CN103320151B - 一种试验用焦炉捣固机及其均密度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焦炉捣固机领域，尤其涉及一种试验用焦炉捣固机及其均密度控制方法，通过控制器实时检测料样捣固前和捣固后的高度差，调节捣固锤的提升高度或捣固时间，保证捣固料样的均匀性，其具体操作如下：1）控制器内输入预设密度目标值ρ；2）首次捣固时要进行预捣固；3）捣固机构在控制器的控制下进行自动捣固，直到检测料样高度H与高度目标值一致，捣固结束。与现有技术相比，本发明的有益效果是：1）可有效提高料样密度的均匀性，使得炼焦试验在稳定、科学、严谨的基础上获得准确可靠的结果，同时将操作人员的人为因素对试验结果的影响降低至最小；2）设备的自动化程度更高，降低了操作人员的劳动强度，同时排除了人身安全隐患。

Description

一种试验用焦炉捣固机及其均密度控制方法

技术领域

本发明涉及焦炉捣固机领域，尤其涉及一种试验用焦炉捣固机及其均密度控制方法。

背景技术

近些年试验焦炉的大量应用为确定经济合理的炼焦配煤方案提供了良好的途径，试验焦炉已从早期底装型结构发展到近几年得到广泛应用的侧装型结构。同时由于捣固炼焦技术的广泛应用使得炼焦成本大幅降低，也给合理的利用有限资源提供了良好途径。大生产捣固炼焦采用捣固方式，那么对于试验焦炉同样也需要对料样进行捣固以提高密度。但一直以来对试验焦炉料样的捣固均不甚理想，主因是对这个捣固环节认识不足导致不够重视，往往认为料样量少，只要夯实一下可以了，而更多关注的是试验焦炉最终炼焦指标。事实料样的密度对炼焦质量影响很大，这是大家所共知的。而料样本身纵向高度较比大生产小很多，其密度分布与大生产相比极为敏感，其密度的波动较大或不均匀则直接导致最终炼焦质量有大的差异。

目前试验焦炉配套的捣固机均是简单的机械式结构，一般是由锤头、减速机构、齿轮、齿条及支架等组成，其齿轮为半周齿结构，锤头有单锤头或双锤头结构，当齿条带动锤头提升到最大高度后与齿轮失去啮合，锤头突然释放自由落下打击料样。这种捣固机的锤头提升或落下的高度是固定值（与齿轮的直径和齿数有关），对于料样而言，由于每次入煤箱中的煤是分次入料。当首次入料后开始接受锤头打击N次，而第二次入料后仍要继续打击N次，那么对于第一次入料层面的密度往往大于第二次的密度。若入料分为4次，那么若最后一次的密度达到规定值，就会出现，第一次入料层面>第二次>第三次>第四次的这样一个分布状态。这就在煤的垂直纵向剖面上存在密度分布不均匀的现象，使焦炭结焦期由于上下密度不均匀产生的焦块大小及裂纹分布没有一致性，直接影响炼焦质量。

另外，在捣固初期，由于料样松散，首次打击时由于锤头下落后将煤样中空气迅速挤压使料样产生向锤头四周飞溅，导致锤头中心料样缺少，且每次入料都会产生这种现象，这也是影响料样整体密度不均匀的一个重要因素。

再有，目前市场上的捣固机人为影响因素非常大，因为捣固密度与捣固次数直接关联，而捣固次数是由操作人员掌控，操作人员想捣固的次数多少若不按规定可以随意性设置。

另外目前的试验用捣固机结构普遍笨重，操作劳动强度大，操作人员需要接触料样，机械结构上存在对人身伤害的安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种试验用焦炉捣固机及其均密度控制方法，提高料样密度的均匀性，使得炼焦试验在稳定、科学、严谨的基础上获得准确可靠的结果，同时将操作人员的人为因素对试验结果的影响降低至最小，并降低操作人员的劳动强度，排除对操作人员人身安全隐患。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种试验用焦炉捣固机，包括煤箱、定量上煤装置和捣固机构，捣固机构位于上横梁上并通过机架与煤箱组合成一体，定量上煤装置位于煤箱的一侧，所述定量上煤装置包括料样料仓、电子秤、下料管和下料电控阀；所述捣固机构包括捣固锤、齿条、齿轮、电动机、电磁离合器和控制器，捣固锤设置在齿条的下端，齿条与齿轮相啮合，齿轮通过轮轴经电磁离合器与电动机相连，控制器分别与电动机、电磁离合器以及检测齿条垂直位移的位移传感器相连。

所述捣固机构为一套或两套，当捣固机构为两套时，两套捣固锤交替捣固。

所述齿条和齿轮所构成的提升机构可替换成摩擦杆和摩擦轮构成的提升机构。

所述捣固机构与上横梁之间设有水平移动机构，该水平移动机构包括导轨、底板、平移执行器和直线轴承，底板上设有平移执行器，底板通过直线轴承与导轨相连，导轨两端分别固定在上横梁上，底板上设有齿条孔。

所述平移执行器为气缸、油缸或走行电机。

所述走行电机带动车轮沿导轨移动。

上述一种试验用焦炉捣固机的均密度控制方法，在捣固过程中，通过控制器实时检测料样捣固前和捣固后的高度差，自动调节捣固锤的提升高度或捣固时间，保证捣固料样的均匀性，其具体操作如下：

1）向控制器内输入预设密度目标值ρ，根据关系式，计算出捣固后的料样高度H目标值，式中：m为料样质量，kg；L为煤箱内部长度,m；W为煤箱内部宽度，m；ρ为密度目标值，kg/m³；H，对应不同质量和密度的料样高度值，m；

2）在煤箱中加入料样后的首次捣固时要进行预捣固，捣固锤轻打击，捣固锤的提升高度设置为最大值的1/3~1/2；

3）捣固机构在控制器的控制下进行自动捣固，捣固过程中控制器实时检测料样高度，直到检测料样高度与H目标值一致，表示料样密度满足试验要求，捣固结束。

所述步骤2）至步骤3）的循环次数与料样填加次数一致。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1）可有效提高料样密度的均匀性，使得炼焦试验在稳定、科学、严谨的基础上获得准确可靠的结果，同时将操作人员的人为因素对试验结果的影响降低至最小；2）设备的自动化程度更高，降低了操作人员的劳动强度，同时排除了对操作人员人身安全隐患。3）为科学研究分析提供更为宽阔的视角，在捣固过程中可收集到多种试验数据：如料样批次入料时每批次捣固的密度值、最终料样的密度值、打击冲量、全部打击所做的功、料样最终高度值、料样质量等。4）方便根据需要调节捣固锤的质量，配合各种试验焦炉煤箱尺寸，提高了系列配套产品的灵活性。

附图说明

图1是本发明实施例一结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是本发明实施例二结构示意图；

图4是图3的俯视图；

图5是本发明平移执行器实施例一结构示意图；

图6是本发明平移执行器实施例二结构示意图。

图中：1-煤箱  2-定量上煤装置  3-捣固机构  4-上横梁5-机架  6-料样料仓  7-电子秤  8-下料管  9-下料电控阀10-捣固锤  11-齿条  12-齿轮  13-电动机 14-电磁离合器  15-控制器  16-轮轴  17-位移传感器  18-触摸屏19-导轨  20-底板  21-平移执行器  22-直线轴承  23-齿条孔  24-走行电机  25-传动轴  26-车轮  27-齿轮传动副

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

见图1、图2，是本发明一种试验用焦炉捣固机实施例一结构示意图，这是一种单锤头结构，适用于40kg及以下处理量的场合，包括煤箱1、定量上煤装置2和捣固机构3，捣固机构3位于上横梁4上并通过机架5与煤箱1组合成一体，定量上煤装置2位于煤箱1的一侧，定量上煤装置2包括料样料仓6、电子秤7、下料管8和下料电控阀9，实现定量上料，捣固机构3包括捣固锤10、齿条11、齿轮12、电动机13、电磁离合器14和控制器15，捣固锤10设置在齿条11的下端，齿条11与齿轮12相啮合，齿轮12通过轮轴16经电磁离合器14与电动机13相连，控制器15分别与电动机13、电磁离合器14以及检测齿条垂直位移的位移传感器17相连。

本发明试验用焦炉捣固机的均密度控制方法，是在捣固过程中，通过控制器15实时检测料样捣固前和捣固后的高度差，调节捣固锤的提升高度或捣固时间，保证捣固料样的均匀性，其具体操作如下：

1）由触摸屏18向控制器15内输入预设密度目标值ρ，根据关系式，计算出捣固后的料样高度H目标值，式中：m为料样质量，kg；L为煤箱内部长度,m；W为煤箱内部宽度，m；ρ为密度目标值，kg/m³；H，对应不同质量和密度的料样高度值，m；

2）在煤箱1中加入料样后的首次捣固时要进行预捣固，当首次捣固时，控制器15先获得电子秤7的当前称量数值，经计算处理后得到料样总质量值，而后控制器15发出命令使捣固锤10先提升到一定高度，再发控制命令使下料电控阀9打开，使料样料仓6中的料样经过下料管8进入到煤箱1中；

当料样入料量达到设定值m后，下料电控阀9关闭，然后再发出命令使当电动机13反向旋转，电磁离合器14吸合，即带动齿轮12旋转，由于齿轮12和齿条11是啮合在一起的，故齿条11产生垂直向下的运动，从而带动捣固锤10下降，目的是使捣固锤下落到最大值高度的1/3~1/2（可设置）后，电磁离合器14断电而释放，捣固锤10在较小的垂直高度下落，完成一次轻打击，目的是防止料样飞溅；

3）经过往复几次的防飞溅的轻打击后，捣固机构在控制器15的控制下进行自动捣固，首先，控制器15控制电动机13正向旋转，电磁离合器8吸合，在向上提升过程中，位移传感器17实时检测位移距离，当达到最大高度时，控制器15发出命令使电磁离合器14断电释放，此时捣固锤10在自重作用下迅速打击煤箱1中的料样表面，完成一次捣固打击，

此时电动机13一直处于正向旋转状态，当电磁离合器14吸合则捣固锤10就提升。而其断电就释放捣固锤10，完成打击后，由位移传感器17检测的数值送到控制器15中进行处理，捣固锤10往复打击，捣固过程中控制器实时检测料样高度，直到检测料样高度与H目标值一致，表示料样密度满足试验要求，捣固结束。控制器15承担所有数据处理及命令信号的控制，触摸屏18用于人机交互的界面，进行参数的设置，查看、操作控制等。

若料样是分批次入煤箱中捣固时，上述步骤2）至步骤3）的循环次数与料样填加次数一致，对第一次入料的料样打击的第一锤的最大打击力得到第一次料样的高度H₁，及密度ρ₁，再根据第二锤打击得到高度H₂，及密度ρ₂，依次获得H₃，及密度ρ₃，……等，将这些数据进行递归法处理后得到当前料样的打击特性，即在当前打击力度下，当质量m值发生变化时，需要打击多少次而得到一个最终密度。

根据这个推演算法当第二次入料及第三次入料均持续计算不断的丰富数据，当最后一次入料及最后一锤落下后，那么对于第一次入料、第二次入料、第三次入料直至最后一次入料后的料样承担的打击次数正好符合每次入料得到的最终密度，这样就保证了整个煤箱中料样密度的上下均匀一致性。同时在这个过程中通过控制系统计算还可以自动调节捣固锤的打击力F，捣固锤的打击力度是通过锤头每次提起的高度或调节锤头的重量来进行调节的。

见图3、图4，是本发明一种试验用焦炉捣固机实施例二结构示意图，这是一种双锤头结构，适用于40kg以上处理量的场合，包括煤箱1、定量上煤装置2和捣固机构3，捣固机构3位于上横梁4上并通过机架5与煤箱1组合成一体，定量上煤装置2位于煤箱1的一侧，定量上煤装置2包括料样料仓6、电子秤7、下料管8和下料电控阀9，实现定量上料，捣固机构3为两套，包括捣固锤10、齿条11、齿轮12、电动机13、电磁离合器14和控制器15，捣固锤10设置在齿条11的下端，齿条11与齿轮12相啮合，齿轮12通过轮轴16经电磁离合器14与电动机13相连，控制器15分别与电动机13、电磁离合器14以及检测齿条垂直位移的位移传感器17相连。两套捣固机构通过齿轮传动副27实现一台电动机驱动两个捣固锤交替捣固动作，以提高捣固效率。

见图5，为了避免双锤头式结构导致的两锤头中间所产生的间隙死区无法得到打击的弊端，捣固机构3与上横梁4之间设有水平移动机构，该水平移动机构包括导轨19、底板20、平移执行器21和直线轴承22，底板20上设有平移执行器21，底板20通过直线轴承22与导轨19相连，导轨19两端分别固定在上横梁4上，底板20上设有齿条孔23。平移执行器21为气缸、油缸或走行电机均可。

见图6，当平移执行器21采用走行电机结构时，走行电机24通过传动轴25带动车轮26沿导轨19移动。这样即可实现捣固锤每打击一个位置一次后进行一次水平移动，使料样能充分打击，避免存在打击死区。同理此结构也适用于单锤头结构。

实施例中，齿条11和齿轮12所构成的提升机构可替换成摩擦杆和摩擦轮的提升机构，方形或圆形截面的摩擦杆通过摩擦轮夹持来实现上下提升动作。

实施例中，控制器15可采用PLC、嵌入式控制系统或其控制类型单元进行控制，主要能完成数据的运算处理及发出控制命令信号的任务。触摸屏18作为人机交互及参数设置显示的界面，也可以直接采用计算机进行控制，通过屏幕鼠标等完成人机交互任务。

实施例中，控制器也可采用控制时间的方式进行控制，直接将称量好的料样放入煤箱1中，得到一个在控制上更简化的捣固机结构，通过控制捣固锤的提升和自由下落的时间以及预捣固功能，使本发明较传统试验用焦炉捣固机的性能有大幅提升。

Claims (8)

1.一种试验用焦炉捣固机，其特征在于，包括煤箱、定量上煤装置和捣固机构，捣固机构位于上横梁上并通过机架与煤箱组合成一体，定量上煤装置位于煤箱的一侧，所述定量上煤装置包括料样料仓、电子秤、下料管和下料电控阀；所述捣固机构包括捣固锤、齿条、齿轮、电动机、电磁离合器和控制器，捣固锤设置在齿条的下端，齿条与齿轮相啮合，齿轮通过轮轴经电磁离合器与电动机相连，控制器分别与电动机、电磁离合器以及检测齿条垂直位移的位移传感器相连。

2.根据权利要求1所述的一种试验用焦炉捣固机，其特征在于，所述捣固机构为一套或两套，当捣固机构为两套时，两套捣固锤交替捣固。

3.根据权利要求1所述的一种试验用焦炉捣固机，其特征在于，所述齿条和齿轮所构成的提升机构可替换成摩擦杆和摩擦轮构成的提升机构。

4.根据权利要求1所述的一种试验用焦炉捣固机，其特征在于，所述捣固机构与上横梁之间设有水平移动机构，该水平移动机构包括导轨、底板、平移执行器和直线轴承，底板上设有平移执行器，底板通过直线轴承与导轨相连，导轨两端分别固定在上横梁上，底板上设有齿条孔。

5.根据权利要求4所述的一种试验用焦炉捣固机，其特征在于，所述平移执行器为气缸、油缸或走行电机。

6.根据权利要求5所述的一种试验用焦炉捣固机，其特征在于，所述走行电机带动车轮沿导轨移动。

7.权利要求1中所述一种试验用焦炉捣固机的均密度控制方法，其特征在于，在捣固过程中，通过控制器实时检测料样捣固前和捣固后的高度差，自动调节捣固锤的提升高度或捣固时间，保证捣固料样的均匀性，其具体操作如下：

1）向控制器内输入预设密度目标值ρ，根据关系式计算出捣固后的料样高度H目标值，式中：m为料样质量，kg；L为煤箱内部长度,m；W为煤箱内部宽度，m；ρ为密度目标值，kg/m³；H，对应不同质量和密度的料样高度值，m；

2）在煤箱中加入料样后的首次捣固时要进行预捣固，捣固锤轻打击，捣固锤的提升高度设置为最大值的1/3～1/2；

3）捣固机构在控制器的控制下进行自动捣固，捣固过程中控制器实时检测料样高度，直到检测料样高度与H目标值一致，表示料样密度满足试验要求，捣固结束。

8.根据权利要求7中所述的一种试验用焦炉捣固机的均密度控制方法，其特征在于，所述步骤2）至步骤3）的循环次数与料样填加次数一致。