УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ И ПРОФИЛЯ ЗАСЫПИ ШИХТЫ В ДОМЕННОЙ ПЕЧИ
FACILITY FOR MEASUREMENT OF STOCKLINE IN BLAST FURNACE

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано для измерения уровня и профиля засыпи шихтовых материалов в доменной печи.
Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является известное устройство для измерения уровня и профиля засыпи шихты в доменной печи, оснащенной вращающимся распределительным органом для распределения шихты, выполненным в виде лотка, содержащее радар, установленный на куполе печи, и отражательный элемент, закрепленный на нижней поверхности лотка. Лоток может совершать круговое вращательное движение в горизонтальной плоскости и одновременно поворачиваться на определенный угол в вертикальной плоскости. Для осуществления измерений уровня и профиля засыпи шихты поток микроволновой энергии направляется от передающей антенны радара на отражательный элемент и далее на поверхность шихты. Отраженный от поверхности шихты поток микроволновой энергии воспринимается отражательным элементом и затем поступает на приемную антенну радара (US 4219814).
Указанное известное изобретение имеет следующие недостатки:
1) При вращении и повороте лотка положение точек измерения уровня шихты в каждый момент времени зависит от углового положения лотка по горизонтали и вертикали, которое определяется заданным режимом работы лотка при выгрузке в печь порции шихтовых материалов. В свою очередь режим работы лотка определяется технологией загрузки печи и может изменяться от порции к порции. В связи с этим при вращении и повороте лотка положение точек измерения уровня шихты и траектория их перемещения по поверхности шихты являются нестабильными, что не позволяет получить четкое и однозначное представление о профиле засыпи шихты.
2) Для того чтобы с помощью указанного устройства получить четкую и однозначную картину профиля засыпи шихты, необходимо остановить вращение лотка, установить лоток в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось радара, и поворачивать лоток в этой плоскости на определенный угол. Только таким образом можно получить достоверную картину профиля засыпи шихты вдоль радиуса печи. Однако такой режим измерений может приводить к увеличению времени цикла загрузки, снижению пропускной способности загрузочного устройства и противоречит современной практике, которая предусматривает непрерывное вращение лотка по горизонтали.
3) Устройство имеет ограниченное применение и, в частности, не может быть реализовано при использовании на печи роторного загрузочного устройства.
Технической задачей изобретения является устранение вышеперечисленных недостатков известного устройства, обеспечение надежного и достоверного измерения профиля засыпи шихты по радиусу печи, увеличение технологической пригодности устройства и возможности его применения на печах, оснащенных роторными загрузочными устройствами.
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что устройство для измерения уровня и профиля засыпи шихты используется в доменной печи, оснащенной вращающимся распределительным органом для распределения шихты, и содержит, по крайней мере, один радар, установленный на куполе печи. Вращающийся распределительный орган выполнен в виде ротора с, по меньшей мере, тремя лопастями, которые прикреплены к опорным кронштейнам, соединенным с подвесками. На нижней поверхности каждой лопасти размещен, по крайней мере, один отражательный элемент, установленный под углом к горизонтали и на расстоянии от вертикальной оси печи, с обеспечением измерения расстояния от каждого отражательного элемента до поверхности шихты в точках по радиусу печи, число которых соответствует общему числу отражательных элементов, установленных на лопастях ротора.
Для увеличения числа точек измерения уровня шихты по радиусу печи и получения более полной и представительной информации о профиле засыпи шихты устройство может быть снабжено, по крайней мере, одним дополнительным радаром, установленным на куполе печи, и дополнительными отражательными элементами, размещенными над лопастями на подвесках под углами к горизонтали, обеспечивающими измерение расстояния от каждого дополнительного отражательного элемента до поверхности шихты в точках периферийной зоны колошника печи, число которых соответствует общему числу дополнительных отражательных элементов.
Предусматриваемая устройством система из стационарно установленных радаров и вращающихся вместе с лопастями ротора отражательных элементов обеспечивает надежное и достоверное измерение уровня и профиля засыпи шихты вдоль радиуса печи без остановки вращения ротора.
Наличие, как минимум, трех лопастей и, соответственно, трех отражательных элементов, установленных на нижней поверхности лопастей, обеспечивает выполнение минимальных требований к равномерности окружного распределения шихты, а также к числу точек измерения уровня шихты (в центре, в промежуточной зоне и на периферии). Увеличение числа лопастей и, соответственно, числа устанавливаемых отражательных элементов обеспечивает улучшение окружного распределения шихтовых материалов, увеличение числа точек измерения уровня шихты и получение более полной и представительной информации о профиле засыпи шихты по радиусу печи.
Углы установки отражательных элементов к горизонтали выбираются таким образом, чтобы обеспечить по возможности измерение уровня шихты в равноотстоящих друг от друга точках по радиусу печи.
Крепление отражательных элементов предусматривает возможность их легкого отсоединения и замены при ремонтах.
Ниже изобретение поясняется более подробно рисунками, на которых в качестве примеров представлены два варианта выполнения устройства:
- на фиг.1 - Вариант 1 - устройство, содержащее один радар и пять отражательных элементов (план и вертикальный разрез);
- на фиг.2 - Вариант 2 - устройство, содержащее два радара и десять отражательных элементов (план и вертикальный разрез).
В варианте 1 устройство смонтировано на доменной печи, оснащенной вращающимся распределительным органом, выполненным в виде ротора 1. Устройство содержит радар 2, стационарно установленный на куполе печи 3 таким образом, что радиолуч 4, генерируемый радаром, направлен по радиусу печи в сторону ее центра. Ротор выполнен с пятью лопастями 5, прикрепленными к опорным кронштейнам 6, соединенным с подвесками 7. На нижней поверхности каждой лопасти размещен отражательный элемент 8, установленный под углом 20÷80° к горизонтали на расстоянии от вертикальной оси печи, равном 0,2÷0,9 радиуса ротора. На вертикальном разрезе пять отражательных элементов 8 условно показаны в одной вертикальной плоскости, проходящей через вертикальную ось печи и ось радиолуча радара. Отражательные элементы 8 установлены на лопастях 5 таким образом, что при вращении ротора 1 каждый отражательный элемент последовательно пересекает зону прохождения радиолуча 4 радара, обеспечивая при этом измерение уровня шихты в пяти различных точках tl, t2, t3, t4 и t5 по радиусу печи в диапазоне от центра до периферии.
Устройство по варианту 2 отличается от описанного выше устройства по варианту 1 тем, что в нем предусмотрена установка на куполе печи дополнительного радара 9 и пяти дополнительных отражательных элементов 10, размещенных над лопастями 5 на подвесках 7, под углами 30÷70° к горизонтали на расстоянии от вертикальной оси печи, равном 0,9÷1,2 радиуса ротора. При этом с помощью радара 2 и пяти отражательных элементов 8 измеряется уровень засыпи в пяти точках s1, s2, s3, s4 и s5 центральной и средней зон колошника, а с помощью дополнительного радара 9 и пяти дополнительных отражательных элементов 10 измеряется уровень засыпи в пяти точках s6, s7, s8, s9 и s10 периферийной зоны колошника.
Устройство по варианту 1 работает следующим образом.
Измерения уровня и профиля засыпи шихты на колошнике доменной печи производятся в промежутках времени между выгрузкой в печь двух последовательных порций шихтовых материалов.
Радар 2, работающий в СВЧ-диапазоне, через приемо-передающую антенну генерирует радиолуч 4, ось которого имеет постоянное направление и находится в вертикальной плоскости, проходящей через центр печи.
Ротор 1 в период измерений вращается с заданной пониженной скоростью порядка 3÷5 об/мин. В процессе вращения ротора пять отражательных элементов 8, размещенных на нижней поверхности лопастей 5, последовательно пересекают зону радиолуча 4, отражая поток радиоизлучения на шихту в строго определенных направлениях, которые соответствуют различным точкам t1, t2, t3, t4 и t5 измерения уровня засыпи по радиусу колошника печи. Отраженное от шихты радиоизлучение воспринимается соответствующим отражательным элементом и направляется на приемо-передающую антенну радара.
Последующая обработка прямого и отраженного радиосигналов, определение расстояний до поверхности шихты в различных точках, формирование базы данных для построения профилей засыпи, визуализация результатов измерений, а также синхронизация измерений с угловым (в плане) положением ротора производятся с использованием известных методов и средств автоматизации, которые в данной заявке не рассматриваются.
Устройство по варианту 2 работает аналогичным образом.
За один оборот ротора могут быть получены данные для построения одной кривой профиля засыпи по радиусу печи. Обычно при использовании роторных загрузочных устройств промежуток времени между выгрузками порций шихты в печь составляет не менее 2-х минут. За это время при скорости вращения ротора порядка 3÷5 об/мин может быть получена информация, позволяющая сформировать 6÷10 профилей засыпи шихты, построенных по точкам, число которых соответствует числу установленных на роторе отражательных элементов (например, 5 точек по варианту 1 или 10 точек по варианту 2).
Не меняя сущности изобретения, число радаров 2 и/или 9 может быть увеличено до 2-х÷3-х и более (каждый) путем их идентичной установки на куполе печи по нескольким радиусам (в плане). В этом случае при использовании одного и того же комплекта отражательных элементов 8 и/или 10, установленных на роторе, может быть получена информация о профиле засыпи сразу по нескольким радиусам печи, что позволяет значительно расширить представления о распределении шихты и формировании поверхности засыпи на колошнике печи.
Таким образом, использование заявленного изобретения обеспечивает надежное и достоверное измерение уровня и профиля засыпи шихты в доменной печи, оснащенной роторным загрузочным устройством, что в свою очередь позволяет оптимизировать распределение шихтовых материалов на колошнике печи и за счет этого сократить удельный расход кокса и повысить производительность печи.