測量鼓風爐中的鑄鐵和熔渣的水平的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及精確測量冶金豎爐（metallurgical shaft furnace)的爐缸 (crucible，坩堝）內(nèi)的液態(tài)金屬的水平（level)以及漂浮在液態(tài)金屬的表面上的浮渣或熔 渣的水平的方法，特別地是用于測量鼓風爐（blast furnace，高爐）中的鑄鐵的水平和熔 渣（slag)的水平。特別地，本方法包括使用安裝在鼓風爐的外壁上的一個或多個應(yīng)變儀傳 感器（strain gauge sensor) 〇
[0002] 本發(fā)明還涉及在該方法中使用的特定的應(yīng)變儀傳感器。
【背景技術(shù)】
[0003] 已知的是鼓風爐是設(shè)計成從鐵礦石冶煉鑄鐵的碳熱還原爐。為實現(xiàn)生產(chǎn)鑄鐵， 固體焦炭和鐵礦石通過爐的頂部被充填到被稱為喉部的區(qū)段。在爐的底部吹入的熱空氣 (1200°C)引起焦炭燃燒。來自焦炭的碳因此被氧化。一氧化碳將減少鐵氧化物，并使得分 離金屬鐵。然而，在金屬鐵下降到鼓風爐中并因此轉(zhuǎn)化成鑄鐵時，金屬鐵逐漸地摻入了碳。 在鼓風爐的出口處，浮渣（在這種情況下指的是熔渣）在鑄鐵之外也恢復(fù)成液體狀態(tài)；浮渣 由鐵礦石的矸石（earthy gangue)、灰分以及助溶劑組成。浮澄的密度比鑄鐵的密度?。ǚ?別近似于3000kg/m3和7000kg/m 3)，使得浮渣漂浮于鑄鐵的上方。這些殘余物因此被視為 在通過流出孔排放后應(yīng)該從鑄鐵中分離的副產(chǎn)物。
[0004] 為了改善鼓風爐和鑄造操作的管理，在任何時間都應(yīng)當獲悉鑄鐵的水平以及熔渣 的水平。
[0005] 為了測量在液態(tài)熔渣層下面發(fā)現(xiàn)的鑄鐵的液面水平，已知的實際應(yīng)用是采用在鑄 鐵與熔渣之間導電性上的差異。美國專利4, 413, 810號通過使用浸沒在金屬浴中的測量探 針來利用這種原理。然而，由于熔化的金屬的高溫（l〇〇〇°C以上）可能干擾讀數(shù)，這種裝置 不允許提供熔渣層的厚度的可靠的表征。
[0006] 文獻JP-11281467采用鑄鐵與熔渣之間的密度上的差異來測量它們交界處的水 平。該測量裝置包括容積密度比鑄鐵的容積密度小的砝碼（weight，配重）。該砝碼通過懸 掛件連接至滑輪并連接至繞線裝置?；嗊B接至彈性元件，該彈性元件的位移允許測量懸 掛件中的砝碼的長度，并且因此測量鑄鐵的液面水平。然而，這種技術(shù)不允許測量熔渣的液 面水平。
[0007] 文獻JP 2003-344142提出了該問題的解決方案。該文獻描述了一種精確測量鑄 鐵的水平和熔渣層的厚度的方法和裝置，甚至在熔渣層變化的情況下測量。該方法使用在 漂浮著熔渣的鑄鐵的表面處的入射微波。根據(jù)時間記錄反射波的強度。該方法包括觀測最 大反射的波峰A，在時間上連續(xù)地跟隨著該波峰的是較低強度的波峰B。通過測量在包括在 波發(fā)射的時刻與波峰B的時刻之間的時間段中的微波的位移距離來確定鑄鐵的液面水平。 至于熔渣層的厚度，通過測量在包括在峰值A(chǔ)的時刻與波峰B的時刻之間的時間段中的微 波的位移距離來確定熔渣層的厚度。
[0008] 爐缸內(nèi)的大于1000°C的溫度因此成為研發(fā)精確測量液體水平的方法的主要阻礙。
[0009] 順著這種思路，文獻JP06-271916提出了使用一種定位在爐缸外部的測量裝置。 該文獻描述了一種借助于使用沖擊波測量熔渣層的頂部水平的方法。沖擊波的檢測器布置 在爐的外部的不同豎直位置處。朝向爐缸的內(nèi)部發(fā)射并引導沖擊波并且通過波檢測器檢測 反射波的強度。當反射波的強度在檢測器中的一個的高度處改變時，測量熔渣的上部水平。 然而，該技術(shù)不允許測量鑄鐵與熔渣交界處的水平，為了從熔渣分離鑄鐵，精確地獲悉鑄鐵 與熔渣交界處的水平是非常關(guān)鍵的。
[0010] 文獻WO2011/038875公開了一種用于轉(zhuǎn)化熔化的金屬形狀的模具，該模具包括 壁，在該壁中布置了用于檢測模具的至少一個部分的溫度和/或膨脹（expansion)的至少 一個傳感器。
[0011] 為了允許有效率地并有效地監(jiān)控模具，該傳感器包括至少一個光波引導件，該光 波引導件布置在形成在模具的壁中的槽中。
[0012] 光波引導件布置成抵靠槽的底部并且槽的沒有被光波引導件填充的空間至少大 部分被填充材料封閉。由于會削弱爐缸的防護的風險，而不能在鼓風爐中使用壁中形成有 槽的這種裝置。
[0013] 文獻JP60110821描述了一種設(shè)備，該設(shè)備包括用于生產(chǎn)粗銅的多個爐（用于熔渣 的熔煉、分離等）。借助于與每個爐關(guān)聯(lián)的一系列溫度計和應(yīng)變儀來控制該設(shè)備。
[0014] 文獻JP54130958描述了一種用于液態(tài)金屬的容器，在該容器的壁中沿豎直方向 布置了壓力傳感器（例如應(yīng)變儀），該壓力傳感器連接至計算單元。在邏輯電路中以多個預(yù) 定的值計算并比較被成對考慮的相鄰的壓力傳感器之間的壓力差，邏輯電路允許定位在兩 個相鄰的檢測器之間的液體水平。這種測量大體上并不精確并且不允許測量任何可能的熔 渣的水平。這種方法不能應(yīng)用至鼓風爐的厚壁，因為應(yīng)變此外會影響所有的儀表。
[0015] 美國文獻2002/0134794描述了一種柱形的容器，該柱形的容器旨在保持加壓流 體并包括用于監(jiān)控壓力的系統(tǒng)，該系統(tǒng)裝配有布置在容器外表面上的應(yīng)變傳感器，并具有 觀察器（view)以產(chǎn)生壓力的與容器中的流體的壓力相關(guān)聯(lián)的響應(yīng)特性。壓力的響應(yīng)特性 與容器的壁中的由流體的壓力而引起的應(yīng)變相連，通過使用方程該應(yīng)變在數(shù)量上確定與柱 形體的尺寸（平均半徑、壁的厚度）并與使用的材料的特性關(guān)聯(lián)的軸向應(yīng)變和徑向應(yīng)變 (雙軸應(yīng)變）。這些應(yīng)變的應(yīng)用在彈性材料中分別引起軸向應(yīng)變和徑向應(yīng)變，這些應(yīng)變可根 據(jù)胡克定律計算。
[0016] 發(fā)明目的
[0017] 本發(fā)明旨在提供一種在現(xiàn)有技術(shù)中還沒有公開的并且沒有現(xiàn)有技術(shù)的缺點的解 決方案。
[0018] 具體地，本發(fā)明旨在提供一種允許借助于定位在鼓風爐外部的一個或多個應(yīng)變儀 傳感器而精確測量鑄鐵的液面水平和熔渣的液面水平的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019] 本發(fā)明的第一方面涉及一種測量在冶金豎爐的爐缸中液態(tài)金屬的液面水平和熔 渣的液面水平的方法，該冶金豎爐具有設(shè)置有鋼防護件以及流出孔（tap hole，出鐵口）的 外壁，外壁的防護件圍繞與液態(tài)金屬接觸的耐火厚度而定位，防護件在其外表面上設(shè)置有 多個應(yīng)變儀傳感器并設(shè)置有一個或多個熱傳感器，上述傳感器安裝成以便在豎直平面中在 流出孔的任何側(cè)上對齊，并使得兩種類型的傳感器在該豎直平面中交替布置，所述方法包 括以下步驟：
[0020] -在爐缸的外壁的一個或多個點處測量以下變量：
[0021] -所述外壁的周向應(yīng)變，借助于附接至所述防護件上的應(yīng)變儀傳感器來測量所述 外壁的周向應(yīng)變；
[0022] -所述外壁的溫度，借助于附接至所述防護件上的熱傳感器來測量所述外壁的溫 度；
[0023]-選擇性地測量爐中熱鼓風（hot blast)的循環(huán)壓力或靜態(tài)壓力；
[0024]-在調(diào)整連續(xù)的周向應(yīng)變的一般方程式中引入在爐缸外壁上的多個點處測量的變 量，該方程式的解是能夠解