專利名稱：用于固定至少一個(gè)噴射器的噴射器冷卻塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于固定至少一個(gè)用于將介質(zhì)引入冶金容器中、尤其引入電弧爐(Elektrolichtbogenofen)中的噴射器的噴射器冷卻塊(Injektorkiihlblock)，其中，噴射器冷卻塊布置在冶金容器的壁中或其處，其中，噴射器冷卻塊具有至少一個(gè)板，在該板中布置有可由冷卻介質(zhì)流經(jīng)的冷卻通道或冷卻孔，并且其中，冷卻通道或冷卻孔將熱區(qū)域與冷區(qū)域分離。
背景技術(shù)：
從文件WO 2010/003694 Al中已知該類型的噴射器冷卻塊。噴射器冷卻塊代表一固定部(Halterung),其用于容納在冶金容器中、尤其在電弧爐中的至少一個(gè)噴射器。利用該噴射器將介質(zhì)(例如氣體和/或固體)引入冶金容器中， 其中，借助于具有冷卻介質(zhì)引導(dǎo)部的噴射器冷卻塊，各個(gè)噴射器經(jīng)由開口被保護(hù)地布置在冶金容器的容器壁處或其中。噴射器冷卻塊大多由銅構(gòu)成，其中，設(shè)置有處于內(nèi)部的冷卻水通道。由于水冷卻和銅的大的導(dǎo)熱性，銅材料被保持在一溫度上，其阻止在電弧爐的內(nèi)腔中噴射器冷卻塊的破壞。噴射器冷卻塊具有開口，借助于噴射系統(tǒng)可將氣體和/或固體通過該開口吹入電弧爐中。在此，噴射器冷卻塊用于保護(hù)噴射系統(tǒng)免于由于廢料(Schrott)和合金(Legierunge)的機(jī)械應(yīng)力、由于熱的金屬熔融物和電弧的輻射以及與熔化的(schmelzfliissig)相的接觸的強(qiáng)烈的熱效應(yīng)。此外，水冷卻的元件作為爐壁元件的特殊的結(jié)構(gòu)單元朝向外封閉熔爐內(nèi)腔。先前已知的解決方案大多不具有利用其可檢測在噴射器冷卻塊的罩殼壁中的溫度或應(yīng)力(或應(yīng)變(Dehnung))的裝置。只要通常進(jìn)行測量，其利用僅僅逐點(diǎn)測量的傳感器進(jìn)行。相應(yīng)地，困難的直至不可能的是關(guān)于噴射器冷卻塊的狀態(tài)和負(fù)載做出可靠的說明，這尤其涉及(anbelangen)關(guān)于面膨脹的負(fù)載。原理上已知將光波導(dǎo)應(yīng)用于熱參數(shù)的測量，這例如在文件WO 2004/015349 A2和文件WO 2007/079894 Al中進(jìn)行了說明。在文件EP 0 208 067 BI中，提出應(yīng)用輻射測量儀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于如此改進(jìn)開頭所提及的類型的噴射器冷卻塊，使得能夠檢測噴射器冷卻塊的熱負(fù)載和/或機(jī)械負(fù)載并且由此可更精確地監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行。即應(yīng)提出一種用于噴射器冷卻塊的有效的監(jiān)控元件，利用其能夠成本有利地監(jiān)控。在此，噴射器冷卻塊的溫度或機(jī)械應(yīng)力的連續(xù)的且精確的監(jiān)控應(yīng)是可能的，其可成本有利地實(shí)現(xiàn)。該目的通過本發(fā)明的解決方案特征在于，在噴射器冷卻塊的板的熱區(qū)域中布置有至少一個(gè)用于測量溫度和/或機(jī)械應(yīng)變的測量元件，其中，該測量元件包括至少一個(gè)光波導(dǎo)，其集成在熱區(qū)域中或固定在熱區(qū)域處。重要的是，光波導(dǎo)對于溫度測量松動(dòng)地來鋪設(shè)，使得其可在溫度提高的情況中無阻礙地膨脹。對于溫度測量，光波導(dǎo)因此不固定地與包圍它的材料固定地相連接。反之對于應(yīng)變測量，光波導(dǎo)優(yōu)選地在其整個(gè)長度上與包圍它的材料固定地相連接，使得光波導(dǎo)在材料膨脹的情況中以相同的程度被一起延展并且反過來(在材料收縮的情況中)以相同的程度收縮。光波導(dǎo)可布置在包圍它的管中。光波導(dǎo)和必要時(shí)包圍它的管可布置在熱區(qū)域中的孔中。備選地，光波導(dǎo)可以以模塊、這意味著以預(yù)制的結(jié)構(gòu)單元來預(yù)鋪設(shè)。與光波導(dǎo)的直接鋪設(shè)不同，模塊非常簡單地裝配在電極臂上是可能的；簡單地將模塊粘接或焊接到電極臂上、優(yōu)選地通過攪拌焊接(Rilhrverschweifien)。
對此備選地可能的是，光波導(dǎo)和必要時(shí)包圍它的管布置在熱區(qū)域中的槽中。該槽可通過封閉元件來封閉，封閉元件將光波導(dǎo)和必要時(shí)包圍它的管保持在槽底中，其中，封閉元件尤其是插入槽中的或者澆注入槽中的金屬件。另一備選方案設(shè)置成，光波導(dǎo)和必要時(shí)包圍它的管布置在金屬層中，其中，金屬層布置在熱區(qū)域處或其中。光波導(dǎo)和必要時(shí)包圍它的管可完全由該層的材料來包圍。該層可以電鍍地施加到熱區(qū)域處或其中。其可由銅、鉻或鎳構(gòu)成。根據(jù)一優(yōu)選的實(shí)施形式，光波導(dǎo)和必要時(shí)包圍它的管曲折狀地鋪設(shè)在熱區(qū)域中，以便能夠在板的面中檢測溫度或應(yīng)力/應(yīng)變。通過將光波導(dǎo)引入噴射器冷卻塊的壁中并且這里尤其在冷卻孔或在冷卻通道處，罩殼的層的溫度和應(yīng)力可作為在構(gòu)件表面上的溫度或應(yīng)力輪廓來測量。同樣檢測由在熔融物或爐渣中的流動(dòng)引起的動(dòng)態(tài)變化。由此通過溫度和/或應(yīng)力可能評(píng)估噴射器的當(dāng)前的流動(dòng)負(fù)載情況和磨損狀態(tài)。所提出的方案使能夠示出在相應(yīng)的運(yùn)行狀態(tài)中噴射器在其表面上的熱負(fù)載或機(jī)械負(fù)載。為了可利用光波導(dǎo)執(zhí)行精確的測量，有利的是，光波導(dǎo)或包圍光波導(dǎo)的金屬管緊密地貼靠在構(gòu)件或介質(zhì)處，亦即盡可能沒有(絕緣的)氣隙。如果應(yīng)通過噴射器冷卻塊中的光波導(dǎo)來確定溫度，那么這尤其適用。為了也可測量噴射器冷卻塊的壁的應(yīng)變(應(yīng)力)，當(dāng)光波導(dǎo)或包圍它的管與孔或槽底固定地相連接時(shí)，是有利的。只要設(shè)置有槽(光波導(dǎo)或包圍光波導(dǎo)的管被鋪設(shè)在其中)，優(yōu)選地設(shè)置成，應(yīng)用可由金屬構(gòu)成的填充件以封閉槽。其可與槽的形狀精確匹配地來構(gòu)造。在此也可設(shè)置成，填充件通過將填充件的材料澆注或噴射到槽中來產(chǎn)生。此后，使由其來構(gòu)成填充件的材料即可鑄造或可注射并且然后被澆注或噴注到槽(光波導(dǎo)必要時(shí)連同管被插入其中)中。所提出的設(shè)計(jì)方案即提供檢測在所測量的平面中的應(yīng)力狀態(tài)并且由此檢測構(gòu)件的機(jī)械負(fù)載的可能性。溫度和應(yīng)變或應(yīng)力的測量的技術(shù)像這樣是已知的(也稱為“光學(xué)的應(yīng)變測量條(Dehmessstreifen) ”)，從而就此而言參考現(xiàn)有技術(shù)。對此，光波導(dǎo)優(yōu)選地與評(píng)估單元處于連接中，在評(píng)估單元中可確定在噴射器冷卻塊的壁中的溫度分布。利用該評(píng)估單元相應(yīng)地也可檢測噴射器冷卻塊的壁的機(jī)械負(fù)載。


在附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例。其中
圖I顯示了電弧爐的噴射器冷卻塊的視圖“A”(參見圖2)，
圖2在根據(jù)圖I的剖面II-II中顯示了噴射器冷卻塊以及 圖3顯示了根據(jù)圖2的細(xì)節(jié)“X”。
具體實(shí)施例方式在圖I和2中可看見噴射器冷卻塊1，其作為固定部起作用，利用其將噴射器2保持在冶金容器3中、當(dāng)前在電弧爐中。利用噴射器2將介質(zhì)(如氣體和/或固體)引入冶金容器3中，其中，借助于具有冷卻介質(zhì)引導(dǎo)部6的噴射器冷卻塊1，噴射器2經(jīng)由開口 13被保護(hù)地布置在容器3的壁4處或其中。
·
噴射器冷卻塊I由強(qiáng)導(dǎo)熱的、熱軋的和/或鍛造的材料、例如銅或銅合金(如CuAg, CuCrZr或還有CuNiBe)構(gòu)成。相應(yīng)地設(shè)置成，在制造噴射器冷卻塊I時(shí)，通過熱軋和/或鍛造使強(qiáng)導(dǎo)熱的、熱軋的和/或鍛造的材料、例如銅或銅合金變形且熱固(warmverfestigen)。由此以簡單的方式通過所軋制的或鍛造的良好地導(dǎo)熱的材料(如銅等)來提供帶有非常好的均勻性、高的導(dǎo)熱性和高的強(qiáng)度的材料。附加地，噴射器冷卻塊I可通過鍛造和/或軋制冷固地來構(gòu)造。所示出的噴射器冷卻塊I由兩個(gè)彼此成角度的板5構(gòu)成，其由共同的板元件制成。在此，可借助于彎曲裝置對應(yīng)于所規(guī)定的角度來彎曲板5。從圖3中得出噴射器冷卻塊I的板5的示例性的結(jié)構(gòu)?？蓪?劃分成熱區(qū)域7和冷區(qū)域8，其中，這兩個(gè)區(qū)域7、8通過冷卻通道6來劃分或彼此分開?？?2被引入板5的熱區(qū)域7中，測量元件9安置在孔12中(僅僅對于一個(gè)孔示出，但是設(shè)置用于所有孔12)，利用測量元件9可檢測板5中的溫度和/或機(jī)械應(yīng)力。該測量元件9涉及光波導(dǎo)10，其被安置在管11中并且由其來保護(hù)。典型地，光波導(dǎo)10具有例如0. 12mm的直徑；其中套管11大多取得在0. 8mm至
2.Omm的范圍中的直徑。因此，如在圖3中可見，光波導(dǎo)即安置在熱區(qū)域7中，其在背后由冷卻介質(zhì)來冷卻，冷卻介質(zhì)被導(dǎo)引通過冷卻通道6。光波導(dǎo)10由基礎(chǔ)纖維(Grundfaser)構(gòu)成，其被引入孔12中或類似的通道或槽中。在此，光波導(dǎo)10可經(jīng)受直至800°C的溫度持續(xù)負(fù)荷。為了提高在光波導(dǎo)10中和至未示出的評(píng)估儀器的信號(hào)傳遞的穩(wěn)健性，經(jīng)由透鏡插頭(Linsenstecker)將光波從冶金容器3的罩殼在相應(yīng)的靜止位置中引導(dǎo)至評(píng)估單元。除了所示出的在孔12中安置光波導(dǎo)10的可能性，也存在添加槽到板5的熱區(qū)域7中并且將光波導(dǎo)10(必要時(shí)連同管11)鋪設(shè)在槽底中的優(yōu)選的可能性。然后槽又可被封閉，對此可應(yīng)用上面所提及的措施。同樣可能將光波導(dǎo)10(必要時(shí)連同管11)引入金屬層中，其被施加在板5或者說熱區(qū)域7的正面上，容器3的、也就是說熔融物14的內(nèi)部面對該正面。該層可被電鍍，其中，光波導(dǎo)10連同管11被完全包覆。該電鍍的層例如可由銅、由鉻或由鎳構(gòu)成。在光波導(dǎo)10曲折狀地鋪設(shè)的情況下，可良好地關(guān)于溫度分布和機(jī)械負(fù)載監(jiān)控板5的面。
光波導(dǎo)10與未示出的溫度探測系統(tǒng)或用于機(jī)械應(yīng)力或應(yīng)變的探測系統(tǒng)相連接。借助于探測系統(tǒng)產(chǎn)生激光，其被輸入光波導(dǎo)10中。借助于該探測系統(tǒng)將由光波導(dǎo)纖維10采集的數(shù)據(jù)換算成溫度或應(yīng)力并且關(guān)聯(lián)于不同的測量部位。例如，該評(píng)估可根據(jù)所謂的纖維-布拉格光柵方法(FBG方法)實(shí)現(xiàn)。在此使用合適的光波導(dǎo)，其壓印(eingepdgt)地獲得帶有折射指數(shù)的周期性的變化的測量部位或帶有這樣的變化的光柵。折射指數(shù)的該周期性的變化導(dǎo)致，光波導(dǎo)根據(jù)對于一定的波長的周期性在測量部位處示出介電的鏡面。由于在點(diǎn)處的溫度變化，布拉格波長改變，其中，其剛好被反射。不滿足布拉格條件的光不被布拉格光柵顯著影響。不同測量部位的不同信號(hào)那么可由于運(yùn)行時(shí)間差別來彼此相區(qū)別。這樣的纖維-布拉格光柵的詳細(xì)結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的評(píng)估單元是普遍已知的。通過壓印的測量部位的數(shù)量給出分辨率(Ortsaufloesung)的精度。測量部位的尺寸例如可在Imm至5mm的范圍中。備選地，也可應(yīng)用“光頻域反射”方法(0FDR方法)或“光時(shí)域反射”方法(0TDR方法)用于溫度的測量。這些方法基于纖維光學(xué)的拉曼反向散射(Ramanrueckstreuung)的原理，其中利用的是，在光導(dǎo)體的點(diǎn)處的溫度改變引起光波導(dǎo)材料的拉曼反向散射的改變。借助于評(píng)估單元(例如拉曼反射計(jì))那么可沿著纖維以空間分辨的方式確定溫度值，其中，在該方法中在導(dǎo)體的一定的長度上來平均。該長度大約為幾厘米。又通過運(yùn)行時(shí)間差別使不同的測量部位彼此分離。用于根據(jù)所提及的方法進(jìn)行評(píng)估的這樣的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及所需的激光器(其用于在光波導(dǎo)10之內(nèi)產(chǎn)生激光)通常已知。附圖標(biāo)記清單 I噴射器冷卻塊
2噴射器
3冶金容器(電弧爐)
4壁 5板
6冷卻通道/冷卻孔 7熱區(qū)域 8冷區(qū)域 9測量元件 10光波導(dǎo) 11管 12孔
13開□
14熔融物。
權(quán)利要求
1.一種用于固定至少一個(gè)用于將介質(zhì)引入冶金容器(3)中、尤其引入電弧爐中的噴射器(2)的噴射器冷卻塊(I)，其中，所述噴射器冷卻塊(I)布置在所述冶金容器(3)的壁(4)中或其處，其中，所述噴射器冷卻塊(I)具有至少一個(gè)板(5)，在所述板(5)中布置有能夠由冷卻介質(zhì)流經(jīng)的冷卻通道或冷卻孔￠)，并且其中，所述冷卻通道或所述冷卻孔(6)將熱區(qū)域(7)與冷區(qū)域⑶分離， 其特征在于， 在所述熱區(qū)域(7)中布置有至少一個(gè)用于測量溫度和/或機(jī)械應(yīng)變的測量元件(9)，其中，所述測量元件(9)包括至少一個(gè)光波導(dǎo)(10)，其集成在所述熱區(qū)域(7)中或固定在所述熱區(qū)域(7)處。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的噴射器冷卻塊，其特征在于，以所述光波導(dǎo)(3)的形式的 所述測量元件為了溫度測量的目的松動(dòng)地、無應(yīng)力且無運(yùn)動(dòng)地布置在所述噴射器塊中或其處，或者為了應(yīng)變測量的目的，布置成優(yōu)選地在其整個(gè)長度上與所述噴射器冷卻塊的材料有效連接以吸收其應(yīng)變。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的噴射器冷卻塊，其特征在于，所述光波導(dǎo)(3)布置在模塊中，所述模塊固定地以有效連接的方式與電極臂相連接，其中，所述光波導(dǎo)為了溫度測量的目的無應(yīng)力且無運(yùn)動(dòng)地或者為了應(yīng)變測量的目的固定地嵌入地布置在所述模塊中。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的噴射器冷卻塊，其特征在于，所述光波導(dǎo)(10)為了溫度測量松動(dòng)地鋪設(shè)在包圍所述光波導(dǎo)的管(11)中，或者為了應(yīng)變測量在沒有所包圍的管的情況下以與所包圍的材料的直接接觸來布置在所述材料中。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的噴射器冷卻塊，其特征在于，所述光波導(dǎo)(10)或必要時(shí)包圍它的所述管(11)布置在所述熱區(qū)域(7)中的孔(12)中。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的噴射器冷卻塊，其特征在于，所述光波導(dǎo)(10)和必要時(shí)包圍它的所述管(11)布置在所述熱區(qū)域(7)中的槽中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的噴射器冷卻塊，其特征在于，所述槽通過封閉元件來封閉，所述封閉元件將所述光波導(dǎo)(10)和必要時(shí)包圍它的所述管(11)保持在槽底中，其中，所述封閉元件尤其是插入所述槽中的或者澆注入所述槽中的金屬件。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的噴射器冷卻塊，其特征在于，所述光波導(dǎo)(10)或必要時(shí)包圍它的所述管(11)布置在金屬層中，其中，所述金屬層布置在所述熱區(qū)域(7)處或其中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的噴射器冷卻塊，其特征在于，所述光波導(dǎo)(10)和必要時(shí)包圍它的所述管(11)完全由所述層的材料來包圍。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的噴射器冷卻塊，其特征在于，所述層電鍍地施加到所述熱區(qū)域(7)處或其中。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10中任一項(xiàng)所述的噴射器冷卻塊，其特征在于，所述層由金屬、例如由銅、鉻或鎳構(gòu)成。
12.根據(jù)權(quán)利要求2至11中任一項(xiàng)所述的噴射器冷卻塊，其特征在于，所述光波導(dǎo)(10)和必要時(shí)包圍它的所述管(11)曲折狀地鋪設(shè)在所述熱區(qū)域(7)中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于固定至少一個(gè)用于將介質(zhì)引入冶金容器(3)中、尤其引入電弧爐中的噴射器(2)的噴射器冷卻塊(1)，其中，噴射器冷卻塊(1)布置在冶金容器(3)的壁(4)中或其處，其中，噴射器冷卻塊(1)具有至少一個(gè)板(5)，在板(5)中布置有可由冷卻介質(zhì)流經(jīng)的冷卻通道或冷卻孔(6)，并且其中，冷卻通道或冷卻孔(6)將熱區(qū)域(7)與冷區(qū)域(8)分離。為了能夠更好地檢測噴射器冷卻塊中的溫度或應(yīng)力，本發(fā)明設(shè)置成，在熱區(qū)域(7)中布置有至少一個(gè)用于測量溫度和/或機(jī)械應(yīng)變的測量元件(9)，其中，測量元件(9)包括至少一個(gè)光波導(dǎo)(10)，其集成在熱區(qū)域(7)中或固定在熱區(qū)域(7)處。
文檔編號(hào)G01L1/24GK102753925SQ201180010135
公開日2012年10月24日 申請日期2011年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月18日
發(fā)明者D.利夫圖希特, G.費(fèi)萊曼 申請人:Sms西馬格股份公司