CN110542485B - 一种高炉铁水主沟内衬温度的测量装置与制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高炉铁水主沟内衬温度的测量装置与制造方法，包括穿过铁水主沟钢壳的测温组件、围绕测温组件的钢壳外支撑座和与支撑座连接的压紧器、将测温组件压紧在被测温耐材中的弹性元件；测温组件的热端设有耐材塞头，其上插入有外保护套管和测温元件。制造测温组件时，先按照耐材塞头的形状和尺寸制作浇制耐材塞头的模具，然后将外保护套管固定在模具中，随后将测温元件穿入外保护套管，并用紧固件连接二者的法兰，最后将耐火浇注料注入模具中，待自然干燥后脱模。本发明的测温组件与所测温度耐材持续保持有良好的接触，可准确测量耐材的温度，可据此准确推测铁水主沟工作层耐材的残余厚度，使其得到最大限度的利用，提高铁水主沟的周期通铁量，增加高炉生产的经济效益。
Description
技术领域
本发明属于高炉炼铁领域，具体涉及一种高炉铁水主沟内衬温度的测量装置与制造方法。
背景技术
高炉铁水主沟为炼铁高炉冶炼生产中，输送高温铁水和炉渣的流道。高温渣铁流过铁水主沟时以及两次出铁间的间隔时间内，沟内的耐火浇注料受到这些高温渣铁的侵蚀，而变得越来越薄，最终会因耐材的残余厚度不能保证安全，为避免发生主沟烧穿漏铁事故而必须重新浇制铁水主沟内的耐材衬体。因此，准确判断铁水主沟内衬的残余厚度、及时重新浇制铁水主沟内衬是关系到高炉生产安全的关键。目前，判断铁水主沟内衬的残余厚度有人工探查和根据检测内衬温度推算两种方式。虽然这两种方法一直以来为大量的高炉所普遍采用，但它们仍然存在下述的主要缺陷。
采用人工探查铁水主沟残余厚度时，基本是在出铁的间隔时间内、铁水主沟内存有满沟高温铁水和炉渣的情况下进行的。此时，由于环境条件极其恶劣、沟内的耐材工作面由高温铁水和炉渣掩盖而不能目视，只能将探棒(几乎均为金属管)插入铁水中探查沟内耐材工作面的侵蚀深度，这种探查的准确度往往取决于操作人的经验。这种方式不能全面、仔细地触探到沟内壁的每一处，经常出现不能准确探查到明显侵蚀的部位而导致险情，或者出于绝对安全的目的而提前重新浇制铁水主沟内衬导致浪费。如果将铁水主沟的残铁和炉渣放尽后再探测，虽然能够达成目视，并准确观察到沟内耐材工作面的侵蚀深度。但是，将残铁和炉渣放尽，会使得沟内耐材受到明显的氧化侵蚀和热震破坏，导致降低铁水主沟的通铁量，同时还会破坏高炉正常的炉前作业秩序，不到万不得已时，一般不能采用这种方法。
随着工业仪表、计算机、数学模型技术的进步，在铁水主沟的内衬中布设测温热电偶检测内衬的温度，利用测得的内衬温度来推算沟内耐材的残余厚度，并在线实时监控内衬温度变化已经被越来越多的现代高炉所采用。理论上看，这种方式结合前述的人工探查就能够准确地获知沟内耐材的残余厚度，确保高炉安全生产。然后，由于这种方法中的热电偶安装方式存在的缺陷，常常未能达成预期的目标。目前，铁水主沟内衬中的热电偶的一种安装方式为：直接将没有保护套管的热电偶偶丝多次折弯后埋在砖衬中。这种安装方式只能在新制作铁水主沟的全部内衬时才能实施，仅在重新制作主沟工作层的周期修理中实施不了。铁水主沟内衬在使用中存在膨胀位移、振动等情况，特别是重新制作主沟工作层时的解体会有极大的振动力作用在埋设的热电偶偶丝上，导致偶丝损坏，失去检测功能，且无法换装新的偶丝，所以这种埋设热电偶偶丝的方法不能满足持续准确监控主沟内衬的需要。另一种热电偶安装方式为，在铁水主沟的钢壳上焊接法兰短管，带保护管的铠装热电偶从法兰短管插入，并固定在法兰上，热电偶的工作端埋入在铁水主沟安全层砌砖的砖缝里。这种方式虽然具备了更换已损坏热电偶的条件，但由于铁水主沟内衬在使用过程中、工作层修理解体工作中存在的振动、热膨胀位移等，砖衬常出现砌缝增大、热电偶工作端发生虚接等，导致测得结果不真实而失去利用价值。
实用新型专利CN204897953U公开了一种高炉铁沟监测装置，提出了在铁水沟的隔热砖层与铁沟永久层之间以有限元原理埋设铜片构成的网格、将热电偶的工作端设在选择的网格节点上的方法来获知多点的温度，进而监控铁水沟内衬的侵蚀情况。该方案虽然能获得大量的内衬温度数据，但仍未解决前述的砖衬振动、膨胀位移导致的热电偶工作端虚接、测得数据准确性欠佳的缺陷。
申请号为CN110093469A的专利，提出了在铁沟永久层预制件冷面设测温板安装槽、安装槽中安装有铜板、铜板上有热电偶安装孔、热电偶的工作端插入铜板上的热电偶安装孔中的热电偶安装方案。这种热电偶安装方式仍然存在内衬因振动、膨胀位移导致的热电偶工作端虚接的问题，同时由于耐材预制件与铜板的热膨胀性不同、铜板因此会出现与预制件接触不良的问题，从而影响测量结果的准确性。
由于目前公知的上述铁水沟内衬测温热电偶安装方式的不足，开发一种既能准确检测铁水主沟内衬温度、又能方便更换已损坏热电偶的热电偶安装方式，可最大限度利用到铁水主沟的工作层耐材、确保安全生产、提高铁水主沟的周期通铁量，具有显著的技术、经济综合意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种既能准确检测铁水主沟内衬温度、又能方便更换已损坏热电偶的测量装置及其制造方法，以克服现有铁水沟热电偶安装方式的不足，为准确推测铁水主沟工作层残余厚度提供必须的基础数据，从而实现安全生产、充分利用到铁水主沟工作层耐材、提高铁水主沟周期通铁量，增加炼铁高炉的经济效益。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高炉铁水主沟内衬温度的测量装置，包含测温组件、压紧器、弹性元件、支撑座和紧固件，所述测温组件穿过铁水主沟钢壳，并插入铁水主沟侧壁安全衬的背面，所述铁水主沟钢壳外围绕测温组件设有支撑座，所述支撑座的沟外侧连接有压紧器，所述压紧器与测温组件的第一法兰之间设有围绕测温组件的弹性元件，所述弹性元件的一端嵌入在第一法兰的外侧表面内，另一端嵌入在压紧器的压紧端板的内侧表面内；
所述测温组件的热端设有圆台或圆柱形的耐材塞头，穿过外保护套管的测温元件的测量端插入于耐材塞头中，其自由端位于压紧器之外，其保护管上设有位置和尺寸与第二法兰匹配的第一法兰，二者用紧固件连接，所述外保护套管的一端插入在耐材塞头中，另一端露出于耐材塞头之外并连接有第二法兰；
所述弹性元件为弹簧或金属波纹管。
优选的，所述外保护套管位于耐材塞头中的端部为直管或设有一个扩张段。
优选的，所述压紧器由至少二个分压紧器组成，各分压紧器的压板组合成压紧器的压紧端板，各分压紧器的侧板组合成压紧器的支撑侧板，各分压紧器的第三法兰组合成压紧器与支撑座连接的法兰。
优选的，所述支撑座的一端与铁水主沟钢壳焊接，另一端设有尺寸和形状与压紧器的第三法兰相匹配的第四法兰。
优选的，所述耐材塞头为采用Al2O3-SiO2材质或Al2O3-SiO2-SiC材质的耐火浇注料浇注的预制块。
一种高炉铁水主沟内衬温度的测量装置的制造方法，测温组件的制造方法包括以下步骤：
S1：按照设计的耐材塞头的形状和尺寸制作好浇制耐材塞头的模具；
S2：按设计插入深度将已经制作好的外保护套管固定在S1制好的模具中，此时，第二法兰应朝上布置；
S3：将已经焊接了第一法兰的测温元件穿入外保护套管，用紧固件连接第一法兰和第二法兰；
S4：将已经混合好的耐火浇注料注入S1制造的模具中，待自然干燥后脱模，此时即获得测温组件；
所述测温组件的制造步骤或者为：
S1：按照设计的耐材塞头的形状和尺寸制作好浇制耐材塞头的模具；
S2：按设计插入深度将已经制作好的外保护套管固定在S1制好的模具中，此时，第二法兰应朝上布置；
S3：将已经混合好的耐火浇注料注入S1制造的模具中，待自然干燥后脱模；
S4：在保护套管之中位置的耐材塞头上钻制与测温元件的外径匹配的通孔或盲孔；
S5：将测温元件穿入外保护套管，用紧固件连接第一法兰和第二法兰，即获得测温组件；或者，在铁水主沟安装现场将测温元件穿入埋设在耐材塞头中的外保护套管中，用紧固件连接第一法兰和第二法兰，即获得测温组件；
测温组件的制造步骤还可以为：
S1：按照设计的耐材塞头的形状和尺寸制作好浇制耐材塞头的模具，在模具中放置与测温元件的形状和尺寸相匹配的模芯；
S2：按设计插入深度将已经制作好的外保护套管固定在S1制好的模具中，此时，第二法兰应朝上布置；
S3：将已经混合好的耐火浇注料注入S1制造的模具中，待自然干燥后脱除外模、取出模芯；
S4：将测温元件穿入外保护套管，用紧固件连接第一法兰和第二法兰，即获得测温组件；或者，在铁水主沟安装现场将测温元件穿入埋设在耐材塞头中的外保护套管中，用紧固件连接第一法兰和第二法兰，即获得测温组件。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
测温组件持续由压紧器和弹性元件压紧在铁水主沟侧壁的砖衬凹坑中，铁水主沟内衬出现因振动、热膨胀导致移位时，测温元件同步移动，没有工作端虚接情况，从而保证了测温结果的准确性。
拆下压紧器即可方便地抽出测温元件损坏的测温组件，重新装入新的测温组件，操作极其简单、方便。
附图说明
图1为本发明的铁水主沟内衬温度测量装置及其安装的示意图；
图2为图1的Ⅰ部放大图；
图3为图2的A向视图。
图中：1为铁水主沟工作层耐材、2为铁水主沟侧壁安全衬、3为隔热层、4为铁水主沟钢壳、5为测温组件、51为耐材塞头、52为测温元件、521为测温元件保护管、522为第一法兰、53为外保护管、531为第二法兰、6为压紧器、61为压板、62为侧板、63为第三法兰、7为弹性元件、8为支撑座、81为第四法兰、9为耐火浇注料、10为沟底耐材。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：
一种高炉铁水主沟内衬温度测量装置，包含测温组件5、压紧器6、弹性元件7、支撑座8、紧固件等；测温组件5的热端有一圆台形的耐材塞头51，外保护套管53的一端插入在耐材塞头51中，另一端露出于耐材塞头51之外并连接有第二法兰531，外保护套管53位于耐材塞头中的端部为直管和一扩张段，耐材塞头为采用Al2O3-SiO2材质或Al2O3-SiO2-SiC材质的耐火浇注料浇注的预制块；穿过外保护套管53的测温元件52的测量端插入于耐材塞头51中，自由端位于压紧器6之外，其保护管521上设有位置和尺寸与第二法兰531匹配的第一法兰522，二者用紧固件连接；测温组件5穿过铁水主沟钢壳4、并插入侧壁安全衬2的背面；铁水主沟侧壁安全层耐火砖块的背部，在测温组件5的耐材塞头51的插入部位，设有与测温组件5的耐材塞头51的形状和尺寸匹配的凹坑；在铁水主沟钢壳4外围绕测温组件5设有支撑座8，支撑座8的一端与铁水主沟钢壳4焊接，另一端设有尺寸和形状与压紧器6的第三法兰63相匹配的第四法兰81，支撑座8的沟外侧连接有压紧器6，压紧器6由二个分压紧器构成，各分压紧器的压板61组合成压紧器6的压紧端板，各分压紧器的侧板62组合成压紧器6的支撑侧板，各分压紧器的第三法兰63组合成压紧器6与支撑座8连接的法兰；在压紧器6与测温组件5的第一法兰522之间有围绕测温组件5的弹性元件7，弹性元件7的一端嵌入在第一法兰522的外侧表面内、另一端嵌入在压紧器6的压紧端板的内侧表面内。
本发明的一种高炉铁水主沟内衬温度测量装置的测温组件5的制造步骤为：
S1：按照设计的耐材塞头51的形状和尺寸制作好浇制耐材塞头51的模具；
S2：按设计插入深度将已经制作好的外保护套管53固定在S1制好的模具中。此时，第二法兰531应朝上布置。
S3：将已经焊接了第一法兰522的测温元件52穿入外保护套管53，用紧固件连接第一法兰522和第二法兰531。
S4：将已经混合好的Al2O3-SiO2材质或Al2O3-SiO2-SiC材质的耐火浇注料注入S1制造的模具中，待自然干燥后脱模。此时即获得测温组件5。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种高炉铁水主沟内衬温度的测量装置，包含测温组件（5）、压紧器（6）、弹性元件（7）、支撑座（8）和紧固件，其特征在于：所述测温组件（5）穿过铁水主沟钢壳（4），并插入铁水主沟侧壁安全衬（2）的背面，所述铁水主沟钢壳（4）外围绕测温组件（5）设有支撑座（8），所述支撑座（8）的沟外侧连接有压紧器（6），所述压紧器（6）与测温组件（5）的第一法兰（522）之间设有围绕测温组件（5）的弹性元件（7），所述弹性元件（7）的一端嵌入在第一法兰（522）的外侧表面内，另一端嵌入在压紧器（6）的压紧端板的内侧表面内；
所述测温组件（5）的热端设有圆台或圆柱形的耐材塞头（51），穿过外保护套管（53）的测温元件（52）的测量端插入于耐材塞头（51）中，其自由端位于压紧器（6）之外，其保护管（521）上设有位置和尺寸与第二法兰（531）匹配的第一法兰（522），二者用紧固件连接，所述外保护套管（53）的一端插入在耐材塞头（51）中，另一端露出于耐材塞头（51）之外并连接有第二法兰（531）；
所述弹性元件（7）为弹簧或金属波纹管。
2.根据权利要求1所述的一种高炉铁水主沟内衬温度的测量装置，其特征在于：所述外保护套管（53）位于耐材塞头中的端部为直管或设有一个扩张段。
3.根据权利要求1所述的一种高炉铁水主沟内衬温度的测量装置，其特征在于：所述压紧器（6）由至少二个分压紧器组成，各分压紧器的压板（61）组合成压紧器（6）的压紧端板，各分压紧器的侧板（62）组合成压紧器（6）的支撑侧板，各分压紧器的第三法兰（63）组合成压紧器（6）与支撑座（8）连接的法兰。
4.根据权利要求1所述的一种高炉铁水主沟内衬温度的测量装置，其特征在于：所述支撑座（8）的一端与铁水主沟钢壳（4）焊接，另一端设有尺寸和形状与压紧器（6）的第三法兰（63）相匹配的第四法兰（81）。
5.根据权利要求1所述的一种高炉铁水主沟内衬温度的测量装置，其特征在于：所述耐材塞头（51）为采用Al2O3-SiO2材质或Al2O3-SiO2-SiC材质的耐火浇注料浇注的预制块。
6.一种高炉铁水主沟内衬温度的测量装置的制造方法，包括权利要求1-5任意一项所述的一种高炉铁水主沟内衬温度的测量装置，其特征在于，测温组件（5）的制造方法包括以下步骤：
S1：按照设计的耐材塞头（51）的形状和尺寸制作好浇制耐材塞头（51）的模具；
S2：按设计插入深度将已经制作好的外保护套管（53）固定在S1制好的模具中，此时，第二法兰（531）应朝上布置；
S3：将已经焊接了第一法兰（522）的测温元件（52）穿入外保护套管（53），用紧固件连接第一法兰（522）和第二法兰（531）；
S4：将已经混合好的耐火浇注料注入S1制造的模具中，待自然干燥后脱模，此时即获得测温组件（5）；
所述测温组件（5）的制造步骤或者为：
S1：按照设计的耐材塞头（51）的形状和尺寸制作好浇制耐材塞头（51）的模具；
S2：按设计插入深度将已经制作好的外保护套管（53）固定在S1制好的模具中，此时，第二法兰（531）应朝上布置；
S3：将已经混合好的耐火浇注料注入S1制造的模具中，待自然干燥后脱模；
S4：在保护套管（53）之中位置的耐材塞头（51）上钻制与测温元件（52）的外径匹配的通孔或盲孔；
S5：将测温元件（52）穿入外保护套管（53），用紧固件连接第一法兰（522）和第二法兰（531），即获得测温组件（5）；或者，在铁水主沟安装现场将测温元件（52）穿入埋设在耐材塞头（51）中的外保护套管（53）中，用紧固件连接第一法兰（522）和第二法兰（531），即获得测温组件（5）；
测温组件（5）的制造步骤还可以为：
S1：按照设计的耐材塞头（51）的形状和尺寸制作好浇制耐材塞头（51）的模具，在模具中放置与测温元件（52）的形状和尺寸相匹配的模芯；
S2：按设计插入深度将已经制作好的外保护套管（53）固定在S1制好的模具中，此时，第二法兰（531）应朝上布置；
S3：将已经混合好的耐火浇注料注入S1制造的模具中，待自然干燥后脱除外模、取出模芯；
S4：将测温元件（52）穿入外保护套管（53），用紧固件连接第一法兰（522）和第二法兰（531），即获得测温组件（5）；或者，在铁水主沟安装现场将测温元件（52）穿入埋设在耐材塞头（51）中的外保护套管（53）中，用紧固件连接第一法兰（522）和第二法兰（531），即获得测温组件（5）。
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