TWI398524B - Design method of standing blast furnace material - Google Patents

Description

常駐型高爐料面量測系統

本發明係關於一種高爐料面量測系統，詳言之，係關於一種常駐型高爐料面量測系統。

一般高爐之爐內係具有高溫、高粉塵、高腐蝕特性之惡劣環境，因此習知量測設備不易應用於該種惡劣環境中。在習知技術中，線上的高爐料面外形量測設備，其中微波測距設備(例如：由Nippon Steel發展的微波式料面量測系統)可以在高溫下進行距離量測，其結合掃描機構可以對料面進行二維的掃描，但由於習知微波式料面量測系統之掃描機構體積非常龐大，因此操作上十分不便。

另，雷射測距技術常被應用於大型物體的表面量測，如土木、建築量測、古跡保存、石化廠的管線規劃等。澳洲的實驗室曾經開發過雷射測距式的高爐料面外形量測系統，其量測結果顯示，此一線上雷射測距式量測系統遭遇的主要問題在於爐內懸浮粉塵的濃度，而由於此一問題不易克服，故自1990年以來未有其他類似之研究。

此外，運用於高爐內之量測設備在設計上更有諸多限制。由於高爐內之一氧化碳以及粉塵濃度很高，為避免有毒氣體洩漏以及粉塵對設備造成污染，在設計上多以小開口為主，也因此造成設計與應用上之困難。市面上現有商品化之光學掃描設備設計上，一般普遍採用之機構皆係利用反射鏡輔以旋轉機構之方式，使之產生掃瞄動作。而商品化掃描儀大多屬於泛用型設備，其係置於開放性空間進行量測，也無特別針對抵抗週遭環境之設計，如高溫、高粉塵、高濕氣等干擾之保護，並且，為避免高爐內高溫、粉塵與腐蝕性氣體對設備造成損害，掃瞄儀之開口尺寸須盡量縮小，而在開口縮小之情形下，將無法使用一般商用光學掃描儀進行高爐內之料面量測。

因此，有必要提供一創新且富有進步性之常駐型高爐料面量測系統，以解決上述問題。

本發明提供一種常駐型高爐料面量測系統，該高爐頂部之側面爐壁具有一通口，該量測系統包括：一腔體、一動力單元、一測距單元及一冷卻潔淨單元。該腔體結合於該爐壁並覆蓋該通口。該動力單元設置於該腔體中。該測距單元具有一樞部，該樞部設置於該通口，該測距單元由該傳動裝置驅動且以該樞部為活動中心進行運動，以掃描量測料面之位置及形狀。該冷卻潔淨單元連接該測距單元，用以供應一高壓氣體，該高壓氣體經該測距單元通入該高爐內。

該冷卻潔淨單元可利用該高壓氣體冷卻及清潔該測距單元，故本發明之常駐型高爐料面量測系統得以在不受該高爐爐內之高溫、高粉塵、高腐蝕環境之影響下，對該高爐內之該料面進行掃瞄，更可將掃瞄之料面資訊建立成二維料面模式，且可即時獲得料面外形分佈情形，其可供操作人員對每一批佈料之料面結果進行最後的確認，藉以適時修正佈料模式。

另外，因該冷卻潔淨單元可清潔該測距單元之量測孔口，故可避免被該高爐內之粉塵污染遮蔽或粉塵結渣堵塞，以避免影響或阻斷該測距裝置之量測路徑。再者，本發明之常駐型高爐料面量測系統可另以一偵測閥偵測該腔體內之有毒氣體，以確保維護人員之安全。

圖1顯示本發明常駐型高爐料面量測系統之示意圖。參考圖1，該常駐型高爐料面量測系統1係結合於一高爐2，其中該高爐2之頂部之側面爐壁具有一通口21，而該料面3係為該高爐2內之鐵礦4及焦炭5分層堆疊後之頂面。

圖2顯示本發明常駐型高爐料面量測系統之一腔體及其內部構件示意圖；圖3顯示本發明冷卻潔淨單元與測距單元之配置示意圖。配合參考圖1、圖2及圖3，在本實施例中，該量測系統1包括：一腔體11、一動力單元12、一測距單元13、一冷卻潔淨單元14及一資料處理/控制單元15，其中該腔體11係結合(例如：螺設)於該爐壁並覆蓋該通口21。較佳地，該腔體11係包括一槽體111及一蓋體112，該蓋體112與該槽體111係可活動地結合或拆卸，以便於該腔體11內各元件之維護及更換。在本實施例中，該蓋體112係蓋合於該槽體111上方，以形成密閉之該腔體11。要注意的是，該腔體11亦可由複數個基板組合而成。

該動力單元12設置於該腔體11中，在本實施例中，該動力單元12包括一本體121及一傳動裝置122。其中，該傳動裝置122係結合於該本體121，該本體121具有一導引機構123，該傳動裝置122包括一動力裝置124、一傳動元件125、一活動元件126及一橋接元件127。該動力裝置124用以驅動該傳動元件125，該活動元件126連接該傳動元件125，該橋接元件127連接該活動元件126及該測距單元13，該活動元件126係由該傳動元件125驅動並根據該傳動元件125進行運動，以掃描量測該料面3之位置及形狀。

較佳地，該動力裝置124係為伺服馬達，該傳動元件125係為螺桿，該活動元件126係為具有內螺牙之活動塊，該內螺牙係配合該螺桿之螺紋，該橋接元件127係為一彈性伸縮元件。該彈性伸縮元件係隨著該活動元件126與該測距單元13間之距離改變而伸縮。

在本實施例中，該測距單元13具有一樞部131、一量測孔口132、一測距裝置133、一連接元件134及一遮斷閥135。該樞部131設置於該通口21且具有一通孔136，該量測孔口132連接該樞部131且位於該高爐2內，該測距裝置133連接該橋接元件127，其中，根據該導引機構123該測距單元13以該樞部131為活動中心進行運動。根據不同量測之需求，該測距裝置133可為雷射測距裝置、微波測距裝置或超音波測距裝置。該連接元件134係連接該測距裝置133及該遮斷閥135，且該連接元件134具有一輸入端137。該遮斷閥135係設置於該測距裝置133與該樞部131之間。其中，該遮斷閥135係常閉式，可由一馬達裝置(圖3中以字母M表示之)控制啟閉，其僅在該測距單元13欲進行該料面3之量測時開啟，其餘時間皆為關閉，如此可確保該測距裝置133於未量測時不與該高爐2內之氣氛相接觸。

再配合參考圖1至圖3，該冷卻潔淨單元14連接該測距單元13，用以供應一高壓氣體，該高壓氣體經該測距單元13通入該高爐2內。在本實施例中，該冷卻潔淨單元14包括一進氣閥口141、一過濾器142、一減壓閥143、一節流閥144、一方向閥145、一潔淨閥146、一逆止閥147、一清潔閥148及一偵測閥149。其中，該進氣閥口141及該偵測閥149設置於該腔體11外，該過濾器142、該減壓閥143、該節流閥144、該方向閥145、該潔淨閥146、該逆止閥147及該清潔閥148設置於該腔體11內。

該高壓氣體通入該進氣閥口141進入該過濾器142，該過濾器142用以過濾該高壓氣體中之雜質。接著，該高壓氣體進入該減壓閥143，該減壓閥143用以降低及控制該高壓氣體之壓力。接著，該高壓氣體進入該節流閥144，該節流閥144用以控制進入該方向閥145之氣體流量。接著，該高壓氣體進入該方向閥145(在本實施例為三向閥)，該方向閥145用以控制該高壓氣體進入該腔體11或進入該測距單元13。其中，當該腔體11為封閉時，該方向閥145控制該高壓氣體進入該腔體11後，再經該逆止閥147、該潔淨閥146通入該輸入端137，再通過該連接元件134、該遮斷閥135、該樞部131、該量測孔口132而至該高爐2內；當該腔體11因維護需求而被開啟時，該方向閥145即切換使該高壓氣體由一管路140直接經該通孔136，再通過該樞部131、該量測孔口132後進入該高爐2內，以阻絕該腔體11開啟時該高爐2內具正壓之有毒氣體逆流出。

其中，該潔淨閥146用以使自該腔體11中通過該逆止閥147之該高壓氣體噴拭該測距單元13，以避免被該高爐2內之粉塵污染遮蔽；該清潔閥148連通至該樞部131之該通孔136，當該量測孔口132經長時間使用下被該高爐2內之粉塵結渣封閉時，即可於該高爐2停爐時進行清潔，例如：以一軟桿經該清潔閥148通入該通孔136，將該量測孔口132之粉塵結渣刮除。

在本實施例中，該偵測閥149係穿設於該腔體11之一側壁，用以偵測該腔體11內之氣體種類(例如有毒氣體)。該偵測閥149可提供維護人員於該高爐2停爐後欲開啟該腔體11進行維護前，得先行微量洩放該腔體11內之氣體，藉以偵測該腔體11內是否具有毒氣體，避免維護人員貿然開啟而產生危害。

該資料處理/控制單元15用以控制該測距單元13進行該料面3之量測，以及處理該測距單元13所測得之料面資訊(例如，建立為二維料面模式)。在本實施例中，該資料處理/控制單元15包括一資料處理裝置151、一資料傳輸裝置152、一人機操控裝置153及一資料庫154。該資料處理裝置151用以將來自該測距裝置13之料面資訊(可以有線或無線方式傳輸)進行座標轉換為座標資訊，該資料傳輸裝置152將該座標資訊傳輸(可以有線或無線方式傳輸)至該人機操控裝置153(例如：電腦)，該人機操控裝置153用以控制該測距單元13進行該料面3之量測及監控該料面3之量測結果，該資料庫154(可以有線或無線傳輸方式接收資料)用以儲存該料面3之量測結果。

要強調的是，在本發明之高爐料面量測系統1中，其控制模式具有自動量測模式及人工觸發量測模式。自動量測模式：其係根據該人機操控裝置153所提供之下料(鐵礦4及焦炭5)資訊，作為料面量測之觸發訊號，以自動進行料面量測步驟；人工觸發量測模式：可於自動量測模式下，當操作人員認為有必要觸發該高爐料面量測系統1進行單次料面外形量測時，即可透過該人機操控裝置153進行強制觸發，以進行單次料面量測步驟。

該冷卻潔淨單元14可利用該高壓氣體冷卻及清潔該測距單元13，故本發明之常駐型高爐料面量測系統1得以在不受該高爐2爐內之高溫、高粉塵、高腐蝕環境之影響下，對該高爐2內之該料面3進行掃瞄，更可將掃瞄之料面資訊建立成二維料面模式，並透過該資料傳輸裝置152將所量測得之料面外形傳送至該人機操控裝置153，以即時獲得料面外形分佈情形，其可供操作人員對每一批佈料之料面結果進行最後的確認，藉以適時修正佈料模式，並以該資料庫154紀錄每次佈料之料面結果。

另外，因該冷卻潔淨單元14可清潔該測距單元13之該量測孔口132，故可避免被該高爐2內之粉塵污染遮蔽或粉塵結渣堵塞，以避免影響或阻斷該測距裝置133之量測路徑。再者，本發明之該偵測閥149可偵測該腔體11內之有毒氣體，以確保維護人員之安全。

上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，並非限制本發明。因此習於此技術之人士對上述實施例進行修改及變化仍不脫本發明之精神。本發明之權利範圍應如後述之申請專利範圍所列。

1．．．本發明之常駐型高爐料面量測系統

2．．．高爐

3．．．料面

4．．．鐵礦

5．．．焦炭

11．．．腔體

12．．．動力單元

13．．．測距單元

14．．．冷卻潔淨單元

15．．．資料處理/控制單元

21．．．通口

111．．．槽體

112．．．蓋體

121．．．本體

122．．．傳動裝置

123．．．導引機構

124．．．動力裝置

125．．．傳動元件

126．．．活動元件

127．．．橋接元件

131．．．樞部

132．．．量測孔口

133．．．測距裝置

134．．．連接元件

135．．．遮斷閥

136．．．通孔

137．．．輸入端

140．．．管路

141．．．進氣閥口

142．．．過濾器

143．．．減壓閥

144．．．節流閥

145．．．方向閥

146．．．潔淨閥

147．．．逆止閥

148．．．清潔閥

149．．．偵測閥

151．．．資料處理裝置

152．．．資料傳輸裝置

153．．．人機操控裝置

154．．．資料庫

圖1顯示本發明常駐型高爐料面量測系統之示意圖；

圖2顯示本發明常駐型高爐料面量測系統之一腔體及其內部構件示意圖；及

圖3顯示本發明冷卻潔淨單元與測距單元之配置示意圖。

11．．．腔體

12．．．動力單元

13．．．測距單元

111．．．槽體

112．．．蓋體

121．．．本體

122．．．傳動裝置

123．．．導引機構

124．．．動力裝置

125．．．傳動元件

126．．．活動元件

127．．．橋接元件

131．．．樞部

132．．．量測孔口

133．．．測距裝置

134．．．連接元件

135．．．遮斷閥

136．．．通孔

137．．．輸入端

Claims (17)

1. 一種常駐型高爐料面量測系統，該高爐頂部之側面爐壁具有一通口，該量測系統包括：一腔體，結合於該爐壁並覆蓋該通口；一動力單元，設置於該腔體中；一測距單元，具有一樞部，該樞部設置於該通口，該測距單元由該動力單元驅動且以該樞部為活動中心進行運動，以掃描量測料面之位置及形狀；及一冷卻潔淨單元，連接該測距單元，用以供應一高壓氣體，該高壓氣體經該測距單元通入該高爐內。
2. 如請求項1之量測系統，其中該腔體具有一槽體及一蓋體，該蓋體與該槽體係可活動地結合或拆卸。
3. 如請求項1之量測系統，其中該動力單元另包括一本體及一傳動裝置，該傳動裝置結合於該本體，該本體具有一導引機構，該測距單元根據該導引機構且以該樞部為活動中心進行運動。
4. 如請求項3之量測系統，其中該傳動裝置另包括一動力裝置、一傳動元件、一活動元件及一橋接元件，該動力裝置驅動該傳動元件，該活動元件連接該傳動元件，該橋接元件連接該活動元件及該測距單元，該活動元件由該傳動元件驅動並根據該傳動元件進行運動。
5. 如請求項4之量測系統，其中該動力裝置係為伺服馬達。
6. 如請求項4之量測系統，其中該傳動元件係為螺桿，該活動元件係為具有內螺牙之活動塊，該內螺牙係配合該螺桿之螺紋。
7. 如請求項4之量測系統，其中該橋接元件係為一彈性伸縮元件。
8. 如請求項1之量測系統，其中該測距單元另包括一測距裝置及一遮斷閥，該遮斷閥設置於該測距裝置與該樞部之間。
9. 如請求項8之量測系統，其中該測距裝置係為雷射測距裝置、微波測距裝置或超音波測距裝置。
10. 如請求項8之量測系統，其中該測距單元另包括一連接元件，該連接元件連接該測距裝置及該遮斷閥且具有一輸入端，該樞部具有一通孔；該冷卻潔淨單元另包括一進氣閥口、一過濾器、一減壓閥、一方向閥、一潔淨閥及一逆止閥，該進氣閥口設置於該腔體外，該過濾器、該減壓閥、該方向閥、該潔淨閥及該逆止閥設置於該腔體內，該高壓氣體由該進氣閥口進入，依序通過該過濾器、該減壓閥及該方向閥，接著該高壓氣體進入該腔體再經該逆止閥、該潔淨閥通入該輸入端而至該高爐內，或該高壓氣體直接經該通孔再進入該高爐內。
11. 如請求項10之量測系統，其中該方向閥係為三向閥。
12. 如請求項10之量測系統，其中該冷卻潔淨單元另包括一節流閥，設置於該減壓閥與該方向閥之間。
13. 如請求項10之量測系統，其中該冷卻潔淨單元另包括一清潔閥，連通至該通孔。
14. 如請求項10之量測系統，其中該冷卻潔淨單元另包括一偵測閥，穿設於該腔體之一側壁，用以偵測該腔體內之氣體種類。
15. 如請求項1之量測系統，另包括一資料處理/控制單元，用以控制該測距單元進行料面之量測，及處理該測距單元所測得之料面資訊。
16. 如請求項15之量測系統，其中該資料處理/控制單元另包括一資料處理裝置、一資料傳輸裝置及一人機操控裝置，該資料處理裝置用以將來自該測距裝置之料面資訊進行座標轉換為座標資訊，該資料傳輸裝置將該座標資訊傳輸至該人機操控裝置，該人機操控裝置用以控制該測距單元進行料面之量測及監控料面量測結果。
17. 如請求項16之量測系統，其中該資料處理/控制單元另包括一資料庫，用以儲存該料面量測結果。