烧结料层厚度检测装置综述

烧结料层厚度检测装置综述

周洋，宋宇宁

(营口理工学院 机械与动力工程学院, 辽宁 营口  115014)

摘      要：在烧结生产过程中，料层厚度是一个非常重要的操作参数。结合烧结生产的特点，检测装置的维护和数据的测量受环境影响很大。这里主要从接触式和非接触式检测装置入手，进行比较分析，提出一种较为合理的料层厚度检测方案。

关  键  词：竖炉焙烧，生产指标，综合自动化系统，智能优化

1　引  言

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从检测的角度来看，烧结机台车的篦条高度不变，料层厚度就是混合料表面位置的检测。在烧结生产过程中，料层厚度及其稳定性直接影响烧结矿的产量、质量及生产成本，是一个非常关键的操作参数，同时也是考核烧结机中间操作的重要指标。为了对不同的烧结混合料进行最佳烧结，就必须确定最佳料层厚度，所以，料层厚度的实时连续检测是现代控制烧结过程的必要手段。

烧结机料层厚度的检测按测量类型划分为接触式和非接触式两大类，根据烧结工艺将料层厚度检测装置的安装分为两种情况：一种是在点火器前面检测料层厚度，另一种是在点火器后面检测料层厚度。后者以目前的检测技术无论是接触式的还是非接触式的都很容易实现，但是这种情况只检测到点火器之后的料层厚度，测量值不能及时反映当前料层厚度的真实值，存在滞后现象，影响后续料层厚度的准确控制。因此，这里主要研究前者，即在点火器之前进行料层厚度的测量，由于现场是温度高、湿度大、粉尘多的恶劣环境，本文介绍了目前国内外应用的几种料层厚度检测装置，通过比较提出一种较为合理的检测方案。

2　接触式料层厚度检测装置

早期，国内外使用的接触式烧结机料厚检测装置有浮筒式、电容接触式等。文献[1]提到一种浮筒式测厚仪已在首钢应用，它通过自整角机发讯，利用滚筒及杠杆等反映料层高度变化，从而实现料层厚度的检测。由于浮筒式测厚仪的浮筒、摇臂、机电转换装置采用刚性连接，若烧结矿出现大块等异常现象，连接杆等机械传动部分就易被拉断，不适应烧结现场的实际环境。

为了解决上述问题，文献[2]公开了山西太原钢铁公司研制的浮杆式烧结料层厚度检测装置，采用的是链式柔性传动，比刚性传动适用性强，如图1所示。该装置将一根可随料层厚度上下移动的耐高温金属浮杆（L型平板）置于烧结料的上端，钢丝绳一端与浮杆相连，另一端绕过定滑轮、随动滑轮与配重连接，角度传感器连接在随动滑轮的转动轴上。当台车上料层厚度发生变化时，金属浮杆随之改变，滑轮被钢丝绳带动转过一定角度，通过角度传感器将此信号传递给计算机进行料层厚度的计算、显示。该装置的优点是主要精密检测部件置于非高温区，浮杆兼有平整料面功能。但实际应用是易发生埋秆现象，而且料面不均时浮杆位置不能准确代表料层高度。

图1 浮杆式料层厚度检测装置

文献[3]介绍了攀钢王阿虎等开发的料层厚度检测仪，该装置由测量臂、转轮（至少5个）和信号测量装置组成，如图2所示。该装置与浮杆式原理相同，都是将料层厚度信号转换为角度信号进行测量。其测量臂一端浮在烧结机料面上，另一端被固定在一个横向轴上，轴上连着滑轮，经钢丝绳及其末端配重连到测量轮上，信号测量传感器安装在测量轮上。若台车上料层高度发生变化，横向轴被测量臂带动而旋转一定角度，经钢丝绳传递给测量轮上的信号测量装置，从而实现料层高度的测量。该装置解决了浮杆式测厚仪的埋杆现象，多滑轮的圆周转动避免了卡尺现象，但因滑轮多易引起装置失灵，系统维护量大。

图2 王阿虎设计的料层厚度检测装置    

文献[4]是王阿虎设计的基于数字图像处理技术非接触式测厚装置。解决了机械传动环节维护量大和零点漂移问题。该装置根据测量杆角度计算料层厚度，如图3所示，在圆辊布料器下方至点火器间安装指示料层厚度的测量臂杆，该臂杆可围绕轴灵活转动，臂杆的转动角度随料层厚度变化，机头侧面安装摄像设备监视测量臂杆，通过监视烧结台车布料视频图像，运用数字图像处理技术实现非接触检测计算测量臂角度，利用测量臂与料层厚度转换关系得到料层厚度，而且在检测料层厚度的同时可以观测料层表面的情况。但是该装置需要进一步研究多点测量，减小由于料面不均造成的影响。

图3 利用数字图像处理技术的测厚装置

文献[5]介绍了利用激光测距技术的料厚检测装置，如图4所示，该装置主要由激光测距仪（镜头前设有防尘微正压吹气装置）、配重测量辊、计算机组成。根据台车的宽度，一般安装6组或以上的检测装置进行多点测量。工作时，各测量辊（中心线在同一直线上）随台车上烧结料的行进不断滚动，各激光测距仪（安装在烧结机外的一个立柱上）分别射向对应的测量辊中心顶面，记下各激光头与测量辊上测量点的距离及激光俯角送入计算机，计算机根据求出每组的料层厚度，再进一步根据获得的每组测量值求出平均料层厚度。激光测距仪的高速测量客服了烧结机行进速度的影响，容易实现同步群测，同时测量辊的滚动有平整料面作用，简易地解决了行进料横截面料高的测量问题。

图4 吸风烧结料层激光测厚装置

文献[6]介绍了由马殿同研制的料层厚度检测装置，该装置可在台车上同时安装多台来实现料厚的多点测量，如图5所示。该装置包括：圆形浮铁、固定支架（设有传导杆）、滑轮、位置变送器和钢丝绳等少量部件，占用空间小。在台车运行前，测量杆（自然下垂）与传导杆成，测量杆下端为台车底部，为零料位，此时测量杆长度为,测量杆转角为0；当台车运行时，料层厚度上升，使圆形浮铁随料层厚度上升，继而带动传动轴、测量轴转动，经过角度传感器将料位信号传给显示系统。料厚计算公式如下：

           (1)

这里为台车上料层厚度，为测量杆长度，为测量杆转角。该装置结构简单，通用性好，位置变送器直接地输出料厚信号，无需任何变换，无需复杂的传导系统，故系统精度高。

(a) 结构图          (b) 原理图 (c) 角度图

图5 马殿同研制的料厚检测装置

3非接触式料层厚度检测装置

非接触式测量为传统的测量方法，如采用激光、雷达等，但因为料位计安装在烧结机台车上方靠近点火炉的高温区，使料位计容易被高温烧坏、粉尘污染而无法正常工作。本文主要从料位计的结构改造和保护措施入手进行介绍。

文献[7]提出了无辊式吸风烧结料层激光检测装置，如图6示。与图4所示的装置相比，去掉了配重测量辊，添加了伺服电机来带动推杆，使激光测距仪跟随摇摆部件定时摆动进行扫描，工作原理与前者相似，而且易于实现同步群测。

图6 无辊式吸风烧结料层激光测厚装置

文献[8]公开了一种耐高温雷达料厚检测装置，如图7所示，该装置由雷达料位计和耐高温的金属导波管组成，导波管依次为横向导波管、导波弯管、纵向导波管、导波喇叭口。横向导波管与仪表通过连接法兰相连，其上面设有吹扫接口（含螺栓）。使用时雷达料位计被安装在布料园辊后侧的仪表箱里，光束经导波管无衰减地射向料面，反射光线经导波喇叭口返回给仪表，经后续的分析、滤波、计算得出料层厚度。使用时可以通过同时安装多台此装置进行多点测量。该装置使用方便，维护量小，不受高温、粉尘的影响。

图7 雷达测厚装置

4结论与展望

综上所述，接触式的测厚仪通过简化传动机构、多点测量角度出发，可以较好地适应烧结现场的恶劣环境，如马殿同研制的料厚检测仪结构简单，通用性好，推荐广泛应用。而非接触式测厚仪也从精密仪器的保护措施入手来延长仪器的使用寿命，通过不断改良来适应现场温度高、湿度大、粉尘多的恶劣环境，如李振涛研制的耐高温雷达料位检测装置就是不错的选择。以后无论接触式还是非接触式烧结机料层厚度检测装置都会继续朝着低成本、低维护、高精度、高实用性的方向发展。

参考文献(References):

[1] 刘玉松. 烧结_球团生产过程检测仪表一览表 [J]. 冶金自动化, 1982(3):49-50.（Liu Yusong. Sintering and pellet production process instruments List [J]. Metallurgical Industry Automation, 1982(03): 49-50.）

[2] 郝俊宇，吕晓云，郑春栋，等. 浮杆式烧结料层厚度检测装置[Z]. 中国专利：CN2155548，1994-02-09.（Hao Junyu, Lv Xiaoyun, Zheng Chunfeng, et al. Material level detector with floating pole [P]. Chinese Patent: CN2155548, 1994-02-09.）

[3] 王阿虎. 烧结机料层厚度检测装置 [P]. 中国专利：CN2620846，2004-06-16.（Wang Ahu.. Measurement of sintering car bed-level [P]. Chinese Patent: CN2620846, 2004-06-16.）

[4] 王阿虎. 利用数字图像和处理技术在线检测烧结台车料层厚度[J]. 冶金自动化，2010，34(4): 50-52.（Wang Ahu. On-line measurement of sintering car bed-level with digital image processing technology[J]. Metallurgical Industry Automation, 2010, 34(4): 50-52.）

[5] 戈尔谷. 吸风烧结料层激光测厚装置[P]. 中国专利：CN102042810A，2011-05-04.(Ge Ergu. Sintering bed depth instrument with laser rangefinders[P]. Chinese Patent: CN102042810A, 2011-05-04.)

[6] 马殿同. 一种烧结机台车料厚检测装置 [P]. 中国专利：CN201215501，2009-04-01.(Ma Diantong. Sintering bed depth instrument [P]. Chinese Patent: CN201215501, 2009-04-01.)

[7] 戈尔谷. 无辊式吸风烧结料层激光测厚装置[P]. 中国专利：CN201926308U，2011-08-10.(Ge Ergu. Sintering bed depth instrumentwith laser rangefinders (no roll) [P]. Chinese Patent: CN201926308U, 2011-08-10.)

[8] 李振涛，李振玉，李凤五，等. 一种耐高温料位检测装置[P]. 中国专利：CN102809406A，2012-12-5.(Li Zhentao, Li Zhenyu, Li Fengwu, et al. Material level detector with high temperature resistance [P]. Chinese Patent: CN102809406A, 2012-12-5.)

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