本實(shí)用新型涉及一種鋼鐵生產(chǎn)設(shè)備，具體地說(shuō)涉及一種高爐，特別是涉及一種高爐料層測(cè)量裝置。

背景技術(shù)：

高爐煉鐵時(shí)，爐料由爐頂?shù)摹盁o(wú)料鐘”裝入爐內(nèi)，借助于高爐下部的鼓入的熱風(fēng)，通過(guò)燃燒焦炭產(chǎn)生熱量和一氧化碳，一方面加熱爐料，另一方面還原爐料，從而實(shí)現(xiàn)生鐵的正常生產(chǎn)。同時(shí)高爐的冶煉過(guò)程也是通過(guò)布料和鼓風(fēng)參數(shù)來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)的。高爐操作中通過(guò)調(diào)整布料量、布料順序、控制爐料落點(diǎn)等措施，可以調(diào)控高爐內(nèi)部煤氣流的分布，從而控制CO、CO₂、H₂等在爐內(nèi)的分布狀態(tài)，一方面控制熱量在爐內(nèi)的分布，兩一方面控制爐內(nèi)不同部位化學(xué)反應(yīng)速度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高爐生產(chǎn)的優(yōu)化、故障處理等功能。

布料時(shí)一般從爐頂裝入兩種爐料，焦炭和礦石，焦炭作為燃料單獨(dú)裝入，礦石一般包括燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、塊礦，在料罐中經(jīng)混合后一起裝入高爐中。目前幾乎所有大型高爐都是采用無(wú)鐘布料設(shè)備將爐料布入爐內(nèi)，實(shí)現(xiàn)爐料的裝入，這種設(shè)備是通過(guò)溜槽在不同角位旋轉(zhuǎn)不同圈數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)逐漸將爐料布入爐內(nèi)。

爐料裝入爐內(nèi)后，礦石和焦炭均會(huì)形成一定的層狀料層，并沿高爐半徑方向形成一定厚度，一般會(huì)形成邊緣帶平臺(tái)的料面形狀。爐內(nèi)燃燒焦炭產(chǎn)生熱量和一氧化碳在爐膛內(nèi)形成氣流，因布料種類(lèi)和布料量的差異，焦炭和礦石在爐頂沿半徑方向形成厚度不同的分布，而氣流流動(dòng)均受到料層粒度和厚度的影響。礦石粒度小、比重大，形成的料層厚度大的地方對(duì)煤氣流的阻力也大，也就是說(shuō)礦石層和焦炭層的不同厚度實(shí)際上代表了其對(duì)煤氣流的不同阻力。生產(chǎn)中一般用礦石和焦炭層的厚度比，即O/C比來(lái)作為高爐爐頂氣流調(diào)劑的一種評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。

在高爐操作中，O/C比的分布直接決定了高爐氣流分布，這個(gè)參數(shù)對(duì)高爐操作至關(guān)重要。但在實(shí)際高爐操作中O/C比很難精確計(jì)算出來(lái)，主要是由于布完焦炭后形成的料面形狀，在后續(xù)布礦過(guò)程中，因礦石沖擊力大，落在由散料構(gòu)成的焦炭層上時(shí)，焦炭層會(huì)發(fā)生塌落，這種塌落會(huì)破壞布后續(xù)礦前形成的焦炭料面形狀，從而不能獲得真實(shí)的O/C比分布，其核心問(wèn)題就是不清楚地獲知爐料的塌落量、塌落位置、焦炭及礦石混合的狀況。文獻(xiàn)“Kim L Hochings， John M Burgess，Application of ‘Rabit’ Burden Distribution Modelto BHP Blast Furnaces，IRONMAKING CONFERENCE PROCEEDINGS，USA，1988，P289～296?！敝刑峁┝艘环N利用散料層邊坡穩(wěn)定理論來(lái)計(jì)算料層塌落的算法，這種方法多年來(lái)只見(jiàn)于日本高爐，在其他國(guó)家很難推廣，究其原因有下列三點(diǎn)：一方面在計(jì)算過(guò)程中需要確定爐料安息角、確定公式參數(shù)，這些參數(shù)都是基于測(cè)量值確定的，不進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，很難準(zhǔn)確確定；另一個(gè)方面用該理論可以計(jì)算自由料面的爐料塌落量，但高爐內(nèi)部是一個(gè)封閉性、約束性空間，爐料受沖擊時(shí)是一種約束性塌落，邊坡穩(wěn)定性理論用在此處并不適合；再一個(gè)方面是這種方法畢竟只是一種理論計(jì)算，實(shí)際狀況如何還是需要進(jìn)行實(shí)際校驗(yàn)。

正是由于O/C比分布在高爐操作中對(duì)氣流分布有極其重要的作用，因此需要掌握焦炭層在礦石沖擊下的布料規(guī)律。

鑒于高爐是一個(gè)巨大的密閉反應(yīng)器，一旦高爐運(yùn)行后，除非高爐中修，或者高爐大修，否則高爐生產(chǎn)不會(huì)停止，高爐爐頂一直處于一種高溫、高粉塵、高壓的密閉狀態(tài)，根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)料面變形的直接測(cè)量。目前世界上所有研究爐料變形的實(shí)驗(yàn)都是在高爐開(kāi)爐前的裝料過(guò)程中完成的。文獻(xiàn)“張毅等，武鋼新3號(hào)高爐開(kāi)爐裝料實(shí)測(cè)，武鋼煉鐵40年，華中理工大學(xué)出版社，371頁(yè)～379頁(yè)?！敝泄_(kāi)了一種人工玻璃板測(cè)量法。該方法通過(guò)在爐頂?shù)V石層中沿半徑方向打入鋼釬形成了支撐桿，在支撐桿旁垂直安置帶刻度的有機(jī)玻璃板，將玻璃板固定在兩排鋼釬之間，然后在礦石層上布入焦炭，焦炭布完后，相關(guān)人員進(jìn)入爐內(nèi)，測(cè)定焦炭層料面形狀，記錄焦炭層厚度，然后再布入礦石，布料完成后相關(guān)人員再一次進(jìn)入爐內(nèi)，測(cè)量礦石層形狀并記錄礦石層厚度，同時(shí)扒開(kāi)礦石層觀察焦炭層的變化，判斷礦石對(duì)焦炭的沖擊變形。巨大的有機(jī)玻璃板會(huì)阻擋爐料的滾動(dòng)、滑落，形成嚴(yán)重的“器壁效應(yīng)”，破壞實(shí)際的料面分布；同時(shí)該方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，測(cè)量一次需花費(fèi)3～5天的時(shí)間，嚴(yán)重影響生產(chǎn)進(jìn)度；并且，隨著高爐的大型化，目前高爐內(nèi)容積一般會(huì)超過(guò)4000m³，如此巨大的高爐一次爐料的裝入量會(huì)超過(guò)200噸，爐料堆積厚度超過(guò)1米，如此大量的爐料具有巨大的沖擊動(dòng)能，對(duì)于3～5米高的有機(jī)玻璃板而言，很難抵御這種長(zhǎng)時(shí)間、劇烈打擊，若采用有機(jī)玻璃板來(lái)實(shí)現(xiàn)3～5批料的料面變形測(cè)量顯然不切實(shí)際。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種可在高爐連續(xù)投料狀態(tài)下獲知料層分布及料層變化的高爐料層測(cè)量裝置。

本實(shí)用新型是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的的，一種高爐料層測(cè)量裝置，它包括位于爐內(nèi)原始料面（投料檢測(cè)前爐內(nèi)原有爐料的料面，即為原始料面）上方且連接固定于爐墻內(nèi)壁的固定架，固定架用鋼管焊接而成，可防止?fàn)t料的沖擊；固定架上設(shè)有測(cè)量筒，測(cè)量筒的中心線與高爐的中心線平行，所述的測(cè)量筒為中空結(jié)構(gòu)，測(cè)量筒內(nèi)設(shè)有運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌、可沿運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌升降運(yùn)動(dòng)的攝像頭，攝像頭設(shè)有光源，以克服爐內(nèi)光照環(huán)境不佳；測(cè)量筒的線路經(jīng)鋪設(shè)在原始料面上的保護(hù)套管連接至爐墻內(nèi)壁邊緣，再通過(guò)金屬導(dǎo)管（金屬導(dǎo)管嵌于爐墻內(nèi)）沿爐墻引出爐外連接至遠(yuǎn)程控制端；所述的測(cè)量筒的側(cè)壁上設(shè)有測(cè)量窗口，測(cè)量窗口為透明，測(cè)量窗口的內(nèi)側(cè)設(shè)有垂直方向上的高度刻度。

本實(shí)用新型為了便于掌握準(zhǔn)確的爐料料層詳情，所述的固定架為網(wǎng)格形狀，固定架上沿高爐爐膛半徑方向依次排列設(shè)有測(cè)量筒，各測(cè)量筒分別安裝于沿爐膛半徑方向的網(wǎng)格的十字交叉點(diǎn)；所述的固定架上設(shè)有6～8個(gè)測(cè)量筒，各測(cè)量筒之間的間距為多少80㎝～100㎝，從而在盡可能多的分布測(cè)量點(diǎn)的情況下，即不影響爐料的流動(dòng)和分布，又保證測(cè)量值的精確度。

本實(shí)用新型為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程獲取清晰影像，所述的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌為設(shè)于測(cè)量筒內(nèi)壁上的導(dǎo)槽，所述的攝像頭設(shè)于由動(dòng)力帶動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，攝像頭連接有通訊線；所述的測(cè)量筒的底部設(shè)有接線卡口，攝像頭經(jīng)通訊線連接于接線卡口，通訊線僅供傳輸攝像頭的影像數(shù)據(jù)；所述的測(cè)量筒內(nèi)設(shè)有連接于接線卡口的線路組，線路組連接于攝像頭、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、光源。

本實(shí)用新型為了便于調(diào)整攝像頭位置，所述的動(dòng)力包括微型電機(jī)，所述的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括與導(dǎo)槽嚙合的驅(qū)動(dòng)齒輪組，驅(qū)動(dòng)齒輪組連接于微型電機(jī)的輸出端并由微型電機(jī)驅(qū)動(dòng)，微型電機(jī)經(jīng)線路組連接于接線卡口；所述的導(dǎo)槽為齒形凹槽（為2條），且分別位于測(cè)量筒同一直徑線的兩端且二者平行，并平行于測(cè)量筒的中心線。

本實(shí)用新型所述的線路組包括供電線、照明線、電源線；微型電機(jī)經(jīng)供電線、光源經(jīng)照明線、攝像頭經(jīng)電源線分別連接于接線卡口；供電線用于給驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的微型電機(jī)供電，照明線用于給攝像頭的光源供電，電源線用于給攝像頭提供工作用電。

本實(shí)用新型為了便于測(cè)量，所述的測(cè)量筒為中空的圓柱體形；所述的測(cè)量窗口處于測(cè)量筒的半徑方向上的截面為扇形，即扇形的短弧位于測(cè)量筒的內(nèi)壁，梯形的長(zhǎng)弧位于測(cè)量筒的外壁，使觀測(cè)視野更好，且弧面更容易分散外界爐料的壓強(qiáng)。

本實(shí)用新型為了保證測(cè)量環(huán)境，所述的測(cè)量筒的底部位于接線卡口周?chē)O(shè)有用來(lái)密封接線卡口的密封圈；所述的測(cè)量窗口為耐壓玻璃管，抵抗外界爐料的強(qiáng)大壓強(qiáng)，保證測(cè)量環(huán)境；所述的攝像頭為彩色攝像頭，獲取影響更清晰，便于測(cè)量人員觀測(cè)準(zhǔn)確；所述的線路組為彈性多芯電纜，便于攝像頭上下靈活運(yùn)動(dòng)不受限制。

由于采用上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型較好的實(shí)現(xiàn)了發(fā)明目的，其采用攝像頭置于密封的測(cè)量筒內(nèi)，建立良好的測(cè)量環(huán)境；在高爐連續(xù)投料的情況下可遠(yuǎn)程控制攝像頭以運(yùn)動(dòng)軌道為運(yùn)動(dòng)軌跡和力矩支撐并平穩(wěn)上下移動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)精準(zhǔn)測(cè)量，避免停機(jī)測(cè)量影響工作效率及操作人員安全；同時(shí)以設(shè)于測(cè)量窗口的刻度為參照系測(cè)定爐料厚度及變形狀況，測(cè)量精度高；攝像頭自帶光源克服了高爐內(nèi)環(huán)境因素并獲取彩色圖像，同時(shí)通過(guò)通訊線將攝像頭獲得的影像輸送至高爐外，從而便捷地實(shí)現(xiàn)對(duì)窗外礦石、焦炭，及礦石和焦炭的堆積情況、變形狀況觀察、記錄等；避免了“器壁效應(yīng)”影響，更加高效、安全、快速。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例2中固定架、測(cè)量筒的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型中測(cè)量筒的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實(shí)用新型中測(cè)量筒的測(cè)量窗口的結(jié)構(gòu)放大示意圖。

圖中：1、高爐；2、測(cè)量筒；3、固定架；4、光源；5、攝像頭；6、微型電機(jī)；7、運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌；8、通訊線；9、接線卡口；10、密封圈；11、線路組；12、測(cè)量窗口。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例1：

由圖1～圖3，一種高爐料層測(cè)量裝置，它包括位于爐內(nèi)原始料面（投料檢測(cè)前爐內(nèi)原有爐料的料面，即為原始料面）上方且連接固定于高爐1爐墻內(nèi)壁的固定架3，固定架3用鋼管焊接而成，可防止?fàn)t料的沖擊；固定架3上設(shè)有測(cè)量筒2，測(cè)量筒2的中心線與高爐1的中心線平行，所述的測(cè)量筒2為中空結(jié)構(gòu)，測(cè)量筒2內(nèi)設(shè)有運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌7、可沿運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌7升降運(yùn)動(dòng)的攝像頭5，攝像頭5設(shè)有光源4，以克服爐內(nèi)光照環(huán)境不佳；測(cè)量筒2的線路經(jīng)鋪設(shè)在原始料面上的保護(hù)套管連接至爐墻內(nèi)壁邊緣，再通過(guò)金屬導(dǎo)管沿爐墻引出爐外連接至遠(yuǎn)程控制端；所述的測(cè)量筒2的側(cè)壁上設(shè)有測(cè)量窗口12，測(cè)量窗口12為透明，測(cè)量窗口12的內(nèi)側(cè)設(shè)有垂直方向上的高度刻度。

本實(shí)用新型為了便于掌握準(zhǔn)確的爐料料層詳情，所述的固定架3為網(wǎng)格形狀，固定架3上沿高爐1爐膛半徑方向依次排列設(shè)有測(cè)量筒2，各測(cè)量筒2分別安裝于沿爐膛半徑方向的網(wǎng)格的十字交叉點(diǎn)；所述的固定架3上設(shè)有6～8個(gè)測(cè)量筒2（本實(shí)施例設(shè)有6個(gè)測(cè)量筒2），各測(cè)量筒2之間的間距為多少80㎝～100㎝（本實(shí)施例為100㎝），從而在盡可能多的分布測(cè)量點(diǎn)的情況下，即不影響爐料的流動(dòng)和分布，又保證測(cè)量值的精確度。

本實(shí)用新型為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程獲取清晰影像，所述的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌7為設(shè)于測(cè)量筒2內(nèi)壁上的導(dǎo)槽，所述的攝像頭5設(shè)于由動(dòng)力帶動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，攝像頭5連接有通訊線8；所述的測(cè)量筒2的底部設(shè)有接線卡口9，攝像頭5經(jīng)通訊線8連接于接線卡口9，通訊線8僅供傳輸攝像頭5的影像數(shù)據(jù)；所述的測(cè)量筒2內(nèi)設(shè)有連接于接線卡口9的線路組11，線路組11連接于攝像頭5、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、光源4。

本實(shí)用新型為了便于調(diào)整攝像位置，所述的動(dòng)力包括微型電機(jī)6，所述的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括與導(dǎo)槽嚙合的驅(qū)動(dòng)齒輪組，驅(qū)動(dòng)齒輪組連接于微型電機(jī)6的輸出端并由微型電機(jī)6驅(qū)動(dòng)，微型電機(jī)6經(jīng)線路組11連接于接線卡口9；所述的導(dǎo)槽為齒形凹槽（為2條），且分別位于測(cè)量筒2同一直徑線的兩端且二者平行，并平行于測(cè)量筒2的中心線。

本實(shí)用新型所述的線路組11包括供電線、照明線、電源線；微型電機(jī)6經(jīng)供電線、光源4經(jīng)照明線、攝像頭5經(jīng)電源線分別連接于接線卡口9；供電線用于給驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的微型電機(jī)6供電，照明線用于給攝像頭5的光源4供電，電源線用于給攝像頭5提供工作用電。

本實(shí)用新型為了便于測(cè)量，所述的測(cè)量筒2為中空的圓柱體形；所述的測(cè)量窗口12處于測(cè)量筒2的半徑方向上的截面為扇形，即扇形的短弧位于測(cè)量筒2的內(nèi)壁，梯形的長(zhǎng)弧位于測(cè)量筒2的外壁，使觀測(cè)視野更好，且弧面更容易分散外界爐料的壓強(qiáng)。

本實(shí)用新型為了保證測(cè)量環(huán)境，所述的測(cè)量筒2的底部位于接線卡口9周?chē)O(shè)有用來(lái)密封接線卡口9的密封圈10；所述的測(cè)量窗口12為耐壓玻璃管，抵抗外界爐料的強(qiáng)大壓強(qiáng)，保證測(cè)量環(huán)境；所述的攝像頭5為彩色攝像頭5，獲取影響更清晰，便于測(cè)量人員觀測(cè)準(zhǔn)確；所述的線路組11為彈性多芯電纜，便于攝像頭5上下靈活運(yùn)動(dòng)不受限制。

本實(shí)用新型工作時(shí)，在投料前，由線路組11中的電源線經(jīng)接線卡口9給測(cè)量筒2內(nèi)的攝像頭5提供工作用電，并由線路組11中的照明線給攝像頭5的光源4供電，同時(shí)遠(yuǎn)程控制端由線路經(jīng)連接于接線卡口9的線路組11中的供電線控制微型電機(jī)6正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，從而使攝像頭5隨驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)沿運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌7進(jìn)行上升或下降運(yùn)動(dòng)，攝像頭5在光源4的照明下獲取清晰的彩色圖像，再經(jīng)通訊線8輸送回遠(yuǎn)程控制端；通過(guò)獲取的爐內(nèi)的影像，遠(yuǎn)程控制攝像頭5上升或下降運(yùn)動(dòng)以對(duì)應(yīng)位于測(cè)量筒2筒壁上測(cè)量窗口12的刻度作為參照系，進(jìn)行爐內(nèi)基準(zhǔn)測(cè)量，確定測(cè)量筒2參照系的0刻度對(duì)應(yīng)的標(biāo)高，即投料前原料面的高度對(duì)應(yīng)參照系的0刻度；

在投料后，再控制攝像頭5隨驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)沿運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌7上升或下降運(yùn)動(dòng)，攝像頭5通過(guò)透明的測(cè)量窗口12獲取圖像的同時(shí)，將測(cè)量窗口12外各測(cè)量點(diǎn)爐料的刻度與測(cè)量窗口12的刻度進(jìn)行比對(duì)，從而獲取精準(zhǔn)的測(cè)量數(shù)值。

通過(guò)對(duì)測(cè)量數(shù)值的分析，獲知上一次投料后的料面情況，以此為根據(jù)從而調(diào)整無(wú)鐘布料設(shè)備溜槽的角位、旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，進(jìn)行下一輪續(xù)料。

本實(shí)用新型完成測(cè)量后，不需要拆除，高爐1直接點(diǎn)火運(yùn)行。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例中，所述的固定架3上設(shè)有8個(gè)測(cè)量筒2，各測(cè)量筒2之間的間距為多少80㎝。

余同實(shí)施例1。

實(shí)施例3：

本實(shí)施例中，所述的固定架3上設(shè)有8個(gè)測(cè)量筒2，各測(cè)量筒2之間的間距為多少90㎝。

余同實(shí)施例1。