СИСТЕМА ОПТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ДЛЯ НАБЛЮДЕНИЯ ВНУТРЕННИХ УСЛОВИЙ В ФУРМЕННОЙ ЗОНЕ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ
OPTICAL CONTROL SYSTEM FOR OBSERVATION OF INTERNAL CONDITIONS IN TUYERE REGION OF BLAST FURNACE

Область техники
Настоящее изобретение в основном относятся к системе оптического контроля для наблюдения внутренних условий в фурменной зоне доменной печи.
Уровень техники
Как известно, доменные печи в большинстве случаев содержат множественные проходы для инжекции текучих сред, при этом горячий газ инжектируют в доменную печь через дутьевые трубы и фурмы. При накоплении материала перед соплом фурмы инжекционный порт может быть заблокирован. Если такое происшествие оставлено необнаруженным, текучая среда более не может выходить из дутьевой трубы и, таким образом, не поступает в доменную печь. Кроме того, фурмы зачастую используют для подачи в доменную печь пылевидного угля. При блокировке инжекционного порта поступление пылевидного угля в доменную печь гарантированно предотвращается, что может вызвать накопление пылевидного угля в фурме и в дутьевой трубе.
С целью наблюдения за возможной блокировкой фурмы, в задней части дутьевой трубы размещают фурменный смотровой глазок, зачастую также называемый смотровым отверстием или смотровым окном. Такое смотровое окно предоставляет оператору возможность наблюдения непосредственно через дутьевую трубу и фурменную зону и, таким образом, возможность проверки условий в фурме и обнаружения возможной блокировки в фурменной зоне.
Фурма также снабжена окном во внутреннее пространство доменной печи. Таким образом, смотровое окно также позволяет осуществлять наблюдение за внутренними условиями в доменной печи. Поэтому смотровое окно позволяет контролировать условия и температурный режим в сердцевине доменной печи. Оператор тем самым имеет возможность обнаружения неправильного функционирования в ходе работы доменной печи, и осуществления соответствующих действий.
С целью облегчения контроля и предоставления системы с большей степенью автоматизации, были разработаны электронные контрольные устройства, такие как фурменные видеокамеры, которые непрерывно отслеживают излучаемый через смотровое окно световой поток, и предоставляют оператору обратную связь.
С целью обеспечения возможности одновременной работы обеих систем контроля, то есть обеспечения возможности визуального контроля невооруженным глазом и электронного контроля, может быть смонтирован оптический дефлектор для отклонения части падающего светового потока к электронному контрольному устройству при обеспечении возможности для части светового потока прохождения к смотровому окну для визуального контроля. Для надлежащего направления света таким оптическим дефлектором, как к электронному контрольному устройству, так и к смотровому окну важной является ориентация оптического дефлектора. Механизм регулирования для оптического дефлектора тем самым является выгодным, прежде всего, вследствие наличия относительного перемещения между различными компонентами в результате существенного перепада температур на установке доменной печи. Действительно, в большинстве случаев электронное контрольное устройство, смотровое окно и оптический дефлектор монтируют во время простоя доменной печи. Когда доменную печь доводят до ее рабочей температуры, перепад температур вызывает относительное перемещение между различными элементами, и может вызывать несоосность оптического дефлектора. В этом случае становится необходимым регулирование оптического дефлектора. Кроме того, регулирование оптического дефлектора может быть полезным для компенсации любых конструктивных геометрических ошибок, которые могут произойти во время изготовления системы контроля.
В LU 90610 оптический датчик размещен перпендикулярно световому пути от фурмы к смотровому окну. Образованный стеклянной пластиной оптический дефлектор для отклонения части света к оптическому датчику размещен в цилиндрическом корпусе. Стеклянная пластина образует угол около 45° по отношению к световому пути между фурмой и смотровым окном. В целях регулировки, стеклянная пластина может быть независимо повернута в цилиндрическом корпусе в двух направлениях. Эксцентричный винт имеет возможность задавать положение первой опорной плиты, которая смонтирована на задней поверхности цилиндрического корпуса с возможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной центральной оси. Второй регулировочный винт совместно с пружиной второй опорной плиты, смонтированной на первой опорной плите, позволяет осуществлять качание стеклянной пластины вокруг качательной оси. Поскольку LU 90610 требует доступа к двум отдельным размещенным в корпусе регулировочным винтам, его механизм регулирования можно считать в некоторой степени громоздким.
Техническая проблема
Цель настоящего изобретения состоит в предоставлении компактной и легкой регулируемой системы оптического контроля, которая способной к обеспечению наблюдения внутренних условий в фурменной зоне доменной печи и которая не имеет вышеописанных недостатков. Эта цель достигнута системой оптического контроля, как она заявлена в п. 1 формулы изобретения.
Общее описание изобретения
Изобретение предоставляет систему оптического контроля для контроля условий работы в фурменной зоне доменной печи. Эта система содержит оптическое отклоняющее устройство, выполненное для присоединения к задней части дутьевой трубы таким образом, что фурма, дутьевая труба и оптическое отклоняющее устройство размещены вдоль общей оси. Смотровое окно для обеспечения оператору возможности контроля условий работы в фурменной зоне невооруженным глазом размещено в первой поверхности оптического отклоняющего устройства. Кроме того, во второй поверхности оптического отклоняющего устройства размещен оптический датчик для электронного контроля условий работы в фурменной зоне. Оптический дефлектор для направления падающего светового потока от фурменной зоны к смотровому окну и к оптическому датчику размещен в оптическом отклоняющем устройстве.
Согласно настоящему изобретению оптическое отклоняющее устройство содержит корпус с размещенным в нем с возможностью вращения сферическим телом. Сферическое тело содержит три прохода: первый проход, который в положении, когда оптическое отклоняющее устройство присоединено к задней части дутьевой трубы, обращен к фурме для обеспечения падающему от фурменной зоны световому потоку возможности вхождения в сферическое тело, второй проход, обращенный к смотровому окну, третий проход, обращенный к оптическому датчику. Первый, второй и третий проходы выполнены для пересечения друг с другом в сферическом теле. Оптический дефлектор размещен в сферическом теле на пересечении первого, второго и третьего проходов. Кроме того, оптическое отклоняющее устройство содержит отверстие в третьей поверхности корпуса для получения доступа к сферическому телу для обеспечения возможности вращения сферического тела в корпусе.
Посредством монтажа оптического дефлектора в размещенном в корпусе сферическом теле, регулирование оптического дефлектора в корпусе может быть достигнуто легко и быстро из-за пределов корпуса, таким образом, без необходимости в получении доступа к внутреннему пространству корпуса, как например, требуется для получения доступа к винтам системы согласно LU 90610.
Система оптического контроля настоящего изобретения может быть легко изготовлена с помощью обычного оборудования. Обеспечивающие возможность прохождения светового потока через сферическое тело проходы могут быть легко высверлены в сферическом теле.
Настоящее изобретение также уменьшает число необходимых для системы оптического контроля компонентов. Это, само собой разумеется, оказывает положительное влияние на производственные затраты. Вызванные взаимодействием между различными компонентами проблемы также уменьшены.
Тем самым, система оптического контроля предоставляет особо легкую и жесткую конструкцию, которая, кроме того, характеризуется уменьшенными затратами на изготовление и обслуживание.
Сферическое тело содержит обращенное к отверстию в третьей поверхности корпуса гнездо, которое обеспечивает возможность введения регулировочного инструмента для вращения сферического тела в корпусе. Гнездо и регулировочный инструмент предпочтительно являются самозапирающимися и/или имеют произвольную соединительную форму, способную к передаче вращающего момента. Гнездо предпочтительно имеет некруглое поперечное сечение, а регулировочный инструмент предпочтительно является ключом, имеющим соответствующее поперечное сечение. Поперечное сечение гнезда может иметь произвольную форму, способную к вращению гнезда вокруг своей оси, такую как, например, треугольную, квадратную, крестообразную и многие другие. Наиболее предпочтительно, гнездо имеет шестиугольное поперечное сечение, а регулировочный инструмент является шестиугольным ключом, в большинстве случаев также называемым шестигранным ключом. Использование зацепляющего гнездо регулировочного инструмента обеспечивает легкое поступательное перемещение внешней поверхности сферического тела. Кроме того, конфигурация из шестиугольного гнезда и шестиугольного ключа обеспечивает вращение сферического тела вокруг проходящей через гнездо оси.
Согласно одному аспекту настоящего изобретения отверстие в третьей поверхности корпуса является направляющим пазом, ширина которого является по существу равной диаметру гнезда, причем линейное перемещение гнезда вдоль направляющего паза принуждает сферическое тело к повороту вокруг первой оси вращения, и причем вращательное перемещение гнезда принуждает сферическое тело к повороту вокруг второй оси вращения. Первая ось вращения предпочтительно является по существу перпендикулярной второй оси вращения.
Когда регулировочный инструмент вставлен в гнездо, предотвращено поступательное перемещение внешней поверхности сферического тела в любом направлении, кроме позволенного посредством направляющего паза. Другими словами, обеспечена возможность поступательного перемещения внешней поверхности сферического тела только в одном направлении, при этом положение первой оси вращения предопределено конфигурацией направляющего паза. Конфигурация из шестиугольного гнезда и шестиугольного ключа обеспечивает возможность вращения сферического тела вокруг второй оси вращения, которая проходит через гнездо и центр сферического тела.
Вследствие этого оптический дефлектор может быть отрегулирован во всех направлениях путем простого введения шестиугольного ключа, его вращения, а также его скольжения в направляющем пазе.
Предпочтительно, оптический дефлектор неподвижно размещен в сферическом теле, например, посредством нанесения термостойкого клея между оптическим дефлектором и сферическим телом. Другие подходящие крепежные средства являются легкодоступными и могут быть использованы в качестве альтернативы.
Кроме того, оптическое отклоняющее устройство, предпочтительно, содержит пружинный элемент, размещенный между сферическим телом и корпусом для поддержания сферического тела в его местоположении посредством силы трения. Пружинный элемент может являться кольцевидной пружиной, предпочтительно винтовой пружинной шайбой. Пружинный элемент прижимает сферическое тело к внутренней поверхности корпуса, тем самым вызывая трение, которое препятствует перемещению или повороту сферического тела в корпусе. Силу пружинного элемента выбирают таким образом, что предотвращено любое перемещение сферического тела, если не приложена внешняя сила посредством регулировочного инструмента.
Предпочтительно, для введения и/или удаления сферического тела корпус содержит съемную монтажную поверхность. Съемная монтажная поверхность может являться первой поверхностью корпуса, содержащей смотровое окно.
Кольцеобразный посадочный элемент, предпочтительно, размещен между сферическим телом и монтажной поверхностью. Такой кольцеобразный посадочный элемент выполнен таким образом, что его обращенная к сферическому телу сторона действует в качестве посадочного места для сферического тела. Пружинный элемент, предпочтительно, размещен между монтажной поверхностью и кольцеобразным посадочным элементом таким образом, что кольцеобразный посадочный элемент прижат к сферическому телу.
Сферическое тело может содержать паз для приема в него оптического отклоняющего устройства.
Предпочтительно, смотровое окно образовано стеклянной пластиной, зажатой между первой поверхностью корпуса и кольцеобразным посадочным элементом. Первое кольцевое уплотнение может быть размещено между кольцеобразным посадочным элементом и стеклянной пластиной, а второе кольцевое уплотнение может быть размещено между стеклянной пластиной и первой поверхностью.
Краткое описание чертежей
Предпочтительные варианты изобретения далее описаны посредством примеров со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
Фиг. 1 является боковым поперечным сечением фурмы доменной печи с дутьевой трубой, к которой согласно настоящему изобретению присоединена система оптического контроля,
Фиг. 2 является боковым поперечным сечением через оптическое отклоняющее устройство системы оптического контроля на фиг. 1,
Фиг. 3 является поперечным сечением в плане через оптическое отклоняющее устройство на фиг. 2,
Фиг. 4 является видом снизу оптического отклоняющего устройства согласно фиг. 2,
Фиг. 5 является увеличенным видом на фиг. 4 согласно другому варианту осуществления гнезда сферического тела, и
Фиг. 6 является увеличенным видом на фиг. 4 согласно другому варианту осуществления гнезда сферического тела.
Описание предпочтительных вариантов осуществления
Фиг. 1 является боковым поперечным сечением конструкции фурмы доменной печи с присоединенной к ней системой оптического контроля согласно настоящему изобретению. Фиг. 1 показывает доменную печь 10 со стенкой 12 доменной печи и с системой 14 горячего дутья, составленной из фурмы 20 в фурменной зоне, дутьевой трубы 18 и кольцевой трубы 16. Кольцевая труба 16 окружает доменную печь и распределяет текучую среду, в основном, горячий воздух в доменную печь 10 через фурмы 20, которые равномерно распределены по окружности печи 10.
Дутьевая труба 18 содержит, в ее коленной части, удлинительную трубу 24. Система 26 оптического контроля присоединена к удлинительной трубе 24 и имеет ту же ось, что и дутьевая труба 18. Система 26 оптического контроля содержит смотровое окно 28, которое позволяет оператору смотреть через дутьевую трубу 18 в фурму 20. Смотровое окно 28, в большинстве случаев, находится в осевом выравнивании с центральной осью дутьевой трубы 18. Кроме того, оптический датчик 30 обеспечивает возможность электронного контроля дутьевой трубы 18. Оптический датчик 30 смонтирован в боковом корпусе 34.
Также на фиг. 1 схематично показано оптическое отклоняющее устройство 40, размещенное на осевом пути светового потока, выходящего из фурмы 20. Оптическое отклоняющее устройство 40, в котором размещен оптический дефлектор 41, для соединения с удлинительной трубой 24 дутьевой трубы 18 содержит присоединительную поверхность 42 с присоединительной трубой 44. Оптическое отклоняющее устройство 40, кроме того, содержит первую поверхность 46, в большинстве случаев, размещенную напротив соединительной поверхности 42 и содержащую смотровое окно 28, и вторую поверхность 48, которая содержит оптический датчик 30. Оптическое отклоняющее устройство 40 также содержит третью поверхность 50 для регулирования оптического дефлектора 41, как более подробно описано ниже.
Оптический дефлектор 41 размещен на пересечении оси оптического датчика 30 и центральной оси дутьевой трубы 18, и отклоняет часть светового потока к оптическому датчику 30, а также обеспечивает для части светового потока возможность достижения смотрового окна 28. Падающий от печи световой поток тем самым частично направлен к оптическому датчику 30, который получает достаточный для контроля фурмы 20 световой поток. Отклоненный световой поток может быть собран посредством линзы, например, для концентрации отклоненного светового потока и обеспечения возможности измерения интенсивности светового потока.
Подразумевается, что вместо оптического датчика 30 могут быть смонтированы, видеокамера, светочувствительный датчик, камера сканирования изображения и т.п.
Следует также отметить, что показанное на фиг. 1 оптическое отклоняющее устройство 40 представлено схематично, и не должно быть интерпретировано как изображенное в масштабе.
Стеклянное окно 52 может быть размещено между удлинительной трубой 24 и соединительной трубой 44 оптического отклоняющего устройства 40 для защиты последнего от внутренней агрессивной среды доменной печи. Оптический фильтр (не показан) также может быть размещен совместно со смотровым окном 28 или быть встроенным в него с целью защиты глаз оператора от яркости излучаемого от печи светового потока.
Фиг. 1 показывает также отсечной клапан 54, размещенный между системой 26 оптического контроля и удлинительной трубой 24 дутьевой трубы 18. Отсечной клапан 54 обеспечивает возможность изоляции системы 26 оптического контроля от дутьевой трубы 18, например, при выполнении работ по техническому обслуживанию.
Настоящее изобретение может быть более детально описано путем обращения к фиг. 2, которая показывает оптическое отклоняющее устройство 40 более подробно. Оптическое отклоняющее устройство 40 образовано корпусом 56, содержащим шесть поверхностей, включая сюда вышеупомянутую присоединительную поверхность 42, а также первую, вторую и третью поверхности 46, 48, 50.
В корпусе 56 с возможностью поворота размещено сферическое тело 60, которое содержит проходы для обеспечения возможности прохождения светового потока через сферическое тело 60. Первый проход 62, который выровнен с первым проемом 64 в соединительной поверхности 42 корпуса 56, используют для обеспечения световому потоку возможности поступления в центральную область 66 сферического тела 60. Второй проход 68, который выровнен со вторым проемом 70 в первой поверхности 46 корпуса 56, используют для обеспечения световому потоку возможности поступления из центральной области 66 к смотровому окну 28. Третий проход 72, который выровнен с третьим проемом 74 во второй поверхности 48 корпуса 56, используют для обеспечения световому потоку возможности поступления из центральной области 66 к оптическому датчику 30.
В центральной области 66 сферического тела 60 оптический дефлектор 41 размещен таким образом, что падающий от фурменной зоны световой поток направлен к смотровому окну 28, а также к оптическому датчику 30. Действительно, оптический дефлектор 41, который может являться прозрачным стеклом, стеклом с покрытием, пластиной цветного стекла, полупрозрачным зеркалом, стеклянной призмой или поляризационным элементом, обеспечивает части падающего светового потока возможность прохождения через оптический дефлектор 41 к смотровому окну 28 при одновременном отражении части падающего светового потока к оптическому датчику 30.
В третьей поверхности 50 корпуса 56 размещено отверстие 76 для получения доступа к сферическому телу 60 с внешней стороны для регулирования положения сферического тела 60 в случае необходимости. В целях регулирования, сферическое тело 60 содержит в своей обращенной к отверстию 76 области шестиугольное гнездо 78, которое может быть зацеплено посредством регулировочного инструмента, такого как шестиугольный ключ (не показан). Отверстие 76, которое, предпочтительно, выполнено в виде направляющего паза, и шестиугольное гнездо 78 также показаны на фиг. 4. Альтернативные формы гнезда показаны на фиг. 5 и 6. Фиг. 5 показывает гнездо с треугольным поперечным сечением, а фиг.6 показывает гнездо с квадратным поперечным сечением. Могут быть предусмотрены несколько альтернативных форм.
Хотя отверстие 76 показано на фиг. 4 в виде по существу прямоугольного направляющего паза, следует отметить, что не должны быть исключены также и другие, способные к предоставлению различных возможностей регулирования формы и размеры. Изобретатели, однако, выбрали направляющий паз в качестве предпочтительного решения, поскольку он обеспечивает возможность особо выгодного регулирования сферического тела 60. С этой целью, направляющий паз имеет ширину, по существу соответствующую диаметру шестиугольного гнезда 78. При вставленном в шестиугольное гнездо 78 регулировочном инструменте поступательное перемещение шестиугольного гнезда 78 ограничено заданным посредством направляющего паза 76 направлением. Действительно, такое поступательное перемещение обеспечивает возможность вращения сферического тела 60 вокруг первой оси 82 вращения, как показано на фиг. 2. С другой стороны, вращательное перемещение регулировочного инструмента, и тем самым, шестиугольного гнезда 78 обеспечивает возможность вращения сферического тела 60 вокруг второй оси 84 вращения, как показано на фиг. 2. Выбор между поступательным и вращательным перемещениями обеспечивает пользователю возможность иметь хороший контроль над процессом регулирования, поскольку вращение вокруг первой и второй осей 82, 84 вращения может быть выполнено независимым образом.
Первая поверхность 46 корпуса 56 может быть выполнена в виде съемной монтажной поверхности для обеспечения сферическому телу 60, возможности ведения в корпус 56 и удаления из него. Конфигурация монтажной поверхности, а также процесс монтажа могут быть более детально описаны путем обращения к фиг. 3, которая показывает поперечное сечение в плане через корпус 56.
Во-первых, сферическое тело 60 оснащено боковым пазом 86, который обеспечивает оптическому дефлектору 41 возможность введения в сферическое тело 60, когда последнее расположено вне корпуса. После введения, оптический дефлектор 41 фиксируют в сферическом теле 60 посредством подходящих крепежных средств, таких как, например, термостойкий клей. Другие подходящие крепежные средства являются легкодоступными и могут быть использованы в качестве альтернативы.
Как только сферическое тело 60 и оптический дефлектор 41 собраны, сферическое тело 60 может быть введено в полость 88 в корпусе 56 через проем 90 в первой поверхности 46, проем 90 и полость 88 имеют поперечное сечение, которое по существу соответствует диаметру сферического тела 60.
После введения сферического тела 60 его регулируют таким образом, что первый, второй и третий проходы 62, 68, 72 приводят к выравниванию с соответствующими первым, вторым и третьим проемами 64, 70, 74. С целью закрытия проема 90 и поддержки сферического тела 60 в корпусе 56 в проеме 90 размещен кольцеобразный посадочный элемент 92. Посадочный элемент 92 выполнен таким образом, что его обращенная к сферическому телу 60 сторона действует в качестве посадочного места для сферического тела 60. Кольцеобразный посадочный элемент 92 удерживается в его местоположении посредством концевой пластины 94, присоединенной к корпусу 56 посредством подходящих крепежных средств, таких как, например, винты 96.
Прежде присоединения концевой пластины 94 между кольцеобразным посадочным элементом 92 и концевой пластиной 94 размещают пружинный элемент 80. Такой пружинный элемент 80, который, предпочтительно, является кольцевидной пружиной, наиболее предпочтительно винтовой пружинной шайбой, прижимает кольцеобразный посадочный элемент 92 к сферическому телу 60, фиксируя тем самым последнее. Пружинный элемент 80 является, однако, в достаточной мере эластичным для обеспечения возможности вращения сферического тела 60 при приложении внешней силы посредством регулировочного инструмента.
Смотровое окно 28 может быть частью трубопровода со стеклянной пластиной на конце, как показано, например, на фиг. 1. Предпочтительно, однако, смотровое окно 28 встроено в монтажную поверхность, как показано на фиг. 3. С этой целью стеклянная пластина 98 зажата между кольцеобразным посадочным элементом 92 и концевой пластиной 94. Первое и второе кольцевые уплотнения 100, 102 размещены между стеклянной пластиной 98 и, соответственно, кольцеобразным посадочным элементом 92 или концевой пластиной 94.
Центрирующий штифт 110 (как он показан на фиг. 3 и 4) размещен на соединительной поверхности 42 для зацепления с соответствующим отверстием в удлинительной трубе 24. Такой центрирующий штифт 110 обеспечивает возможность правильного расположения оптического отклоняющего устройства 40 относительно удлинительной трубы 24.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ