TWI405846B - A furnace width measuring device and a pushing machine having the device - Google Patents

Description

爐寬測定裝置及具有該裝置之推送機具

本發明係有關於適合在高溫之爐內測定爐寬的爐寬測定裝置及具備該裝置之推出桿。

煉焦爐由朝向煉焦爐組方向交互地配置炭化室和燃燒室之構造構成，由在煉焦爐的爐上朝向煉焦爐組方向行駛之裝煤車將煤裝入炭化室內，藉由將燃燒室的熱傳至該炭化室，而將所裝入之煤乾餾並製造焦炭。

這種煉焦爐的大部分從建爐經過30年而老化，關於構築炭化室之側壁(以下稱為爐壁)的耐火磚，因為重複附著於爐壁受損部分的炭因推出焦炭或裝入煤而剝離，且爐壁進一步受損之循環，所以爐壁變形等阻礙作業的要因逐漸顯現。

由於這種情形，掌握爐壁之狀態成為對得到安定作業極重要的檢查項目。

在煉焦爐之炭化室，爐壁以窄寬度相對向，若爐壁損耗，因為兩壁面間的距離變大，所以若測定爐寬可推測爐壁之損耗狀態。

因此，作為測定爐寬之裝置，例如在特開昭62-293112號公報，揭示將指向炭化室之各爐壁的一對非接觸式距離計設置於焦炭推出機之桿樑的構造。

此爐寬測定裝置將非接觸式距離計收容於冷水套 內，使可在超過1000℃之炭化室內測定。在此構造，必須舖設對該冷水套供給冷卻水，並使供冷卻而昇溫之水由冷水套回去的冷卻用配管，無法避免爐寬測定裝置所伴隨之冷卻裝置變成大型。

此外，因為根據泵之排出性能等，而可供給冷卻水之距離受到限制，有無法一面移動各炭化室一面連續地實施爐寬測定之缺點。

又，作為未具有冷卻用配管之爐寬測定裝置，例如在特開2002-213922號公報，揭示一種爐寬測定裝置，其係將爐寬距離計和電源裝置收容於吸熱箱內，並利用設置於該吸熱箱內之傳送裝置以無線傳送爐寬測定資料的構造。

該吸熱箱以充填液體的冷水套構成，並用隔熱材料覆蓋吸熱箱之外側。若依據這種爐寬測定裝置，因為不需要冷卻用配管，所以測定範圍不受限制。

可是，在該特開2002-213922號公報所記載之爐寬測定裝置，在冷水套內的液體達到爐寬測定裝置之使用界限溫度的時刻無法繼續測定，而受到時間上的限制。

本發明係考慮如以上所示之在以往的爐寬測定裝置之課題而開發者，提供一種爐寬測定裝置及具備該裝置之推出桿，在測定範圍及測定時間都未受到限制，並可連續地測定爐寬之爐寬測定裝置。

本發明之爐寬測定裝置，其要旨為： 將以下之構件製成一體，並作為感測器單元，雷射式位移感測器，將發光元件和感光元件收容於箱內；複數板狀熱電冷卻元件，包圍該箱，而且使吸熱面側朝向該箱並配置；導熱體，填充箱和熱電冷卻元件之吸熱面的間隙；以及散熱片，配置於熱電冷卻元件之散熱面側，將該感測器單元收容於具備有冷卻用空氣的引入部、排出已供冷卻之該冷卻用空氣的排出部、以及使雷射光通過之量測窗的筐體內。

在該爐寬測定裝置，若經由筒狀之隔熱部將該感測器單元收容於筐體內，可在此隔熱部外壁和筐體內壁之間形成用以使冷卻用空氣通過的冷卻通路。

又，將隔熱材料被黏貼於該筐體內壁較佳。

又，若利用筒狀之隔熱部將該散熱片的外周部封閉，可將各散熱片的間隙構成用以使冷卻用空氣流動之第二冷卻通路。

本發明之具有爐寬測定裝置的推出桿，其要旨為將具有上述之構造的爐寬測定裝置設置於在煉焦爐所配置的推出桿之桿樑。

在該具有爐寬測定裝置的推出桿，在舖設於桿樑之隔熱配管內收容如下的構件：軟管，將冷卻用空氣供給爐寬測定裝置；電源電纜，用以將電源供給雷射式位移感測器 及熱電冷卻元件，而且輸出爐寬測定資料；以及信號電纜，傳送用以進行熱電冷卻元件之溫度控制的控制信號。

在該推出桿，可裝載：槽，用以儲存該冷卻用空氣；及壓縮機，用以將此槽內之冷卻用空氣保持於既定壓力。

若依據本發明之爐寬測定裝置及具備該裝置之推出桿，在測定範圍及測定時間都未受到限制，並可連續且安定地測定爐寬。

以下，根據圖面所示之實施形態詳細說明本發明。

第1圖係表示將本發明之爐寬測定裝置設置於焦炭推出機的推出桿之情況的構造。

在第1圖，焦炭推出機具備有主要由桿頭1、用以使此桿頭1朝向水平方向移動之桿樑2所構成的推出桿3，利用桿頭1將在煉焦爐炭化室內所乾餾之紅熱焦炭推出爐外。

在桿樑2上且靠近桿頭1立設支持架4，並將爐寬測定裝置5設置於此支持架4。

此外，第1圖中，A表示推出桿3之推出方向。

爐寬測定裝置5的信號系統，經由由捲繞裝置6之鼓的一側所鬆開的信號/電源電纜7和未圖示之推出機運轉室內的控制器(後述)連接。

具體而言，該信號系統包含有：電源線，將電源供給雷射式位移感測器及作為熱電冷卻元件之泊耳帖元件(後 述)；輸出線，輸出利用雷射式位移感測器所測定的爐寬資料；以及控制信號線等，用以控制泊耳帖元件之溫度。

用以冷卻爐寬測定裝置5之冷卻系統經由一樣由捲繞裝置6之鼓的另一側所鬆開的軟管8和儲存冷卻用空氣的槽9連接，在此槽9連接用以將冷卻用空氣保持成既定壓力(可供給因配管等之壓力損失而失去的壓力之壓力，例如0.4~0.7MPa)的壓縮機10。此外，該捲繞裝置6、槽9以及壓縮機10被裝載於推出機。

11係用以將由爐寬測定裝置5內之雷射式位移感測器所輸出之爐寬信號放大的放大器單元，係包含有雷射式位移感測器及泊耳帖元件用之電源供應裝置的轉換器，配置於難受到來自處於高溫狀態之炭化室的熱影響之桿樑2的後端側。

又，信號/電源電纜7及軟管8通過自桿樑2後端部舖設於桿樑2內之隔熱配管12內，並和設置於桿樑2前端側的爐寬測定裝置5連接。此外，信號/電源電纜7使用耐熱電纜。

第2圖係將該爐寬測定裝置5放大並由平面表示的剖面圖。

在第2圖，爐寬測定裝置5具有被隔熱之箱形的筐體13，並將雷射式位移感測器、泊耳帖元件、溫度管理用之熱電偶等必要之最低限的裝置收容於此筐體13內。

詳細說明之，筐體13由角筒部13a、封閉此角筒部13a之後側端面(朝爐蓋方向而成為後側)的後面板13b、 以及配置於前側之前面板13c構成。陶磁製之隔熱件14分別黏貼於角筒部13a的內面及後面板13b之內面。

又，在後面板13b具備有用以連接該隔熱配管12之連接部15，經由隔熱配管12將冷卻用空氣ca引入筐體13內。又，經由信號/電源電纜7內之電源電纜將電源供給一對雷射式位移感測器16及17，並經由信號電纜輸出所測定之爐寬信號，又經由信號電纜之中的控制電纜傳送用以控制泊耳帖元件20、21之溫度的控制信號。此外，在該連接部15之隔熱配管12在功能上作為冷卻用空氣ca之引入部。

雷射式位移感測器16、17係周知之將由半導體雷射所構成的發光元件和感光元件收容於由鋁鑄件所構成之箱內者，以經由投光透鏡將雷射光集中，並照射於爐壁，由爐壁所反射之光線的一部分通過感光透鏡並由感光元件檢測之方式構成。作為該雷射式位移感測器16、17，例如使用測定範圍位於320mm±150mm之超長範圍型式者較佳。

此雷射式位移感測器16、17沿著桿樑2之移動方向平行地配置，朝向箭號B方向和相反方向配置其投光部。

第3圖係表示對雷射式位移感測器16、17附加冷卻構造並加以一體化之感測器單元SU的構造，(a)係立體圖，(b)係正視圖。此外，在第3(a)圖為了易於理解各構造，而拆下雷射式位移感測器16、17前方之蓋部24(參照第2圖)，並以部分切除之狀態表示各部。

在第3(a)及(b)圖，感測器單元SU主要由以下之構件構成，雷射式位移感測器16、17，朝向左右排列配置；作為導熱體之鋁製內框部18，作成包圍這些雷射式位移感測器16、17，並配置成角筒狀；4片泊耳帖元件20a~20d，配置成和鋁製內框部18之外周面密接；鋁製外框部19，以和這些泊耳帖元件20a~20d之外面密接的狀態配置成角筒狀；以及散熱片群21a~21d，和此外框部19之外周各面成一體地形成。

此外，該內框部18為了易於維修而成為分割成兩半之構造。

又，各泊耳帖元件20a~20d係藉由將2片板狀之泊耳帖元件疊層而構成，並配置成其吸熱面側朝向雷射式位移感測器16、17，而散熱面側朝向散熱片群21a~21d。

又，對雷射式位移感測器16、17之間隙S進行和各感測器16、17連接之電線的配線。

又，在第3(b)圖，16a、17a表示投光部，16b、17b表示感光部。

藉由如此地構成感測器單元SU，而經由鋁製內框部18利用泊耳帖元件20a~20d控制雷射式位移感測器16、17之表面溫度，並利用形成於外框部19之散熱片群21a~21d將在泊耳帖元件20a~20d所產生的熱散熱。

回到第2圖說明。

雷射式位移感測器16、17之投光部側用由隔熱材料所構成之蓋部24塞住以使冷卻用空氣ca不會流至散熱片 群21a~21d以外。此外，來自雷射式位移感測器16、17之雷射光經由形成於該蓋部24之一部分的貫穿孔24a、24b並投光。

由鋁蒸鍍而成之反射鏡25配置於雷射式位移感測器16之投光側，以該反射鏡25將由雷射式位移感測器16所投光之雷射光的光路變更90°(第2圖中箭號C方向)，通過形成於角筒部13a之量測窗26並對爐壁照射雷射光，且接收來自爐壁的反射光。

又，在雷射式位移感測器17的投光側，亦左右對稱地配置於由和該反射鏡25相同之構造所構成的反射鏡27，以該反射鏡27將雷射光之光路變更90°(箭號D方向)，通過形成於角筒部13a之量測窗28並對爐壁照射雷射光，且接收來自爐壁的反射光。

此外，該量測窗26、28因為其開口面積小，雖然通過窗之來自爐壁的輻射熱可用冷卻用空氣ca置換，但是對那些量測窗26、28，若將塗抹隔絕熱光線之濾光膜的玻璃板配置於石英玻璃，可抑制冷卻用空氣ca之供給量。

另一方面，於筐體13內的前側，在與筐體13之角筒部13a各內壁保持既定之間隙的狀態收容更小的角筒形間隔構件(筒形之隔熱部)30。此間隔構件30由不銹鋼製之薄板和陶瓷構成。

該間隙成為用以使冷卻用空氣ca之一部沿著筐體內壁流動的冷卻通路Pa。此外，間隔構件30和筐體內壁利用沿著筐體長度方向所配置之複數棒狀構件(未圖示)部 分地連接。

在此間隔構件30內收容該感測器單元SU。

在收容此感測器單元SU的狀態連接散熱片群21a~21d之散熱片外周端和間隔構件30的內壁，使冷卻用空氣ca亦流至散熱片群21a~21d之各散熱片的間隙。和這些散熱片之各間隙連通的通路構成第二冷卻通路Pb。

此外，隔熱材料31設置於雷射式位移感測器16、17和前面板13c之間以隔絕欲由外部經由前面板13c侵入筐體13內的熱。

可是，在將冷卻用空氣ca供給設置於爐寬測定裝置5的桿樑2之前端側的情況，即使將供給冷卻用空氣ca之軟管收容於隔熱配管12內，在到達爐寬測定裝置5之時刻所供給的冷卻用空氣ca之溫度亦昇溫至約100℃。

如此昇溫之冷卻用空氣ca被引入筐體13內時，使雷射式位移感測器16、17之表面上升。另一方面，雷射式位移感測器16、17的動作溫度範圍因為一般位於0~+50℃，所以需要將昇溫至約100℃之冷卻用空氣ca的溫度降低約50℃。

以往，在裝載作為電子機器之例如CCD相機並觀察爐內的裝置，作為冷卻手段雖然有將複數泊耳帖元件配設於裝置內者，但是僅配置泊耳帖元件者，首先，冷卻配置電子機器之裝置內的空間，因為利用已冷卻之周圍氣體間接地冷卻電子機器，所以無法降至約50℃。

而，在本發明的爐寬測定裝置5，將雷射式位移感測 器16、17收容於導熱優異之鋁製的內框部18內，並使泊耳帖元件20a~20d之吸熱側和該內框部18密接，並經由鋁製外框部19將散熱片群21a~21d安裝於該泊耳帖元件20a~20d之散熱側並製成一體，藉此可高效率地冷卻雷射式位移感測器16、17。

具體而言，以熱電偶監視雷射式位移感測器16、17之表面溫度，在超過50℃的情況，使泊耳帖元件20a~20d動作。使泊耳帖元件20a~20d動作時，因為散熱側溫度係和冷卻用空氣ca之溫度大致相等的溫度，所以泊耳帖元件20a~20d可定地冷卻雷射式位移感測器16、17。藉此，可將雷射式位移感測器16、17之表面溫度保持在低於50℃，並可使雷射式位移感測器16、17安定地動作。

又，關於由筐體13外部侵入爐寬測定裝置5內之熱，首先，利用黏貼於筐體13內壁的隔熱件14隔熱，即使熱之一部分通過該隔熱件14，亦利用在冷卻通路Pa流動的冷卻用空氣ca奪走大部分之熱。因而，對通過配置於第二冷卻通路Pb之散熱片群21a~21d的冷卻用空氣ca之影響少。

此外，在上述之實施形態，雖然將雷射式位移感測器16、17之投光部及感光部配置成和冷卻用空氣ca相對向，但是當然亦可配置成反向。

其次，一面參照第4圖一面說明具有上述之構造的爐寬測定裝置5之控制動作。

於將在煉焦爐炭化室內所乾餾之紅熱焦炭推出爐外 的推出作業打開爐蓋後，將推出桿3插入炭化室內，並利用桿樑2前端之桿頭1推出紅熱焦炭。

推出桿3在炭化室內移動中時，設置於推出桿3之爐寬測定裝置5由推出機側朝向引導車側連續地測定炭化室的爐寬。

此時，如第2圖所示，將冷卻用空氣ca經由隔熱配管12一直供給爐寬測定裝置5，被供給爐寬測定裝置5之冷卻用空氣ca分成冷卻通路Pa和第二冷卻通路Pb在筐體13內流動。

在冷卻通路Pa流動的冷卻用空氣ca，通過黏貼於筐體13內壁之隔熱件14吸收侵入筐體13內的熱，供熱交換之冷卻用空氣ca由設置於前面板13c的開口向筐體13外部排出。

雷射式位移感測器16、17因為經由配設於其周圍之內框部18和泊耳帖元件20a~20d的吸熱側接觸，所以利用控制器40控制泊耳帖元件20a~20d之溫度而被冷卻。

又，在泊耳帖元件20a~20d所產生之熱經由外框部19(參照第3(b)圖)傳至散熱片群21a~21d，因為冷卻用空氣ca一直流至配置這些散熱片群21a~21d的第二冷卻通路Pb，結果利用該冷卻用空氣ca將泊耳帖元件20a~20d所產生之熱散熱。

又，如第1圖所示，在桿樑2朝向其長度方向形成齒條2a，而小齒輪2b和齒條2a嚙合，藉由未圖示之推出用馬達使此小齒輪2b轉動，而使桿樑2移動。

因此，若利用該推出用馬達所具備之旋轉式編碼器檢測小齒輪2b的轉動圈數，根據該轉動圈數可求得推出桿3之移動距離。

在第4圖，由該旋轉式編碼器所輸出之推出桿3的位置資料Sa被儲存於控制器40的位置資料記憶部40a。

此外，控制器40被配置於推出機電氣室42內。

另一方面，利用爐寬測定裝置5按照既定之週期所測定的爐寬資料Sb，經由轉換器11內之雷射式位移感測器用的放大器單元，被儲存於控制器40的位置資料記憶部40b。此外，該位置資料和爐寬資料儲存於藉由使測定開始時序一致而被賦與對應的各記憶部40a及40b。

該爐寬資料Sb具有由雷射式位移感測器16所輸出之爐寬資料Sb₁ 和由雷射式位移感測器17所輸出的爐寬資料Sb₂ ，因為爐寬資料Sb₁ 相當於由雷射式位移感測器16之投光部至一方的爐壁為止之距離，而爐寬資料Sb₂ 相當於由雷射式位移感測器17之投光部至另一方的爐壁為止之距離，所以藉由在資料處理部40c求得爐寬資料Sb₁ 、Sb₂ 的和，而可測定炭化室之爐寬。但，在本實施形態因為使用反射鏡25、27，所以需要減去由雷射式位移感測器16、17之投光部至反射鏡25、27為止的距離及加上兩反射鏡25、27之間隔距離的修正。

該控制器40對該被賦與對應的位置資料及爐寬資料再將測定年月日、測定時刻、測定對象之炭化室的窯號碼作為資料並附加後，向資料庫43傳送並儲存。

此資料庫43經由LAN連接個人電腦44。因而，藉由從個人電腦44向資料庫43存取並調查爐寬測定值之變遷，可管理爐寬壁面之傾向、或判斷維修時期。

又，控制器40以圖形將爐寬測定值顯示於推出機運轉室45內之監視器46上。圖形之橫軸表示爐寬，圖形左側表示推出機側，圖形右側表示引導車側。

此外，在利用爐寬測定裝置5所測定之爐寬測定值表示異常大的值之情況，因為有爐壁破洞的可能性，所以控制器40由喇叭47輸出警報。

又，利用該爐寬測定裝置5之測定，未限定為利用該推出桿3的焦炭推出操作時，亦可在推出桿3之回位操作時進行。

【工業上之可應用性】

本發明作為測定在煉焦爐之炭化室的爐寬之裝置，又未限定如此，可用作測定轉爐、烤爐、焚化用鍋爐、發電用鍋爐等高溫爐內的爐寬之裝置。

1‧‧‧桿頭

2‧‧‧桿樑

3‧‧‧推出桿

4‧‧‧支持架

5‧‧‧爐寬測定裝置

6‧‧‧捲繞裝置

7‧‧‧信號/電源電纜

8‧‧‧軟管

9‧‧‧槽

10‧‧‧壓縮機

11‧‧‧放大器單元

12‧‧‧隔熱配管

13‧‧‧筐體

13a‧‧‧筒部

13b‧‧‧後面板

13c‧‧‧前面板

14‧‧‧隔熱件

15‧‧‧連接部

16、17‧‧‧雷射式位移感測器

18‧‧‧鋁製內框部

20a~20d‧‧‧泊耳帖元件

21a~21d‧‧‧散熱片群

24‧‧‧蓋部

24a、24b‧‧‧貫穿孔

25‧‧‧反射鏡

26‧‧‧量測窗

27‧‧‧反射鏡

28‧‧‧量測窗

30‧‧‧間隔構件

31‧‧‧隔熱材料

ca‧‧‧冷卻用空氣

Pa‧‧‧冷卻通路

Pb‧‧‧第二冷卻通路

第1圖係表示將本發明之爐寬測定裝置設置於推出桿的狀態之側視圖。

第2圖係第1圖所示之爐寬測定裝置的平面剖面圖。

第3(a)圖係表示感測器單元的構造之具有部分切除的立體圖，第3(b)圖係其正視圖。

第4圖係表示本發明之爐寬測定裝置的控制系統之方塊圖。

5‧‧‧爐寬測定裝置

7‧‧‧信號/電源電纜

12‧‧‧隔熱配管

13‧‧‧筐體

13a‧‧‧筒部

13b‧‧‧後面板

13c‧‧‧前面板

14‧‧‧隔熱件

15‧‧‧連接部

16、17‧‧‧雷射式位移感測器

18‧‧‧鋁製內框部

20a~20d‧‧‧泊耳帖元件

21a~21d‧‧‧散熱片群

24‧‧‧蓋部

24a、24b‧‧‧貫穿孔

25‧‧‧反射鏡

26‧‧‧量測窗

27‧‧‧反射鏡

28‧‧‧量測窗

30‧‧‧間隔構件

31‧‧‧隔熱材料

ca‧‧‧冷卻用空氣

Pa‧‧‧冷卻通路

Pb‧‧‧第二冷卻通路

Claims (7)

1. 一種爐寬測定裝置，其特徵在於：將以下之構件製成一體，並作為感測器單元，雷射式位移感測器，將發光元件和感光元件收容於箱內；複數板狀熱電冷卻元件，包圍該箱，而且使吸熱面側朝向該箱並配置；導熱體，填充該箱和該熱電冷卻元件之吸熱面的間隙；以及散熱片，配置於該熱電冷卻元件之散熱面側，將該感測器單元收容於具備有冷卻用空氣的引入部、排出已供冷卻之該冷卻用空氣的排出部、以及使雷射光通過之量測窗的筐體內。
2. 如申請專利範圍第1項之爐寬測定裝置，其中該感測器單元經由筒狀之隔熱部被收容於該筐體內，並在此隔熱部外壁和該筐體內壁之間形成用以使冷卻用空氣通過的冷卻通路。
3. 如申請專利範圍第2項之爐寬測定裝置，其中隔熱材料被黏貼於該筐體內壁。
4. 如申請專利範圍第2項之爐寬測定裝置，其中該散熱片的外周部利用該筒狀之隔熱部封閉，而各散熱片的間隙構成用以使冷卻用空氣流動之第二冷卻通路。
5. 一種具有爐寬測定裝置之推出桿，其特徵在於：將如申請專利範圍第1至4項中任一項之爐寬測定裝置設置 於在煉焦爐所配置的推出桿之桿樑。
6. 如申請專利範圍第5項之具有爐寬測定裝置的推出桿，其中在舖設於該桿樑之隔熱配管內收容如下的構件：軟管，將冷卻用空氣供給該爐寬測定裝置；電源電纜，用以將電源供給該雷射式位移感測器及該熱電冷卻元件，而且輸出爐寬測定資料；以及信號電纜，傳送用以進行該熱電冷卻元件之溫度控制的控制信號。
7. 如申請專利範圍第6項之具有爐寬測定裝置的推出桿，其中在該推出桿裝載：槽，用以儲存該冷卻用空氣；及壓縮機，用以將此槽內之冷卻用空氣保持於既定壓力。