本发明涉及一种保护高炉炉身碳砖的凉炉水位自动控制装置及方法，解决现有人工监测水位不准确的问题，本装置由数个水位监测装置及一个控制器组成；每个水位监测装置包含：由水平水管和竖直水管组合成倒T型水管，水平水管一端与高炉直吹管连接，其设有进水及排水阀门，竖直水管内分别安装水位上、下限位装置及温度计，并设有硬木质浮球，水位上升或下降到硬木质浮球触碰到水位上、下限位装置时，分别输出水位上、下限位信号；控制器是PLC控制器，数个水位上、下限位装置及数个温度计输出的信号通过各自的传输线输入到控制器的输入端，控制器输出端与高炉打水系统连接。本发明可以自动、安全、快速、准确地控制凉炉水位，保护高炉炉身碳砖。
1.一种保护高炉炉身碳砖的凉炉水位自动控制装置，其特征在于由数个水位监测装置及一个控制器组成；
所述数个水位监测装置等距安装在高炉四周的各直吹管上，每个水位监测装置包含：水平水管，是水平置放的金属材质水管，其一端用水管接口与高炉的直吹管大盖插板阀连接，另一端为排水端，水平水管上近水管接口处设进水阀门，近排水端处设排水阀门；
竖直水管，是垂直安装在水平水管上的透明材质水管，其位于进水阀门与排水阀门之间，竖直水管与水平水管组合成倒T型水管；竖直水管内的上部安装有水位上限位装置；竖直水管内的下部安装有水位下限位装置；相邻水位下限位装置处安装一个温度计，测量管内排水的温度；竖直水管内设有硬木质浮球，其随管内水位升降，水位上升到硬木质浮球触碰到水位上限位装置时，触发水位上限位装置，水位上限位装置输出水位上限位信号，水位下降到硬木质浮球触碰到水位下限位装置时，触发水位下限位装置，水位下限位装置输出水位下限位信号；所述水位下限位装置与水平水管的水平中心线垂直距离为0.2±0.01m，水位上限位装置与水平水管的水平中心线垂直距离为0.6±0.01m；
所述控制器是PLC控制器，数个水位上限位装置输出的水位上限位信号，数个水位下限位装置输出的水位下限位信号以及数个温度计输出的排水温度信号通过各自的传输线输入到控制器的输入端接口，控制器的输出端与高炉的打水系统中的中控计算机控制系统的输入端接口连接，该中控计算机控制系统控制对高炉打水的炉身打水设备及炉顶打水设备，炉身打水设备及炉顶打水设备各有数个炉身打水枪及炉顶打水枪组成。
2.如权利要求1所述的保护高炉炉身碳砖的凉炉水位自动控制装置，其特征在于：所述水管接口与进水阀门之间的水平水管内设有一个滤网。
3.如权利要求1所述的保护高炉炉身碳砖的凉炉水位自动控制装置，其特征在于：所述水位上限位装置及水位下限位装置均采用机械限位装置。
4.如权利要求1所述的保护高炉炉身碳砖的凉炉水位自动控制装置，其特征在于：所述数个水位监测装置是指4个水位监测装置，在高炉圆周方向均匀选择4个直吹管，各直吹管间相隔角度为90°，4个水位监测装置分别安装在其中的一个直吹管上。
5.一种利用如权利要求1至4任一项所述的保护高炉炉身碳砖的凉炉水位自动控制装置进行保护高炉炉身碳砖的凉炉水位自动控制方法，其特征在于包含以下步骤：S1，凉炉准备阶段，包含：
S11，在高炉圆周方向等距选择数个直吹管，每个直吹管的大盖插板阀处通过所述水管接口安装一个水位监测装置，此时，进水阀门及排水阀门均为关闭状态；
S12，将数个水位监测装置中的水位上限位装置，水位下限位装置及温度计的信号输出端通过各自的传输线与控制器的输入端接口连接，并将控制器的输出端连接到高炉打水系统中的中控计算机控制系统的输入端；
S21，高炉打水系统中的炉顶打水设备开始打水，此时打开各进水阀门，使高炉排水的水流经水平水管到达竖直水管内，其水位在水位下限位装置与水位上限位装置之间，然后逐步打开各排水阀门；
S22，各竖直水管内的水位在水位上限位装置与水位下限位装置5之间上下浮动；
S23，当任一浮在水面的硬木质浮球上升至水位上限位装置时，触发水位上限位装置，其向控制器输出水位上限位信号，由控制器输出端发出指令，逐步减少炉身打水枪打水的数量，若炉身打水枪全部停止打水仍不能解除上限位信号，则逐步减少炉顶打水枪打水的数量，直到水位处于水位上限位装置与水位下限位装置之间；
S24，当任一浮在水面的硬木质浮球下降至水位下限位装置时，触发水位下限位装置，其向控制器输出水位下限位信号，由控制器输出端发出指令，逐步增加炉顶打水枪打水的数量，若炉顶打水枪全部投入仍不能解除下限位信号，则逐步增加炉身打水枪的打水数量，直到水位处于水位上限位装置与水位下限位装置之间；
当数个温度计输出的排水温度的平均值低于既定温度时，由控制器输出端发出指令，关闭所有炉顶及炉身打水枪，停止炉顶打水及炉身打水，凉炉结束。
6.如权利要求5所述的保护高炉炉身碳砖的凉炉水位自动控制方法，其特征在于：所述步骤S23中，由控制器输出端发出指令，逐步减少炉身打水枪打水的数量，具体是指：先减少一根炉身打水枪打水，2分钟后上限位信号未消除再减少一根炉身打水枪打水，依此类推。
7.如权利要求5所述的保护高炉炉身碳砖的凉炉水位自动控制方法，其特征在于：所述步骤S23中，由控制器输出端发出指令，逐步减少炉顶打水枪打水的数量，具体是指：先减少一根炉顶打水枪打水，2分钟后上限位信号未消除再减少一根炉顶打水枪打水，依此类推。
8.如权利要求5所述的保护高炉炉身碳砖的凉炉水位自动控制方法，其特征在于：所述步骤S24中，由控制器输出端发出指令，逐步增加炉顶打水枪打水的数量，具体是指：先增加一根炉顶打水枪打水，2分钟后下限位信号未消除再增加一根炉顶打水枪打水，依此类推。
9.如权利要求5所述的保护高炉炉身碳砖的凉炉水位自动控制方法，其特征在于：所述步骤S24中，由控制器输出端发出指令，逐步增加炉身打水枪打水的数量，具体是指：先增加一根炉身打水枪打水，2分钟后下限位信号未消除再增加一根炉身打水枪打水，依此类推。
一种保护高炉炉身碳砖的凉炉水位自动控制装置及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及高炉设备，尤其是指一种保护高炉炉身碳砖的凉炉水位自动控制装置及方法。
背景技术
[0002] 高炉大修或更换高炉炉缸的过程中需要对停炉之后的高炉进行洒水凉炉，在只更换炉缸的情况下，高炉炉体耐材在送风后还将继续使用。目前的打水凉炉水位监视装置，只能在高炉快速凉炉过程中监视水位，而不能有效地控制凉炉期间的炉内水位。大量灌入的水对炉体耐材造成不可修复的损害，将影响高炉操作与高炉寿命。
[0003] 现有的凉炉水位监视装置的结构参见图1，该装置主要由水平管102与竖直管105组成；水平管102一端用水管接口101与高炉的直吹管相连，另一端为排水端，水平管102上近直吹管处设进水阀门103，近排水端设排水阀门104。竖直管105为倒U形透明管，其上标有刻度1051。根据连通器原理，透明的竖直管105内的水位106与高炉内水位一致，人工读取该水位即获得了炉内水位。所述直吹管所属部位属于高炉下部的炉腹部位，接近炉缸位置，在正常生产中为高炉送风系统的重要组成部分，在凉炉过程中属于排水部位。
[0004] 上述装置需要人工跟踪水位变化，水位不易判断，且水位数据需要人工传递，具有一定误差与滞后性。同时由于现有凉炉方法对水位不进行严格控制，大量的冷却水未与炉缸中的残余渣铁进行充分的热交换即被排出炉外，造成了大量的水资源浪费。
发明内容
[0005] 本发明的目的是为了解决现有技术存在的问题，提供一种保护高炉炉身碳砖的凉炉水位自动控制装置及方法，可以自动、安全、快速、准确地控制凉炉水位。
[0006] 本发明的另一目的是利用如上所述的保护高炉炉身碳砖的凉炉水位自动控制装置进行保护高炉炉身碳砖的凉炉水位自动控制方法。
[0007] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0008] 一种保护高炉炉身碳砖的凉炉水位自动控制装置，其数个水位监测装置及一个控制器组成；
[0009] 所述数个水位监测装置等距安装在高炉四周的各直吹管上，每个水位监测装置包含：
[0010] 水平水管，是水平置放的金属材质水管，其一端用水管接口与高炉的直吹管大盖插板阀连接，另一端为排水端，水平水管上近水管接口处设进水阀门，近排水端处设排水阀门；
[0011] 竖直水管，是垂直安装在水平水管上的透明材质水管，其位于进水阀门与排水阀门之间，竖直水管与水平水管组合成倒T型水管；竖直水管内的上部安装有水位上限位装置；竖直水管内的下部安装有水位下限位装置；相邻水位下限位装置处安装一个温度计，测量管内排水的温度；竖直水管内设有硬木质浮球，其随管内水位升降，水位上升到硬木质浮球触碰到水位上限位装置时，触发水位上限位装置，水位上限位装置输出水位上限位信号，水位下降到硬木质浮球触碰到水位下限位装置时，触发水位下限位装置，水位下限位装置输出水位下限位信号；
[0012] 所述控制器是PLC控制器，数个水位上限位装置输出的水位上限位信号，数个水位下限位装置输出的水位下限位信号以及数个温度计输出的排水温度信号通过各自的传输线输入到控制器的输入端接口，控制器的输出端与高炉的打水系统中的中控计算机控制系统的输入端接口连接，该中控计算机控制系统控制对高炉打水的炉身打水设备及炉顶打水设备，炉身打水设备及炉顶打水设备各有数个炉身打水枪及炉顶打水枪组成。
[0013] 所述水管接口与进水阀门之间的水平水管内设有一个滤网。
[0014] 所述水位上限位装置及水位下限位装置均采用机械限位装置。
[0015] 所述水位下限位装置与水平水管的水平中心线垂直距离为0.2±0.01m，水位上限位装置与水平水管的水平中心线垂直距离为0.6±0.01m。
[0016] 所述数个水位监测装置是指4个水位监测装置，在高炉圆周方向均匀选择4个直吹管，各直吹管间相隔角度为90°，4个水位监测装置分别安装在其中的一个直吹管上。
[0017] 本发明的另一目的是通过以下技术方案实现的：
[0018] 一种利用如上所述的保护高炉炉身碳砖的凉炉水位自动控制装置进行保护高炉炉身碳砖的凉炉水位自动控制方法，其包含以下步骤：
[0019] S1，凉炉准备阶段，包含：
[0020] S11，在高炉圆周方向等距选择数个直吹管，每个直吹管的大盖插板阀处通过所述水管接口安装一个水位监测装置，此时，进水阀门及排水阀门均为关闭状态；
[0021] S12，将数个水位监测装置中的水位上限位装置，水位下限位装置及温度计的信号输出端通过各自的传输线与控制器的输入端接口连接，并将控制器的输出端连接到高炉打水系统中的中控计算机控制系统的输入端；
[0022] S2，凉炉运行阶段，包含：
[0023] S21，高炉打水系统中的炉顶打水设备开始打水，此时打开各进水阀门，使高炉排水的水流经水平水管到达竖直水管内，其水位在水位下限位装置与水位上限位装置之间，然后逐步打开各排水阀门；
[0024] S22，各竖直水管内的水位在水位上限位装置与水位下限位装置5之间上下浮动；
[0025] S23，当任一浮在水面的硬木质浮球上升至水位上限位装置时，触发水位上限位装置，其向控制器输出水位上限位信号，由控制器输出端发出指令，逐步减少炉身打水枪打水的数量，若炉身打水枪全部停止打水仍不能解除上限位信号，则逐步减少炉顶打水枪打水的数量，直到水位处于水位上限位装置与水位下限位装置之间；
[0026] S24，当任一浮在水面的硬木质浮球下降至水位下限位装置时，触发水位下限位装置，其向控制器输出水位下限位信号，由控制器输出端发出指令，逐步增加炉顶打水枪打水的数量，若炉顶打水枪全部投入仍不能解除下限位信号，则逐步增加炉身打水枪的打水数量，直到水位处于水位上限位装置与水位下限位装置之间；
[0027] S3，凉炉结束阶段：
[0028] 当数个温度计输出的排水温度的平均值低于既定温度时，由控制器输出端发出指令，关闭所有炉顶及炉身打水枪，停止炉顶打水及炉身打水，凉炉结束。
[0029] 所述步骤S23中，由控制器输出端发出指令，逐步减少炉身打水枪打水的数量，具体是指：先减少一根炉身打水枪打水，2分钟后上限位信号未消除再减少一根炉身打水枪打水，依此类推。
[0030] 所述步骤S23中，由控制器输出端发出指令，逐步减少炉顶打水枪打水的数量，具体是指：先减少一根炉顶打水枪打水，2分钟后上限位信号未消除再减少一根炉顶打水枪打水，依此类推。
[0031] 所述步骤S24中，由控制器输出端发出指令，逐步增加炉顶打水枪打水的数量，具体是指：先增加一根炉顶打水枪打水，2分钟后下限位信号未消除再增加一根炉顶打水枪打水，依此类推。
[0032] 所述步骤S24中，由控制器输出端发出指令，逐步增加炉身打水枪打水的数量，具体是指：先增加一根炉身打水枪打水，2分钟后下限位信号未消除再增加一根炉身打水枪打水，依此类推。
[0033] 本发明的有益效果：
[0034] 使用本发明的保护高炉炉身碳砖的凉炉水位自动控制装置及方法可以自动、安全、快速、准确地控制凉炉水位，保护高炉炉身碳砖。此外，由于本发明凉炉方法中对水位进行严格控制，保证了冷却水与炉缸中的残余渣铁进行充分的热交换后被排出炉外，对有利于节约水资源。
[0035] 为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细说明。
附图说明
[0036] 图1为现有凉炉水位监视装置示意图；
[0037] 图2为本发明的保护高炉炉身碳砖的凉炉水位自动控制装置示意图。
具体实施方式
[0038] 下面结合实施例的附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
[0039] 参见图2，本发明的保护高炉炉身碳砖的凉炉水位自动控制装置由数个水位监测装置及一个控制器组成。
[0040] 数个水位监测装置等距安装在高炉四周的各直吹管上，每个水位监测装置形状呈倒T型，其包含：
[0041] 水平水管3，是水平置放的金属材质水管，其一端用水管接口1与高炉的直吹管大盖插板阀连接，另一端为排水端，水平水管3上近水管接口1处设进水阀门4，近排水端处设排水阀门10；在水管接口1与进水阀门4之间的水平水管3内设有一个滤网2；防止高炉排水中的块状或颗粒状污染物进入水位监测装置中；
[0042] 竖直水管11，是垂直安装在水平水管3上的透明材质水管(可以通过肉眼观察里面水位的情况)，其位于进水阀门4与排水阀门10之间，竖直水管11与水平水管3组合成倒T型水管；竖直水管11内的上部安装有水位上限位装置7(采用机械限位装置)；竖直水管11内的下部安装有水位下限位装置5(采用机械限位装置)；在相邻水位下限位装置5处安装一个温度计8，测量管内排水的温度；竖直水管11内设有硬木质浮球6，其随管内水位12一起升降，水位上升时，浮在水面的硬木质浮球6随之上升，当其触碰到水位上限位装置7时，触发水位上限位装置7，水位上限位装置7输出水位上限位信号；水位下降时，浮在水面的硬木质浮球6随之下降，当其触碰到水位下限位装置5时，触发水位下限位装置5，水位下限位装置5输出水位下限位信号。
[0043] 所述控制器9是PLC控制器，数个水位上限位装置7输出的水位上限位信号，数个水位下限位装置5输出的水位下限位信号以及数个温度计8输出的排水温度信号通过各自的传输线输入到控制器9的输入端接口，控制器9的输出端与高炉的打水系统13连接(图2虚线框所示)，该打水系统是现有技术，其包含：中控计算机控制系统14，炉身打水设备15及炉顶打水设备16；其中，炉身打水设备15及炉顶打水设备16各有数个炉身打水枪及炉顶打水枪(未图示)组成，所述中控计算机控制系统14控制各炉身打水枪及炉顶打水枪的运行状态；控制器9的输出端与中控计算机控制系统14输入端接口连接；当控制器9收到任一水位上限位装置7输出的水位上限位信号时，说明高炉内水量过多，控制器9输出端发出指令，通过中控计算机控制系统14控制，逐步减少炉身打水枪的打水数量，若炉身打水枪全部停止打水仍不能解除水位上限位信号，则通过中控计算机控制系统14控制逐步减少炉顶打水枪的打水数量，直到所有水位上限位信号消失；当任一水位下限位装置5输出水位下限位信号时说明高炉内水量太少，控制器9输出端发出指令，通过中控计算机控制系统14控制逐步增加炉顶打水枪的打水数量，若炉顶打水枪全部投入仍不能解除水位下限位信号，则通过中控计算机控制系统14控制逐步增加炉身打水枪的打水数量，直到所有水位下限位信号消失；当数个温度计输出的排水温度的平均值低于既定温度时，由控制器9输出端发出指令，通过中控计算机控制系统14控制关闭所有炉顶及炉身打水枪，停止炉顶打水及炉身打水，凉炉结束。
[0044] 所述水位下限位装置5与水平水管3的水平中心线垂直距离为0.2±0.01m，水位上限位装置7与水平水管3的水平中心线垂直距离为0.6±0.01m。
[0045] 在高炉圆周方向设有多个直吹管，高炉内的水位理论上是在同一水平面，因此本水位自动控制装置中的水位监测装置可以只使用一个，例图2所示的实施例只采用一个水位监测装置，即图2所示的水位监测装置只连接在高炉的其中一个直吹管上即可控制整个高炉的炉身打水设备15及炉顶打水设备16，但也不排除有局部水位波动的情况，使用时，应考虑到炉内水位可能存在局部偏高或偏低的情况，为正确控制其水位，可以在高炉圆周方向均匀选择4个直吹管(各直吹管间相隔角度约90°)，在该4个直吹管上分别安装一个水位监测装置，只要收到其中任一个水位上限位信号或水位下限位信号，都能控制整个炉身打水设备15及炉顶打水设备16的打水量。另外，当4个温度计输出的排水温度的平均值低于既定温度时，由控制器9输出端发出指令，关闭所有炉顶及炉身打水枪，停止炉顶打水及炉身打水，凉炉结束。
[0046] 本发明利用上述保护高炉炉身碳砖的凉炉水位自动控制装置进行保护高炉炉身碳砖的凉炉水位自动控制方法的步骤如下：
具体实施方式
[0047] 本发明提供一种保护高炉炉身碳砖的凉炉水位自动控制装置及其使用方法，在高炉停炉后开始凉炉操作时，使用本发明进行凉炉水位、打水量控制，具体步骤为：
[0048] S1，凉炉准备阶段，包含：
[0049] S11，在高炉圆周方向等距选择数个直吹管，每个直吹管的大盖插板阀处通过所述水管接口1安装一个水位监测装置，接口处用榔头敲紧，保证接口部位不漏水，此时，进水阀门4及排水阀门10均为关闭状态；
[0050] S12，将数个水位监测装置中的水位上限位装置7，水位下限位装置5及温度计8的信号输出端通过各自的传输线与一个控制器9的输入端接口连接，并将控制器9的输出端连接到高炉打水系统13中的中控计算机控制系统14输入端；
[0051] S2，凉炉运行阶段，包含：
[0052] S21，高炉打水系统13中的炉顶打水设备16开始打水，此时打开各进水阀门4，使高炉排水的水流经水平水管3到达竖直水管11内，其水位12在水位下限位装置5与水位上限位装置7之间，然后逐步打开各排水阀门10；
[0053] S22，各竖直水管11内的水位12在水位上限位装置7与水位下限位装置5之间上下浮动；
[0054] S23，当任一浮在水面的硬木质浮球6上升至水位上限位装置7时，触发水位上限位装置7，其向控制器9输出水位上限位信号，由控制器9输出端发出指令，逐步减少炉身打水枪打水的数量，具体是：先减少一根炉身打水枪打水，2分钟后上限位信号未消除再减少一根炉身打水枪打水，依此类推；若炉身打水枪全部停止打水仍不能解除上限位信号，则逐步减少炉顶打水枪打水的数量，同样地先减少一根炉顶打水枪打水，2分钟后上限位信号未消除再减少一根炉顶打水枪打水，依此类推，直到水位12处于水位上限位装置7与水位下限位装置5之间；
[0055] S24，当任一浮在水面的硬木质浮球6下降至水位下限位装置5时，触发水位下限位装置5，其向控制器9输出水位下限位信号，由控制器9输出端发出指令，逐步增加炉顶打水枪打水的数量，具体是：先增加一根炉顶打水枪打水，2分钟后下限位信号未消除再增加一根炉顶打水枪打水的数量，依此类推；若炉顶打水枪全部投入仍不能解除下限位信号，则逐步增加炉身打水枪的打水数量，同样地先增加一根炉身打水枪打水，2分钟下限位信号未消除再增加一根炉身打水枪打水，依此类推，直到水位12处于水位上限位装置7与水位下限位装置5之间；
[0056] S3，凉炉结束阶段：
[0057] 当数个温度计输出的排水温度的平均值低于既定温度时，由控制器9输出端发出指令，关闭所有炉顶及炉身打水枪，停止炉顶打水及炉身打水，凉炉结束。
[0058] 本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。
