CN105004184A - 一种烧结过程空气流量的在线检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烧结过程空气流量的在线检测装置及其检测方法，属于烧结技术领域。本发明的空气流量在线检测装置中设置有导流罩，该导流罩中并列设置有多个子导流罩，并在子导流罩中设置空气检测仪，通过导流罩底部的密封片对导流罩进行密封。使用时，将导流罩吊放在烧结台车的料面上，则导流罩随烧结台车一起移动，同时启动空气检测仪进行隔段检测，获得空气的平均流速和温度参数，实现直接检测目的。本发明所设置的导流罩结构简单，使用方便，能够直接检测到空气流量和温度参数，使用该检测方法提高了烧结机热平衡测定结果的准确性。

Description

一种烧结过程空气流量的在线检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及烧结技术领域，更具体地说，涉及一种烧结过程空气流量的在线检测装置及其检测方法。

背景技术

烧结是我国铁矿粉造块的主导生产工艺，是整个钢铁生产流程中重要的一环。烧结工序的物料处理量在钢铁联合企业中处于第二位，仅次于高炉炼铁，而能源消耗也仅次于炼铁及轧钢而居第三位，是现代钢铁制造流程中物质流、能量流流通量最大的工序之一。降低烧结工序能耗是烧结生产中的重要课题，也是降低烧结矿成本的重要途径，在烧结工序中，热能消耗占80％左右，是节能的主攻方向。

为了评价烧结机的热利用水平，明确节能方向，改进烧结机的热工制度与设备结构，了解物料组成及物料结构状况与热能消耗的关系，定量地将烧结过程的热能分布明细化，找出主要热能消耗及无效热能消耗，降低能耗，国内外烧结工作者纷纷开展烧结过程热平衡测定与计算工作。然而，烧结过程中的空气量作为热平衡计算中的一个重要参数，却一直是依赖理论计算，难以由实际检测获得。

理论计算多是通过化学反应的生成物进行计算，而料层中固体燃料的完全燃烧程度和混合料中氧化亚铁的氧化反应程度与很多因素有关，故而烧结过程的理论空气量无法准确计算。此外，烧结过程中要使燃料中的碳素充分燃烧，需要从烧结台车上面进入烧结料层中的实际空气量要有一定的过量，而进入料层的实际空气取决于料层透气性、料层高度和烧结真空度，一直缺乏准确的测定方法，也不可能用过剩空气系数的方法计算出来。传统上是通过测定主烟道的废气量和漏风率计算出烧结过程的分解产物、一氧化碳等增量和点火废气量，间接计算出进入料层中的空气量。然而，众所周知，烧结机漏风率测定误差较大，所得空气量仅是一个近似值，这直接影响了烧结机热平衡测定结果的准确性。

经过检索，中国专利号ZL：200810146263.8，授权公告日：2010年7月21日，该申请案公开了一种点火炉废气流量的检测方法及检测系统，包括检测点火炉的燃气流量和空气流量；检测所述点火炉的炉膛内压力与大气压的压力差，将所述压力差的绝对值开平方根，得到的数据作为所述漏风流量，计算一个标准流量单位的燃气燃烧所需的氧气量和生成气体量，将一个标准流量单位加上所需的氧气量，再减去生成气体量，得到的差值为消耗的气体量，用所述燃气量和空气流量的和减去所述漏风流量和消耗的气体量，得到废气流量。该方案仅给出了点火段的空气流量，且仍需要对多个参数理论计算进行流量测量，难以反应出真实的进气量。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中缺少检测装置可直接测定空气流量的不足，提供了一种烧结过程空气流量的在线检测装置及其检测方法，本发明的技术方案，所设置的导流罩结构简单，使用方便，能够直接检测到空气流量和温度参数，提高了烧结机热平衡测定结果的准确性。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种烧结过程空气流量的在线检测装置，包括导流罩和空气检测仪，所述导流罩主要由至少4个并列设置的子导流罩组成，所述空气检测仪安装在子导流罩内对流经子导流罩的空气进行检测。

作为本发明更进一步的改进，所述的导流罩的底部长度与烧结台车的宽度相匹配，使导流罩在烧结台车的宽度方向上罩住烧结料层。

作为本发明更进一步的改进，所述导流罩底部四周设置有密封片，该密封片为一体结构的柔性耐热片或者由至少4片柔性耐热片连续排列而成。

作为本发明更进一步的改进，所述子导流罩主要由上部的进气管和下部的排气罩组成。

作为本发明更进一步的改进，所述子导流罩主要由上部的进气管和下部的排气罩组成，所述进气管的截面为圆形或矩形，排气罩是小口端与进气管相连的锥形罩或者是通过过渡段与进气管相连的矩形罩。

作为本发明更进一步的改进，所述进气管的内径为D，进气管长度至少为12D。

作为本发明更进一步的改进，所述空气检测仪距离进气管顶端的距离为进气管总长度的0.50～0.75倍。

一种烧结过程空气流量的在线检测方法，使用一种烧结过程空气流量的在线检测装置进行检测，其步骤为：

步骤一、设定好空气检测仪的采样参数；

步骤二、当烧结台车从点火炉中移出时，把导流罩吊放到烧结台车中部的料面上，导流罩罩住烧结料，柔性耐热片贴住烧结料进行密封，同时启动空气检测仪进行检测；

步骤三、导流罩随烧结台车同步移动，空气检测仪按设定时间间隔检测子导流罩中的空气参数；

步骤四、烧结台车移至最后一个烧结风箱的尾部时，将导流罩吊起，同时关闭空气检测仪；

步骤五、对步骤四所检测的空气参数按公式进行计算，得到空气流量Q和烧结过程空气平均温度T_均。

作为本发明更进一步的改进，步骤三所述的空气参数包括空气流速、空气温度。

作为本发明更进一步的改进，步骤五所述公式为：

计算Q， $Q=\stackrel{\‾}{\frac{Q}{P}}\×\frac{L\×W}{l\×w},\stackrel{\‾}{Q}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{Q}_i,Q_i=\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{V}_{ji}\×F\×60\×60;$

计算T_均， $T_i=\frac{\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}(T_{ji}\×V_{ji})}{\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{V}_{ji}};$

其中，Q—烧结过程中空气流量，m³/t；

Q_i—通过导流罩的第i时段空气平均流量，m³/h；

—所有检测时段内通过导流罩的空气平均流量，m³/h；

V_ji—第j#子导流罩进气管中第i时段空气平均流速，m/s；

F—子导流罩的进气管横截面积，m²；

m—导流罩中设置的子导流罩的个数；

n—在检测时段内测定的数据组数；

l—导流罩底部长度，m；

w—导流罩底部宽度，m；

L—从点火炉到烧结机机尾长度，m；

W—烧结机台车宽度，m；

P—烧结机台时产量，t/h；

T_均—烧结过程中空气平均温度，℃；

T_ji—第i检测时段通过第j#子导流罩的进气管中空气平均温度，℃；

T_i—第i检测时段整个导流罩内的空气平均温度，℃。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明的一种烧结过程空气流量的在线检测装置，其导流罩由多个子导流罩并列设置组成，空气进入子导流罩的进气管后流速加快，便于流速的测量，而且截面为圆形的进气管内空气流速分布更均匀；在子导流罩的进气管内设置有空气检测仪，空气检测仪距离进气管顶端的距离为进气管总长度的0.50～0.75倍，即位于进气管的中下部，保证空气检测仪所在处空气流速的均匀性，测量更准确；

(2)本发明的一种烧结过程空气流量的在线检测装置，在导流罩底部四周设置有密封片，该密封片由柔性耐热片组成，能够防止排气罩内部空气泄漏或外部空气进入，保证测量环境的密封性，提高了检测准确度；

(3)本发明的一种烧结过程空气流量的在线检测方法，能够直接检测到空气流速、温度参数，并通过大量数据求平均的方法获得空气流量和空气温度，相比于理论计算，提高了烧结机热平衡测定结果的准确性，而且测量过程简单，无需对现有设备进行改造，成本低，便于施行。

附图说明

图1为本发明的一种烧结过程空气流量的在线检测装置的结构示意图；

图2为本发明中子导流罩的排列结构示意图；

图3为本发明中导流罩的使用状态图；

图4为带有锥形罩的子导流罩的结构示意图。

示意图中的标号说明：1、烧结台车；2、烧结风箱；3、点火炉；4、导流罩；5、子导流罩；51、进气管；52、过渡段；53、矩形罩；54、锥形罩；6、柔性耐热片；7、空气检测仪。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例1

结合图1和图2，本实施例的一种烧结过程空气流量的在线检测装置，主要由导流罩4和空气检测仪7等组成，使用时，导流罩4放置在烧结台车1中部的烧结料层上，通过空气检测仪7检测流经的空气流量。本实施例中的导流罩4主要由至少4个并列设置的子导流罩5组成，具体个数可根据所使用的烧结台车1的宽度进行选择设计，导流罩4的底部长度与烧结台车1的宽度相匹配，使导流罩4在烧结台车1的宽度方向上罩住烧结料层。本实施例以设有4个子导流罩5为例对本方案进行说明，4个子导流罩5沿同一直线并列设置，其长度接近烧结台车1的两侧边间的宽度。

参看图4，本实施例中的子导流罩5主要由上部的进气管51和下部的排气罩组成，进气管51的截面为圆形，排气罩是小口端与进气管51相连的锥形罩54，且锥形罩54为正四棱锥台结构。进气管51的截面也可为矩形结构，但优选圆形结构，圆形结构的进气管51一方面可加快空气流速，另一方面进气管51的壁面与空气的接触均匀，不会因摩擦而导致同一截面内的空气流速分布不均而不利于流速测量。为了使安装在子导流罩5内的空气检测仪7能够准确测得空气参数，使空气检测仪7距离进气管51顶端的距离为进气管51总长度的0.55倍，即位于中部偏下位置。空气由进气管51上部进入后，流速尚处于变化状态，而在偏下位置流速更稳定，测量也就更准确。

此外，单独的追求流速的变化而缩小管径将会使烧结料不能吸收足够的空气量，导致烧结不彻底，所测得数据也就不能真实反映实际空气消耗空气量，不具有研究价值，故本实施例限制了进气管51的规格。进气管51的内径为D，则进气管51长度至少为12D，本实施例中选用12D的进气管51长度，这种情况下，不但能保证流速与均匀性的要求，还能满足烧结料所需空气量。

实施例2

参看图1、图2和图3，本实施例的一种烧结过程空气流量的在线检测装置，其基本结构与实施例1相同，其不同之处在于：本实施例中导流罩4由8个子导流罩5沿同一方向并列设置而成，进气管51的内径为D，进气管51长度为16D，空气检测仪7安装在距离进气管51为10D位置处，经过多次试验发现，这种情况下空气流速更稳定，测量结果也更准确。此外，为了使烧结料层的空气流速较稳定，设置的排气罩为通过过渡段52与进气管51相连的矩形罩53，矩形罩53的截面为正方形，由于矩形罩53的上下截面相同，对空气流速影响较小，更贴近真实状态的检测效果。

值得说明的是，为了防止导流罩4内空气泄漏或者是外部空气进入，在导流罩4底部四周设置有密封片，该密封片为玻璃纤维针刺毡材质的柔性耐热片6，在导流罩4的每一侧均设置一片相应长度的柔性耐热片6，保证测量环境的密封性，提高了检测准确度。

实施例3

本实施例的一种烧结过程空气流量的在线检测装置，其基本结构与实施例2相同，其不同之处在于：本实施例中进气管51的内径为D，进气管51长度为18D，空气检测仪7安装在距离进气管51为12D位置处。密封片是由与矩形罩53宽度相同的柔性耐热片4连续排列而成。由于烧结料层表面不平整，分段式的密封片结构使用效果更好，不会因部分料层凸起而影响其他部位的密封性。因为烧结料层表面和空气接触，温度一般在200℃以内，所使用的柔性耐热片4的材质为美塔斯针刺毡或氟美斯针刺毡中的一种。如果烧结料层温度高于200℃，可以选择其他材质的柔性耐热片4替代使用，以获得一定的使用寿命。

实施例4

本实施例的一种烧结过程空气流量的在线检测方法，使用上述的烧结过程空气流量的在线检测装置进行检测，其步骤为：

步骤一、设定好空气流量的在线检测装置中空气检测仪7的采样参数，例如检测时间间隔为Δt，空气检测仪7会根据时间间隔自动采集数据；

步骤二、当烧结台车1从点火炉3中移出时，便用行车把导流罩4吊放到烧结台车1中部的料面上，导流罩4罩住烧结料，柔性耐热片6贴住烧结料进行密封，防止内外空气窜通，同时启动空气检测仪7进行检测；

步骤三、导流罩4随烧结台车1同步移动，由于烧结台车1下部的烧结风箱2在不断抽气，烧结料层内部为负压状态，进而空气会通过导流罩4向烧结料层流动，达到测量目的；空气检测仪7按设定时间间隔检测子导流罩5中的空气参数，包括空气流速、空气温度；

步骤四、烧结台车1移至最后一个烧结风箱2的尾部时，将导流罩4吊起，同时关闭空气检测仪7；

步骤五、对步骤四所检测的空气参数按公式进行计算，得到空气流量Q和烧结过程空气平均温度T_均，计算公式为：

计算Q， $Q=\stackrel{\‾}{\frac{Q}{P}}\×\frac{L\×W}{l\×w},\stackrel{\‾}{Q}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{Q}_i,Q_i=\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{V}_{ji}\×F\×60\×60;$

计算T_均， $T_i=\frac{\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}(T_{ji}\×V_{ji})}{\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{V}_{ji}};$

其中，Q—烧结过程中空气流量，m³/t；

Q_i—通过导流罩的第i时段空气平均流量，m³/h；

—所有检测时段内通过导流罩的空气平均流量，m³/h；

V_ji—第j#子导流罩进气管中第i时段空气平均流速，m/s；

F—子导流罩的进气管横截面积，m²；

m—导流罩中设置的子导流罩的个数；

n—在检测时段内测定的数据组数；

l—导流罩底部长度，m；

w—导流罩底部宽度，m；

L—从点火炉到烧结机机尾长度，m；

W—烧结机台车宽度，m；

P—烧结机台时产量，t/h；

T_均—烧结过程中空气平均温度，℃；

T_ji—第i检测时段通过第j#子导流罩的进气管中空气平均温度，℃；

T_i—第i检测时段整个导流罩内的空气平均温度，℃。

计算烧结过程中空气流量公式中主要是先得到平均流速V_ji，对每个子导流罩进气管中的空气平均流量求和，得到同一检测时段整个导流罩内的空气平均流量Q_i，然后对所有检测时段的空气流量求平均得到进而可求出烧结过程中空气流量Q。T_均的计算公式主要是先对每个子导流罩进气管中的空气平均温度，根据其平均流速进行加权平均，得到同一检测时段整个导流罩内的空气平均温度T_i，然后对所有检测时段的空气温度求平均求出烧结过程中空气温度T_均。

以采用8个子导流罩为例，空气检测仪距离进气管顶部为10D，距离其底部为5D，结合具体参数对方案进行说明，设备的基本参数如表1，但实际使用不限于该参数：

表1检测实例的各项参数

D,m	F,m2	l,m	w,m	L,m	W,m	Δt,s	n,组	P,t/h
									0.3	0.071	4.4	0.55	73	4.4	10	163	426.74

注：D为进气管内径横截面直径；

Δt为检测间隔时间。

表2检测实例的各项测定值及计算数据

注：V_1i-8i为1#～8#进气管中第i时段空气平均流速；

T_1i-8i为1#～8#进气管中第i时段空气平均温度。

按照上述公式进行计算，则:

烧结过程空气流量： $Q=\stackrel{\‾}{\frac{Q_i}{P}}\×\frac{L\×W}{l\×w}=\frac{2543}{426.74}\×\frac{73\×4.4}{4.4\×0.55}=791.01m^3/t;$

烧结过程空气平均温度：

通过检测到的空气参数计算得到的烧结过程空气流量和空气平均温度相比理论计算量更能反映烧结机热平衡测定结果的准确性，而且所设置的导流罩结构简单，通过行车吊运便可实现安装放置，不需要对原有的设备结构进行大规模改造，方法简单，易于施行，实现了在低成本投入下而完成高准确度检测的目的，为烧结机热平衡测定与计算以及改善烧结料层横向透气均匀性奠定了基础。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种烧结过程空气流量的在线检测装置，其特征在于：包括导流罩(4)和空气检测仪(7)，所述导流罩(4)主要由至少4个并列设置的子导流罩(5)组成，所述空气检测仪(7)安装在子导流罩(5)内对流经子导流罩(5)的空气进行检测。

2.根据权利要求1所述的一种烧结过程空气流量的在线检测装置，其特征在于：所述的导流罩(4)的底部长度与烧结台车(1)的宽度相匹配，使导流罩(4)在烧结台车(1)的宽度方向上罩住烧结料层。

3.根据权利要求1所述的一种烧结过程空气流量的在线检测装置，其特征在于：所述导流罩(4)底部四周设置有密封片，该密封片为一体结构的柔性耐热片(6)或者由至少4片柔性耐热片(6)连续排列而成。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的一种烧结过程空气流量的在线检测装置，其特征在于：所述子导流罩(5)主要由上部的进气管(51)和下部的排气罩组成。

5.根据权利要求4所述的一种烧结过程空气流量的在线检测装置，其特征在于：所述进气管(51)的截面为圆形，排气罩是小口端与进气管(51)相连的锥形罩(54)或者是通过过渡段(52)与进气管(51)相连的矩形罩(53)。

6.根据权利要求5所述的一种烧结过程空气流量的在线检测装置，其特征在于：所述进气管(51)的内径为D，进气管(51)长度至少为12D。

7.根据权利要求5所述的一种烧结过程空气流量的在线检测装置，其特征在于：所述空气检测仪(7)距离进气管(51)顶端的距离为进气管(51)总长度的0.50～0.75倍。

8.一种烧结过程空气流量的在线检测方法，其特征在于：使用一种烧结过程空气流量的在线检测装置进行检测，其步骤为：

步骤一、设定好空气检测仪(7)的采样参数；

步骤二、当烧结台车(1)从点火炉(3)中移出时，把导流罩(4)吊放到烧结台车(1)中部的料面上，导流罩(4)罩住烧结料，柔性耐热片(6)贴住烧结料进行密封，同时启动空气检测仪(7)进行检测；

步骤三、导流罩(4)随烧结台车(1)同步移动，空气检测仪(7)按设定时间间隔检测子导流罩(5)中的空气参数；

步骤四、烧结台车(1)移至最后一个烧结风箱(2)的尾部时，将导流罩(4)吊起，同时关闭空气检测仪(7)；

步骤五、对步骤四所检测的空气参数按公式进行计算，得到空气流量Q和烧结过程空气平均温度T_均。

9.根据权利要求8所述的一种烧结过程空气流量的在线检测方法，其特征在于：步骤三所述的空气参数包括空气流速和空气温度。

10.根据权利要求9所述的一种烧结过程空气流量的在线检测方法，其特征在于：步骤五所述公式为：

计算 $Q,Q=\stackrel{\‾}{\frac{Q}{P}}\×\frac{L\×W}{l\×w},\stackrel{\‾}{Q}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{Q}_i,Q_i=\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{V}_{ji}\×F\×60\×60;$

计算

其中，Q—烧结过程中空气流量，m³/t；

Q_i—通过导流罩的第i时段空气平均流量，m³/h；

—所有检测时段内通过导流罩的空气平均流量，m³/h；

V_ji—第j#子导流罩进气管中第i时段空气平均流速，m/s；

F—子导流罩的进气管横截面积，m²；

m—导流罩中设置的子导流罩的个数；

n—在检测时段内测定的数据组数；

l—导流罩底部长度，m；

w—导流罩底部宽度，m；

L—从点火炉到烧结机机尾长度，m；

W—烧结机台车宽度，m；

P—烧结机台时产量，t/h；

T_均—烧结过程中空气平均温度，℃；

T_ji—第i检测时段通过第j#子导流罩的进气管中空气平均温度，℃；

T_i—第i检测时段整个导流罩内的空气平均温度，℃。