CN106687606B - 具有集成的磨损检测系统的高炉冷却片 - Google Patents

具有集成的磨损检测系统的高炉冷却片 Download PDF

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Abstract

一种用于冶金炉的冷却片，包括具有正面(18)和相反的背面(20)的主体(12)，在所述主体中具有至少一个冷却剂通道(14)；所述正面(18)被转向为朝向炉内部并且优选地包括交替的肋(22)和凹槽(24)。冷却片包括磨损检测装置，该磨损检测装置包括：分布在所述主体中的不同位置处的多个闭合压力腔，所述压力腔被定位在所述主体的正面之下的预定深度处；以及压力传感器(30)，其与每个压力腔(26、28)相关联，以便在压力腔因所述主体的磨损而变为打开时检测相对于所述压力腔内的参考压力的偏差。

Description

具有集成的磨损检测系统的高炉冷却片
技术领域
本发明总体上涉及用于冶金炉、即高炉的冷却片，并且尤其涉及具有用来在耐火墙的磨耗之后检测主体磨损的装置的冷却片。
背景技术
用于冶金炉的冷却片(亦称“冷却壁”)在现有技术里广为人知。它们被用来覆盖作为例如高炉或电弧炉的冶金炉的外壳的内壁以提供：
(1)炉的内部与外炉壳之间的排热保护屏障；以及
(2)用于炉的内部的耐火砖内衬、耐火喷浆或工艺生成的炉瘤层的锚定装置。
起初，冷却片是其中具有浇铸的冷却管的铸铁板。作为铸铁冷却壁的替代，铜冷却壁已被开发出来。现今，大多数用于冶金炉的冷却片是由铜、铜合金或者钢(距今更近些)制成的。
耐火砖内衬、耐火喷浆或工艺生成的炉瘤层形成被布置在平板状的主体的加热面之前的保护层。该保护层有用于保护冷却片免于由于炉内盛行的严酷环境而导致的裂化。然而，在实践中，炉还会偶尔在没有该保护层的情况下被操作，从而导致加热面的层状肋(lamellar rib)的腐蚀。
如本领域所已知的，尽管起初高炉在冷却壁的前侧上被提供有耐火砖内衬，但是，该内衬在炉龄期期间会磨损。特别是，已经观察到，在炉腹部分，耐火内衬会相对迅速地消失。尽管之后通常配料和炉渣的炉瘤层形成在冷却片的加热侧，但它实际上不断地堆积并磨损，使得在一定时间段期间冷却片直接暴露在高炉内的严酷条件里，从而导致冷却片主体的磨损。
炉瘤层的(当然也是内衬和冷却片的)磨损的主要原因是热气的向上流动和下沉的炉料(煤、矿石等等)的摩擦。就热气的流动而言，磨损不仅因为热负载，还因为上升气体中所携带的颗粒导致的磨耗。
文件JP-A2-61264110公开了包括利用与冷却壁主体的背面接触的超声探针来检测其腐蚀的磨损检测系统的冷却壁。这表现为要实施在高炉环境中的繁琐技术。
发明目的
本发明的目的是提供监视冷却片的磨损状态的供选择的并且可靠的方法。
该目的是通过如权利要求1中所要求保护的冷却片来实现的。
发明内容
根据本发明的用于冶金炉的冷却片包括具有正面和相反的背面的主体，所述主体中具有至少一个冷却剂通道。在使用时，优选地包括交替的肋和凹槽的正面被转向为朝向炉内部。
应认识到的是，冷却片被提供有磨损检测装置，磨损检测装置包括分布在主体内的不同位置处并且被定位在主体的正面之下的预定深度处的多个闭合压力腔。每个压力腔均与压力传感器相关联，以便在压力腔因主体部分的磨损而变为打开时检测到相对于参考压力的偏差。
因此，本发明提出一种依靠压力变化的物理原理来检测冷却片的磨损的方法，其易于监视并且相对廉价。此外，嵌入冷却片主体中的闭合压力腔的网络允许若干位置处的磨损的相伴监视并且使得能够区分若干磨损状态(或磨损水平)，这取决于闭合压力腔的个数和它们到表面的距离。因此，本发明允许对冷却片的加强监视，其中人们可以知道冷却片在若干主体区域处的磨损状态，并且甚至可以区分同一区域中的不同磨损状况。
在优选实施例中，压力腔被形成作为从所述主体的背面被钻成并且通过密封安装的插塞而被闭合的盲孔。然后每个压力传感器可以由其相应的插塞支撑，并且该压力传感器的连接线朝向外部密封地穿过插塞。合适的传感器是例如压电型的。为实施方便起见，分别为盲孔的压力腔可被形成为基本上垂直于所述主体的正面延伸的细长中空腔。盲孔可以，例如，具有小于5毫米、优选在1-3毫米之间的直径。
有利地，压力腔按组(至少两个压力腔为一组)分布在不同位置处，在组内的每个压力腔被定位在所述主体的正面之下的不同预定深度处。特别地，在每个组之内，一个压力腔可定位在肋下面且一个压力腔定位在凹槽下面。通过这样做，人们可以监视冷却片的若干区域并且甚至在每个区域内可区分不同的磨损水平。例如，压力腔的组可位于主体的上部分、下部分和中间部分中，优选地每个部分使用2或3组。
在实践中，压力腔被制造为包含处于参考压力下的给定流体的闭合且密封的腔，所述腔被选择为使得在使用时其中的参考压力不同于高炉操作压力。为实施方便起见，压力腔内的流体为空气，尽管其他气体(特别是惰性气体)在原则上可以被使用。在原则上，压力腔中的流体可以是液体，例如水，但是同样地优选气体、尤其是空气以避免放出炉内的、即使是少量的水。用于气体的参考压力可从如下选择：真空压力、低于炉操作压力的气压、高于炉操作压力的气压。假设典型的高炉操作压力在2到3巴的范围内，参考压力(在环境温度下测得)可以是例如约1巴(大气压力)，或者约4-5巴，或者更高。
根据另一方面，本发明涉及包括内衬有如上所述的冷却片的壳的高炉，所述高炉包括控制系统，所述控制系统被配置为：接收来自冷却片中的压力腔的每个压力传感器的压力信号；检测相对于压力传感器处的参考压力的压力偏差；以及根据来自压力信号的信息和冷却片在高炉中的已知位置来显示冷却片内衬的磨损状态的绘图。
附图说明
现在将参考附图以示例方式来描述本发明，在附图中：
图1：是本冷却片的实施例的原理图；
图2：是安装在外炉壳上的、图1的冷却片的垂直截面视图；
图3：是图2中细节A的放大视图。
具体实施方式
在图1-3中示意性地示出本冷却片10的优选实施例。冷却片10包括一般由板坯(例如由铜、铜合金或钢的铸体或锻体形成)而形成的主体12。此外，主体12具有嵌入其中的至少一个常规冷却剂通道14。如从图1可以看到的，冷却片10在这里被表示为具有四个冷却剂通道14以提供炉的内部和外炉壳16(或防护甲)之间的排热保护屏障。
图2以横截面方式示出安装到炉壳16上的、图1的冷却片10。主体12具有总体上被指示为18的正面(也被称为加热面)，它被转向为朝向炉内部，并且主体12还具有相反的背面20(也被称为冷却面)，它在使用时面向炉壳16的内表面。
如本领域已知的，主体12的正面18有利地具有结构化的面，特别是具有交替的肋22和凹槽24。当冷却片10被安装在炉内时，凹槽24和层状肋22通常被水平排列以提供用于耐火砖内衬(未示出)的锚定装置。
如已知的，在高炉或类似的操作过程中，因为下行的炉料材料的缘故耐火砖内衬腐蚀，从而导致冷却片不被保护并且不得不面对高炉内的严酷环境的事实。
因此，也发生冷却片的磨耗并且期望知道冷却片的磨损状态。
应当认识到的是，本冷却片10装备有磨损检测装置，如现在将解释的。
本磨损检测装置包括分布在主体12中的不同位置处的并且被定位在主体12的正面18之下的预定深度处的多个闭合压力腔26、28。闭合压力腔26、28被制造为被设置在内部参考压力(通常不同于高炉操作压力)下，并且每个压力腔26、28均与压力传感器30相关联。当主体12将向下腐蚀到闭合压力腔的深度时，闭合压力腔会变为打开并且其压力会与高炉操作压力平衡。在监视闭合压力腔26、28中的压力时，人们因此可以检测闭合压力腔打开的时刻，该时刻会由相对于初始参考压力的偏差来指示)。
在实践中，闭合压力腔26、28可由从冷却片的背面20钻过的盲孔形成。如可从图2和3看到的，这些孔是基本上垂直于冷却片10的正面18而被钻成的。盲孔可以具有小直径，优选地在1至3毫米的范围内。每个盲孔通过插塞32而被闭合以便密封压力腔26、28。插塞还支撑压力传感器30以使得压力传感器面向闭合压力腔的内部。这样的压力传感器30可以是压电型的。如图2中所表示的，每个压力传感器30的连接线34密封地穿过插塞32并且通过炉壳中的开口36被引导朝向炉外部。
如上文所表明的，监视原理是基于相对于参考压力的压力偏差。因此，每个压力腔26、28起初被设定为参考气压，参考气压不同于通常的高炉操作压力。通过那种方式，当闭合压力腔由于起初将压力腔的内端与板的前边缘分离开的主体部分的磨损而变为打开时，可以测得压力的显著变化。每个压力腔26、28中的压力因此可被设置为要么低于高炉操作压力要么高于高炉操作压力的参考压力，或者甚至可被设置为真空压力。
在图1中，压力腔26、28的位置用实线圆圈被示意性地指示出来。如可以看到的，它们分布于冷却片主体中不同的定义明确的位置。如已经从其他图中显而易见的，闭合压力腔优选地是按组布置的。
例如，压力腔可按组分布，其中至少两个压力腔为一组，在组内的每个压力腔被定位在所述主体的正面之下的不同预定深度处。转至图3，可以看到，一个压力腔被分配给肋22而另一个压力腔被分配给凹槽。
压力腔28的内末端位于肋的表面以下的距离D1处，而腔26位于对应的凹槽以下的距离D2处，当与相邻的肋22比较时，距离D2也可被称为距离D’ 2。
这样，压力腔的所谓的“深度”对应于从主体中的压力腔的内端到冷却片的正面18的距离，在这里在将新的冷却片中的未使用的肋22的水平处的正面作为参考时，该距离为D1以及D’ 2。
因此，检测到压力腔28中的压力变化将暗示着肋厚度减小了超过D1。检测到压力腔26中的压力偏差将暗示着位于凹槽24处的主体的厚度消减超过D’ 2，或者位于凹槽22处的磨损水平超过D2(取决于参考点)。
因此，图中示出的结构允许监视冷却片10的9个不同的位置/区域：冷却片被分为上部分、下部分和中间部分，它们中的每一个又被细分为左部分、右部分和中间部分。
此外，对于每个区域，人们可以监视肋和凹槽的磨损。

Claims (14)

1.一种用于冶金炉的冷却片，包括：
具有正面(18)和相反的背面(20)的主体(12)，在所述主体中具有至少一个冷却剂通道(14)；
其中在使用时所述正面(18)被转向为朝向炉内部；以及
磨损检测装置，其被适配为监视所述主体(12)的磨损；
其特征在于，所述磨损检测装置包括：
多个闭合压力腔(26、28)，其分布在所述主体中的不同位置处，所述压力腔被定位在所述主体的正面(18)之下的预定深度处；以及
压力传感器(30)，其与每个压力腔(26、28)相关联，被配置为测量每个压力腔内的流体压力，以便在所述压力腔因所述主体的磨损而变为打开时检测相对于所述压力腔内的参考压力的压力偏差，
其中，所述参考压力与炉操作压力不同。
2.根据权利要求1所述的冷却片，其特征在于，所述压力腔(26、28)被形成为从所述主体的所述背面(20)钻成的盲孔，所述盲孔通过密封安装的插塞(32)而闭合。
3.根据权利要求2所述的冷却片，其特征在于，分别为所述盲孔的所述压力腔(26、28)是基本上垂直于所述主体的所述正面(18)延伸的细长中空腔。
4.根据权利要求2所述的冷却片，其特征在于，所述压力传感器(30)由所述插塞(32)支撑，并且所述压力传感器(30)的连接线(34)朝向外部密封地穿过所述插塞(32)。
5.根据权利要求3或4所述的冷却片，其特征在于，分别为所述盲孔的所述压力腔(26、28)具有小于5毫米的直径。
6.根据权利要求1所述的冷却片，其特征在于，所述正面(18)包括交替的肋(22)和凹槽(24)。
7.根据权利要求6所述的冷却片，其特征在于，所述压力腔(26、28)按组分布在所述不同位置处，其中至少两个压力腔为一组，在组内的每个压力腔被定位在所述主体的正面之下的不同的预定深度处。
8.根据权利要求7所述的冷却片，其特征在于，在每个组内，一个压力腔被定位所述肋(22)下面，而一个压力腔被定位在所述凹槽(24)下面。
9.根据权利要求7或8所述的冷却片，其特征在于，压力腔的所述组位于所述主体的上区域、下区域和中间区域中。
10.根据权利要求1所述的冷却片，其特征在于，所述压力传感器(30)是压电型的。
11.根据权利要求1所述的冷却片，其特征在于，每个压力腔(26、28)处于选自以下的参考压力下：真空压力、低于炉操作压力的气压、高于炉操作压力的气压。
12.根据权利要求3或4所述的冷却片，其特征在于，分别为所述盲孔的所述压力腔(26、28)具有在1-3毫米之间的直径。
13.根据权利要求7或8所述的冷却片，其特征在于，压力腔的所述组位于所述主体的上区域、下区域和中间区域中，每个区域2或3组。
14.一种高炉，包括内衬有根据前述权利要求中的任一项所述的冷却片的壳，所述高炉包括控制系统，所述控制系统被配置为：
接收来自所述冷却片中的所述压力腔的每个压力传感器的压力信号；
检测相对于所述压力传感器的一个或多个处的参考压力的压力偏差；
根据来自所述压力信号的信息和所述冷却片在所述高炉中的已知位置来显示所述冷却片内衬的磨损状态的绘图。
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