TWI424138B - Sintering trolley leak detection system and its detection method - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種漏氣檢測系統及其檢測方法，詳言之，係關於一種燒結台車漏氣檢測系統及其檢測方法。
一般煉鐵廠主要係為負責供應煉鋼作業所需之鐵水，而高爐煉鐵所需煉鐵原料，如焦碳及燒結礦，係分別由煉焦爐及燒結機所供應。其中，燒結工場係生產燒結礦作為高爐煉鐵之原料，其主要製程是將各種粉鐵礦(Iron Ore)、助熔劑(Flux，如石灰石等)、焦碳屑(Coke Breeze)等原料，依設定之配比配料後，經勻拌滾筒加水攪拌造粒，送至燒結機進行鍛燒，燒結完成之燒結礦經軋碎篩選整粒後，其中粒度為5~50 mm合格之燒結礦再送至高爐作為煉鐵主要原料。
在燒結過程中，檢測燒結狀況好壞之重要指標之一為燒結透氣性(JPU)。混合料(Raw Mix)之透氣性受組成礦石之粒度影響甚大，一般細粒之礦石其透氣性差，故須混有顆粒較粗之礦石以增加空隙率來改善之。另外，除了原料本身粒度之分佈對混合料之透氣性有甚大之影響外，在混合料中添加水份，以水的表面張力來促進造粒效果(Balling Effect)亦能改善透氣性。
一般原料在乾燥狀態時之粒度稱為真粒度，而添加水份攪拌造粒後之粒度稱為擬似粒子(Pseudo－Particle)。該擬似粒子主要是細粒礦石(小於0.25 mm)附在核心粒子(1~5
mm)周圍而形成之顆粒，而一般粒度在0.25~1.0 mm間之粒子是不易被造粒成擬似粒子的。因此，若添加一些造粒劑(如燒石灰粉)，則有助於其中之礦石附著在核心粒子上而形成擬似粒子。混合料之透氣性(JPU)如下列方程式所-'示：
其中，F：通風量(m3
/min.)；A：抽吸面積(m2
)；h：料層厚度(m)；S：抽風壓力(m．H2
O)。
由上式可知，通風量正相關於透氣性，因此，當燒結機台車發生漏氣時，將導致通風量減少，直接造成粒子不易形成，降低燒結礦產量，並造成能源之浪費。
燒結機之結構上係由複數個燒結台車組合而成，每一台車前後之密封裝置與台車橫樑底部及風箱側邊，均為金屬材質且硬的平板接觸，在燒結過程中均需留有一定的膨脹空間，同時又需與鋒利的燒結料摩擦，因此產生刮(溝)痕而漏氣。因此，在習知機構設計之下，燒結台車使用沒多久即產生漏氣現象，故檢修抽風系統是燒結廠每次檢修的重要項目。
在習知技術中，係依靠人員檢測方式在燒結機操作過程中檢測，故人員長期暴露於高粉塵(例如：燒結機運行一個週期需60至70分鐘)及高噪音(約85至95分貝)環境下，利用人的眼力、聽力作判斷，無法達到台車漏氣之定量及定位分析，因此習知漏氣檢測技術之漏氣檢測率較低，且人員於漏氣檢測過程中嚴重地遭受粉塵及噪音之危害。
另外，習知漏氣檢測技術偏重於以燒結製程化學反應為基礎而發展之檢測方法，其可分為：流量法、密封法、熱平衡法及漏氣分析法等四種方式。其中流量法、密封法及熱平衡法缺乏可靠之檢測工具，故無法於實際狀況中進行檢測；而漏氣分析法係於燒結過程中量測同一部位，比較先量測及後量測之漏氣成分分析結果，以物質平衡觀點為基礎進行漏風率計算，根據漏氣中不同成分濃度的變化列出平衡方程，以獲得前、後風量的比值及成分濃度變化之間的關係，進而間接算出漏氣率。然而，上述該等習知漏氣檢測方法皆無法達到自動化檢測燒結機台車漏氣及漏氣定位之功效。
因此，有必要提供一創新且富有進步性之燒結台車漏氣檢測系統及其檢測方法，以解決上述問題。
本發明提供一種燒結台車漏氣檢測方法，包括以下步驟：(a)設定一預設解析度；(b)在該預設解析度下擷取複數個聲音訊號；(c)根據一發射訊號取得一間隔資訊，其中，至少一無線射頻辨識系統(Radio Frequency Identification System，RFID)標籤係設置於複數個燒結台車至少其中之一，該RFID標籤用以產生該發射訊號；及(d)根據該間隔資訊、該等聲音訊號及一設定聲壓值，計算及判斷燒結台車發生漏氣之位置。
本發明另提供一種燒結台車漏氣檢測系統，其包括：至少一RFID標籤、至少一聲音訊號擷取單元、一無線接收單
元及一資料處理單元。該RFID標籤設置於複數個燒結台車至少其中之一，用以產生一發射訊號。該聲音訊號擷取單元接近該等燒結台車，在一預設解析度下擷取複數個聲音訊號。該無線接收單元接收該發射訊號，以產生一間隔訊號。該資料處理單元用以根據該等聲音訊號、該間隔訊號及一設定聲壓值，計算及判斷發生漏氣之燒結台車之位置。
本發明之燒結台車漏氣檢測系統及其檢測方法係結合聲音訊號分析及RFID技術，以自動化地檢測出該等燒結台車發生漏氣現象及其發生位置，提供操作及維護人員即時瞭解漏氣發生位置，作為燒結設備修護之依據，以適時修護燒結設備，故可改善燒結過程中之漏氣現象，並可提高燒結礦產能及品質。再者，本發明之燒結台車漏氣檢測系統及其檢測方法，不需人員在燒結設備操作過程中進行檢測，故人員不會遭受粉塵及噪音之危害。
圖1顯示本發明燒結台車漏氣檢測系統應用於一燒結製程之示意圖。該燒結台車漏氣檢測系統1包括：至少一無線射頻辨識系統(Radio Frequency Identification System，RFID)標籤11、至少一聲音訊號擷取單元12、一無線接收單元13、一濾波單元14及一資料處理單元15。
該燒結台車漏氣檢測系統1可具有至少一RFID標籤，其中，該RFID標籤係設置於複數個燒結台車至少其中之一，用以產生一發射訊號。在本實施例中，該燒結台車漏氣檢
測系統1具有複數個RFID標籤11，該等RFID標籤11分別設置於每一燒結台車16，且該等燒結台車16係沿一燒結機之軌道17移動。
參考圖2，其顯示本發明RFID標籤之示意圖。該RFID標籤11較佳為一利用單極化天線之RFID標籤，該利用單極化天線之RFID標籤11包括：一金屬板111、一天線結構112及一RFID晶片113。該天線結構112電性連接該金屬板111。在本實施例中，該金屬板111具有一第一側邊114及一第二側邊115，該第二側邊115相對於該第一側邊114，該天線結構112係設置於該金屬板111之該第一側邊114。該天線結構112係電性連接該金屬板111。要注意的是，在其他應用中，該天線結構112係可設置於該金屬板111之中間部分。
該RFID晶片113之二端電性連接該天線結構112，使得該RFID晶片113、該天線結構112及該金屬板111形成一迴路結構116。在本實施例中，該天線結構112所在之一參考平面117(如虛線所示)與一延伸平面118(如虛線所示)形成一夾角θ1
。其中，該延伸平面118係為自該第一側邊114沿一第一方向延伸之平面，該第一方向係該第二側邊115朝該第一側邊114之方向。
在本實施例中，該天線結構112另包括一延伸金屬片119，電性連接該迴路結構116，該延伸金屬片119具有阻抗匹配及天線增益之功效。
本實施例該利用單極化天線之RFID標籤11具有一電磁波
發射方向，該電磁波發射方向係根據該夾角θ1
而改變，使其具有較大之可讀取距離，且藉由該金屬板111與該天線結構112之不同夾角θ1
，可調整電磁波發射方向，故具有訊號讀取容易及辨識能力較佳之功效。
再參考圖1，該燒結台車漏氣檢測系統1可具有至少一聲音訊號擷取單元，其中，該聲音訊號擷取單元係設置接近該等燒結台車16之二相對側邊及頂面其中之一。在本實施例中，該燒結台車漏氣檢測系統1具有複數個聲音訊號擷取單元12，該等聲音訊號擷取單元12分別固設於支撐該無線接收單元13之一支撐架18及位於該等燒結台車16上方之一頂板19，其中，該支撐架18係設置於接近該等燒結台車16之二相對側邊(亦即，該等聲音訊號擷取單元12接近於該等燒結台車16之二相對側邊及頂面)，在一預設解析度下擷取複數個聲音訊號。較佳地，該等聲音訊號擷取單元12係為聲壓麥克風。
該無線接收單元13(例如：標籤機)，固設於該支撐架18且接近該等燒結台車16，用以接收該RFID標籤11之發射訊號，以產生一間隔訊號。該濾波單元14接受來自該等聲音訊號擷取單元12之該等聲音訊號，並過濾該等聲音訊號。在本實施例中，該濾波單元14係為高通濾波器，其中，該高通濾波器係過濾該等聲音訊號中頻率低於20 Hz之訊號。
該資料處理單元15接受該間隔訊號以取得一間隔資訊，以及接受過濾後之該等聲音訊號並計算其訊號強度，並且
根據該訊號強度及該間隔資訊，計算及判斷發生漏氣之燒結台車16之位置。較佳地，該資料處理單元15係為一電腦。
該預設解析度可選擇根據該等RFID標籤11之配置而設定，但不限定於根據該等RFID標籤11之配置設定。本實施例中，每一燒結台車設有一RFID標籤11，該間隔資訊係為該等RFID標籤11其中之二RFID標籤11(例如：相鄰二RFID標籤)之間隔距離及該等燒結台車16移動該間隔距離之時間。其中，因每一燒結台車16分別設有一RFID標籤11，該間隔資訊可顯示相對應該等RFID標籤11之該等燒結台車16之相對位置，且該無線接收單元13可以接收該等RFID標籤11其中之二RFID標籤11之發射訊號並取得一台車單位時間，其中該台車單位時間係該等燒結台車經過一燒結台車長度之距離所需之時間。該台車單位時間可作為該預設解析度之設定參考，據以計算聲壓均方根值及發生漏氣之燒結台車16之位置。
要注意的是，若該燒結台車漏氣檢測系統1僅具有一RFID標籤，該RFID標籤係作為該等燒結台車16起迄點感應，則該間隔資訊係顯示該等燒結台車運轉一週期，該RFID標籤移動之距離及移動時間。另外，在實際燒結製程中，由於該等燒結台車16速度控制在一設定範圍內，在一運轉週期內該等燒結台車16之速度可能不一致，因此需透過在一次運轉週期內該等燒結台車16所通過之距離，除以該運轉週期之時間，以獲得該等燒結台車16之平均速度，
再結合燒結歷程時間，計算燒結製程所經過之總距離，並配合使用者所設定之該預設解析度(依不同需求而設定，例如：0.1秒至1.0秒)計算聲壓均方根值，以判斷該聲壓均方根值所對應漏氣之燒結台車16之位置。
圖3顯示本發明燒結台車漏氣檢測方法之流程圖。在本實施例中，該燒結台車漏氣檢測系統1具有複數個RFID標籤11，該等RFID標籤11分別設置於每一燒結台車16。
配合參考圖1及圖3，首先，參考步驟S31，設定一預設解析度。該預設解析度可選擇根據該等RFID標籤11之配置而設定(例如：每0.1秒至1秒或台車單位時間)，該預設解析度之設定方法已詳述如前，在此不再加以贅述。
參考步驟S32，在該預設解析度下擷取複數個聲音訊號。在本實施例中，係以該無線接收單元13接收該等RFID標籤11之發射訊號，並且，利用接近於該等燒結台車16之二相對側邊及頂面之該等聲音訊號擷取單元12(聲壓麥克風)擷取該等聲音訊號。
參考步驟S33，根據該等RFID標籤11之發射訊號取得一間隔資訊。其中，該間隔資訊係為該等RFID標籤11其中之二RFID標籤11之間隔距離及該等燒結台車16移動該間隔距離之時間。其中，步驟S33另包括一濾波步驟，以該濾波單元14過濾該等聲音訊號。較佳地，在該濾波步驟中係以一高通濾波器過濾該等聲音訊號，以過濾該等聲音訊號中頻率低於20 Hz之訊號。
參考步驟S34，計算該等聲音訊號之訊號強度。在本實
施例中，其係計算該等聲音訊號之均方根值。其中，根據實際之量測結果，當該等燒結台車其中之一發生漏氣時，會產生頻率20 Hz以上之寬頻噪音，而一般燒結製程中之背景噪音頻率在20 Hz以下。因此，先利用該濾波單元14(高通濾波器)過濾該等聲音訊號中頻率低於20 Hz之訊號，再計算該等聲音訊號(聲壓訊號)之均方根值。
其中，本發明亦可選擇設置於該等燒結台車之該等RFID標籤11其中之一，以作為感應量測之起迄點，進行複數次運轉週期，並將經濾波後之該等聲音訊號傳輸至該資料處理單元15，以計算經濾波後之該等聲音訊號之均方根值(該訊號強度)。
參考步驟S35，計算及判斷燒結台車發生漏氣之位置。若該等訊號強度至少其中之一大於一設定聲壓值，則根據強度大於該設定聲壓值之該聲音訊號及該間隔資訊，計算及判斷燒結台車發生漏氣之位置。在本實施例中，該設定聲壓值係設定為聲壓均方根值大於0.5帕(Pa)。
圖4顯示在複數個運轉週期中利用本發明燒結台車漏氣檢測系統進行燒結台車漏氣檢測之聲音訊號均方根值曲線圖。曲線L1至L10分別顯示每一運轉週期中之聲音訊號均方根值之變化，其中，曲線L1至L10於10公尺位置(由該等RFID標籤11之發射訊號取得之該間隔資訊得出)出現奇異峰值(聲壓均方根值量大於0.5帕)，亦即，在10公尺之位置發生燒結台車漏氣現象。因此，根據該等聲音訊號均方根值之變化，即可快速、明確地檢測出燒結台車發生漏氣現
象及其發生位置。
本發明之燒結台車漏氣檢測系統及其檢測方法係結合聲音訊號(噪音)分析及RFID技術，以自動化地檢測出該等燒結台車發生漏氣現象及其發生位置，提供操作及維護人員即時瞭解漏氣發生位置，作為燒結設備修護之依據，以適時修護燒結設備，故可改善燒結過程中之漏氣現象，並可提高燒結礦產能及品質。再者，本發明之燒結台車漏氣檢測系統及其檢測方法，不需人員在燒結設備操作過程中進行檢測，故人員不會遭受粉塵及噪音之危害。
上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，並非限制本發明。因此習於此技術之人士對上述實施例進行修改及變化仍不脫本發明之精神。本發明之權利範圍應如後述之申請專利範圍所列。
1‧‧‧本發明燒結台車漏氣檢測系統
11‧‧‧RFID標籤
12‧‧‧聲音訊號擷取單元
13‧‧‧無線接收單元
14‧‧‧濾波單元
15‧‧‧資料處理單元
16‧‧‧燒結台車
17‧‧‧燒結機之軌道
18‧‧‧支撐架
19‧‧‧頂板
111‧‧‧一金屬板
112‧‧‧天線結構
113‧‧‧RFID晶片
114‧‧‧第一側邊
115‧‧‧第二側邊
116‧‧‧迴路結構
117‧‧‧參考平面
118‧‧‧延伸平面
119‧‧‧延伸金屬片
圖1顯示本發明燒結台車漏氣檢測系統應用於一燒結製程之示意圖；圖2顯示本發明RFID標籤之示意圖；圖3顯示本發明燒結台車漏氣檢測方法之流程圖；及圖4顯示在複數個運轉週期中利用本發明燒結台車漏氣檢測系統進行燒結台車漏氣檢測之聲音訊號均方根值曲線圖。
1‧‧‧本發明燒結台車漏氣檢測系統
11‧‧‧RFID標籤
12‧‧‧聲音訊號擷取單元
13‧‧‧無線接收單元
14‧‧‧濾波單元
15‧‧‧資料處理單元
16‧‧‧燒結台車
17‧‧‧燒結機之軌道
18‧‧‧支撐架
19‧‧‧頂板
Claims (31)
- 一種燒結台車漏氣檢測方法，包括以下步驟：(a)設定一預設解析度；(b)在該預設解析度下擷取複數個聲音訊號；(c)根據一發射訊號取得一間隔資訊，其中，至少一無線射頻辨識系統(Radio Frequency Identification System，RFID)標籤係設置於複數個燒結台車至少其中之一，該RFID標籤用以產生該發射訊號，且該預設解析度根據該RFID標籤之配置而設定；及(d)根據該間隔資訊、該等聲音訊號及一設定聲壓值，計算及判斷燒結台車發生漏氣之位置。
- 如請求項1之檢測方法，其中在步驟(a)中係設定該預設解析度為0.1秒至1.0秒或一台車單位時間，其中該台車單位時間係該等燒結台車經過一燒結台車長度之距離所需之時間。
- 如請求項1之檢測方法，其中在步驟(b)中係設置至少一聲音訊號擷取單元，接近於該等燒結台車之二相對側邊及頂面其中之一，以擷取該等聲音訊號。
- 如請求項1之檢測方法，其中在步驟(b)中係設置複數個聲音訊號擷取單元，分別接近於該等燒結台車之二相對側邊及頂面。
- 如請求項1之檢測方法，其中在步驟(b)中係以一聲壓麥克風擷取該等聲音訊號。
- 如請求項1之檢測方法，其中在步驟(b)中另包括一濾波 步驟，以一濾波單元過濾該等聲音訊號。
- 如請求項6之檢測方法，其中在該濾波步驟中係以一高通濾波器過濾該等聲音訊號。
- 如請求項6之檢測方法，其中在步驟(b)中係過濾該等聲音訊號中頻率低於20Hz之訊號。
- 如請求項1之檢測方法，其中在步驟(c)中係以一無線接收單元接收該RFID標籤之發射訊號。
- 如請求項1之檢測方法，其中在該檢測方法中係於每一燒結台車設置一RFID標籤。
- 如請求項10之檢測方法，其中在步驟(c)中係以一無線接收單元接收該等RFID標籤之發射訊號。
- 如請求項1之檢測方法，其中在步驟(d)中另包括一計算該等聲音訊號之訊號強度之步驟。
- 如請求項12之檢測方法，其中在步驟(d)中，若該等訊號強度至少其中之一大於該設定聲壓值，根據強度大於該設定聲壓值之該聲音訊號及該間隔資訊，計算及判斷燒結台車發生漏氣之位置。
- 如請求項12之檢測方法，其中在步驟(d)中係計算該等聲音訊號之均方根值。
- 如請求項1之檢測方法，其中在步驟(d)中，該設定聲壓值係設定為聲壓均方根值大於0.5帕(Pa)。
- 一種燒結台車漏氣檢測系統，包括：至少一RFID標籤，設置於複數個燒結台車至少其中之一，用以產生一發射訊號； 至少一聲音訊號擷取單元，接近該等燒結台車，在一預設解析度下擷取複數個聲音訊號，該預設解析度根據該RFID標籤之配置而設定；一無線接收單元，接收該發射訊號，以產生一間隔訊號；及一資料處理單元，用以根據該等聲音訊號、該間隔訊號及一設定聲壓值，計算及判斷發生漏氣之燒結台車之位置。
- 如請求項16之燒結台車漏氣檢測系統，其中該RFID標籤包括：一金屬板；一天線結構，電性連接該金屬板；及一RFID晶片，其二端電性連接該天線結構，該RFID晶片、該天線結構及該金屬板形成一迴路結構。
- 如請求項16之燒結台車漏氣檢測系統，其中該預設解析度係設定為0.1秒至1.0秒或一台車單位時間，其中該台車單位時間係該等燒結台車經過一燒結台車長度之距離所需之時間。
- 如請求項16之燒結台車漏氣檢測系統，其中該間隔資訊係顯示該等燒結台車運轉一週期，該RFID標籤移動之距離及移動時間。
- 如請求項16之燒結台車漏氣漏氣檢測系統，其中該漏氣檢測系統包括複數個RFID標籤，每一RFID標籤設置於每一燒結台車。
- 如請求項20之燒結台車漏氣漏氣檢測系統，其中該間隔資訊係為該等RFID標籤其中之二RFID標籤之間隔距離及該等燒結台車移動該間隔距離之時間。
- 如請求項16之燒結台車漏氣漏氣檢測系統，其中該聲音訊號擷取單元係接近該等燒結台車之二相對側邊及頂面其中之一。
- 如請求項16之燒結台車漏氣漏氣檢測系統，其中該漏氣檢測系統包括複數個聲音訊號擷取單元，分別接近於該等燒結台車之二相對側邊及頂面。
- 如請求項16之燒結台車漏氣漏氣檢測系統，其中該聲音訊號擷取單元係為一聲壓麥克風。
- 如請求項16之燒結台車漏氣漏氣檢測系統，其中該資料處理單元係為一電腦。
- 如請求項16之燒結台車漏氣檢測系統，另包括一濾波單元，用以接受該等聲音訊號並過濾該等聲音訊號。
- 如請求項26之燒結台車漏氣漏氣檢測系統，其中該濾波單元係過濾該等聲音訊號中頻率低於20Hz之訊號。
- 如請求項26之燒結台車漏氣漏氣檢測系統，其中該濾波單元係為一高通濾波器。
- 如請求項26之燒結台車漏氣檢測系統，其中該資料處理單元接受該間隔訊號以取得一間隔資訊，及接受過濾後之該等聲音訊號並計算其訊號強度，以及根據該訊號強度及該間隔資訊，計算及判斷發生漏氣之燒結台車之位置。
- 如請求項29之燒結台車漏氣檢測系統，其中該設定聲壓值係設定為聲壓均方根值大於0.5帕(Pa)。
- 如請求項30之燒結台車漏氣檢測系統，其中若該等訊號強度至少其中之一大於該設定聲壓值，根據強度大於該設定聲壓值之該聲音訊號及該間隔資訊，計算及判斷燒結台車發生漏氣之位置。
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