CN110691855A - 熔炉的熔融物高度测定装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及熔炉的熔融物高度测定装置及方法，上述熔炉的熔融物高度测定装置包括：测定部，设置于熔炉的表面，用于测定以熔融物的高度变化为基础的熔炉表面的垂直方向变形率和水平方向变形率；以及控制部，利用在上述测定部中测定的垂直方向变形率和水平方向变形率监测熔融物的高度，以监测结果为基础来控制熔炉的作业动作，能够利用适用光纤光栅传感器的应变传感器测定熔炉表面的垂直方向及水平方向的变形率，以基于熔融物的量的变形率变化为基础测定熔融物的高度。

Description

熔炉的熔融物高度测定装置及方法

技术领域

本发明涉及熔炉的熔融物高度测定装置及方法，更详细地，涉及利用适用光纤光栅传感器的应变传感器测定在熔炉熔融的熔融物的高度的熔炉的熔融物高度测定装置及方法。

背景技术

熔炉为用于从金属矿石分离脉石来获取熔融状态的金属的工序(金属熔炼)的炉，由堆叠耐火砖而成的直立炉构成。

通常，在熔炉中，从上部装入作为原材料的铁矿石和焦炭，从下部风口送风约为1000至1200℃的高温热风和5g/Nm³至50g/Nm³的水分，放入作为辅助燃料的微粉的有烟煤，从上部装入的燃料与从下部送风的高温的热风发生氧化来生成的二氧化碳与从上部装入的作为原材料的铁矿石中的氧结合来生成二氧化碳气体并向熔炉的上部排出。

在这种熔炉中，若所装入的装入物的量(体积)过度增加，则熔炉将会破碎，从而装入物将向外部泄漏，或者从熔炉的上端溢出。

为了解决这种问题，在熔炉的作业过程中，为了恒定维持向熔炉装入并熔融的装入物的高度而持续测定装入物的液位。

例如，以下的专利文献1揭示了熔炉的装入物液位测定装置结构。

在专利文献1中揭示了如下的熔炉的装入物液位测定装置的结构，即，包括：阀部，阀本体以与进入孔和熔炉之间的单管内通的方式水平结合，隔板通过阀气缸以左右移动的方式内置于上述阀本体；隔板压接部，在上述阀本体的上部，气缸以分别位于上述单管的左右侧的方式贯通，在上述气缸的杆下端分别附着压接板；以及水封阀，排水管与上述阀本体的上部侧单管相结合，在上述排水管附着通过液位开关开闭的阀，通过水封阀开闭的水封线以位于上述排水管的上部侧的方式与上述单管相结合。

现有技术文献

专利文献：韩国实用新型授权号第20-0264861号(2002年4月13日公开)；

专利文献2：韩国专利授权号第10-0935984号(2010年1月8日公开)。

发明内容

技术课题

但是，现有技术的熔炉的装入物液位测定装置通过将设置于金属线的下端的秤砣放上或放下来测定装入物的液位，因此测定精确度降低，当秤砣脱离时，无法测定装入物的液位。

由此，现有技术的熔炉的装入物液位测定装置存在如下问题，即，在作业途中，在秤砣脱落的情况下，在实施减风或停风作业之后需要再设置秤砣，从而发生炉况的不稳定性，作业的生产性也将会降低。

为了解决这种问题，专利文献1提出了在作业途中，在发生液位测定用秤砣追加脱落的紧急事态的情况下，不会对作业产生影响并同时隔断熔炉内的气体逆流并交换秤砣的方案，即使利用专利文献1，也无法解决当秤砣脱落时发生的问题。

尤其，在熔炉中进行作业的途中，发生大量的氧化气体或腐蚀性气体，并存在大量的水分，在利用电阻等的电传感器的情况下，测定精确度将会降低，因腐蚀而导致寿命的缩减。

另一方面，本发明人员在上述专利文献2等多个文件中揭示了适用光纤光栅传感器的应变传感器技术并最终授权。

因此，需要开发利用适用光纤光栅传感器的应变传感器来测定随着装入物的量变化的熔炉的变形并测定熔融物的高度的技术。

本发明的目的在于解决如上所述的问题，本发明的目的在于，提供通过测定向熔炉装入并熔融的熔融物的量并实时进行监测的熔炉的熔融物高度测定装置及方法。

本发明的另一目的在于，提供如下的熔炉的熔融物高度测定装置及方法，即，利用适用光纤光栅传感器的应变传感器测定因基于熔融物的量而导致压力变化的熔炉的表面的变形率来计算熔融物的高度。

技术方案

为了实现上述目的，本发明的熔炉的熔融物高度测定装置的特征在于，包括：测定部，设置于熔炉的表面，用于测定以熔融物的高度变化为基础的熔炉表面的垂直方向变形率和水平方向变形率；以及控制部，利用在上述测定部中测定的垂直方向变形率和水平方向变形率监测熔融物的高度，以监测结果为基础来控制熔炉的作业动作。

并且，为了实现上述目的，本发明的熔炉的熔融物高度测定方法的特征在于，包括：步骤(a)，利用在熔炉的表面沿着上下方向设置的多个应变传感器测定熔炉表面的垂直方向变形率和水平方向变形率；步骤(b)，利用由控制部的计算部测定的垂直方向变形率和水平方向变形率来计算以熔融液的量所引起的压力变化为基础的垂直方向变形率；以及步骤(c)，利用判断部来对通过上述计算部计算的垂直方向变形率与预先存储的以熔融物的高度变化为基础的变形率表进行比较来计算熔融物的高度并判断是否正常。

发明的效果

如上所述，根据本发明的熔炉的熔融物高度测定装置及方法，本发明具有如下效果，即，可利用适用光纤光栅传感器的应变传感器测定熔炉表面的垂直方向及水平方向的变形率，以基于熔融物的量的变形率变化为基础测定熔融物的高度。

而且，根据本发明，本发明具有如下效果，即，实时监测熔融物的高度，在熔融物的高度超出正常范围或者因熔炉的损伤或破损而导致急剧变化的情况下，可以迅速向管理人员通知异常状态。

附图说明

图1为本发明优选实施例的熔炉的高度测定装置的结构图。

图2及图3为例示设置于熔炉的测定部的结构的图。

图4为图2所示的第一应变传感器的详细结构图。

图5为图4的部分放大图。

图6为说明本发明优选实施例的熔炉的熔融物高度测定方法的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图，详细说明本发明优选实施例的熔炉的熔融物高度测定装置及方法。

图1为本发明优选实施例的熔炉的高度测定装置的结构图。图2及图3为例示设置于熔炉的测定部的结构的图。

图2示出设置有测定部的熔炉的主视图，图3示出熔炉的侧面剖视图。

以下，如“左侧”、“右侧”、“前方”、“后方”、“上方”及“下方”的用于指示方向的术语以各个图中所示的状态为基准来指示各个方向。

本发明测定基于向熔炉的内部装入并熔融的熔融物的温度及压力的熔炉表面的水平方向变形及垂直方向变形，并利用所测定的水平方向变形率及垂直方向变形率测定熔融物的高度。

通过在内部熔融的熔融物的温度，即，通过热量，基于熔炉表面的垂直方向及水平方向的上下方向长度(以下，称之为“高度”)和圆周方向长度(以下，称之为“周围”)改变，基于熔融物的量的向熔炉施加的压力改变，熔炉的周围发生变化。

因此，在本发明中，在熔炉的表面沿着垂直方向及水平方向设置一对应变传感器来测定基于因熔融物的量而导致的压力变化的周围的变形率，利用所测定的周围的变形率来计算熔融物的高度。

如图1所示，本发明优选实施例的熔炉的熔融物高度测定装置10包括：测定部20，设置于熔炉11的表面，用于测定以熔融物的高度变化为基础的熔炉表面的垂直方向变形率和水平方向变形率；以及控制部30，利用在测定部20中测定的垂直方向变形率和水平方向变形率监测熔融物的高度，以监测结果为基础控制熔炉11的作业动作。

而且，本发明优选实施例的熔炉的熔融物高度测定装置10还可包括根据控制部30的控制信号输出监测结果的输出部40。

输出部40可以为以数值或图表形态将监测结果显示在画面的显示面板或根据监测结果来使多个灯亮灯或灭灯的显示板。

与此同时，输出部40还可包括根据监测结果输出语音或音响的扬声器。

如图2及图3所示，测定部20可以包括在熔炉11的外周面沿着上下方向按预先设定的间隔设置的第一应变传感器21至第五应变传感器25。

在本实施例中，第一应变传感器21至第五应变传感器25可以从熔炉11的下端至上端按预先设定的间隔，例如，在熔炉的高度为40m的情况下，可以按约为10m的间隔设置。

尤其，设置于在填充熔融物的熔炉11的下端部的第一应变传感器21可在与熔炉11的最下端约为10m之间按2m的间隔设置5个(211至215)。

当然，本发明并不局限于此，根据熔炉的高度调解应变传感器的数量及各个应变传感器的之间的间隔来设置多个应变传感器。

第一应变传感器21至第五应变传感器25呈相同结构，因此在本实施例中，参照图4及图5详细说明第一应变传感器21中的一个结构。

图4为图2所示的第一应变传感器的详细结构图，图5为图4的部分放大图。

如图4所示，第一应变传感器21可以包括：垂直传感器26，在熔炉11的表面沿着垂直方向设置；以及水平传感器27，沿着水平方向设置。

垂直传感器26可包括：一对固定板51，为了测定熔炉11表面的上下方向变形率而按预先设定的测量距离隔开设置；保护管52，两端被一对固定板51固定；以及光纤维53，设置于保护管52的内部，在中心部，光纤光栅传感器以拉伸的状态设置。

如图5所示，在保护管52的两端可以设置当分别固定于一对固定板51时可以沿着上下左右方向调节设置角度的球54。

光纤维53的两端分别通过紧固螺栓56来以具有预先设定的拉伸力的拉伸状态固定，上述紧固螺栓56贯通在上述保护管52的两端分别设置的设置块55的一侧来固定。

紧固螺栓56用于解除或形成光纤维53的拉伸状态。

其中，沿着保护管52的外侧延伸的光纤维53的一端与控制部30相连接，因此控制部30可以接收基于设置于光纤维53的光纤光栅传感器的拉伸状态的测定信号。

固定板51包括在上部及下部相互结合的上部固定板57及下部固定板58，在下部固定板58的两端分别形成凸缘59，在各个凸缘59可以形成对螺栓进行紧固的紧固槽或紧固孔，以便可以设置于需要测定的对象，即，熔炉11的表面。

当然，下部固定板58可通过焊接方式等与熔炉的表面相结合。

而且，上部固定板57的下部面和下部固定板58的上部面可分别形成与球54的形状相对应的旋转槽，以便可根据设置垂直传感器26的角度使球54进行旋转。

如上所述的垂直传感器26可在熔炉11的表面沿着垂直方向设置。

而且，水平传感器27呈与垂直传感器26相同的结构，只是在熔炉11的表面沿着水平方向设置，因此将省略重复的水平传感器27的详细说明。

另一方面，在本实施例中，在熔炉11的表面，第一应变传感器21至第五应变传感器25按预先设定的间隔隔开设置，但本发明并不局限于此。

即，本发明为了提高测定准确度而可以在应变传感器21至应变传感器25连续设置多个垂直传感器26和水平传感器27。

并且，本发明可以在熔炉11的表面沿着垂直及水平方向连续设置多个应变传感器。

另一方面，在本实施例中，利用图4所示的应变传感器的结构进行了说明，但本发明并不局限于图4所示的应变传感器的结构，也可以通过在熔炉的表面沿着垂直及水平方向设置适用光纤光栅传感器的多种形状及结构的应变传感器来测定熔融物的高度。

图1中，控制部30为控制熔炉的作业动作的主控制器，也可以是可以与主控制器进行通信的额外的控制终端或控制器。

这种控制部30接收设置于测定部20的各个应变传感器21至应变传感器25的测定信号，利用所接收的测定信号来测定熔融物的高度。

详细地，控制部30通过由设置于各个应变传感器21至应变传感器25的水平传感器27所测定的水平方向变形率，即，周围变形率值减去垂直传感器26所测定的垂直方向变形率，即，高度变形率值来简单计算以熔融物的量变所导致的压力变化为基础的变形率值，以实验结果为基础，将所计算的变形率与预先存储的变形率表进行匹配来计算熔融物的高度并判断是否正常。

上述变形率表为将改变熔融物的高度并在各个应变传感器测定的数据与熔融物的高度进行匹配来按高度整理的表。

为此，控制部30可包括：计算部31，通过由水平传感器27所测定的变形率值减去垂直传感器26所测定的变形率值来简单计算以熔融物的量变所导致的压力变化为基础的变形率值；存储部32，用于存储上述变形率表；以及判断部33，对所计算的变形率与变形率表进行比较来计算熔融物的高度并判断是否正常。

而且，控制部30还可包括信号发生部34，以便控制部30对最终测定的熔融物的高度与预先设定的正常范围进行比较，比较结果，在所测定的熔融物的高度超出正常范围的情况下，发生控制信号，以通过输出部40发生提醒信号。

当熔炉11进行作业动作时，控制部30实时监测熔融物的高度，监测结果，因熔炉11的损伤或破损而导致熔融物泄漏，在此情况下，在因所测定的高度急剧变化而超出预先设定的极限变化量的情况下，可以发生用于控制输出部40的驱动的控制信号，以使信号发生部34可以使管理人员检验熔炉11。

如上所述，本发明可利用适用光纤光栅传感器的应变传感器来测定熔炉表面的垂直方向及水平方向的变形率，并以基于熔融物的量的变形率变化为基础测定熔融物的高度。

而且，本发明实时监测熔融物的高度，在熔融物的高度超出正常范围或者因熔炉的损伤或破损而急剧变化的情况下，可以向管理人员迅速通知异常状态。

接着，参照图6，详细说明本发明优选实施例的熔炉的熔融物高度测定方法。

图6为按步骤说明本发明优选实施例的熔炉的熔融物高度测定方法的流程图。

在图6的步骤S10中，在熔炉11的表面沿着上下方向按预先设定的间隔设置多个，例如，第一应变传感器21至第五应变传感器25的状态下，控制各个装置的驱动，以向熔炉11供给原料、热风、辅助燃料等来使熔炉开始进行作业。

在步骤S12中，设置于熔炉11的表面的第一应变传感器21至第五应变传感器25的垂直传感器26及水平传感器27分别测定基于熔融物的量及温度变化的熔炉11表面的垂直方向变形率及水平方向变形率，即，高度变形率和周围变形率。

在此情况下，熔炉11内部的温度上升至约1000℃以上，熔炉11的表面被通过设置于熔炉11的侧壁内部的冷却水流路循环的冷却水冷却，从而可以恒定维持80℃左右的温度。

由此，在熔炉11的作业过程中，可以防止测定部20的各个应变传感器21至25受到热损伤。

在步骤S14中，控制部30的计算部31从各个应变传感器21至25接收测定信号，在由各个应变传感器21至25的水平传感器27所测定的周围变形率值减去垂直传感器26所测定的高度变形率值来计算以熔融物的量变所导致的压力变化为基础的变形率值。

因此，判断部33对计算部31所计算的变形率与存储于存储部32的变形率表进行比较来计算熔融物的高度并判断是否正常(步骤S16)。

即，在步骤S18中，控制部30对所测定的熔融物的高度与预先设定的正常范围进行比较。

步骤S18的比较结果，在所测定的熔融物的高度超出正常范围的情况下，控制部30的信号发生部34发生控制信号，以通过输出部40输出提醒信号。因此，输出部40输出基于熔融物的异常状态的提醒信号(步骤S20)。

相反，步骤S18的比较结果，所测定的熔融物的高度为正常范围以内，则控制部30实时监测熔融物的高度，监测结果，检查熔融物的高度变化量是否大于预先设定的极限变化量(步骤S22)。

步骤S22的检查结果，因熔炉11的损伤或破损而导致熔融物的泄漏，在在此情况下测定的高度变化量大于上述极限变化量的情况下，发生控制输出部40的驱动的控制信号，以使信号发生部34向管理人员通知熔炉11的异常状态。因此，输出部40输出用于通知熔炉11的异常状态的异常信号(步骤S24)。

在步骤S26中，控制部30检查步骤S20或步骤S24是否发生异常，或者检查是否在熔炉11的作业动作完成后由管理人员输入作业停止信号，反复执行步骤S12至步骤S26，直至输入上述作业停止信号。

在步骤S26中，若输入作业停止信号，则控制部30停止各个装置的驱动，以使熔炉11的作业动作停止并结束作业。

通过上述过程，本发明可利用适用光纤光栅传感器的应变传感器来测定熔炉表面的垂直方向及水平方向的变形率，以基于熔融物的量的变形率变化为基础测定熔融物的高度。

以上，根据上述实施例，具体说明了本发明，本发明并不局限于上述实施例，在不超出本发明的主旨的范围内，可对本发明进行多种变更。

产业上的可利用性

本发明适用于如下技术，即，利用适用光纤光栅传感器的应变传感器来测定熔炉表面的垂直方向及水平方向的变形率，以基于熔融物的量的变形率变化为基础测定熔融物的高度。

Claims (9)

1.一种熔炉的熔融物高度测定装置，其特征在于，包括：

测定部，设置于熔炉的表面，用于测定以熔融物的高度变化为基础的熔炉表面的垂直方向变形率和水平方向变形率；以及

控制部，利用在上述测定部中测定的垂直方向变形率和水平方向变形率监测熔融物的高度，以监测结果为基础来控制熔炉的作业动作。

2.根据权利要求1所述的熔炉的熔融物高度测定装置，其特征在于，

上述测定部包括在熔炉的外周面沿着上下方向按预先设定的间隔设置的多个应变传感器，

各个应变传感器包括：

垂直传感器，在熔炉的表面沿着垂直方向设置，用于测定以熔融物的热量为基础的熔炉表面的高度变形率；以及

水平传感器，在熔炉的表面沿着水平方向设置，用于测定以熔融物的热量和压力为基础的熔炉表面的周围变形率。

3.根据权利要求2所述的熔炉的熔融物高度测定装置，其特征在于，

上述垂直传感器和水平传感器分别包括：

一对固定板，分别在熔炉的表面沿着上下方向或左右方向按预先设定的测量距离隔开设置；

保护管，两端被上述一对固定板固定；以及

光纤维，设置于上述保护管的内部，在中心部，光纤光栅传感器以拉伸的状态设置。

4.根据权利要求3所述的熔炉的熔融物高度测定装置，其特征在于，

在上述保护管的两端分别设置球，以当固定于上述一对固定板时，能够沿着上下左右方向调节设置角度，

上述光纤维的两端分别通过紧固螺栓来以具有预先设定的拉伸力的拉伸状态固定，上述紧固螺栓贯通在上述保护管的两端分别设置的设置块的一侧来固定。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的熔炉的熔融物高度测定装置，其特征在于，

上述控制部包括：

计算部，通过由设置于各个上述应变传感器的水平传感器所测定的变形率值减去垂直传感器所测定的变形率值来计算以熔融物的量变所导致的压力变化为基础的变形率值；

存储部，用于存储将以熔融物的高度变化为基础的各个应变传感器的测定数据表化的变形率表；以及

判断部，对在上述计算部中计算的变形率与上述变形率表进行比较来计算熔融物的高度并判断是否正常。

6.根据权利要求5所述的熔炉的熔融物高度测定装置，其特征在于，

还包括以上述控制部的控制信号为基础来输出监测结果的输出部，

上述控制部还包括信号发生部，对所测定的熔融物的高度与预先设定的正常范围进行比较，比较结果，在所测定的熔融物的高度超出正常范围的情况下，发生控制信号，以通过上述输出部发生提醒信号，

当熔炉进行作业动作时，实时监测熔融物的高度，监测结果，在熔融物的高度变化量大于预先设定的极限变化量的情况下，驱动上述输出部，以使管理人员检验熔炉。

7.一种熔炉的熔融物高度测定方法，其特征在于，包括：

步骤(a)，利用在熔炉的表面沿着上下方向设置的多个应变传感器测定熔炉表面的垂直方向变形率和水平方向变形率；

步骤(b)，利用由控制部的计算部测定的垂直方向变形率和水平方向变形率来计算以熔融液的量所引起的压力变化为基础的垂直方向变形率；以及

步骤(c)，利用判断部来对通过上述计算部计算的垂直方向变形率与预先存储的以熔融物的高度变化为基础的变形率表进行比较来计算熔融物的高度并判断是否正常。

8.根据权利要求7所述的熔炉的熔融物高度测定方法，其特征在于，还包括：

步骤(d)，根据上述判断部的判断结果，在所测定的熔融物的高度超出预先设定的正常范围的情况下，通过输出部发生提醒信号；以及

步骤(e)，在所测定的熔融物的高度变化量大于预先设定的极限变化量的情况下，通过上述输出部发生异常信号，以使管理人员检验熔炉。

9.根据权利要求7或8所述的熔炉的熔融物高度测定方法，其特征在于，

在上述步骤(c)中，计算部通过由设置于各个上述应变传感器的水平传感器所测定的变形率值减去垂直传感器所测定的变形率值来计算以熔融物的量变所导致的压力变化为基础的变形率值。

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