CN105969935A - 用于固定至少一个喷射器的喷射器冷却块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于固定至少一个用于将介质引入冶金容器(3)中、尤其引入电弧炉中的喷射器(2)的喷射器冷却块(1)，其中，喷射器冷却块(1)布置在冶金容器(3)的壁(4)中或其处，其中，喷射器冷却块(1)具有至少一个板(5)，在板(5)中布置有可由冷却介质流经的冷却通道或冷却孔(6)，并且其中，冷却通道或冷却孔(6)将热区域(7)与冷区域(8)分离。为了能够更好地检测喷射器冷却块中的温度或应力，本发明设置成，在热区域(7)中布置有至少一个用于测量温度和/或机械应变的测量元件(9)，其中，测量元件(9)包括至少一个光波导(10)，其集成在热区域(7)中或固定在热区域(7)处。

Description

用于固定至少一个喷射器的喷射器冷却块

本申请是于2011年1月18日提交的已进入中国国家阶段的PCT专利申请(中国国家申请号为201180010135.0，国际申请号为PCT/EP2011/050625，发明名称“用于固定至少一个喷射器的喷射器冷却块”)的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于固定至少一个用于将介质引入冶金容器中、尤其引入电弧炉(Elektrolichtbogenofen)中的喷射器的喷射器冷却块(Injektorkühlblock)，其中，喷射器冷却块布置在冶金容器的壁中或其处，其中，喷射器冷却块具有至少一个板，在该板中布置有可由冷却介质流经的冷却通道或冷却孔，并且其中，冷却通道或冷却孔将热区域与冷区域分离。

背景技术

从文件WO 2010/003694 A1中已知该类型的喷射器冷却块。

喷射器冷却块代表一固定部(Halterung)，其用于容纳在冶金容器中、尤其在电弧炉中的至少一个喷射器。利用该喷射器将介质(例如气体和/或固体)引入冶金容器中，其中，借助于具有冷却介质引导部的喷射器冷却块，各个喷射器经由开口被保护地布置在冶金容器的容器壁处或其中。

喷射器冷却块大多由铜构成，其中，设置有处于内部的冷却水通道。由于水冷却和铜的大的导热性，铜材料被保持在一温度上，其阻止在电弧炉的内腔中喷射器冷却块的破坏。喷射器冷却块具有开口，借助于喷射系统可将气体和/或固体通过该开口吹入电弧炉中。在此，喷射器冷却块用于保护喷射系统免于由于废料(Schrott)和合金(Legierunge)的机械应力、由于热的金属熔融物和电弧的辐射以及与熔化的(schmelzflüssig)相的接触的强烈的热效应。此外，水冷却的元件作为炉壁元件的特殊的结构单元朝向外封闭熔炉内腔。

先前已知的解决方案大多不具有利用其可检测在喷射器冷却块的罩壳壁中的温度或应力(或应变(Dehnung))的装置。只要通常进行测量，其利用仅仅逐点测量的传感器进行。

相应地，困难的直至不可能的是关于喷射器冷却块的状态和负载做出可靠的说明，这尤其涉及(anbelangen)关于面膨胀的负载。

原理上已知将光波导应用于热参数的测量，这例如在文件WO 2004/015349 A2和文件WO 2007/079894 A1中进行了说明。在文件EP 0 208 067 B1中，提出应用辐射测量仪。

发明内容

本发明目的在于如此改进开头所提及的类型的喷射器冷却块，使得能够检测喷射器冷却块的热负载和/或机械负载并且由此可更精确地监控设备的运行。即应提出一种用于喷射器冷却块的有效的监控元件，利用其能够成本有利地监控。在此，喷射器冷却块的温度或机械应力的连续的且精确的监控应是可能的，其可成本有利地实现。

该目的通过本发明的解决方案特征在于，在喷射器冷却块的板的热区域中布置有至少一个用于测量温度和/或机械应变的测量元件，其中，该测量元件包括至少一个光波导，其集成在热区域中或固定在热区域处。

重要的是，光波导对于温度测量松动地来铺设，使得其可在温度提高的情况中无阻碍地膨胀。对于温度测量，光波导因此不固定地与包围它的材料固定地相连接。反之对于应变测量，光波导优选地在其整个长度上与包围它的材料固定地相连接，使得光波导在材料膨胀的情况中以相同的程度被一起延展并且反过来(在材料收缩的情况中)以相同的程度收缩。

光波导可布置在包围它的管中。

光波导和必要时包围它的管可布置在热区域中的孔中。

备选地，光波导可以以模块、这意味着以预制的结构单元来预铺设。与光波导的直接铺设不同，模块非常简单地装配在电极臂上是可能的；简单地将模块粘接或焊接到电极臂上、优选地通过搅拌焊接(Rührverschweißen)。

对此备选地可能的是，光波导和必要时包围它的管布置在热区域中的槽中。该槽可通过封闭元件来封闭，封闭元件将光波导和必要时包围它的管保持在槽底中，其中，封闭元件尤其是插入槽中的或者浇注入槽中的金属件。

另一备选方案设置成，光波导和必要时包围它的管布置在金属层中，其中，金属层布置在热区域处或其中。光波导和必要时包围它的管可完全由该层的材料来包围。该层可以电镀地施加到热区域处或其中。其可由铜、铬或镍构成。

根据一优选的实施形式，光波导和必要时包围它的管曲折状地铺设在热区域中，以便能够在板的面中检测温度或应力/应变。

通过将光波导引入喷射器冷却块的壁中并且这里尤其在冷却孔或在冷却通道处，罩壳的层的温度和应力可作为在构件表面上的温度或应力轮廓来测量。同样检测由在熔融物或炉渣中的流动引起的动态变化。由此通过温度和/或应力可能评估喷射器的当前的流动负载情况和磨损状态。所提出的方案使能够示出在相应的运行状态中喷射器在其表面上的热负载或机械负载。

为了可利用光波导执行精确的测量，有利的是，光波导或包围光波导的金属管紧密地贴靠在构件或介质处，亦即尽可能没有(绝缘的)气隙。如果应通过喷射器冷却块中的光波导来确定温度，那么这尤其适用。

为了也可测量喷射器冷却块的壁的应变(应力)，当光波导或包围它的管与孔或槽底固定地相连接时，是有利的。

只要设置有槽(光波导或包围光波导的管被铺设在其中)，优选地设置成，应用可由金属构成的填充件以封闭槽。其可与槽的形状精确匹配地来构造。在此也可设置成，填充件通过将填充件的材料浇注或喷射到槽中来产生。此后，使由其来构成填充件的材料即可铸造或可注射并且然后被浇注或喷注到槽(光波导必要时连同管被插入其中)中。

所提出的设计方案即提供检测在所测量的平面中的应力状态并且由此检测构件的机械负载的可能性。

温度和应变或应力的测量的技术像这样是已知的(也称为“光学的应变测量条(Dehmessstreifen)”)，从而就此而言参考现有技术。

对此，光波导优选地与评估单元处于连接中，在评估单元中可确定在喷射器冷却块的壁中的温度分布。利用该评估单元相应地也可检测喷射器冷却块的壁的机械负载。

附图说明

在附图中示出了本发明的实施例。其中：

图1显示了电弧炉的喷射器冷却块的视图“A”(参见图2)，

图2在根据图1的剖面II-II中显示了喷射器冷却块以及

图3显示了根据图2的细节“X”。

具体实施方式

在图1和2中可看见喷射器冷却块1，其作为固定部起作用，利用其将喷射器2保持在冶金容器3中、当前在电弧炉中。利用喷射器2将介质(如气体和/或固体)引入冶金容器3中，其中，借助于具有冷却介质引导部6的喷射器冷却块1，喷射器2经由开口13被保护地布置在容器3的壁4处或其中。

喷射器冷却块1由强导热的、热轧的和/或锻造的材料、例如铜或铜合金(如CuAg、CuCrZr或还有CuNiBe)构成。相应地设置成，在制造喷射器冷却块1时，通过热轧和/或锻造使强导热的、热轧的和/或锻造的材料、例如铜或铜合金变形且热固(warmverfestigen)。由此以简单的方式通过所轧制的或锻造的良好地导热的材料(如铜等)来提供带有非常好的均匀性、高的导热性和高的强度的材料。附加地，喷射器冷却块1可通过锻造和/或轧制冷固地来构造。

所示出的喷射器冷却块1由两个彼此成角度的板5构成，其由共同的板元件制成。在此，可借助于弯曲装置对应于所规定的角度来弯曲板5。

从图3中得出喷射器冷却块1的板5的示例性的结构。可将板5划分成热区域7和冷区域8，其中，这两个区域7、8通过冷却通道6来划分或彼此分开。

孔12被引入板5的热区域7中，测量元件9安置在孔12中(仅仅对于一个孔示出，但是设置用于所有孔12)，利用测量元件9可检测板5中的温度和/或机械应力。该测量元件9涉及光波导10，其被安置在管11中并且由其来保护。

典型地，光波导10具有例如0.12mm的直径；其中套管11大多取得在0.8mm至2.0mm的范围中的直径。

因此，如在图3中可见，光波导即安置在热区域7中，其在背后由冷却介质来冷却，冷却介质被导引通过冷却通道6。

光波导10由基础纤维(Grundfaser)构成，其被引入孔12中或类似的通道或槽中。在此，光波导10可经受直至800℃的温度持续负荷。

为了提高在光波导10中和至未示出的评估仪器的信号传递的稳健性，经由透镜插头(Linsenstecker)将光波从冶金容器3的罩壳在相应的静止位置中引导至评估单元。

除了所示出的在孔12中安置光波导10的可能性，也存在添加槽到板5的热区域7中并且将光波导10(必要时连同管11)铺设在槽底中的优选的可能性。然后槽又可被封闭，对此可应用上面所提及的措施。

同样可能将光波导10(必要时连同管11)引入金属层中，其被施加在板5或者说热区域7的正面上，容器3的、也就是说熔融物14的内部面对该正面。

该层可被电镀，其中，光波导10连同管11被完全包覆。该电镀的层例如可由铜、由铬或由镍构成。

在光波导10曲折状地铺设的情况下，可良好地关于温度分布和机械负载监控板5的面。

光波导10与未示出的温度探测系统或用于机械应力或应变的探测系统相连接。借助于探测系统产生激光，其被输入光波导10中。借助于该探测系统将由光波导纤维10采集的数据换算成温度或应力并且关联于不同的测量部位。

例如，该评估可根据所谓的纤维-布拉格光栅方法(FBG方法)实现。在此使用合适的光波导，其压印(eingeprägt)地获得带有折射指数的周期性的变化的测量部位或带有这样的变化的光栅。折射指数的该周期性的变化导致，光波导根据对于一定的波长的周期性在测量部位处示出介电的镜面。由于在点处的温度变化，布拉格波长改变，其中，其刚好被反射。不满足布拉格条件的光不被布拉格光栅显著影响。不同测量部位的不同信号那么可由于运行时间差别来彼此相区别。这样的纤维-布拉格光栅的详细结构以及相应的评估单元是普遍已知的。通过压印的测量部位的数量给出分辨率(Ortsaufloesung)的精度。测量部位的尺寸例如可在1mm至5mm的范围中。

备选地，也可应用“光频域反射”方法 (OFDR方法)或“光时域反射”方法(OTDR方法)用于温度的测量。这些方法基于纤维光学的拉曼反向散射(Ramanrueckstreuung)的原理，其中利用的是，在光导体的点处的温度改变引起光波导材料的拉曼反向散射的改变。借助于评估单元(例如拉曼反射计)那么可沿着纤维以空间分辨的方式确定温度值，其中，在该方法中在导体的一定的长度上来平均。该长度大约为几厘米。又通过运行时间差别使不同的测量部位彼此分离。用于根据所提及的方法进行评估的这样的系统的结构以及所需的激光器(其用于在光波导10之内产生激光)通常已知。

附图标记清单

1 喷射器冷却块

2 喷射器

3 冶金容器(电弧炉)

4 壁

5 板

6 冷却通道/冷却孔

7 热区域

8 冷区域

9 测量元件

10 光波导

11 管

12 孔

13 开口

14 熔融物。

Claims (7)

1.一种用于固定至少一个用于将介质引入冶金容器(3)中的喷射器(2)的喷射器冷却块(1)，其中，所述喷射器冷却块(1)布置在所述冶金容器(3)的壁(4)中或其处，其中，所述喷射器冷却块(1)具有至少一个板(5)，在所述板(5)中布置有能够由冷却介质流经的冷却通道或冷却孔(6)，并且其中，所述冷却通道或所述冷却孔(6)将热区域(7)与冷区域(8)分离，

其中，

在所述热区域(7)中布置有至少一个用于测量温度和机械应变的测量元件(9)，其中，所述测量元件(9)包括至少一个光波导(10)，其集成在所述热区域(7)中或固定在所述热区域(7)处，

其中，所述光波导(10)布置在所述热区域(7)中的孔(12)中，其中，所述孔(12)与所述热区域(7)的面对熔融物(14)的表面相间隔地伸延，或者

其中，所述光波导(10)布置在所述热区域(7)中的槽中，其中，所述槽通过封闭元件来封闭，所述封闭元件将所述光波导(10)保持在槽底中，其中，所述封闭元件是插入所述槽中的或者浇注入所述槽中的金属件，或者

其中，所述光波导(10)布置在金属层中，其中，所述金属层布置在所述热区域(7)处或其中，并且其中，所述光波导(10)完全由所述层的材料来包围。

2.根据权利要求1所述的喷射器冷却块，其特征在于，以所述光波导(10)的形式的所述测量元件为了温度测量的目的松动地、无应力且自由运动地布置在所述喷射器块中或其处，或者为了应变测量的目的，布置成优选地在其整个长度上与所述喷射器冷却块的材料固定地连接以吸收其应变。

3.根据权利要求2所述的喷射器冷却块，其特征在于，所述光波导(10)布置在模块中，所述模块与所述板(5)固定地连接，其中，所述光波导为了温度测量的目的无应力且自由运动地或者为了应变测量的目的固定地嵌入地布置在所述模块中。

4.根据权利要求2所述的喷射器冷却块，其特征在于，所述光波导(10)为了温度测量松动地铺设在包围所述光波导的管(11)中，或者为了应变测量在没有所包围的管的情况下以与所包围的材料的直接接触来布置在所述材料中。

5.根据权利要求1所述的喷射器冷却块，其特征在于，所述层电镀地施加到所述热区域(7)处或其中。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的喷射器冷却块，其特征在于，所述层由金属、例如由铜、铬或镍构成。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的喷射器冷却块，其特征在于，所述光波导(10)和必要时包围它的所述管(11)曲折状地铺设在所述热区域(7)中。