CN109196301A - 获得堆放在焦炉中的材料的高度的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于获得表示在焦炉(10)中堆放的材料(20)的上表面(29)相对于参考平面(P)的高度(H)的参数的方法，该方法包括以下步骤：在位于上表面上方距参考平面操作距离(D1)处设置传感器(47)，传感器和材料形成具有电容的电容器；获得表示所述电容的至少一个电容信号；利用电容信号获得至少一个距离信号(S2)，所述距离信号表示传感器与上表面之间沿竖直方向(Z)的距离(D2)；以及利用距离信号和操作距离获得表示所述高度的所述参数。

Description

获得堆放在焦炉中的材料的高度的方法
本发明涉及一种用于获得表示在焦炉中堆放的材料的上表面相对于参考平面的高度的参数的方法。这种方法特别地涉及散煤或焦炭水平测量。
本发明还涉及一种用于控制焦炉的填充率的方法、用于实施该方法的系统以及包括该系统的焦炉。
焦炉的腔通常通过填充孔而填充有煤，这易于在孔下方形成散煤的锥体。为了将散煤推入腔并使该散煤处于同一水平，在腔中引入调平杆并且调平杆相对于焦炉沿纵向移动。
DE-A-10 2005 007164描述了一种利用在炉中滑动的水平调平板在焦炉中调平煤的锥体的方法。传感器安装在调平板前缘上，以检测与锥体的接触。出于生产率的原因，通过评估炉的填充水平来确保炉充分填充是很重要的。检测炉是否被充分填充也很重要，因为对已经填充的炉装载可能会触发形成对环境有害的灰尘。
利用已知的用于抵抗焦炉中的高温和灰尘量的方法通过孔来测量散煤或焦炭的水平。例如，已经通过填充孔使用能够检测煤表面的机械或雷达传感器。
例如，KR-A-2008099699公开了一种利用安装在连接至填充车的支承基座上的激光传感器来测量煤填充水平的方法。
JP-A-2005306976描述了在煤供应料斗的上部使用微波水平仪的煤填充水平。
DE-A-10 2005 007172也公开了一种涉及激光、雷达或超声波装置的非接触式方法。
然而，这种控制散煤或焦炭水平的方法并不完全令人满意，因为它花费时间并且在测量期间填充孔必须保持打开。因此，对执行测量或在焦炉周围工作的工人造成了危险。此外，每天可以测量的焦炉的数量和水平控制的准确度是有限的，这对生产率产生负面影响。此外，这些测量是局部的并且限于靠近装载孔的区域，因此在炉的其余部分中的散煤或焦炭高度仍然是未知的，例如在装载孔之间以及焦炉的入口/出口处。
US-A-2010/276269公开了一种利用调平杆中的非接触式传感器测量焦炉中的煤的3D轮廓的方法。传感器可以基于激光束、微波和/或超声波。然而，该设备在具有大量灰尘或烟雾的环境中，例如在填充煤期间，不能正常工作，并且需要定期维护或清洁以提供准确的测量。
这些方法提供的信号并不总是非常稳定。这些方法由于在具有高温和灰尘的非常恶劣的环境中设备的维护或保护而也可能被证明是昂贵的。
本发明的目的是提供一种方法，该方法将尤其使得能够独立于环境条件快速且准确地确定炉中的散煤或焦炭的水平。本发明的另一个目的是提高炉的生产率，同时减少其对环境的影响并提高工人的安全性。
为此，本发明提出了一种用于获得表示在焦炉中堆放的材料的上表面相对于参考平面的高度的参数的方法，该方法包括以下步骤：
-在位于上表面上方距参考平面操作距离处设置传感器，传感器和所述材料形成具有电容的电容器；
-获得表示所述电容的至少一个电容信号；
-利用电容信号获得至少一个距离信号，所述距离信号表示传感器与上表面之间沿竖直方向的距离，以及
-利用距离信号和操作距离获得表示所述高度的所述参数。
在其他实施方式中，该方法以单独地或任何技术上可行的组合地方式包括以下特征中的一个或若干个，：
-该方法还包括测量表示传感器温度的参数，并根据所述参数校正由传感器提供的电容信号，以生成距离信号；
-获得电容信号包括选择操作距离，使得传感器与上表面之间的距离在0cm至60cm的范围内；
-该方法还包括使传感器在焦炉内相对于上表面在多个连续位置中移动；获得多个距离信号，所述距离信号中的每一个在连续位置中的一个连续位置处获得；以及利用所述多个距离信号获得上表面的轮廓；
以及
-该方法还包括利用所获得的轮廓计算焦炉的填充率的步骤，其中填充率表示焦炉中的材料的量。
本发明还涉及一种用于控制焦炉填充率的方法，该方法包括：
-实施如上所述的方法以获得焦炉的填充率；以及
-利用获得的填充率调整焦炉中的材料的量。
本发明还涉及一种用于获得表示在焦炉中堆放的散煤的上表面相对于参考平面的高度的参数的系统，所述系统包括：
-调平杆，旨在在焦炉内相对于上表面在多个连续位置中移动；以及
-至少一个组件，所述至少一个组件固定至调平杆并且包括：
-传感器，旨在位于上表面上方距参考平面操作距离处并且传感器与材料形成电容器，电容器具有电容，以及
-装置，用于提供表示所述电容的至少一个电容信号，以及
-计算器，
该组件适于利用电容信号提供至少一个距离信号，所述距离信号表示传感器与上表面之间沿竖直方向的距离，
计算器适于利用距离信号和操作距离计算所述参数。
在其他实施方式中，该系统以单独地或任何技术上可行的组合地方式包括以下特征中的一个或若干个：
-调平杆具有底部；以及传感器在竖直方向上位于在底部上方一定距离处，所述距离在100mm至350mm的范围内，优选地在100mm至150mm的范围内；
-组件还包括容纳传感器的保护壳，保护壳适于提供与焦炉内的介于1000℃与1100℃之间的温度的热绝缘；
-保护壳包括壳和由介电材料制成的至少一个板；
-所述板为至少20mm厚；
-组件的所有电子元件都位于保护壳内，并由位于保护壳内的可充电电池供电；
-传感器包括一个或两个金属板；
-组件还包括：温度传感器，适于测量组件中的温度；以及温度补偿系统，适于针对所测量的温度的变化校正由传感器提供的电容信号，以生成距离信号；
-组件还包括加速度计，所述加速度计适于为组件的惯性导航提供参数；
-组件还包括适于发射距离信号的无线信号发射器；以及
-该设备还包括无线信号接收器，所述无线信号接收器适于接收由发射器发射的距离信号。
本发明还涉及一种用于获得表示在焦炉中堆放的焦炭的上表面相对于参考平面的高度的参数的系统，该系统包括：
-导向车，旨在在焦炉内相对于上表面在多个连续位置中移动；以及
-至少一个组件，所述至少一个组件固定至导向车并且包括：
-传感器，旨在位于上表面上方距参考平面操作距离处并且所述传感器与焦炭形成电容器，电容器具有电容，以及
-装置，用于提供表示所述电容的至少一个电容信号；以及
-计算器，
该组件适于利用电容信号提供至少一个距离信号(S2)，所述距离信号表示传感器与上表面之间沿竖直方向的距离，
计算器适于利用距离信号和操作距离计算所述参数。
本发明还涉及一种包括如上所述系统的焦炉。
在阅读了通过示例的方式并参照附图给出的以下描述后，本发明的其他特征和优点将是明显的，其中：
-图1是根据本发明的焦炉内部的示意图；
-图2是图1中所示的调平杆的示意性透视图；
-图3是包括传感器的并且在图1和2中示出的组件的侧视图；
-图4是图1至图3中所示组件内的保护壳的透视图；以及
-图5是在工业条件下获得的图，并且示出了当调平杆相对于散煤移动时由组件传输的距离信号与安装在调平杆中的传感器的位置的关系。
图1表示根据本发明的配备有系统15的焦炉10。焦炉10被设计成由堆放在焦炉中的材料20开始生产焦炭(未示出)。材料20是例如散煤。
作为变型，散煤已经通过焦炉10转变成焦炭，并且材料20是焦炭。
没有系统15的焦炉10本身是已知的。焦炉10具有沿纵向X延伸的腔25，该腔在所示示例中是水平的。
腔25包含材料20，并且例如具有若干填充孔27，用于例如沿竖直方向Z引入散煤。
还限定了横向Y，方向X、Y、Z形成正交坐标系。
材料20限定上表面29，材料20具有相对于参考平面P例如焦炉10的底部的沿竖直方向Z的高度H。通常，高度H沿纵向方向X变化，因此沿X方向限定轮廓。
如图1所示，系统15包括支承件31，例如焦炉的调平杆。
现在将描述根据本发明的方法。
该方法的目的是控制焦炉10的填充率。
焦炉10通过填充孔27装载有材料20。然后，调平杆纵向移动，以使上表面29较平坦。
在沿着纵向方向X的多个位置X1、X2......XN处执行根据本发明的方法，以便在这些位置处获得高度H，即材料20的填充轮廓。
有利地利用所获得的轮廓并利用焦炉10沿横向Y的宽度来计算焦炉10的填充率。
在优选实施方式中，将获得的轮廓和/或填充率传送给操作员或计算机36，操作员或计算机36将获得的轮廓和/或填充率与最佳装载轮廓或目标填充率进行比较，并且采取措施以调整焦炉10中材料20的轮廓。例如，通过一个或若干填充孔27填充更多的材料20，和/或再次移动调平杆以使轮廓变平。
作为变型，计算机26可以由计算器代替。
为了在位置X1、X2......XN处执行该方法，在材料20的上表面29上方在距参考平面P操作距离D1处设置有传感器47并且传感器47沿着纵向方向X连续移动。传感器47有利地由支承件31承载。
作为变型(未示出)，设置有多个传感器，每个传感器位于其中一个位置。
在另一变型(未示出)中，设置若干传感器并且传感器相对于上表面29纵向地和/或横向地移动。通过这样做，可以调节上表面29如何映射的精度。
传感器47和材料20形成具有电容C的电容器，如下所述。
代表电容C的电容信号S1有利地从电连接至传感器47的装置48获得。
然后利用电容信号S1产生距离信号S2，距离信号S2表示传感器47与上表面29之间沿竖直方向Z的距离D2。有利地，距离信号S2直接提供距离D2的值。
最后，基于高度H等于D1减去D2的事实，利用距离信号S2和操作距离D1获得每个位置处的高度H。
可选地，测量表示传感器47的温度的参数，针对所述参数的变化校正电容信号S1，以便生成距离信号S2。
有利地，通过选择操作距离D1来获得电容信号S1，使得距离D2保持在0cm和60cm之间。
有利地以无线方式从包含传感器47的组件33发射距离信号S2。当支承件31纵向移动时，由组件33规律地发射距离信号并且使得能够确定材料20沿着焦炉10的轮廓。
现在将进一步描述系统15。
如图1所示，系统15包括：支承件31、固定到支承件的组件33、适于接收由组件发射的距离信号S2的无线信号接收器35、以及计算机36。
作为变型(未示出)，如果材料20是焦炭，则支承件31是导向车。
如图1和图2所示，支承件31在上表面29上方沿纵向方向X延伸。支承件31例如能够相对于焦炉10在多个连续位置(未示出)之间纵向移动，以便将传感器47放在位置X1、X2......XN中。
支承件31具有底部37(最下部)。例如，支承件31包括：沿垂直于纵向方向X的横向方向Y间隔开的两个纵梁39；以及在纵梁之间横向延伸的间隔件41、43。
每个间隔件41例如是平坦的和竖直的。间隔件41沿着纵向方向X在支承件31中限定连续的隔室45A、45B、45C、45D。
间隔件43由杆制成。间隔件43有利地位于同一水平面P'中。
隔室45A、45B、45C中的每一个例如具有两个间隔件43。
如图1和图2所示，组件33有利地定位在支承件31的纵向端处，优选地位于支承件31的结构内部，例如在隔室45A中。
最佳地如图3所示，组件33包括：传感器47；用于提供电容信号S1的装置48；温度传感器49；电连接至装置48和温度传感器的温度补偿系统51；以及连接至温度补偿系统并适于发射距离信号S2的无线信号发射器53。
组件33可选地包括加速度计56，加速度计56适于为惯性导航提供参数，例如组件相对于炉沿纵向方向X、横向方向Y和竖直方向Z的加速度。
组件33内的电子部件通过例如外部接线(未示出)接收电力供应。优选地，组件33内的电子部件从电池54接收电力供应。电池54有利地是可再充电的电池，其通过例如感应无线接收电力并将其作为电释放到组件33的其他元件。
组件33还包括保护壳55，保护壳55容纳组件的上述元件，特别是电子部件。
传感器47例如由一个或两个金属板组成。传感器47在竖直方向上位于支承件31的底部37上方距离D3(图1)处，距离D3例如在100mm和350mm之间，优选地在100mm和150mm之间。
传感器47适于与材料20一起形成电容器。电容器20-47的电容取决于传感器47内的板与材料20的上表面29之间的距离D2。
传感器47旨在构成电容器20-47的第一“板”，而材料20旨在构成第二“板”。电容器的电容C例如由下式给出：
C＝εrε0A/D2，其中：
εr是传感器47与材料20之间的空间的相对介电常数，
ε0是真空介电常数，
A是“板”的面积，以及
D2是传感器47与上表面29之间的距离。
在实践中，εr＝1，因此C乘以D2的乘积是常数。
装置48适于测量电容C以生成电容信号S1。这种用于测量电容的装置本身是已知的。装置48例如电连接至传感器47。例如，装置48适于测量由固定电感器和电容器20-47组成的振荡电路的谐振频率的变化。
温度传感器49例如热电偶适于测量传感器47附近的温度，以便产生温度信号S3并将温度信号S3发送到温度补偿系统51。
温度补偿系统51适于利用温度信号S3校正由传感器47提供的电容信号S1，以产生距离信号S2。
无线信号发射器53有利地利用无线通信协议如ZigBee协议与无线信号接收器35通信。
如图3和图4所示，保护壳55限定内腔57，内腔57免受焦炉10中的灰尘、烟雾、湿气、高温和热通量的影响。保护壳55包括：壳59，其由钢或任何其他坚固材料制成并且沿着纵向方向X和横向方向Y延伸；盖板61；沿竖直方向Z与盖板相对的底板63；以及分别纵向地位于壳两侧中的任一侧的连接系统65A、65B。
内腔57例如具有平行六面体形状。
壳59包括限定腔57的大致竖直的壁。有利地，壳59还包括至少一个，优选地两个保护壁67A、67B。
保护壁67A、保护壁67B分别沿纵向X位于底板63的两侧。保护壁67A、保护壁67B例如大致垂直于纵向X。保护壁67A、保护壁67B从底板63开始竖直地向下突出，有利地沿着至少5mm的高度E2(图3)。
盖板61和底板63例如是矩形的。盖板61和底板63有利地由耐高温的介电材料如云母制成，并且例如具有至少10mm的宽度E。盖板61和底板63例如可逆地拧在壳59上。
盖板61和底板63有利地利用高温密封剂如596红色硅树脂和螺纹锁定器诸如243中等强度螺纹锁定器密封到壳59。
连接系统65A适于接纳间隔件43中的在固定到壳59并且有利地大致水平的两个平行板69之间的一个间隔件。
连接系统65B适于接纳间隔件43中的在有利地大致水平的两个平行板71A、71B之间的另一间隔件。
板71A固定到壳59，并且例如相对于垂直于纵向方向X的平面P”与板69中的一个对称。
板71B能够在图3所示的阻挡位置与释放位置(未示出)之间移动，其中在阻挡位置，板71B固定在板71A上并且竖直地抵靠容纳在连接系统65B中的间隔件43并抵靠由壳59限定的支座73；在释放位置(未示出)，板71B未固定到板71A并且其中组件33能够相对于所述间隔件43移动。
例如，信号S1、S2、S3是张力、电流强度、频率相关信号或无线信号。
在所示的示例中，支承件31被设置为焦炉10的调平杆。组件33被构建并密封在焦炉10的外部，然后安装在支承件31上(图2)，优选地在焦炉10的外部。
为了将组件33安装在支承件31上，组件相对于支承件移动，使得隔室45A的一个间隔件43朝向壳59被引入到板69之间，板71B处于其释放位置(图3)。然后，组件33相对于支承件31围绕所述间隔件43旋转，使得板71A抵靠另一间隔件43。最后，板71B在阻挡位置用螺栓固定到板71B。因此，组件被固定到支承件31上，其中沿纵向X有一些间隙。
然后将支承件31安装在腔25中(图1)。
在另一实施方式(未示出)中，组件33固定到沿着腔25延伸的轨道上，并且组件33能够沿着该轨道移动。
在另一实施方式(未示出)中，组件固定到可移动支承臂。
传感器47和内腔57中的其他有源部件从电池54接收电力。装置48提供电容信号S1，例如取决于电容C的频率信号。
温度传感器49测量内腔57内的尽可能靠近传感器47的温度，并提供表示焦炉10内的温度条件的温度信号S3。
温度补偿系统51接收电容信号S1和温度信号S3。基于电容信号S1和信号S3，温度补偿系统51生成距离信号S2，距离信号S2与电容信号S1相比不受或很少受内腔57中的温度的潜在变化的影响。
然后距离信号S2被传送到发射器53并由发射器53发射(图3)。由接收器35(图1)接收距离信号S2，然后例如由计算机36使用以获得高度H。
测试
系统15的测试已在工业条件下执行。
在不到五分钟的时间内快速地安装或拆卸组件33。
十三个焦炉配备有安装在调平杆中的组件33。在焦炉的正常操作期间没有检测到操作问题。
组件33能够在45小时的试验期间承受工业工作条件，并且在13次测量之后仍然能够很好地工作。在测试期间记录的组件33内部的最高温度仅为约105℃，因此组件的电子部件不受试验的影响。
没有煤尘或气体进入组件33。
图5中的曲线图示出了两条曲线C1、C2，其提供了沿着竖直方向Z散煤表面和传感器47(图3)之间的距离D2(图1)与焦炉中传感器的纵向位置的关系。曲线C1、C2表示散煤表面的纵向轮廓。
曲线C1是在调平杆第一次进入焦炉(也称为第一冲程)后获得的，以及曲线C2是当调平杆在其最后一次运动(也称为最后一次冲程)期间离开焦炉时的曲线。
曲线C1示出了距离H在5cm至10cm之间变化并且为约40cm。当传感器位于填充孔27(图1)下方时，距离H较小；而当传感器不位于填充孔27下方时距离H较大。
在最后一次冲程之后，曲线C2证明了散煤的轮廓大致是平坦的，表明填充是恰当的。
假设散煤表面的横向轮廓近似平坦，则基于曲线C2并且已知焦炉宽度，容易计算焦炉10的填充率。曲线C2示出填充率非常接近100％。
由于上述特征，系统15适于在焦炉中使用并精确测量高度H。系统15通过确保适当填充焦炉10来提高生产率。它还增加了操作者的安全性，这是因为填充物孔27不必保持打开。
系统15很好地承受焦炉内的侵蚀性环境。
系统15还具有非常短的响应时间，这使得能够获得焦炉10内部的轮廓的几乎连续的测量。
系统15的成本低于例如微波雷达解决方案的成本。
另一个优点是距离信号S2非常稳定，这是因为它包括用于温度变化的补偿系统并且因为其噪声水平低。
另一个优点是系统15可以一周7天、每天24小时连续工作，因为当例如调平杆停在焦炉外面的休息位置时，其可以被提供有无线电力供应以给电池充电。
有利地，传感器47由支承件31自身承载。

Claims (14)

1.一种用于获得表示在焦炉(10)中堆放的材料(20)的上表面(29)相对于参考平面(P)的高度(H)的参数的方法，所述方法包括以下步骤：
-在位于所述上表面(29)上方距所述参考平面(P)操作距离(D1)处设置传感器(47)，所述传感器(47)和所述材料(20)形成具有电容的电容器；
-获得表示所述电容的至少一个电容信号(S1)；
-利用所述电容信号(S1)获得至少一个距离信号(S2)，所述距离信号(S2)表示所述传感器(47)与所述上表面(29)之间沿竖直方向(Z)的距离(D2)；以及
-利用所述距离信号(S2)和所述操作距离(D1)获得表示所述高度(H)的所述参数。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
-测量表示所述传感器(47)的温度的参数；以及
-根据所述参数校正由所述传感器(47)提供的所述电容信号(S1)，以生成所述距离信号(S2)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，获得所述电容信号(S1)包括选择所述操作距离(D1)，使得所述传感器(47)与所述上表面(29)之间的所述距离(D2)在0cm至60cm的范围内。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，还包括：
-使所述传感器(47)在所述焦炉(10)内相对于所述上表面(29)在多个连续位置中移动；
-获得多个距离信号(S2)，所述距离信号中的每一个在所述连续位置中的一个连续位置处获得；以及
-利用所述多个距离信号(S2)获得所述上表面(29)的轮廓。
5.根据权利要求4所述的方法，还包括利用所获得的轮廓计算所述焦炉(10)的填充率的步骤，其中，所述填充率表示所述焦炉(10)中的所述材料(20)的量。
6.一种用于控制焦炉(10)的填充率的方法，该方法包括：
-实施根据权利要求5所述的方法，以获得所述焦炉(10)的填充率；以及
-利用所获得的填充率调节所述焦炉(10)中的所述材料(20)的量。
7.一种用于获得表示在焦炉(10)中堆放的散煤(20)的上表面(29)相对于参考平面(P)的高度(H)的参数的系统(15)，所述系统包括：
-调平杆(31)，旨在在所述焦炉(10)内相对于所述上表面(29)在多个连续位置中移动；
-至少一个组件(33)，所述至少一个组件固定至所述调平杆(31)并且包括：
-传感器(47)，旨在位于所述上表面(29)上方距所述参考平面(P)操作距离(D1)处并且所述传感器与所述散煤(20)形成电容器(20-47)，所述电容器具有电容，以及
-装置(48)，用于提供表示所述电容的至少一个电容信号(S1)；以及
-计算器，
所述组件(33)适于利用所述电容信号(S1)提供至少一个距离信号(S2)，所述距离信号(S2)表示所述传感器(47)与所述上表面(29)之间沿竖直方向(Z)的距离(D2)，
所述计算器适于利用所述距离信号(S2)和所述操作距离(D1)计算所述参数。
8.根据权利要求7所述的系统(15)，其中：
-所述调平杆(31)具有底部(37)；以及
-所述传感器(47)在竖直方向上位于在所述底部(37)上方距离(D3)处，所述距离(D3)在100mm至350mm的范围内，优选地在100mm至150mm的范围内。
9.根据权利要求7或8所述的系统(15)，其中，所述组件(33)还包括容纳所述传感器(47)的保护壳(55)，所述保护壳(55)适于提供与所述焦炉(10)内的介于1000℃与1100℃之间的温度的热绝缘。
10.根据权利要求9所述的系统(15)，其中，所述保护壳(55)包括壳(59)和由介电材料制成的至少一个板(61，63)。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的系统(15)，其中，所述组件(33)还包括：
-温度传感器(49)，适于测量所述组件(33)中的温度，以及
-温度补偿系统(51)，适于针对所测量的温度的变化校正由所述传感器(47)提供的所述电容信号(S1)，以生成所述距离信号(S2)。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的系统(15)，其中，所述组件(33)还包括加速度计(56)，所述加速度计(56)适于为所述组件(33)的惯性导航提供参数。
13.一种用于获得表示在焦炉(10)中堆放的焦炭(20)的上表面(29)相对于参考平面(P)的高度(H)的参数的系统(15)，所述系统包括：
-导向车，旨在在所述焦炉(10)内相对于所述上表面(29)在多个连续位置中移动；
-至少一个组件(33)，所述至少一个组件固定至所述导向车并且包括：
-传感器(47)，旨在位于所述上表面(29)上方距所述参考平面(P)操作距离(D1)处并且所述传感器与所述焦炭(20)形成电容器(20-47)，所述电容器具有电容，以及
-装置(48)，用于提供表示所述电容的至少一个电容信号(S1)；以及
-计算器，
所述组件(33)适于利用所述电容信号(S1)提供至少一个距离信号(S2)，所述距离信号(S2)表示所述传感器(47)与所述上表面(29)之间沿竖直方向(Z)的距离(D2)，
所述计算器适于利用所述距离信号(S2)和所述操作距离(D1)计算所述参数。
14.一种焦炉(10)，包括根据权利要求7至13中任一项所述的系统(15)。
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