一种凸轮式焦炉炉顶看火孔自动测温系统和方法与流程

本发明属于高温检测技术领域，具体地说，涉及一种凸轮式焦炉炉顶看火孔自动测温系统和方法。

背景技术：

焦炉炉温的测量与控制历来是炼焦行业中的关键环节之一，炉温测量的及时、准确与否直接影响到焦炭质量的好坏、焦炉炉体寿命的长短以及煤气消耗的高低。目前，国内外大多数的焦炉采用人工测温的方法，该方法通常每4小时重复一次，测温耗时长、测温环境恶劣、工人劳动强度大、测温人为误差大，遇到雨天则无法测温，炉温控制滞后严重，致使炉温波动大，安定系数低，而为了保证焦炭质量，常采用温度上限控制方法，煤气消耗量大。因此，人工测温已然不能满足焦炉自动化生产和节能环保的需求。

而通过焦炉自动测温控制系统实时测量炉温并反馈控制煤气的消耗，不仅测温准确，及时，而且可实时调节煤气的流量，减少煤气消耗，它符合我国节能环保的要求，是未来焦炉自动化加热控制的必然趋势。

目前，焦炉的自动测温控制主要有两大类方法：一类是在焦炉蓄热室顶部安装s型热电偶进行测温，然后将蓄热室顶部的温度通过数学模型来模拟焦炉立火道的温度，从而进行焦炉的自动加热控制。例如中国专利申请号为：200620072195.1，公开日为：2007年4月25日的专利文献，公开了一种焦炉拟合火道温度测定装置，其特征是从炉顶竖向钻与跨越孔相通的跨越孔通道，在此跨越孔通道中竖向设置热电偶i，深度直达跨越孔上方的第一层砖，在左侧的看火孔中竖向设置热电偶ii，深度直达上升立火道中并位于跨越孔的中心线，在左侧的蓄热室顶部空间中前后向设置热电偶iii，此外，在地下室底板左侧的砖煤气道的入口处设置比色仪测温器i，在地下室底板钻与循环孔下侧的第一层耐火砖相通的圆孔形循环孔通道，在此循环孔通道的下端设置比色仪测温器ii，测出的温度通过数学模型计算出实际火道温度，并由计算机实施自动优化串接控制，达到连续测温的目的，能够减轻劳动强度并节能降耗稳定炉温和提高焦炭的质量，该方法直接测量蓄热室顶部温度，投资小，施工安装方便，热电偶使用寿命长，但其需要大量的数据积累建立准确的数学模型来模拟，而非直接测量立火道的温度，测温技术难度大，测温不准确。

另一类方法是通过红外测温仪直接测量焦炉炉顶立火道内的温度，其具有快速、高效、准确反应立火道内实际温度等诸多优点，因而得到了广泛的研究。在已公开的中国专利文献中报道了红外测温的方法和装置，例如中国专利申请号为：200410012985.6，公开日为2015年1月12日的专利文献公开了一种焦炉自动测温方法及其测温系统，其测温系统包括设置在焦炉炉面装煤车轨道内侧或外侧的环形测温轨道、带光学探头的自动测温装置、电刷式通讯头和上位机。其测温方法是让自动测温装置在测温轨道上面行走，测温装置上的测温探头通过位于测温轨道内的标准立火道测温孔对炉内的温度进行扫描实测，自动测温装置将采集到的温度数据通过设置在测温轨道上方一点的电刷式通讯头，将测得的温度数据通过有线通讯线路传给地面上的上位机，上位机通过对采样曲线数据进行分析运算得出每个标准立火道的温度并进行焦炉加热系统的控制。但其为移动测温，由于立火道的孔盖直径仅有130mm左右，移动测温的时间受移动速度的影响明显，且移动中的红外测温仪定位的不准确将直接影响测温的准确性。又如：中国专利公告号为：cn2898789y的专利文献把红外测温仪直接安装在立火道上，虽然有氮气的吹脱冷却保护，但立火道内上升的超过1300℃的高温炉火常导致红外测温仪高温损坏，已有的实践证明，在6～12个月的时间内，有超过50％以上的红外测温仪损坏，代价高昂。

经检索，现有技术中也存在采用非接触式装置检测焦炉立火道温度的装置，例如，中国专利公告号为：cn2199983y的专利文献公开了一种移动式焦炉火道自动测温装置，将测温探头装在钢套管中固定，钢套管端部加装保护盖保护测温探头，再固定于装煤车头部的支架上，并在装煤时与看火孔对位，由装在步进电机转轴上的凸轮，经叉动杆和主动杆联合控制保护盖的开启与关闭，从而实现焦炉火道温度自动测量。该发明的装置着重于保护测温探头但是实现焦炉立火道自动测温的前提是必须将看火孔盖自动打开与关闭，该发明中未见描述。即使有其它设备能够开启看火孔盖，该发明的装置在实际测温中必须由生产工序来确定，每次只能测1孔立火道，两孔立火道之间的测温间隔时间长、测温序号不连续，完成全部直行立火道的测温所需要的时间与焦炉的结焦时间相同，约17～24h，这对焦炉直行温度的全部、实时、快速自动测温，并及时反馈煤气控制来讲是不可接受的缺陷。举例如下：装煤车通常按照5-2或9-2串续进行装煤操作，以9-2串续为例，装煤车的装煤顺序依次为装第1、11、21、31、41、51、61孔，之后再依次装第3、13、23、33、43、53、63孔，再依次装第5、15、25、35、45、55、65孔，再依次装第7、17、27、37、47、57、67孔，再依次装第9、19、29、39、49、59、69孔，之后以同样的规律依次进行偶数序号的装煤。两孔的装煤间隔(测温间隔)时间通常为7-12min，此外每天2-4h的检修期间不能装煤，也就不能测温。

综上所述，显然现有的焦炉自动测温装置和系统存在着测温定位不准确，红外测温仪器易产生损坏、测温不连续等诸多缺点，限制了其广泛应用。

技术实现要素：

1.要解决的问题

针对现有的焦炉自动测温装置和系统存在着测温定位不准确，测温仪器易产生损坏、测温不连续等诸多缺点，限制了其广泛应用的问题，本发明提供一种凸轮式焦炉炉顶看火孔自动测温系统和方法，本发明利用凸轮的运动特点能够实现看火孔盖的自动打开和关闭以及自动连续测温，还能够避免红外测温仪的高温损坏，极大的延长了其使用寿命。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种凸轮式焦炉炉顶看火孔自动测温系统，包括连接杆、非接触式测温仪、凸轮、导向槽和动力机构；所述连接杆的一端用于连接看火孔盖，另一端与导向槽活动连接，所述凸轮周向开设有凹槽，连接杆中间某一段架设在凸轮的周向凹槽内；所述动力机构用于驱动凸轮转动，从而带动连接杆沿导向槽的轨迹实现竖直方向和水平方向的移动。

优选地，所述连接杆呈“l”型结构，包括沿水平方向设置的水平段和沿竖直方向设置的垂直段两段；所述看火孔盖设置在连接杆的垂直段的一端；连接杆垂直段的一端用于连接看火孔盖；连接杆水平段的一端与导向槽活动连接；所述连接杆的水平段的某一段架设设置在凸轮的凹槽内。

优选地，所述凸轮上的凹槽的宽度和深度略大于所述连接杆的水平段的直径，以使连接杆能够在凸轮的凹槽内自由运动。

优选地，所述的连接杆通过导向杆与导向槽活动连接；导向杆的一端与连接杆的水平段在水平方向上垂直，导向杆的另一端穿过导向槽与限位卡销连接。

优选地，所述的凸轮轮廓由共轴线的半圆与半椭圆组成。

优选地，所述导向槽截面由下部的直线段和上部的曲线段共同组成，导向槽曲线段的水平投影长度大于看火孔盖的直径。

优选地，所述的动力机构包括从动轮、凸轮轴、动力轮和减速电机；所述动力轮与减速电机的输出轴连接；所述的从动轮与凸轮设置在凸轮轴上，所述的从动轮与动力轮啮合。

优选地，所述的测温系统可以采用一组动力机构，共用凸轮轴，根据看火孔的位置连续布置或间歇布置多组。

优选地，所述的非接触式测温仪为红外测温仪，所述红外测温仪距离看火孔盖高度为400-800mm，且所述红外测温仪的探头与所述看火孔盖位于同一轴心。

一种凸轮式焦炉炉顶看火孔自动测温方法，包括以下步骤：

步骤一：动力机构驱动凸轮旋转，凸轮顶起连接杆沿着导向槽的直线段移动，带动看火孔盖垂直提升，看火孔盖的下部高出焦炉炉顶；

步骤二：动力机构驱动凸轮继续旋转，继续顶起连接杆沿着导向槽的曲线段移动，带动看火孔盖向右上方运动，看火孔盖被带动至看火孔的右上方，暴露出整个看火孔；

步骤三：非接触式测温仪进行测温，并将数据输出至数据处理中心；

步骤四：动力机构驱动凸轮继续旋转，连接杆在自身重力作用下下降，带动看火孔盖向左下方运动，看火孔盖运动至看火孔正上方；

步骤五：动力机构驱动凸轮继续旋转，与连接杆2焊接在一起的导向杆11沿导向槽13的直线段下降，带动看火孔盖垂直下降，看火孔盖复位，完成一次测温。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明凸轮式焦炉炉顶看火孔自动测温系统利用凸轮运动的独特特点实现了立火道看火孔盖的自动提升、打开、下降、关闭，系统组成简单高效，运行准确可靠，利用安装于看火孔正上方的红外测温仪对打开后的看火孔进行及时准确的自动连续温度测量，能够避免立火道内超过1300℃的上升火苗对红外测温仪造成高温损坏，极大的延长了其使用寿命，为焦炉自动测温控制领域提供了一种新的技术；

(2)本发明凸轮式焦炉炉顶看火孔自动测温系统导向槽曲线段的水平投影长度大于看火孔盖的直径使看火孔完全暴露在非接触式测温仪的探头下，使测温更加准确；

(3)本发明凸轮式焦炉炉顶看火孔自动测温系统结构简单，设计合理，易于建造。

附图说明

图1为本发明凸轮式焦炉炉顶看火孔自动测温系统的主视图；

图2为本发明凸轮式焦炉炉顶看火孔自动测温系统的俯视；

图3是本发明凸轮式焦炉炉顶看火孔自动测温系统看火孔盖开启过程的结构示意图；

图4是本发明凸轮式焦炉炉顶看火孔自动测温系统看火孔盖关闭过程的结构示意图；

图5是本发明凸轮式焦炉炉顶看火孔自动测温系统的轴测图。

图中：1、看火孔盖；2、连接杆；3、红外测温仪支架；4、红外测温仪；5、凸轮轴支架；6、从动轮；7、凸轮轴；8、凸轮；9、动力轮；10、导向板支架；11、导向杆；12、限位卡销；13、导向槽；14、导向板；15、减速电机。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

如图1和图2所示，一种凸轮式焦炉炉顶看火孔自动测温系统，包括看火孔盖1、连接杆2、红外测温仪支架3、非接触式测温仪4、凸轮8、导向板支架10、限位卡销12、导向槽13、导向板14和动力机构。

连接杆2呈“l”型结构，包括沿水平方向设置的水平段和沿竖直方向设置的垂直段两段；看火孔盖1焊接在连接杆2的垂直段的一端；限位卡销12设置在连接杆2的水平段的一端；并且连接杆2的水平段的某一段架设在凸轮8的周向凹槽内。其中，凸轮8周向凹槽的深度与宽度略大于连接杆2水平段的直径，差值优选0.5-2mm，本实施例中采用1mm，使连接杆2在凸轮8的凹槽内能够自由、稳定运动，且凸轮8轮廓由共轴线的半圆与半椭圆组成。

红外测温仪4设置在红外测温仪支架3上，其探头与看火孔盖1位于同一轴心，距离看火孔盖1高度为400-800mm，本实施例中选用400mm，在此高度范围内既不会阻碍装煤车或除尘车工作，又能够保证测温准确。

导向槽13开设在导向板14上，与限位卡销12配合，其截面由下部的直线段和上部的曲线段共同组成，且曲线段的水平投影长度大于看火孔盖1的直径，以便看火孔能够充分暴露出来，便于红外测温仪4测量焦炉立火道的温度。

动力机构用于驱动凸轮8转动，包括从动轮6、凸轮轴7、动力轮9和减速电机15；其中，动力轮9与减速电机15的输出轴连接；从动轮6与凸轮8设置在凸轮轴7上，从动轮6与动力轮9啮合。

系统可以采用一组动力机构，共用凸轮轴7，根据看火孔的位置连续布置或间歇布置多组，对多个看火孔同时进行测温。

上述焦炉炉顶看火孔自动测温系统初始状态下，凸轮8的对称轴位于水平方向，且凸轮8半圆形一侧靠近连接杆2的垂直段，如图3中a状态所示，启动减速电机13开始测温，一次测温过程包括以下步骤：

步骤一：减速电机15带动动力轮9顺时针转动，通过齿轮啮合带动从动轮6逆时针转动，凸轮轴7和凸轮8随之逆时针转动，此时凸轮8顶起连接杆2，连接杆2的水平段沿导向槽13的直线段上升，看火孔盖1沿垂直方向上升，当限位卡销12向上运动至导向槽13直线段与曲线段的结合处时，看火孔盖1被提升至看火孔的正上方，且看火孔盖1的最下部高出焦炉炉顶，看火孔盖1提升开启完毕，如图3中b状态所示；

步骤二：凸轮8继续逆时针转动，继续顶起连接杆2，连接杆2水平段沿导向槽13的曲线段向右上方运动，看火孔盖1向右上方运动，如图3中c状态所示，当凸轮8椭圆形一侧的最边缘点逆时针转动至最高点时，限位卡销12向右上方运动至导向槽13曲线段的最末端，此时，看火孔盖1被带动至看火孔的右上方，看火孔盖1向右上方移动完毕，整个看火孔露出，如图3中d状态所示；

步骤三：红外测温仪4进行测温，并将数据输出至数据处理中心；

步骤四：凸轮8继续逆时针转动，连接杆2在重力作用下下降，连接杆2的水平段沿导向槽13的曲线段向左下方运动，看火孔盖1向左下方运动，如图4中e状态所示，当限位卡销12向左下方运动至导向槽13直线段与曲线段的结合处时，看火孔盖1运动至看火孔正上方，如图4中f状态所示，看火孔盖1向左下方运动完毕；

步骤五：凸轮8继续逆时针转动，连接杆2的水平段沿导向槽13的直线段下降，看火孔盖1垂直下降，当限位卡销12向下运动至导向槽13直线段的最底部时，看火孔盖1复位完毕，如图4中g状态所示；凸轮8继续逆时针转动，直至到达如图3中a所示的初始状态，减速电机15断电关闭。

重复上述步骤一至五，即可实现自动连续测温。

上述凸轮式焦炉炉顶看火孔自动测温系统利用凸轮运动的独特特点实现了立火道看火孔盖1的自动提升、打开、下降、关闭，并利用安装于看火孔正上方的红外测温仪对打开后的看火孔进行及时准确的自动连续温度测量，能够避免立火道内超过1300℃的上升火苗对红外测温仪造成高温损坏，极大的延长了其使用寿命，为焦炉自动测温控制领域提供了一种新的技术。

实施例2

本实施例与实施例1的结构基本相同，区别点在于：凸轮8周向凹槽的深度与宽度比连接杆2水平段的直径大3mm，红外测温仪4探头距离看火孔盖1高度为800mm。另外，连接杆2通过导向杆11与导向槽13活动连接；导向杆11的一端与连接杆2的水平段在水平方向上垂直，导向杆11的另一端穿过导向槽13与限位卡销12连接。