固定的探測(cè)器的一個(gè)固定的X點(diǎn))上和在時(shí)間(隨豎直向下移動(dòng)的配料降落而來(lái)的y軸)上的數(shù)據(jù)，測(cè)量了配料分布(就定位在配料柱內(nèi)的物料而言)。如在下面更詳細(xì)描述的模型結(jié)果用于理解和優(yōu)化鼓風(fēng)爐過(guò)程，并且如有必要，用于調(diào)節(jié)裝填斜槽(chargingchute)的物料分布方案。
【附圖說(shuō)明】
[0052]參照所附的附圖從非限制性的實(shí)施例的以下詳細(xì)描述中，本發(fā)明的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見的，附圖中:
[0053]圖1是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的測(cè)量探測(cè)器的示意圖；
[0054]圖2是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的多個(gè)傳感器的布置的示意圖(側(cè)剖圖)；
[0055]圖3是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的測(cè)量的磁通量的示意圖；
[0056]圖4是當(dāng)傳導(dǎo)性物體接近探測(cè)器時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的測(cè)量的改進(jìn)(modified，修正)磁通量的示意圖；
[0057]圖5是在室溫下存在多種典型的鼓風(fēng)爐物料的情況下傳感器的接收器信號(hào)強(qiáng)度；
[0058]圖6是具有兩個(gè)探測(cè)器的鼓風(fēng)爐的示意圖，所述兩個(gè)探測(cè)器為一個(gè)可移動(dòng)的探測(cè)器和一個(gè)固定的探測(cè)器，每個(gè)探測(cè)器配有傳感器以測(cè)定物料分布；
[0059]圖7是鼓風(fēng)爐中已測(cè)定的物料分布的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0060]圖1中示出了根據(jù)本發(fā)明的特別優(yōu)選的實(shí)施例的測(cè)量探測(cè)器2的示意性布置。測(cè)量探測(cè)器2可以通過(guò)鼓風(fēng)爐中的配料物料的電導(dǎo)率來(lái)測(cè)量該配料物料的物料類型，而無(wú)需在傳感器(即發(fā)射器線圈4和接收器線圈6)與配料物料14之間直接接觸。在水平的和/或豎直的維度上的許多測(cè)量允許測(cè)定鼓風(fēng)爐的配料中的物料分布。
[0061]保護(hù)殼體8由能經(jīng)受極端條件(特別是溫度變化和來(lái)自鼓風(fēng)爐中的配料以及摩擦的力)的陶瓷材料制成。保護(hù)殼體8的厚度在10和25mm之間的范圍內(nèi)。由于陶瓷材料比鼓風(fēng)爐配料堅(jiān)硬，所以在長(zhǎng)期操作時(shí)間中該保護(hù)殼體可以經(jīng)受磨損。由于在操作鼓風(fēng)爐時(shí)進(jìn)行測(cè)量，所以當(dāng)探測(cè)器插入配料或穿越配料移動(dòng)時(shí)該陶瓷保護(hù)殼體8保護(hù)發(fā)射器線圈4和接收器線圈6免于損壞。
[0062]測(cè)量探測(cè)器2包括發(fā)射器線圈4和接收器線圈6。在操作中，發(fā)射器線圈4產(chǎn)生了初級(jí)交變磁場(chǎng)，并且接收器線圈6接收交變磁場(chǎng)。發(fā)射器線圈4和接收器線圈6直接布置在保護(hù)殼體8上。該探測(cè)器如果是可移動(dòng)的探測(cè)器的話則具有約5m的長(zhǎng)度，以及如果是固定的探測(cè)器的話則具有約Im的長(zhǎng)度。傳感器布置在探測(cè)器的頂端附近，以使得該傳感器可以被插入鼓風(fēng)爐。通過(guò)導(dǎo)電線(未示出)將發(fā)射器線圈4和接收器線圈6電連接到位于鼓風(fēng)爐之外的估算和控制單元10。
[0063]當(dāng)從上方觀察圖1中的測(cè)量探測(cè)器2時(shí)，發(fā)射器線圈4和接收器線圈6具有環(huán)形形狀，并通過(guò)保護(hù)殼體8與配料物料14隔開。發(fā)射器線圈4和接收器線圈6被布置成使得它們的磁場(chǎng)是同心的。發(fā)射器線圈4的表面(surface，表面面積)在I至20cm2之間，以及接收器線圈6的表面在5至50cm2之間。因此這兩個(gè)線圈的表面的比率(發(fā)射器表面:接收器表面)在1:1和1:50之間。
[0064]待測(cè)量的物料的測(cè)量范圍(S卩，體積)可通過(guò)改變一些用于產(chǎn)生和接收交變磁場(chǎng)的參數(shù)來(lái)進(jìn)行調(diào)整。施加到發(fā)射器線圈4的信號(hào)的頻率可以增加或減少，和/或發(fā)射器線圈4和/或接收器線圈6的表面可以增加或減少。交變磁場(chǎng)的測(cè)量體積可以相應(yīng)地減少、增大或成形。在本發(fā)明的這個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施例中，待測(cè)量的體積大致相當(dāng)于橢圓形半球。
[0065]接收器線圈6的表面被選擇成使得能夠通過(guò)布置在配料物料14和測(cè)量傳感器之間的保護(hù)殼體來(lái)測(cè)定配料的物料分布。由保護(hù)殼體的厚度來(lái)決定配料物料14與線圈4、6之間的最小距離。如果靈敏度不符合要求，則接收器線圈6的表面必須增大或該殼體厚度減少。
[0066]為了提高鼓風(fēng)爐中物料分布的測(cè)定，多個(gè)傳感器可以并排布置在探測(cè)器的頂端附近。因?yàn)闇u電流僅是局部效應(yīng)，所以如果該系統(tǒng)設(shè)計(jì)適當(dāng)則它們不會(huì)干擾由其他線圈104a、104b、104c或者104d所感應(yīng)的渦電流。同時(shí)在多個(gè)位置檢測(cè)物料類型，以便增加局部分辨率。結(jié)果，可根據(jù)需要來(lái)增加和設(shè)計(jì)測(cè)量信號(hào)的數(shù)量和測(cè)量分辨率。在圖2中，保護(hù)殼體8是環(huán)形圓筒，四個(gè)傳感器布置在環(huán)形圓筒中。每個(gè)單獨(dú)的傳感器的測(cè)量體積覆蓋圓筒圓周的約四分之一。在此具體實(shí)施例中，如果將環(huán)形圓筒安裝在水平探測(cè)器的頂端，則在頂部有一個(gè)測(cè)量點(diǎn)，在中心有兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)，以及在底部有一個(gè)測(cè)量點(diǎn)。在三個(gè)不同的豎直位置處檢測(cè)物料類型，導(dǎo)致與僅具有一個(gè)測(cè)量傳感器的探測(cè)器相比高出三倍的測(cè)量豎直分辨率。
[0067]圖2中的發(fā)射器線圈104a、104b、104c和圖104d與圖1中的發(fā)射器線圈4操作地連接到如圖1中所例示的交流電電源12。在操作中，如在圖3和圖4中所示的施加到發(fā)射器線圈的交流電發(fā)射出初級(jí)交變磁場(chǎng)16。為了得到準(zhǔn)確的測(cè)量和良好的結(jié)果，施加了具有約2MHz頻率和5mA強(qiáng)度的交流電。
[0068]在圖3中，在初級(jí)交變磁場(chǎng)16的范圍內(nèi)沒(méi)有引入傳導(dǎo)性物料，在傳導(dǎo)性物料中沒(méi)有感應(yīng)出渦電流，并且沒(méi)有產(chǎn)生次級(jí)交變磁場(chǎng)。傳導(dǎo)性物體必須在初級(jí)交變磁場(chǎng)16的范圍內(nèi)后才能夠測(cè)量出傳導(dǎo)性物料的電阻。此外，通過(guò)發(fā)射器線圈4的尺寸和形狀來(lái)限定初級(jí)交變磁場(chǎng)16。
[0069]在圖4中，配料物料14被引入初級(jí)交變磁場(chǎng)16中。在圖5中該初級(jí)交變磁場(chǎng)16在配料物料14中感應(yīng)出渦電流18。該感應(yīng)的渦電流18產(chǎn)生了次級(jí)交變磁場(chǎng)20。估算和控制單元10基于由接收器線圈6所測(cè)量的初級(jí)交變磁場(chǎng)16和次級(jí)交變磁場(chǎng)20計(jì)算測(cè)量。接收器線圈6中的電流的強(qiáng)度表示配料物料14的電阻。
[0070]在圖5中示出了接收器線圈的電流輸出。如果配料物料14是礦石，或者如果不存在配料物料，則接收器線圈6中所測(cè)量的電流高于或等于5mA。當(dāng)焦炭位于初級(jí)交變磁場(chǎng)內(nèi)時(shí)，接收器線圈中的電流在5mA之下，通常比不存在配料物料的值低約10%，因此低至4.5mA。
[0071]為了檢測(cè)物料類型，將接收器線圈的電流與閾值24進(jìn)行比較。在本發(fā)明的這個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施例中，將閾值24設(shè)置為4.9mA。本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠根據(jù)需要來(lái)調(diào)節(jié)閾值24。這通常是在校準(zhǔn)過(guò)程中進(jìn)行的。為了校準(zhǔn)測(cè)量探測(cè)器，當(dāng)沒(méi)有傳導(dǎo)性物體但有焦炭灰塵存在于初級(jí)交變磁場(chǎng)16中時(shí)，將AC電流施加到交變的發(fā)射器線圈4。這導(dǎo)致了校準(zhǔn)值22 ο將該閾值24限定為較低一點(diǎn)以將測(cè)量噪聲考慮在內(nèi)并防止灰塵的影響。在接收器線圈中低于該閾值24的電流中的每個(gè)變化均表示初級(jí)交變磁場(chǎng)16中存在導(dǎo)電配料物料14。
[0072]此外，接收器線圈6的電流隨配料物料14的電導(dǎo)率而變。該電導(dǎo)率是在鼓風(fēng)爐中整個(gè)溫度范圍內(nèi)均可靠的特性。因此，其適合作為用于測(cè)定物料分布的特性。該系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成對(duì)傳導(dǎo)率具有良好的反應(yīng)。在較小的程度上，次級(jí)交變磁場(chǎng)20取決于配料物料14在居里點(diǎn)以下的溫度下的導(dǎo)磁率。磁導(dǎo)率的影響約等于校準(zhǔn)值22或與校準(zhǔn)值22的差異小于+2%。由于因?yàn)槿绻嬖诮固浚瑒t測(cè)量信號(hào)與校準(zhǔn)值22的差異在O到-10%之間，因此此影響是無(wú)關(guān)緊要的。溫度的變化或恒定磁通量不影響測(cè)量。小的焦炭和灰塵顆粒不會(huì)對(duì)測(cè)量有顯著的影響。
[0073]為了進(jìn)行測(cè)量，將如圖6所例示的探測(cè)器插入鼓風(fēng)爐?？梢苿?dòng)的探測(cè)器以及固定的探測(cè)器都用于此鼓風(fēng)爐中以測(cè)定鼓風(fēng)爐中的物料分布。在下文中，僅描述了可移動(dòng)的探測(cè)器的原理。至少一個(gè)傳感器2布置在水平可移動(dòng)的測(cè)量探測(cè)器的頂端附近。將探測(cè)器插入具有約1m直徑的鼓風(fēng)爐中。在配料的表面之下約4m處(通常是在物料開始軟化前的區(qū)域中)進(jìn)行測(cè)量。從鼓風(fēng)爐殼體到鼓風(fēng)爐中心并返回至鼓風(fēng)爐殼體的行進(jìn)花費(fèi)約50秒。這種快速的水平移動(dòng)依次重復(fù)。同時(shí)，配料以大約12cm/min的速度緩慢地但不斷地下降。
[0074]在每個(gè)點(diǎn)連續(xù)地記錄測(cè)量信號(hào)，并將它們與閾值24相比。這樣，獲得了如圖7所例示的物料分布的圖像。將從傳感器2接收的數(shù)據(jù)布置在x-y圖表中，X軸表示鼓風(fēng)爐的半徑，以及y軸表示鼓風(fēng)爐的高度。圖7中的像素對(duì)應(yīng)于鼓風(fēng)爐中所測(cè)量的物料分布。每個(gè)像素表示約1cmX 1cm的配料。人們可以清楚地認(rèn)識(shí)到，從鼓風(fēng)爐的中心直到1.3m的半徑處，只存在焦炭26。過(guò)程氣體可基本上沿此中央煙囪向上穿過(guò)焦炭26，但幾乎不穿過(guò)礦樣配料28層。這是用于向上逸出的過(guò)程氣體的中央煙囪。此外，各層被布置成使得該過(guò)程氣體可以與礦樣物料層的底部部分接觸。
[0075]進(jìn)一步可能的是，應(yīng)用信號(hào)處理方法來(lái)從原始測(cè)量信號(hào)中提取更多信息。例如，在對(duì)像素柵格化期間，可以獲得物料混合值，而不是焦炭和礦樣物料之間的單純的差異。此夕卜，可以從接收器電流強(qiáng)度信號(hào)的波動(dòng)中來(lái)提取焦炭顆粒大小的信息。
[0076]根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施例而測(cè)量到該物料分布的溫度的范圍從鼓風(fēng)爐壁附近的約100°C到鼓風(fēng)爐中心的900°C或以上。特別是在鼓風(fēng)爐的中央煙囪(其處于內(nèi)徑達(dá)Im處)中，該溫度達(dá)到極度的高峰。另一方面，此煙囪的尺寸是應(yīng)從測(cè)量中得出的主要信息之一。對(duì)于在鼓風(fēng)爐中所使用的典型的鐵礦石，居里點(diǎn)遠(yuǎn)低于這些溫度。用來(lái)區(qū)分礦樣物料與焦炭的磁性能消失。然而，由于該測(cè)量是基于電導(dǎo)率的，并且由于焦炭的電導(dǎo)率在目前的溫度下保持完好(intact)，所以在居里點(diǎn)以上、在居里點(diǎn)或在居里點(diǎn)之下以及在物料的熔點(diǎn)之下均能測(cè)定該物料分布。
[0077]最后，根據(jù)所需的物料分布來(lái)調(diào)整鼓風(fēng)爐的裝填斜槽的物料分布方案。如果測(cè)定出不想要的物料分布，則校正裝填斜槽的物料分布方案。該目標(biāo)是通過(guò)優(yōu)化裝填來(lái)提高鼓風(fēng)爐的效率、生產(chǎn)率和使用壽命。
[0078]圖例:
[0079]2探測(cè)器
[0080]4發(fā)射器線圈
[0081]6接收器線圈
[0082]8保護(hù)殼體
[0083]10估算和控制單元
[0084]12交流電電源
[0085]14傳導(dǎo)配料物料
[0086]16初級(jí)交變磁場(chǎng)
[0087]18渦電流
[0088]20次級(jí)交變磁場(chǎng)
[0089]22不具有任何物體的信號(hào)級(jí)
[0090]24用于焦炭檢測(cè)的信號(hào)級(jí)閾值[0091 ] 26 焦炭物料
[0092]28礦樣物料
[0093]108保護(hù)殼體
[0094]104a、104b、104c、104d 發(fā)射器線圈
[0095]106a、106b、106c、106d 接收器線圈
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于測(cè)定鼓風(fēng)爐中配料內(nèi)的物料分布的測(cè)量探測(cè)器，所述測(cè)量探測(cè)器包括: -至少一個(gè)傳感器，所述至少一個(gè)傳感器包括: 。具有發(fā)射表面的發(fā)射器線圈， 。具有接收表面的接收器線圈， -保護(hù)殼體，所述至少一個(gè)傳感器容納于所述保護(hù)殼體中， -交流電電源，向所述發(fā)射器線圈施加交流電， 所述發(fā)射器線圈發(fā)射初級(jí)交變磁場(chǎng)，其中，所述初級(jí)交變磁場(chǎng)在所述初級(jí)交變磁場(chǎng)中的所述配料的任何導(dǎo)電性物料中感應(yīng)出渦電流， 所述渦電流產(chǎn)生次級(jí)交變磁場(chǎng)， 所述接收器線圈測(cè)量由所述初級(jí)交變磁場(chǎng)和所述次級(jí)交變磁場(chǎng)產(chǎn)生的電流， -估算和控制單元，用于估算測(cè)量的所述電流，其中所述電流表示鼓風(fēng)爐內(nèi)配料的所述物料分布。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量探測(cè)器，其中，所述至少一個(gè)傳感器布置在所述保護(hù)殼體內(nèi)的支撐物上。3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)量探測(cè)器，其中，所述保護(hù)殼體包括陶瓷材料。4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)量探測(cè)器，其中，所述接收器線圈的磁場(chǎng)與所述發(fā)射器線圈的磁場(chǎng)是同心的。5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)量探測(cè)器，其中，所述保護(hù)殼體是基本環(huán)形的圓筒，或者是具有厚度在10至25mm之間的板。6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)量探測(cè)器，其中，所述發(fā)射器線圈具有在I至20cm2之間的發(fā)射表面。7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)量探測(cè)器，其中，所述接收器線圈具有在5至50cm2之間的接收表面。8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)量探測(cè)器，其中，將頻率在0.5和5MHz之間且強(qiáng)度在大約I和1mA之間的交流電施加到所述發(fā)射器線圈。9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)量探測(cè)器，包括多個(gè)傳感器。10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的測(cè)量探測(cè)器，其中，所述線圈為橢圓形、圓形或矩形的。11.一種用于測(cè)定鼓風(fēng)爐內(nèi)配料的物料分布的方法，所述方法包括以下步驟: -將測(cè)量探測(cè)器插入所述鼓風(fēng)爐的配料，所述測(cè)量探測(cè)器具有傳感器，所述傳感器具有接收器線圈和發(fā)射器線圈，所述傳感器容納于保護(hù)殼體內(nèi)， -向所述發(fā)射器線圈施加交流電，從而由所述發(fā)射器線圈產(chǎn)生初級(jí)交變磁場(chǎng)，其中所述初級(jí)交變磁場(chǎng)在所述配料的所述物料中感應(yīng)出渦電流，所述渦電流產(chǎn)生了次級(jí)交變磁場(chǎng)， -通過(guò)接收器線圈測(cè)量由所述初級(jí)交變磁場(chǎng)和所述次級(jí)交變磁場(chǎng)產(chǎn)生的電流， -基于所述電流估算配料的所述物料分布。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述物料分布的所述估算用于控制所述鼓風(fēng)爐的分配器斜槽。13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的方法，其中，所述探測(cè)器以水平方向移動(dòng)進(jìn)入所述鼓風(fēng)爐的所述配料中。14.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的方法，其中，所述測(cè)量探測(cè)器固定地布置在所述鼓風(fēng)爐內(nèi)所述配料的表面之下。
【文檔編號(hào)】C21B7/24GK105899688SQ201580003987
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2015年1月8日
【發(fā)明人】珍·弗朗索瓦·斯達(dá)姆佩爾
【申請(qǐng)人】Tmt–出鐵測(cè)量技術(shù)有限公司