CN101389923A - 炉宽测定装置及具有该炉宽测定装置的顶出柱塞 - Google Patents

Abstract

一种炉宽测定装置，将如下部件一体化而做成传感器单元(SU)：将发光元件和受光元件收容在护罩内的激光式变位传感器(16、17)；围住所述护罩、并将吸热面侧朝向该护罩配置的多个板状热电冷却元件(20a～20d)；将所述护罩与热电冷却元件的吸热面之间的间隙填埋的铝制内框部(18)；以及配置在热电冷却元件的散热面侧的冷却翅片(21a～21d)，该传感器单元(SU)收容在壳体(13)内，该壳体具有冷却用空气的导入部、将供冷却后的该冷却用空气予以排出的排出部、以及使激光通过的计测窗(26、28)。采用本发明，测定范围和测定时间都不会受到限制，可连续测定炉宽。

Description

炉宽测定装置及具有该炉宽测定装置的顶出柱塞

技术领域

本发明涉及适应于在高温的炉内对炉宽进行测定的炉宽测定装置及具有该炉宽测定装置的顶出柱塞(押出ラム)。

背景技术

焦炉结构是炭化炉和燃烧室沿炉团方向交替配置，煤从在焦炉炉上沿炉团方向行走的装煤车装入炭化室内，通过将燃烧室的热量传递给炭化室，将装入的煤干馏，生产焦炭。

这种焦炉往往从筑炉开始经30年而老化，构筑炭化室侧壁(下面称为炉壁)的耐火砖，反反复复进行着附着在炉壁损伤部分上的炭因焦炭顶出或装煤而剥离、再损伤炉壁的循环，因而炉壁变形等、妨碍作业的要因明显存在。

从这种情况看，为了获得稳定作业，把握炉壁状态是非常重要的检查项目。

在焦炉的碳化室中，炉壁以狭窄的宽度相对，如果炉壁损耗的话，两壁面间的距离变大，因此若测定炉宽的话就能够推测炉壁的损耗状态。

因此，作为测定炉宽的装置，例如日本特开昭62—293112号公报揭示了一种将指向炭化室各炉壁的一对非接触式测距仪设在焦炭顶出机的柱塞横杆上的结构。

该炉宽测定装置在水冷套管内收容有非接触式测距仪，以便可在1000℃以上的炭化室进行测定。在该结构中，必须敷设将冷却水供给于该水冷套管，并使供冷却而升温后的水从水冷套管返回用的冷却用配管，无法避免由炉宽测定装置所带来的冷却装置的大型化。

此外，由于可利用泵的排出能力等供给冷却水的距离受限制，因此存在着不能一边移动各炭化室一边连续地进行炉宽测定的不良情况。

另外，作为无冷却用配管的炉宽测定装置，例如日本特开2002—213922号公报揭示了如下的炉宽测定装置，其结构是：炉宽测距仪和电源装置收容在吸热箱内，通过设在该吸热箱内的送信装置以无线方式发送炉宽测定数据。

所述吸热箱由充填有液体的套管构成，吸热箱的外侧由绝热材料覆盖。采用这种炉宽测定装置，由于不需要冷却用配管，故测定范围不受限制。

但是，在上述日本特开2002—213922号公报所揭示的炉宽测定装置中，水冷套管内的液体在到达炉宽测定装置的使用界限温度的时刻就不能连续进行测定，时间上受限制。

发明内容

本发明是考虑到上述那种以往的炉宽测定装置的问题而作的，提供了一种无论测定范围和测定时间都不受限制、可连续且稳定地测定炉宽的炉宽测定装置和具有该炉宽测定装置的顶出柱塞。

本发明的炉宽测定装置，将如下部件一体化而做成传感器单元：将发光元件和受光元件收容在护罩内的激光式变位传感器；围住所述护罩、并将吸热面侧朝向该护罩配置的多个板状热电冷却元件；将护罩与热电冷却元件的吸热面之间的间隙填埋的导热体；以及配置在热电冷却元件的散热面侧的冷却翅片，该传感器单元收容在壳体内，该壳体具有冷却用空气的导入部、将供冷却后的该冷却用空气予以排出的排出部、以及使激光通过的计测窗。

在所述炉宽测定装置中，若通过筒状的绝热部将所述传感器单元收容在壳体内，则可在该绝热部外壁与壳体内壁之间形成使冷却用空气流动用的冷却通路。

另外，最好在所述壳体内壁上贴附绝热材料。

另外，若利用筒状的绝热部将所述冷却翅片的外周部封闭，则可将各冷却翅片的间隙构成为使冷却空气流动用的第二冷却通路。

本发明的带有炉宽测定装置的顶出柱塞，在配置于焦炉的顶出柱塞的柱塞横杆上设置有具有上述结构的炉宽测定装置。

在带有上述炉宽测定装置的顶出柱塞中，在敷设于柱塞横杆的绝热配管内可收容有：将冷却用空气供给于炉宽测定装置的软管；向激光式变位传感器及热电冷却元件供电、并将炉宽测定数据予以输出用的电缆；以及将用于对热电冷却元件进行温度控制的控制信号予以输送的电缆。

所述顶出柱塞上可搭载用于储存冷却用空气的气罐、以及用于将该气罐内的冷却用空气保持为规定压力的压缩机。

采用本发明的炉宽测定装置和具有该炉宽测定装置的顶出柱塞，无论测定范围和测定时间都不会受到限制，可连续且稳定地测定炉宽。

附图说明

图1是表示本发明的炉宽测定装置设在顶出柱塞上状态的侧视图。

图2是图1所示的炉宽测定装置的俯视剖视图。

图3(a)是表示传感器单元结构的具有一部分缺口的立体图，图3(b)是其主视图。

图4是表示本发明的炉宽测定装置的控制系统的方框图。

具体实施方式

下面，根据附图所示的实施例详细说明本发明。

图1是表示本发明的炉宽测定装置设在焦炭顶出机的柱塞横杆上时的结构。

在该图中，焦炭顶出机具有顶出柱塞3，其主要包括柱塞头1、用于使该柱塞头1沿水平方向往复移动的柱塞横杆2，利用柱塞头1，将焦炉炭化室内被干馏的红热焦炭顶出到炉外。

在柱塞横杆2上且靠近柱塞头1处立设有支承架4，在该支承架4上设有炉宽测定装置5。

图中，A表示顶出柱塞3的顶出方向。

炉宽测定装置5的信号系统，通过从卷绕装置6的滚筒一侧拉出的信号/电源电缆7而与未图示的顶出机运行室内的控制器(后述)连接。

所谓上述信号系统，具体说包含将电源供给于激光式变位传感器和作为热电冷却元件即珀耳帖元件(后述)的电源线、将激光式变位传感器所测定的炉宽数据予以输出的输出线、以及用于对珀耳帖元件进行温度控制的控制信号线等。

对炉宽测定装置5进行冷却的冷却系统，通过从该卷绕装置6的滚筒另一侧拉出的软管8而与储存冷却用空气的气罐9连接，该气罐9连接着压缩机10，用于将冷却用空气保持为规定压力(可供给因配管等压力损失所失去的压力，例如0.4～0.7MPa)。所述卷绕装置6、气罐9及压缩机10搭载在顶出机上。

11是一种变换器，其包含用于对从炉宽测定装置5内的激光式变位传感器输出的炉宽信号予以放大的放大单元、激光式变位传感器及珀耳帖元件用的电源供给装置，配置在难以受到处于高温状态的炭化室的热影响的柱塞横杆2后端侧。

另外，信号/电源电缆7及软管8从柱塞横杆2后端部通过敷设在柱塞横杆2内的绝热配管12内，与设置在柱塞横杆2顶端侧的炉宽测定装置5连接。信号/电源电缆7采用耐热电缆。

图2是将上述炉宽测定装置5放大并俯视表示的剖视图。

在该图中，炉宽测定装置5具有被绝热的箱形壳体13，在该壳体13内收容有激光式变位传感器、珀耳帖元件、温度控制用的热电偶等必要最小限度的装置。

详细地说，壳体13包括：方筒部13a；将该方筒部13a的后侧端面(炉盖方向B的后侧)予以封住的后面板13b；以及配置在前侧的前面板13c。在方筒部13a的内表面和后面板13b的内表面分别贴附有陶瓷制的绝热材料14。

另外，在后面板13b上设有用于连接上述绝热配管12的连接部15，冷却用空气ca通过绝热配管12而被导入壳体13内。另外，电源通过信号/电源电缆7的电源电缆供给于一对激光式变位传感器16和17，测定的炉宽信号通过信号电缆送出，并通过信号电缆中的控制电缆送出对珀耳帖元件20、21进行温度控制用的控制信号。所述连接部15的绝热配管12起到冷却用空气ca的导入部的功能。

激光式变位传感器16、17是将由半导体激光构成的发光元件和受光元件收容在由压铸铝构成的护罩(外壳)内的公知的结构，使激光通过投射透镜聚光，照射在炉壁上，通过受光透镜在受光元件上检测炉壁所反射的一部分光线。作为上述激光式变位传感器16、17，例如最好使用测定范围为320mm±150mm的超长范围型的传感器。

该激光式变位传感器16、17沿柱塞横杆2的移动方向平行配置，它们的投射部向与箭头B方向相反的方向配置。

图3表示在激光式变位传感器16、17上增加冷却结构并使其一体化的传感器单元SU的结构，图3(a)是立体图，图3(b)是主视图。在图3(a)中，为便于理解各结构，将激光式变位传感器16、17前方的盖部24(参照图2)取下、以局部切去的状态表示各部分。

在图3(a)及图3(b)中，传感器单元SU主要包括：左右并排配置的激光式变位传感器16、17；将这些激光式变位传感器16、17的周围包围而配置成方筒状的作为导热体的铝制内框部18；与该内框部18的外周面紧贴配置的四个珀耳帖元件20a～20d；以与这些珀耳帖元件20a～20d外表面紧贴的状态配置成方筒状的铝制外框部19；以及与该外框部19的外周各表面形成一体的冷却翅片群21a～21d。

所述内框部18是易于进行维修保养的二拼接结构。

另外，各珀耳帖元件20a～20d通过层叠二个板状珀耳帖元件而成，其吸热面侧朝向激光变位传感器16、17配置，散热面侧朝向冷却翅片群21a～21d配置。

另外，在激光式变位传感器16、17的间隙S配设有与各传感器16、17连接的导线。

并且在图3(b)中，16a、17a分别表示投射部，16b、17b分别表示受光部。

通过如此构成传感器单元SU，激光式变位传感器16、17的表面温度就通过内框部18由珀耳帖元件20a～20d控制，珀耳帖元件20a～20d所产生的发热由形成于外框部19的冷却翅片群21a～21d散热。

现回到图2进行说明。

激光式变位传感器16、17的投射部侧用绝热材料构成的盖部24封住，冷却用空气ca就不会流到冷却翅片群21a～21d以外。激光式变位传感器16、17发出的激光通过形成在所述盖部24局部上的贯通孔24a、24b而投射。

在激光式变位传感器16的投射侧配置有蒸镀了铝的反射镜25，从激光式变位传感器16投射的激光的光路由该反射镜25变更90°(图中箭头C方向)，使激光通过形成于方筒部13a上的计测窗26而照射在炉壁上，接受来自炉壁的反射光。

另外，在激光式变位传感器17的投射侧也左右对称地配置有与上述反射镜25相同结构构成的反射镜27，由该反射镜27将激光的光路变更90°(箭头D方向)，使激光通过形成在方筒部13a上的计测窗28而照射在炉壁上，接受反射光。

所述计测窗26、28的开口面积小，因此通过窗的来自炉壁的辐射热可用冷却用空气ca置换，而相对于这些计测窗26、28配置将热射线阻断滤片包覆在石英玻璃上的玻璃板的话，则可抑制冷却用空气ca的供给量。

另一方面，在壳体13内的前侧，以与壳体13的方筒部13a各内壁隔开规定间隙的状态收容有小一圈的方筒状的分隔构件(筒状绝热部)30。该分隔构件30由不锈钢制的薄板和陶瓷构成。

上述间隙成为使一部分冷却用空气ca沿壳体内壁流动用的冷却通路Pa。分隔构件30与壳体内壁通过沿壳体长度方向配置的多个棒状构件(未图示)而局部连接。

在该分隔构件30内收容有上述传感器单元SU。

在收容有该传感器单元SU的状态下，冷却翅片群21a～21d的翅片外周端与分隔构件30的内壁连接，冷却翅片群21a～21d的各冷却翅片的间隙也流动着冷却用空气ca。与这些冷却翅片的各间隙连通的通路构成第二冷却通路Pb。

在激光式变位传感器16、17与前面板13c之间设有绝热材料31，将欲从外部通过前面板13c进入壳体13内的热量予以阻断。

然而，在将冷却用空气ca供给设置在柱塞横杆2顶端侧的炉宽测定装置5时，即使将供给冷却用空气ca的软管收容在绝热配管12内，在到达炉宽测定装置5的时刻所供给的冷却用空气ca的温度就升温到100℃左右。

当如此升温后的冷却用空气ca导入壳体13内时，就使激光式变位传感器16、17的表面温度上升。另一方面，激光式变位传感器16、17的动作温度通常是0～+50℃，因此必须使升温到100℃的冷却用空气ca的温度下降50℃左右。

历来，搭载电子设备例如CCD摄像机而对炉内进行观察的装置中，也有在装置内配设多个珀耳帖元件作为冷却手段的装置，但单纯配置珀耳帖元件的结构，是先对配置有电子设备的装置内的空间进行冷却、再利用冷却的环境间接地对电子设备进行冷却的结构，因此，下降50℃左右是不可能的。

相对于此，在本发明的炉宽测定装置5中，将激光式变位传感器16、17收容在导热性优异的铝制内框部18内，使珀耳帖元件20a～20d的吸热侧与该内框部18紧贴，在该珀耳帖元件20a～20d的散热侧，通过铝制外框部19安装冷却翅片群21a～21d并进行一体化，从而可高效率地对激光式变位传感器16、17进行冷却。

具体地说，用热电偶对激光式变位传感器16、17的表面温度进行监视，当超过50℃时，使珀耳帖元件20a～20d接通进行动作。当使珀耳帖元件20a～20d接通进行动作时，散热侧温度与冷却用空气ca的温度大致相同，因此珀耳帖元件20a～20d可稳定地对激光式变位传感器16、17进行冷却。由此，可将激光式变位传感器16、17的表面温度保持在50℃以下，可使激光式变位传感器16、17稳定动作。

另外，对于从壳体13外部进入炉宽测定装置5内的热量，先由贴附在壳体13内壁上的绝热材料14阻断，即使一部分热量通过该绝热材料14，其几乎也由冷却通路Pa中流动的冷却用空气cal吸收。因此，很少影响到通过配置于第二冷却通路Pb的冷却翅片群21a～21d的冷却用空气ca。

在上述实施例中，与冷却用空气ca的流动相对地配置激光式变位传感器16、17的投射部及受光部，但当然也可以逆向配置。

下面，参照图4来说明具有上述结构的炉宽测定装置5的控制动作。

在将炭化室干馏后的红热焦炭顶出到炉外的顶出作业中，一旦将炉盖卸下，则顶出柱塞3被插入炭化室内，红热焦炭被柱塞横杆2顶端的柱塞头1顶出。

当顶出柱塞3在炭化室内移动时，设在顶出柱塞3上的炉宽测定装置5从顶出机侧向导向车侧连续地对炭化室的炉宽进行测定。

此时，如图2所示，冷却用空气ca通过配管12而始终供给于炉宽测定装置5，供给于炉宽测定装置5的冷却用空气ca分开为冷却用通路Pa和第二冷却用通路Pb地在壳体13内流动。

冷却通路Pa中流动的冷却用空气ca，吸收通过贴附在壳体13内壁上的绝热材料14进入壳体13内的热量，供热交换的冷却用空气ca从设在前面板13c上的开口而放出到壳体13外部。

激光式变位传感器16、17通过配设在其周围的内框部18而与珀耳帖元件20a～20d的吸热侧接触，故通过由控制器40进行温度控制来冷却珀耳帖元件20a～20d。

另外，珀耳帖元件20a～20d所产生的发热，通过外框部19(参照图3(b))而被传递到冷却翅片群21a～21d，在配置有这些冷却翅片群21a～21d的第二冷却通路Pb中通常流动着冷却用空气ca，结果，珀耳帖元件20a～20d所产生的发热由该冷却用空气ca散热。

另外，如图1所示，在柱塞横杆2上沿其长度方向形成有齿条2a，小齿轮2b与该齿条2a啮合，通过用未图示的顶出电动机使该小齿轮2b旋转来使柱塞横杆2移动。

因此，若由设在上述顶出电动机上的旋转式编码器对小齿轮2b的转速进行检测，则可根据该转速求出顶出柱塞3的移动距离。

在图4中，从所述旋转式编码器输出的顶出柱塞3的位置数据Sa被储存在控制器40的位置数据储存部40a中。

控制器40配置在顶出机电气室42内。

另一方面，以规定周期由炉宽测定装置5测定的炉宽数据Sb通过变换器11内的激光式变位传感器用的放大单元储存在控制器40的炉宽数据储存部40b内。上述位置数据和炉宽数据通过使测定开始时间一致而相互对应并储存在各储存部40a及40b内。

所述炉宽数据Sb具有从激光式变位传感器16输出的炉宽数据Sb1、和从激光式变位传感器17输出的炉宽数据Sb2，炉宽数据Sb1相当于从激光式变位传感器16的投射部至一个炉壁的距离，炉宽数据Sb2相当于从激光式变位传感器17的投射部至另一个炉壁的距离，因此，通过在数据处理部40c中求出炉宽数据Sb1和Sb2之和，从而可测定炭化室的炉宽。但是，本实施例由于使用了反射镜25、27，故必须进行修正，即减去从激光式变位传感器16、17的投射部至反射镜25、27的距离，并加上两反射镜25、27的离开距离。

所述控制器40，将测定年月日、测定时刻和测定对象的炭化室的窑编号作为数据附加于上述相互对应的位置数据和炉宽数据，并传送到数据库43进行储蓄。

个人计算机44通过局域网LAN与该数据库43连接。由此，通过从个人计算机44访问数据库43来调查炉宽测定值的推移，可以管理炉宽壁面的倾向(趋势)，或可判断维修时间。

另外，控制器40将炉宽测定值以曲线图方式显示在顶出机运行室45内的监视器46上。曲线图的横轴表示测定位置，纵轴表示炉宽，曲线图左侧表示顶出机侧，曲线图右侧表示导向车侧。

当显示由炉宽测定装置5所测定的炉宽测定值为异常大的值时，有可能炉壁产生破孔，因此，控制器40使扬声器47发出警报。

另外，上述炉宽测定装置5进行的测定不限于上述顶出柱塞3所进行的焦炭顶出作业的时候，也可在顶出柱塞3的返回作业时进行。

产业上的可利用性

本发明作为对焦炉的炭化室的炉宽进行测定的装置，并且不限于此，也可用作对转炉、烧结炉、焚烧锅炉、发电用锅炉和其它高温炉内的炉宽进行测定的装置。

Claims (7)

1.一种炉宽测定装置，其特征在于，将如下部件一体化而做成传感器单元：

将发光元件和受光元件收容在护罩内的激光式变位传感器；

围住所述护罩，并将吸热面侧朝向该护罩配置的多个板状热电冷却元件；

将所述护罩与所述热电冷却元件的吸热面之间的间隙填埋的导热体；以及

配置在所述热电冷却元件的散热面侧的冷却翅片，

该传感器单元收容在壳体内，该壳体具有冷却用空气的导入部、将供冷却后的该冷却用空气予以排出的排出部、以及使激光通过的计测窗。

2.如权利要求1所述的炉宽测定装置，其特征在于，所述传感器单元通过筒状的绝热部收容在所述壳体内，在该绝热部外壁与所述壳体内壁之间形成有使冷却用空气流动用的冷却通路。

3.如权利要求2所述的炉宽测定装置，其特征在于，在所述壳体内壁上贴附有绝热材料。

4.如权利要求2所述的炉宽测定装置，其特征在于，所述冷却翅片的外周部由所述筒状的绝热部封闭，各冷却翅片的间隙构成使冷却空气流动用的第二冷却通路。

5.一种带有炉宽测定装置的顶出柱塞，其特征在于，在配置于焦炉的顶出柱塞的柱塞横杆上设置有如权利要求1～4中任一项所述的炉宽测定装置。

6.如权利要求5所述的带有炉宽测定装置的顶出柱塞，其特征在于，在敷设于所述柱塞横杆的绝热配管内收容有：将冷却用空气供给于所述炉宽测定装置的软管；向所述激光式变位传感器及所述热电冷却元件供电、并将炉宽测定数据予以输出用的电缆；以及将用于对所述热电冷却元件进行温度控制的控制信号予以输送的电缆。

7.如权利要求6所述的带有炉宽测定装置的顶出柱塞，其特征在于，所述顶出柱塞上搭载有用于储存所述冷却用空气的气罐、以及用于将该气罐内的冷却用空气保持为规定压力的压缩机。

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