СПОСОБ И ЗОНД ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МАТЕРИАЛА В ДОМЕННОЙ ПЕЧИ Российский патент 2018 года по МПК C21B7/24 F27B1/28 G01N27/00 

Область техники

Настоящее изобретение, в общем, относится к устройству и способу определения распределения материала в шихте внутри доменной печи. Более конкретно, настоящее изобретение относится к устройству и способу определения распределения материала в шихте доменной печи на основе ее удельной электропроводности без прямого контакта с измерительным устройством.

Уровень техники

В уровне техники известны различные способы и устройства для определения распределения материала в доменной печи. Определение распределения материала в доменной печи является количественным анализом радиального распределения различных шихтовых материалов, например коксовых и железорудных материалов. Так как доменная печь является противоточным реактором, для процесса является важной газопроницаемость. Чтобы оказывать на нее влияние, загружают не гомогенную смесь шихты, а четко определенную схему разных слоев коксовых и железорудных материалов. Благодаря определениям распределения материала форма и толщина слоев материалов в доменной печи могут быть определены и, если это необходимо, отрегулированы и оптимизированы для улучшения работы доменной печи.

Известны несколько способов определения структуры слоев в доменной печи. Самым распространенным способом является радиолокационный профилометр, который измеряет форму поверхности шихты после загрузки каждого слоя материалов. Измерение ограничено поверхностью шихты, и поэтому динамические эффекты, которые происходят под поверхностью шихты и во время загрузки, не регистрируются. Альтернативным способом контроля газопроницаемости шихты является измерение профиля радиальной температуры и газораспределения, или над, или под поверхностью шихты. Хотя этот способ приводит прямо к конечному результату, чем является радиальное распределение газопроницаемости и размер центрального дымохода, оптимизация загрузки на основе этого измерения является трудной, так как не определяется детальная структура различных слоев.

Другой подход предлагается в JP 2007-155570. Ввиду трудностей измерения распределения материала внутри доменной печи JP 2007-155570 предлагает определять относительные количества шихтового материала во время загрузки материала из бункера в доменную печь. Способ измерения отличается размещением смеси веществ, которые отличаются по электромагнитным свойствам, на внутренней стороне полой катушки, на которую подан переменный ток, или тем, что заставляют смесь проходить через аксиальное направление катушки. Выработанное катушкой выходное напряжение измеряют, и долю веществ в смеси определяют на основе этого выходного напряжения.

Катушку возбуждения и измерительную катушку располагают в одном и том же аксиальном направлении, затем смесь помещают на внутренней стороне катушек или, заставляя ее проходить через аксиальное направление катушек, измеряют выработанное измерительной катушкой выходное напряжение. Калибровочную кривую получают, заранее измеряя отношение между массой веществ и выработанным катушкой выходным напряжением, долю веществ в смеси рассчитывают на основе калибровочной кривой.

Хотя такой способ и устройство могут быть полезными для определения относительных количеств разных материалов во время загрузки материала в доменную печь, но он непригоден для точного определения того, как материал распределен в шихте доменной печи после того, как он был загружен. В самом деле, поскольку материал имеет разные плотности и/или гранулометрию, он может сегрегироваться во время операции загрузки. Физическими явлениями, которые взаимодействуют во время формирования слоев шихты, являются качение материала на поверхности шихты, проникновение материала в нижних слоях, вызываемое ударными силами, разворачивание материала, вызываемое восходящим газом процесса, и смешение с ранее загруженными материалами. Кроме того, поскольку шихта внутри доменной печи не стационарна, а движется вниз и частично расходуется, профиль ее поверхности и форма образовавшихся слоев со временем изменяются.

Более подходящее решение для определения структуры слоев в доменной печи было предложено в ЕР 1 029 085. Зонд многократно вводят горизонтально и в доменную печь под поверхностью шихты. Расположенный на наконечнике зонда датчик обнаружения материала показывает присутствие, либо коксовых, либо железорудных материалов. С помощью комбинации быстрого горизонтального движения зонда и более медленной скорости вертикального опускания шихты получают образ распределения материала.

Датчик обнаружения материалов показывает тип шихтового материала на основе измеряемого физического свойства шихтового материала. В уровне техники для доменных печей имеется множество способов.

Первым примером является магнитная проницаемость. Магнитная проницаемость рудоподобного материала является высокой, в то время как кокс имеет низкую магнитную проницаемость, сходную с магнитной проницаемостью воздуха. Было разработано несколько способов определения магнитной проницаемости материала в доменной печи, чтобы делать заключения о распределении материала. В GB 2 205 162 одну катушку перемещают через трубку внутри доменной печи, чтобы измерить магнитную проницаемость материала. В сенсорной катушке измеряют самоиндукцию в катушке. Эта величина увеличивается в присутствии магнитнопроницаемого материала в пределах линий магнитного поля катушки, если эта величина возросла, обнаружена руда. В DE 26 55 297 постоянный магнит располагают на одной линии с датчиком магнитного поля и устанавливают в доменную печь. Магнитный поток увеличивается, если магнитнопроницаемый материал находится в пределах линий поля постоянного магнита. Если датчик магнитного поля показывает это увеличение магнитного потока, то обнаружена руда.

Проблема с магнитной проницаемостью в измерении распределения материала, таком как в DE 26 55 297, заключается в том, что присутствует большой температурный диапазон, обычно от 100°С около стенки доменной печи до 900°С или больше в центре доменной печи. При этой температуре магнитная проницаемость железной руды исчезает, так как температура материала находится выше точки Кюри. Для железной руды III (Fe₂O₃) точка Кюри находится на уровне 675°С, а для железной руды II-III (Fe₃O₄) точка Кюри находится на уровне 585°С. Поэтому свойство для различения материалов исчезает. Магнитная проницаемость не может быть использована для измерения распределения материала в доменных печах в температурном диапазоне около точки Кюри, и прежде всего, выше точки Кюри.

Вторым примером свойства для определения типа шихты является остаточный магнетизм железных руд. В DE 26 37 275 создается сильное магнитное поле для возбуждения самомагнетизма руд. Затем это поле отключают, и сенсорное устройство может обнаруживать руду через остаточное магнитное поле. Однако, возникает та же самая проблема, что и ранее, так как выше точки Кюри самомагнетизм руд также исчезает.

Третьим примером является поглощение рудами радиолокационных волн, предложенное в ЕР 0 101 219. Поглощение радиолокационных волн в рудах выше, чем в коксе. Радиолокационные волновые антенны для испускания и приема радарных волн располагают внутри доменной печи. Материал, расположенный между радиолокационными волновыми антеннами, идентифицируется на основе отражения и поглощения радиолокационных волн. Недостаток основанного на радиолокации измерения состоит в том, что радиолокационные устройства являются довольно хрупкими, особенно компоненты волновода и антенны, и установка в подшихтовом зонде является технически очень проблематичной.

Четвертый пример основан на удельной электропроводности кокса и железной руды, как описано в ЕР 1 029 085 и в DE 31 05 380. Удельная электропроводность является предпочтительным способом, так как известно, что удельная электропроводность кокса сохраняется при температурах 1300°С и больше.

В настоящее время распределение материала измеряют путем введения зонда горизонтально в доменную печь, как описано в ЕР 1 029 085. Два электрода расположены на наконечнике зонда или около наконечника зонда, отделены друг от друга изолятором и соединены друг с другом посредством электрической измерительной схемы. Электрическая измерительная схема определяет количество сигнала электрической схемы, когда наконечник датчика вставлен в доменную печь. Количество сигнала зависит от удельной электропроводности материала шихты вокруг датчика в доменной печи. Электрическая схема замыкается, когда электроды соединяются через слой проводящих материалов. Когда наконечник датчика проходит через слой непроводящего материала, электроды не соединяются. Благодаря разности между измерением проводящего материала и непроводящего материала, зонд способен определять, какие материалы присутствуют рядом.

Однако когда зонд введен в доменную печь, на изоляторах неизбежно образуются отложения пыли. Эти отложения пыли являются электрически проводящими и образуют короткое замыкание между электродами, и делают точное измерение невозможным. Так как пыль всегда присутствует в доменной печи из-за большого количества кокса, высокой скорости газа и, возможно, из-за дополнительного впрыска частиц горючего, решением является использование мягкой керамики в качестве изолятора. Эти керамические изоляторы имеют определенную норму истирания, так что не образуются отложения пыли, когда производится измерение. В самом деле, поскольку шихта в доменной печи является горячей и абразивной, трение изолятора о шихту при введении и удалении зонда изнашивает изоляторы каждый раз, когда производится измерение, и поэтому отложение пыли не образуется. После определенного числа измерений, по меньшей мере, изоляторы должны быть заменены. Это приводит к более высоким затратам и требованию регулярного техобслуживания.

Таким образом, требуется более эффективный способ или устройство для измерения распределения материала внутри шихты доменной печи после того, как материалы были загружены в доменную печь.

Техническая проблема

Цель настоящего изобретения заключается в создании способа и зонда для определения распределения материала в загруженном материале в шихте в доменной печи при любой температуре.

Эта цель достигнута способом по п. 1 формулы изобретения и зондом по п. 11 формулы изобретения.

Общее описание изобретения

Для достижения этой цели настоящее изобретение предлагает измерительный зонд для определения распределения материала в шихте, содержащей железную руду и кокс, в доменной печи без прямого контакта путем введения зонда в шихту внутри доменной печи.

Измерительный зонд содержит:

- по меньшей мере один датчик, который содержит:

- передающую катушку, которая имеет передающую поверхность;

- принимающую катушку, которая имеет принимающую поверхность;

- защитную оболочку, в которой размещен датчик и которая защищает передающую катушку и принимающую катушку от нагрева и истирания;

- источник питания переменного тока, который подает переменный ток частотой от 0,5 до 5 МГц и величиной от 1 до 10 мА на передающую катушку;

- передающая катушка излучает первичное переменное магнитное поле, которое индуцирует вихревые токи в любом электрически проводящем материале шихты. Вихревые токи генерируют вторичное переменное магнитное поле, и принимающая катушка измеряет электрический ток, который генерируется первичным переменным магнитным полем и вторичным переменным магнитным полем;

- управляющий и оценочный блок для оценки измеренного электрического тока, причем электрический ток является указывающим на распределение материала шихты в доменной печи.

Так как измерение основано на удельной электропроводности, зонд может определять, так сказать, в реальном времени, распределение материала внутри шихты доменной печи при любой температуре материала выше, ниже или в точке Кюри. В противоположность магнитной проницаемости материала, удельная электропроводность является подходящей характеристикой, которая является надежной во всем диапазоне температур в доменной печи.

Благодаря обнаружению индуцированного вихревого тока, датчик может определять распределение материала без прямого контакта с шихтой. Поскольку датчик размещен внутри защитной оболочки, он защищен от нагрева и истирания. Таким образом, датчик не подвержен прямому воздействию суровых условий доменной печи и поэтому служит дольше. Основными факторами, которые влияют на срок службы, являются массивная пыль, химически реактивная и коррозийная атмосфера, экстремальный нагрев и силы от шихты, ведущие к истиранию и разрушению. Таким образом, срок службы измерительного зонда увеличивается по сравнению с датчиками уровня техники, описанными в ЕР 1 029 085.

Измерительный зонд согласно изобретению не чувствителен к пыли, особенно к отложениям пыли на защитной оболочке перед датчиком. Частицы пыли вызывают только, очень слабый, едва обнаруживаемый вихревой ток, который не нарушает результаты измерения. Решение истирания для удаления пылевых отложений, необходимое для применения ЕР 1 029 085 на практике, больше не требуется.

Кроме того, в противоположность JP 2007-155570, материал не проходит через внутреннюю сторону полой катушки. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения датчик может быть нанесен прямо на внутреннюю сторону защитной оболочки. В качестве альтернативы, датчик может быть установлен на опоре или опорном слое, который нанесен на внутреннюю сторону защитной оболочки. В этом случае, датчик расположен между защитной оболочкой и опорным слоем. Опора должна быть термостойкой и должна быть непроводящей, например, такой как мыльный камень или слюда.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения защитная оболочка содержит керамический материал, который не является электрически проводящим. За счет этого датчик достаточно хорошо защищен от нагрева истирания внутри доменной печи. Хорошие результаты измерения получаются при защитной оболочке толщиной в диапазоне от 10 до 25 мм. Оболочка, предпочтительно, является кольцевым цилиндром.

Предпочтительно, передающая катушка и принимающая катушка расположены так, что магнитный поток передающей катушки концентричен магнитному потоку принимающей катушки.

Является возможным располагать несколько датчиков на наконечнике зонда. В предпочтительном варианте осуществления, катушки рассчитаны так, что их магнитные поля интерферируют лишь незначительно. Тогда несколько независимых датчиков могут быть расположены на наконечнике зонда внутри одной и той же защитной оболочки. Это значительно увеличивает разрешение определения распределения материала. Кроме того, такое расположение нескольких датчиков уменьшает требования быстрой горизонтальной скорости зонда, как это требуется в уровне техники.

Контактирующие электроды, используемые в ЕР 1 029 085, должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать силы шихты доменной печи. Как следствие, электроды на зонде являются массивными стальными кольцами, которые подвержены воздействию горячей шихты. Только один измерительный датчик может быть размещен на наконечнике зонда. Так как имеется только один измерительный сигнал, это приводит к ограничению дискретности измерения и требованию высокой горизонтальной скорости зонда.

Благоприятным образом, передающая катушка имеет передающую поверхность в диапазоне от 1 до 20 см². Размер передающей поверхности определяет точку измерения за счет конфигурирования магнитного поля, которое должно возбуждать вихревой ток в шихте. Чем больше передающая поверхность, тем больше будет точка измерения.

Предпочтительно, принимающая катушка имеет принимающую поверхность в диапазоне от 5 до 50 см². Больший размер будет увеличивать силу сигнала, так как принимаемый сигнал находится под влиянием меньше со стороны первичного магнитного поля, но больше со стороны вторичного магнитного поля от вихревых токов.

Переменный ток частотой от 0,5 до 5 МГц и величиной от 1 до 10 мА подается на передающую катушку. Частота выбирается достаточно высокой, так чтобы создавались достаточные вихревые токи в коксе, который, как известно, имеет удельное сопротивление 2-6 Ом⋅см при 300°С и 0,5-2 Ом⋅см при 1300°С. В этом диапазоне частот могут применяться длинные кабели для передачи сигнала передающей катушки на управляющий блок. Для частот выше 5 МГц выработанный передающей катушкой сигнал, возможно, не будет надежно передан на электронный управляющий блок по довольно длинным кабелям.

Величина выбирается достаточно высокой для рационального соотношения сигнал/шум. Величину выше 10 мА можно было бы рассматривать как риск для безопасности, так как теоретически она могла бы стать причиной электрических искр в случае неисправной работы датчика.

Передающая катушка и принимающая катушка, предпочтительно, имеют круглую или прямоугольную форму. Однако специалист способен придать передающей катушке и принимающей катушке форму, соответствующую его нуждам.

Зонд может быть расположен с возможностью движения в горизонтальном направлении относительно кожуха доменной печи, так что зонд введен в доменную печь для определения распределения материала в ней. Благодаря подвижному расположению, распределение материала может быть определено в разных горизонтальных местах в доменной печи путем изменения положения зонда, расположенного в ней, как описано в ЕР 1 029 085. Скорость горизонтального перемещения, предпочтительно, превышает скорость спуска шихты, так что состав шихты (то есть радиальное распределение материала) может быть измерен путем сбора данных во время повторяющихся движений.

В еще одном варианте осуществления зонд располагают внутри доменной печи неподвижно на кожухе доменной печи, под верхней поверхностью шихты. Предпочтительно, зонд находится на коротком расстоянии от стенки доменной печи, и настройка зонда может быть похожей на систему «citoblock", описанную в DE 31 05 380. Тогда этот зонд может измерять временное развитие материала на постоянном радиусе внутри доменной печи. Целью является получение количества и типа материала (то есть, распределения материала) в одном радиальном положении в качестве функции времени.

В соответствии с другим аспектом настоящее изобретение также относится к способу определения распределения материала внутри шихты в доменной печи. Способ включает в себя следующие шаги:

- введение измерительного зонда в шихту доменной печи. Измерительный зонд имеет датчик с принимающей катушкой и передающей катушкой, причем датчик размещен внутри защитной оболочки,

- подача на передающую катушку переменного тока с частотой от 0,5 до 5 МГц и величиной от 1 до 10 мА, так что передающей катушкой вырабатывается первичное переменное магнитное поле. Первичное переменное магнитное поле индуцирует вихревые токи в любом электрически проводящем материале шихты. Вихревые токи генерируют вторичное переменное магнитное поле.

- измерение электрического тока, выработанного первичным переменным магнитным полем и вторичным переменным магнитным полем, с помощью принимающей катушки.

- оценка распределения материала шихты на основе электрического тока в принимающей катушке.

Предпочтительно, оценку электрического тока используют для управления распределительным желобом доменной печи. В результате, загрузка материалов может быть адаптирована на основе измерений, выполняемых способом или устройством согласно изобретению.

Зонд и способ позволяют определять радиальное распределение материала и/или форму, размер и состав слоев шихты.

Сигнал (то есть электрический ток, выработанный первичным переменным магнитным полем и вторичным переменным магнитным полем с помощью принимающей катушки), который показывает тип материала, предпочтительно, обрабатывается с помощью модели. Посредством сбора данных по радиусу (ось х при горизонтальном движении зонда или одна неподвижная точка х для недорогого неподвижного зонда), а также во времени (ось y при спуске шихты, которая движется вертикально вниз), измеряется распределение шихты (в смысле позиционирования материалов внутри шихтовой колонны). Результат моделирования, описанный ниже более детально, используется для понимания и оптимизации доменного процесса и, если это необходимо, корректировки программы распределения материала завалочного желоба.

Краткое описание чертежей

Дальнейшие детали и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из следующего детального описания неограничивающего варианта осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи. Показано на:

Фиг. 1: схематический вид измерительного зонда согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения,

Фиг. 2: схематический вид расположения нескольких датчиков (вид в разрезе сбоку) согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения,

Фиг. 3: схематический вид магнитного потока измерения согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения,

Фиг. 4: схематический вид модифицированного магнитного потока измерения согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, когда проводящий объект приближается к зонду,

Фиг. 5: величина сигнала приемника датчика в присутствии нескольких типичных материалов доменной печи при комнатной температуре,

Фиг. 6: схематический вид доменной печи с двумя зондами, одним подвижным зондом и одним неподвижным зондом, причем каждый из них оснащен датчиками для определения распределения материала,

Фиг. 7: схематическое представление определенного распределения материала в доменной печи.

Описание предпочтительных вариантов осуществления

Схематическое расположение измерительного зонда 2 согласно особо предпочтительному варианту осуществления изобретения представлено на фиг. 1. Измерительный зонд 2 может измерять тип материала шихты в доменной печи через его удельную электропроводность без прямого контакта между датчиком, то есть передающей катушкой 4 и принимающей катушкой 6, и материалом 14 шихты. Несколько измерений в горизонтальном и/или вертикальном протяжении позволяют определять распределение материала в шихте доменной печи.

Защитная оболочка 8 изготовлена из керамического материала, который выдерживает экстремальные условия, особенно изменения температуры и силы от шихты и трения в доменной печи. Защитная оболочка 8 имеет толщину в диапазоне от 10 до 25 мм. Так как керамический материал тверже, чем шихта доменной печи, он может выдерживать истирание в течение длительного времени эксплуатации. Поскольку измерения производятся в то время, когда доменная печь работает, керамическая защитная оболочка 8 защищает передающую катушку 4 и принимающую катушку 6 от повреждений, когда зонд вводят в шихту или перемещают через шихту.

Измерительный зонд 2 содержит передающую катушку 4 и принимающую катушку 6. В процессе эксплуатации передающая катушка 4 генерирует первичное переменное магнитное поле, а принимающая катушка 6 принимает переменное магнитное поле. Передающая катушка 4 и принимающая катушка 6 расположены прямо на защитной оболочке 8. Зонд имеет длину около 5 м в случае подвижного зонда и длину около 1 м в случае неподвижного зонда. Датчик расположен около наконечника зонда, так что датчик может быть введен в доменную печь.. Передающая катушка 4 и принимающая катушка 6 электрически соединены с оценочным и управляющим блоком 10, который расположен вне доменной печи, посредством электрически проводящих проводов (не показаны).

Если на измерительный зонд 2 на фиг. 1 смотреть сверху, передающая катушка 4 и принимающая катушка 6 имеют круглую форму и отделены от материала 14 шихты защитной оболочкой 8. Передающая катушка 4 и принимающая катушка 6 расположены так, что их магнитные поля концентричны. Поверхность передающей катушки 4 составляет от 1 до 20 см, а поверхность принимающей катушки 6 составляет от 5 до 50 см. Таким образом, соотношение поверхностей двух катушек составляет от 1:1 до 1:50 (поверхность передатчика: поверхность приемника).

Диапазон измерения, то есть подлежащий измерению объем материала, может быть адаптирован путем изменения некоторых из параметров для генерирования и приема переменных магнитных полей. Частота подаваемого на передающую катушку 4 сигнала может быть увеличена или уменьшена, и/или поверхность передающей катушки 4 и/или принимающей катушки 6 может быть увеличена или уменьшена. Объем измерения переменных магнитных полей может быть уменьшен, увеличен или сконфигурирован соответственно. В этом конкретном предпочтительном варианте осуществления изобретения измеряемый объем приблизительно соответствует эллиптической полусфере.

Поверхность принимающей катушки 6 выбирают так, чтобы было возможным определять распределение материала шихты через расположенную между материалом 14 шихты и измерительным датчиком защитную оболочку. Минимальное расстояние между материалом 14 шихты и катушками 4, 6 определяется толщиной защитной оболочки. Если чувствительность неудовлетворительна, поверхность принимающей катушки 6 должна быть увеличена или толщина оболочки должна быть уменьшена.

Для улучшения определения распределения материала в доменной печи несколько датчиков могут быть расположены рядом друг с другом около наконечника зонда. Поскольку вихревые токи являются лишь локальными эффектами, они не интерферируют с вихревыми токами, индуцированными другими катушками 104а, 104b, 104с или 104d, если система рассчитана надлежащим образом. Тип материала обнаруживается в нескольких местах одновременно, чтобы увеличить локальное разрешение. В результате, число измерительных сигналов и дискретность измерения могут быть увеличены и рассчитаны в соответствии с пожеланиями. На фиг. 2 защитная оболочка 8 является кольцевым цилиндром, в котором расположены четыре датчика. Объем измерения каждого отдельного датчика покрывает около одной четверти периметра цилиндра. В этом конкретном варианте осуществления, если кольцевой цилиндр установлен на наконечнике горизонтального зонда, имеется одна измерительная точка наверху, две в центре и одна внизу. Тип материала детектируется в трех разных вертикальных положениях, способствуя в три раза более высокой вертикальной дискретности измерения по сравнению с зондом с только одним измерительным датчиком.

Передающие катушки 104а, 104b, 104с и 104d на фиг. 2 и передающая катушка 4 на фиг. 1 функционально соединены с источником 12 питания переменного тока, как показано на фиг. 1. В процессе эксплуатации, переменный ток, поданный на передающую катушку, как показано на фиг. 3 и фиг. 4, излучает первичное переменное магнитное поле 16. Чтобы получать точные измерения и хорошие результаты, применяются переменные токи частотой около 2 МГц и величиной 5 мА.

На фиг. 3 какой-либо проводящий материал в зоне действия первичного переменного магнитного поля 16 отсутствует, никакие вихревые токи в проводящем материале не индуцированы, и не сгенерировано никакого вторичного переменного магнитного поля. Перед тем, как может быть измерено сопротивление проводящего материала, проводящий объект должен быть в зоне действия первичного переменного магнитного поля 16. Первичное переменное магнитное поле 16 ограничено, среди прочего, размером и формой передающей катушки 4.

На фиг. 4 материал 14 шихты введен в первичное переменное магнитное поле 16. Первичное переменное магнитное поле 16 на фиг. 5 индуцирует вихревые токи 18 в материале 14 шихты. Индуцированные вихревые токи 18 генерируют вторичное переменное магнитное поле 20. Управляющий и оценочный блок 10 оценивает измерения на основе первичного переменного магнитного поля 16 и вторичного переменного магнитного поля 20, измеренного принимающей катушкой 6. Величина электрического тока в принимающей катушке 6 указывает на электрическое сопротивление материала 14 шихты.

На фиг. 5 представлен выход электрического тока принимающей катушки. Если материал 14 шихты является рудой или если материала шихты нет, измеренный электрический ток в принимающей катушке 6 выше или равен 5 мА. Когда кокс находится в пределах первичного переменного магнитного поля, электрический ток в принимающей катушке ниже 5 мА, обычно на 10% ниже, чем величина, если материала нет, то есть не выше 4,5 мА.

Для обнаружения типа материала ток принимающей катушки сравнивается с пороговой величиной 24. В этом особо предпочтительном варианте осуществления изобретения пороговая величина 24 установлена на 4,9 мА. Специалист в данной области способен скорректировать пороговую величину 24 в соответствии со своими нуждами. Обычно это делается во время калибрования. Для калибрования измерительного зонда переменный ток подают на переменную передающую катушку 4, когда в первичном переменном магнитном поле 16 нет проводящего объекта, кроме коксовой пыли. Это приводит к калибровочной величине 22. Пороговая величина 24 определяется несколько ниже, чтобы учитывать помехи при измерении и предотвратить влияние пыли. Каждое изменение электрического тока в принимающей катушке ниже пороговой величины 24 указывает на присутствие электрически проводящего материала 14 шихты в первичном переменном магнитном поле 16.

Ток принимающей катушки 6, среди прочего, является функцией удельной электропроводности материала 14 шихты. Удельная электропроводность является характеристикой, которая надежна во всем диапазоне температур в доменной печи. Поэтому она походит в качестве характеристики для определения распределения материала. Система предназначена для того, чтобы иметь хорошую ответную реакцию на удельную электропроводность. В меньшей степени, второе переменное магнитное поле 20 зависит от магнитной проницаемости материала 14 шихты при температурах ниже точки Кюри. Влияние магнитной проницаемости приблизительно равно или меньше чем на +2% отличается от калибровочной величины 22. Изменения температуры или постоянный магнитный поток не влияют на измерение. Малые частицы кокса и пыли не имеют заметного влияния на измерение.

Для выполнения измерения показанный на фиг. 6 зонд вводят в доменную печь. В этой доменной печи для измерения распределения материала в ней используют подвижный зонд, так же, как и неподвижный зонд. В последующем, описывается только принцип подвижного зонда. По меньшей мере один датчик 2 расположен около кончика горизонтально подвижного измерительного зонда. Зонд вводят в доменную печь, которая имеет диаметр приблизительно 10 м. Измерения производят на расстоянии около 4 м под поверхностью шихты, обычно в области перед той, где материал начинает размягчаться. Движение от кожуха доменной печи до центра доменной печи и обратно к кожуху доменной печи занимает около 50 секунд. Это быстрое горизонтальное движение повторяют последовательно. Одновременно, шихта опускается медленно, но постоянно со скоростью приблизительно 12 см/мин.

Измерительный сигнал регистрируется непрерывно в каждой точке и сравнивается с пороговой величиной 24. За счет этого получают образ распределения материала, показанный на фиг. 7. Данные, полученные от датчика 2, расположены на графике х-y, где ось х представляет радиус доменной печи, а ось y представляет высоту доменной печи. Пиксели на фиг. 7 соответствуют измеренному распределению материалов в доменной печи. Каждый пиксель представляет около 10 см × 10 см шихты. Можно четко определить, что до радиуса 1,3 м от центра доменной печи имеется только кокс 26. Газ процесса может в основном проходить вверх через кокс 26 по центральному дымоходу, но едва ли через слои рудоподобной шихты 28. Это центральный дымоход для газа процесса, который улетучивается вверх. Кроме того, слои расположены так, что газ процесса может контактировать с нижними частями слоев рудоподобного материала.

Кроме того, является возможным применять способы обработки сигнала для извлечения большего количества информации из необработанного измерительного сигнала. Например, вместо простого различения между коксовыми и рудоподобными материалами, параметры смеси материалов могут быть получены во время наложения растра на пиксели. Более того, информация о размере частиц кокса может быть извлечена из колебаний сигнала величины тока приемника.

Температура, при которой измеряют распределение материала в соответствии с этим особо предпочтительным вариантом осуществления изобретения, составляет от примерно 100°С около стенки доменной печи до 900°С или больше в центре доменной печи. Особенно в центральном дымоходе доменной печи, который является внутренним радиусом до 1 м, температура достигает экстремальных пиков. С другой стороны, размер этого дымохода является одним из главных элементов информации, которая должна быть результатом измерения. Для типичных железных руд, используемых в доменных печах, точка Кюри значительно ниже этих температур. Магнитные свойства, которые отличают рудоподобный материал от кокса, исчезают. Однако так как измерение основано на удельной электропроводности, и поскольку удельная электропроводность кокса остается незатронутой при настоящих температурах, распределение материала определяется при температуре выше, на уровне или ниже точки Кюри и ниже точки плавления материала

Наконец, программу распределения материала завалочного желоба доменной печи приводят в соответствии с желаемым распределением материалов. Если определено нежелательное распределение материала, программу распределения материала загрузочного лотка корректируют. Целью является повышение эффективности, производительности и срока службы доменной печи путем оптимизации загрузки.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

Изобретение относится к измерительной технике. Технический результат – повышение точности измерения. Измерительный зонд предназначен для измерения распределения материала внутри шихты доменной печи. Он содержит датчик с передающей катушкой и принимающей катушкой, которые защищены от нагрева и истирания защитной оболочкой. К передающей катушке подают переменный ток, причем передающая катушка излучает первичное переменное магнитное поле, которое индуцирует вихревые токи в любом электрически проводящем материале шихты. Вихревые токи генерируют вторичное переменное магнитное поле. Принимающая катушка измеряет электрический ток, который генерируется первичным переменным магнитным полем и вторичным переменным магнитным полем. Измеренный электрический ток оценивается управляющим и оценочным блоком. Электрический ток является индикатором распределения материала шихты внутри доменной печи. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Измерительный зонд для определения распределения шихтовых материалов в виде железной руды и кокса в доменной печи, содержащий:

- по меньшей мере один датчик, содержащий:

- передающую катушку, имеющую передающую поверхность,

- принимающую катушку, имеющую принимающую поверхность,

- защитную оболочку, в которой размещен по меньшей мере один датчик,

- источник питания переменного тока, подающий переменный ток частотой от 0,5 до 5 МГц и величиной от 1 до 10 мА на передающую катушку,

при этом передающая катушка выполнена с возможностью излучения первичного переменного магнитного поля, причем первичное переменное магнитное поле индуцирует вихревые токи в любом электрически проводящем материале шихты в первичном переменном магнитном поле,

причем вихревые токи генерируют вторичное переменное магнитное поле,

причем принимающая катушка измеряет электрический ток, который генерируется первичным переменным магнитным полем и вторичным переменным магнитным полем,

- управляющий и оценочный блок для оценки измеренного электрического тока, который при этом является индикатором распределения материала шихты внутри доменной печи.

2. Измерительный зонд по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере один датчик расположен на опоре внутри защитной оболочки.

3. Измерительный зонд по п. 1, отличающийся тем, что защитная оболочка содержит керамический материал.

4. Измерительный зонд по п. 2, отличающийся тем, что защитная оболочка содержит керамический материал.

5. Измерительный зонд по п. 1, отличающийся тем, что магнитное поле принимающей катушки концентрично магнитному полю передающей катушки.

6. Измерительный зонд по п. 2, отличающийся тем, что магнитное поле принимающей катушки концентрично магнитному полю передающей катушки.

7. Измерительный зонд по п. 3, отличающийся тем, что магнитное поле принимающей катушки концентрично магнитному полю передающей катушки.

8. Измерительный зонд по п. 4, отличающийся тем, что магнитное поле принимающей катушки концентрично магнитному полю передающей катушки.

9. Измерительный зонд по одному из пп. 1-8, отличающийся тем, что защитная оболочка выполнена в виде кольцевого цилиндра или пластины с толщиной от 10 до 25 мм.

10. Измерительный зонд по одному из пп. 1-8, отличающийся тем, что он выполнен с несколькими датчиками.

11. Измерительный зонд по одному из пп. 1-8, отличающийся тем, что катушки выполнены эллиптическими, круглыми или прямоугольными.

12. Измерительный зонд по одному из пп. 1-8, отличающийся тем, что передающая катушка выполнена с передающей поверхностью c площадью от 1 до 20 см².

13. Измерительный зонд по п. 11, отличающийся тем, что передающая катушка выполнена с передающей поверхностью c площадью от 1 до 20 см².

14. Измерительный зонд по одному из пп. 1-8, отличающийся тем, что принимающая катушка выполнена с принимающей поверхностью c площадью от 5 до 50 см².

15. Измерительный зонд по п. 11, отличающийся тем, что принимающая катушка выполнена с принимающей поверхностью с площадью от 5 до 50 см².

16. Способ определения распределения шихтовых материалов в виде железной руды и кокса в доменной печи, включающий:

- введение в шихту доменной печи измерительного зонда, имеющего датчик, размещенный внутри защитной оболочки и содержащий принимающую катушку и передающую катушку,

- подачу на передающую катушку датчика переменного тока с частотой от 0,5 до 5 МГц и величиной от 1 до 10 мА и выработку передающей катушкой первичного переменного магнитного поля, причем первичное переменное магнитное поле индуцирует вихревые токи в электрически проводящем материале шихты, генерирующие вторичное переменное магнитное поле,

- измерение электрического тока, сгенерированного первичным переменным магнитным полем и вторичным переменным магнитным полем, с помощью принимающей катушки,

- определение типа шихтового материала путем сравнения тока принимающей катушки с пороговой величиной и

- определение распределения шихтовых материалов путем нескольких измерений в горизонтальном и/или вертикальном направлении.

17. Способ по п. 16, отличающийся тем, что оценку распределения материала используют для управления распределительным желобом доменной печи.

18. Способ по п. 16 или 17, отличающийся тем, что измерительный зонд перемещают в шихту доменной печи в горизонтальном направлении.

19. Способ по п. 16 или 17, отличающийся тем, что измерительный зонд располагают внутри доменной печи неподвижно под поверхностью шихты.