TW201923094A - 豎爐狀態監控 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種豎爐，特別是高爐，包含一定義爐外牆之金屬護套（11），與保護該外牆內表面的保護層。至少一個狀態監控探針（24）設置於保護層內，以監控後者。該狀態監控探針與一設置於該外牆外部之無線模組（62）連接，以傳輸狀態監控數據。該無線模組（62）位在安裝於該金屬護套（11）之外表面上的一罩殼（38）裡面。該狀態監控探針（24）包含一個或多個定位於冷卻片本體、或耐火襯層正面下方之預定深度（d1、d2、d3）的導電迴路（28），使得本體（12）之磨耗（各個耐火物）可藉由因磨損導致的迴路之電特徵改變被偵測到。

Description

豎爐狀態監控

本發明總體關於冶金爐（亦即豎爐及高爐）的狀態監控。本發明特別與在冷卻元件前方之保護層磨損之後的冷卻元件之狀態監控相關。

如同眾所周知，豎爐之運作如同一逆流反應器，其中向下流動的裝載材料與上流處熱的、富含一氧化碳的燃燒氣體接觸。該固態進爐材料由亞鐵材料（鐵類、礦石、燒結物，及團礦）、煤焦及溶劑材料所組成，且該固態進爐材料受到引力進料至爐的頂端，而空氣中通常充滿O₂ ，且有時會從爐底部附近的風口給予輔助燃料。液態的熱金屬及液態礦渣通過位在爐底部的數個出鐵口以規律間隔流出。

豎爐，特別是高爐（Blast Furnaces；BF），最好在彈性、穩定且有效率的方法下運作以擁有高生產率及低燃油率，而能具有長競爭壽命。

高爐經常被稱為「黑盒子」。其中一個原因似乎是因為觀察或監控爐內發生事情的困難度。確實，在BF內氣、固、液三相共存；反應以放射方向非均勻地進行，此過程伴隨一與時間相依的變異數，且該等欲測參數總在高溫、高壓、且包含塵土的大氣中移動。

意即，BF之探針及測量裝置在過去數十年間基於電子、光學及電腦技術的發展已有了很大的進步。藉著電腦的使用，現在已經能以更好的方式來監控高爐的不同參數，因為電腦不僅允許顯示變異數，且能使用已建立的模型、比較不同變異數，還能建立資料庫，以儲存變異數以及其在過程中的演化。

主要的過程監控感測器為：
測壓分接頭，其位於爐腹風管監控鼓風壓力，也位在BF內不同高度以監控爐料的透氣性與內聚帶的位置。
安裝於耐火襯料內不同位置（爐床和爐頸）之熱電偶，以監控耐火物的情況及局部熱變異數。
固定在上方之爐料探針，以測量氣體溫度與測定爐料中的氣體模式。
插入爐料下方的探針，以監控爐的爐頸內部氣體的溫度與成分。
軌跡探針測量在進料過程中爐料自分佈滑道落下的軌跡。
在頂端的放射輪廓儀測量進爐材料的爐料線表面輪廓。
庫存料移動感測器來監控爐料的下降。

是故，在今日，精密探針及測量裝置的使用提供BF操作者過程狀態中有用的資訊。為了BF之確實操作，藉由使用該等不同之感測裝置來收集各個操作參數係必要的，以使BF的過程變得對操作者透明。

現代的高爐因此配備有提供BF控制中心在連續狀態的過程數據之大量探針、設備與量測裝置。

除了過程參數，監控狀態參數係必須的，其反映，例如，爐應有部件之磨耗情況。此藉由檢查及透過感測器來完成。舉例而言，藉由超音波探針來監控冷卻元件的狀態係眾所周知的。

在此方面，爐心經過高溫及惡劣環境。此外，為了要保護該等爐壁及限制通過該等牆壁的熱散發，爐之內部牆壁配備有一片耐火襯材。在現代的爐中，該耐火材料安裝在稱為冷卻壁的冷卻元件上。

最初，該等冷卻元件係其內鑄有冷卻管的鑄鐵板。作為鑄鐵壁的替代品，銅壁已發展出來。現今，冶金爐的冷卻元件因此也由銅、銅合金，或最近而言，鋼所製成。

耐火磚襯層、耐火噴漿材料或過程產生之附積層形成排列在板狀本體之熱面前方的保護層。該保護層對於保護冷卻元件免於主宰爐內的苛刻環境所造成的劣化係有用的。

取決於操作者運作BF的狀況，該保護層可能因爐料（煤焦、礦石等）下降之摩擦而磨損。然而在實務中，爐有時也在沒有保護層下運作，導致熱面之多層肋狀物的侵蝕。

為預期一種維護操作方式，監控冷卻元件的狀態（即磨耗）因而有用。因前述之苛刻條件，尚未能想像在爐內安裝一項精密裝置。因同樣理由及時常有材料在爐內，不太可能以目視檢查冷卻元件的狀況。

解決方法在技術中已被提出。舉例而言，文件JPS61264110揭示一種包含利用與壁本體背面接觸的超音波探針，以偵測其侵蝕的狀態監控系統的冷卻壁。此顯示為一種在高爐環境中需改善的繁複技術。

另一份文件WO 2016/023838揭示一種包含狀態監控系統的冷卻壁。該壁包含多個分布在壁體內不同位置的封閉壓力腔。一壓力感測器與各個壓力腔連接，以在壓力因本體部分的磨損而變為開井壓力時，偵測與參考壓力的偏差。雖然此文件所述之該解決方法技術上令人滿意，其需要一些可能會增加成本的工場準備。

WO 2013/009824則揭示一種壁/磚構造，其中磨耗監測器及/或熱電偶配置通過或鄰近於該壁及/或該一個或多個磚。數據傳輸電纜連接至熱電偶，且磨耗監控系統直到控制中心即結束傳輸，以使數據讀取結果能在爐運作時「即時」連續地傳輸。該磨耗監控技術係相當複雜，因其依靠時域反射量測法。

另揭示於WO 2013/009824的係一雷射掃描及製圖系統，以自動掃描及繪製爐內部及追蹤壁與耐火磚的內部狀態。該製圖系統使用例如來自發射器/接收器單位的雷射光波之能量波。為要執行該繪圖動作，將了解該特定設備可在高爐關閉及進料已降低的少數情況下用於高爐內。

US3,532,797 D2揭示偵測耐火襯料磨耗之導電迴路用途。各個迴路安置於個別的氧化鋁管內，且該等管通常以交錯方式捆為圓柱束狀。該導電迴路由一條具有鄰近爐襯料熔點的導線形成，以使該迴路於襯料液化或熔化時熔化。該導電迴路的交錯排列允許在數種深度偵測磨耗。然而該感測器之設計與安裝係相當實驗性且繁複。

〔發明目的〕

本發明之一目標係改善豎爐內的狀態監控。

本發明之一特定目標係改善該等冷卻元件的狀態監控，亦即其磨耗情況。

本發明衍生自關於豎爐及高爐狀態監控的考量因素。如同以上所述，多個感測器與探針設置於BF內以監控過程參數，諸如壓力、溫度、爐料分布。該等參數提供連續區域的過程數據給控制中心，該數據對高爐有效率且可靠的運作係必須的。

該等過程監控探針及感測器之安裝係耗時且代表大量工作。因為該等感測器必須為BF操作提供連續數據，不僅需要將該等感測器安裝於爐內，還需將電纜牽過爐外殼至控制中心。

佈線再次成為在BF維護關閉期間的問題，尤其係在恢復耐火層或更換冷卻壁時。

在狀態監控之情況中，本發明提出使用感測器數據之無線傳輸，而非導線傳輸。在豎爐的情況中使用無線傳輸第一眼可能看起來不恰當：有許多金屬構造包圍無線模組，且運作環境係苛刻的（溫度/粉塵/爐殼之屏障）。此外，在爐的操作期間更換電池可能是個問題。

然而，使用無線傳輸對從監控感測器來傳輸數據係合理的。與在爐的操作中持續需要的過程參數相反，狀態參數（例如耐火襯層或冷卻元件的磨耗狀態）不需要此等持續監控。該等狀態參數可選擇性地、或以數小時至數天範圍之間之時間基礎週期性地檢查。在實務上，該等狀態參數可能每數小時或一天檢查一次。此短暫的每日操作時間保全了電池時間，也允許週/月營運，以使電池更換作業可不需在關閉期間內進行。

最後但並非最不重要的係，使用無線模組傳輸狀態監控感測器與探針之數據，將避免耗時且繁複之佈線作業，且因此顯著地減少豎爐關閉時間。

根據第一態樣，本發明提出一種豎爐，特別是一種豎爐，包含：
一個定義爐外牆的金屬護套；
一層保護（至少部分地）該外牆之內表面的保護層；
至少一個裝置於該外牆內側且在保護層之內以監控後者的狀態監控探針；
其中至少一個狀態監控探針與一偵測模組（34）連接，該偵測模組（34）操作上與一電池供電、且裝置於外牆外側以傳輸狀態監控數據的無線模組連接；
其中該外牆包含一個用於（多個）狀態監控探針與無線模組之有線連接的孔洞、一個以氣密式安裝在該金屬護套之外表面、覆蓋該孔洞的罩殼。

如以上引用之先前技術般明顯，該技術的共同智慧係使用有線磨耗監控感測器與過程監控感測器（熱電偶）。本發明因此藉由於狀態監控探針使用無線模組以克服技術偏見。

本發明居於洞察以電池供電之無線模組自狀態/磨耗感測器傳輸數據係可行，因為測量頻率較過程監控感測器低，且因為它們的讀取不為生產目的所需要。

使用結合無線模組之磨耗探針大幅地簡化磨耗測器的安裝，且特別是在改造現有高爐的時候。如同將了解的，一個在爐壁上的孔洞足以利用來牽引感測器線至外側且連接至偵測/無線模組。

使用無線模組來傳輸狀況監控感測器與探針的數據將免除耗時、繁複且成本密集的佈線作業，也因此顯著地降低豎爐關閉時間。在實施方式中，該偵測模組經建構以在預定時間間隔（但不超過一天或兩天一次）藉由該狀態監控探針來評估狀態。

有利的係，該無線模組、偵測模組及電池位於罩殼內。為改善通訊，一支無線模組的天線可伸出罩殼外。該偵測－無線模組因此受到保護免於BF的惡劣環境，但藉由有時開啟罩殼而可存取。儘管該偵測－無線模組位於一封閉金屬罩殼內，無線傳輸因天線導引至罩殼外而係可用。

在實施方式中，該罩殼包含一個鋼管件，其一端定位以包圍金屬護套的孔洞且焊接至該金屬護套之外表面；管件相反的一端則由一個蓋子緊緊地封閉。

一般而言，該保護層可包含冷卻元件及/或耐火襯料。該狀態監控探針可埋置於冷卻元件及/或耐火襯層內。該詞「冷卻元件」於此使用，以適當涵蓋任何豎爐或高爐使用的冷卻裝置，包括廣為人知的冷卻片與冷卻壁。

冷卻元件之狀態監控藉由請求項7所敘述之設計而有利地達成。該狀態監控探針包含一個或多個位於冷卻片體正面下方之預定深度的導電迴路，各個迴路連接至本體背面的一對接線端點，以能藉由因磨損產生之該迴路電特徵改變來偵測導電迴路的磨耗。該狀態監控探針之設計也可以稱為磨耗偵測探針。

可藉由一連接至接線端點的偵測模組，基於各式各樣的電動原理（電壓、電流或電阻的改變）評估具有該等導電迴路的狀態監控探針。

較佳而言，該偵測模組經建構以評估各個導電迴路的電封閉電路狀況。因不須事先校正且不受制於溫度變異，該評估可輕易地實行。

以上及其他實施方式引用於附加之依附附屬項。

根據另一態樣，本發明與請求項10所敘述的冶金爐或豎爐之冷卻片有關。其包含一個具有正面及相反背面的本體，其中在使用時，該正面轉向爐內側。該本體包含至少一個冷卻劑流道在其中，以循環冷卻流體，例如水。該正面側以包含交錯的肋狀物與槽為佳。

應理解，至少一個磨耗偵測探針埋置於本體以偵測其磨耗。該磨耗偵測探針包含多個位於該本體正面下方之預定深度的導電迴路，且自此為電絕緣，各個迴路連接至本體背面的一對接線端點，以能藉由因磨損產生之迴路電特徵改變來偵測本體的磨耗。該冷卻片進一步特徵在於：
該導電迴路以該板上之數個導電線路形成；
每個導電迴路大致形似一U形，且各迴路位居於另一個之內；
該導電迴路普遍自背面沿本體之厚度方向延伸，以使每個迴路之末端部分（形成一可磨耗部分）位於離正面之預定距離上（d1、d2、d3）；
該探針裝置在該本體上一通孔或盲孔內；
該探針包含一包圍該具有導電迴路的板之圓柱外罩，該圓柱外罩具有與該孔形狀相符合的形狀；且
該圓柱外罩係由與冷卻片本體相同之材料製成。

其他該冷卻片之實施方式敘述於所附加請求項11至14。

根據一進一步之態樣，本發明與一請求項15敘述之磨耗偵測探針相關。

如同上文所論述，現代之高爐操作一般是基於藉由安裝於爐內不同位置的過程監控感測器與探針所獲得的過程數據。

除了過程監控，狀態監控感測器在評估BF元件之磨耗情況係必須的。在本發明之內容中，BF中之狀態監測現在將以一件關於冷卻元件（亦即冷卻片）磨耗偵測的應用來論述。將先論述該磨耗偵測探針之安裝與設計，接者係與用來傳輸數據之無線模組的操作耦接，例如控制中心或數據儲存處及/或處理系統（廠地或是雲端二者之一）。

圖1展示一為狀態監控而配備之冷卻片10的較佳實施方式。該冷卻片10安裝於高爐之外牆（或殼）11上。該外牆傳統上由一直立金屬護套，一般是鋼（僅部分展示）所組成，該金屬護套為其內表面11.2提供一覆蓋外牆與底部之耐火襯層（在圖1中，為清楚說明，僅展示與標示部分耐火襯層15）。該冷卻片為冷卻目的而裝置於殼壁11與耐火襯層15之間，且由固定裝置11.1固定。

圖1僅展示冷卻片10之其中一部份。如技術內所知，冷卻片10包含一一般由板組成之本體12，即由鑄造或鍛造之銅、銅合金、鑄鐵或鋼的本體組成。該本體12具有至少一條傳統冷卻劑流道14埋置其內，為在爐內部11.2與爐壁11之間提供一熱疏散保護屏障。冷卻流體（通常為水）通過裝置於牆壁11內之適當連結器14.1在冷卻流道14中循環。

該本體12具有一正面16，該正面轉向爐內部，且一相反背面18在使用時面向爐壁11。

如圖1所示，該本體12之正面16有利地具有一結構化之表面，特別是交錯的多層肋狀物20與凹槽22。當冷卻片10安裝在爐上時，凹槽22與肋狀物20為要提供耐火襯磚一固定裝置，而普遍呈水平排列。

在高爐的操作過程中，該耐火襯磚因進爐材料下降而侵蝕，使冷卻片未受保護且面對高爐內的惡劣環境。

結果，取決於BF的操作狀況，該等冷卻片的侵蝕可能會發生，且最好去監控該等冷卻片的磨耗情況。

為要監控該等冷卻片，多個磨耗偵測探針埋置於其中。

於是，於該實施方式中，本體12包含多個以垂直於本體12之正面16的方向鑽出之通孔26。該通孔26的直徑經尺寸設計以接收磨耗偵測探針24於其中。

該磨耗偵測探針24之設計將藉圖2與圖3的示意圖而更易於瞭解，該圖式分別對應非使用之冷卻片情況與部分地磨耗之冷卻片情況。

該探針24包含多個導電迴路28，在此有三個。

在使用中，每個導電迴路28連接至一對配置於本體12之背面18的接線端點30。每個導電迴路28普遍朝本體之厚度方向延伸，以達到正面16下方之預定深度。進一步而言，每個迴路28之末端部分位於相對於正面16的一預定距離d1、d2、d3。該末端部分形成一經設計以因冷卻片正面磨損之侵蝕而改變及/或消除的可磨損之部分32。在實務上，該導電迴路28與一支撐板或片結合，各迴路彼此分開且絕緣。

只要該可磨耗部分32達到相對於正面16之預定距離，該導電迴路28之總體形狀即非磨耗偵測探針24之重要特徵。在圖2的實施方式中，該迴路28具有一U形形狀以及兩條自背面18上之接線端點30延伸之平行線，藉一條橫向、在正面16之給定距離處形成可磨耗部分32的第三條線會合。該三個迴路28置於一塊載板42上，位居在另一迴路內，且彼此隔絕。

舉例而言，該具有導電迴路在載板42上的探針可輕易地製造成印刷電路板。

在圖2中，該冷卻片10並無磨耗。該探針24在冷卻片10的正面16與背面18之間延伸。

在操作上，爐內材料撞擊且摩擦冷卻片10；該高度磨損效應撕裂一些冷卻片。磨耗跡象出現於冷卻片本體12，如圖3中之虛線所示。該磨耗偵測探針24與片10之本體12一同磨損。當該磨耗輪廓向下達到相當於d1之距離深度時，該外側導電迴路之可磨耗部分32受阻斷，且無電流能在其中流通。

隨著磨耗進展，該磨耗輪廓到達另一導電迴路之可磨耗部分（d2然後是d3），該磨耗部分受阻斷，除非該冷卻片於其特定位置磨耗殆盡。

藉由檢查所有導電迴路28之完整性，即可能推斷冷卻片之剩餘厚度（已知不同導電迴路之d1、d2等位置）。

該迴路28之接線端點30可通過導線36連接至一偵測模組34。在實施方式中，該偵測模組可直接連接至接線端點，或在偵測模組與接線端點之間可有其他元件。

該偵測模組34經有利地建構以評估每個迴路28之電封閉電路狀況。倘若一導電迴路28確認該封閉電路狀況，則施加在各自接線端點的電流可在其中流通。此確定了電路的完整性。可因此推斷該冷卻片在該對應深度並無受損或磨耗。

該偵測模組34可經建構以在預定時間間隔執行各個導電迴路之評估，例如每數小時或以一天一次為佳，以節省能源。

該偵測模組34安裝於或更遠離冷卻片的背面，如下將進一步論述。在圖1中，該偵測模組34容納於一爐壁外側的封閉罩殼38內。該偵測模組34於此藉由通過爐壁11上一孔洞的導線36連接至三個探針24。

現在轉至圖5，展示了一項圖1所使用之磨耗偵測探針24之可能設計。如以上所顯示，該導電迴路28一般以一基本為剛性的支架所支撐，例如板42或片。其可利用印刷電路技術輕易地製造，例如鍍銅板之濕或乾蝕刻。該板42可由環氧樹脂或其他適當材料製成。印刷技術也可用於構成導電迴路/軌道。導電軌道之裸露表面可藉由電絕緣材料塗層（以噴霧、塗刷或層積）來絕緣。在能製造理想的多層構造之處，不同的導電迴路也能於該處建立在另一個之上。

此等僅為實施例；任何合適的技術皆可用來於載板上成形導電軌道。

如從圖5中將瞭解，該磨耗偵測探針24有利地包含一包圍電路板42之圓柱外罩。該圓柱外罩具有與本體12上之孔26形狀匹配之外側形狀。

該圓柱外罩包含兩個半圓柱部件44，電路板42夾在該兩個半圓柱部件之間。該兩個半圓柱部件44壓合在一起於中間夾住電路板42，以形成一符合孔26內之圓柱形狀。該兩個半圓柱部件44可用任何適合的固定裝置持定在一起，例如螺釘或膠（未展示）。

然而螺旋固定或黏著並非必要。簡化該兩個圓柱部件與其中間的電路板之裝配、並將其插入冷卻片本體的洞中就已足夠。例如在實施方式中，可在外罩部件/電路板的界面提供一層導熱糊劑。

為確保良好的冷卻且不影響磨耗模式，外罩部件44以與冷卻片本體相同材料製成為較佳。亦即該外罩部件44可由銅或銅合金製成。一般而言，該外罩部件可由表現出相同或可比擬之磨耗行為/速度的材料製成。較本體材料堅硬的材料最好避免。較軟材料可在該孔26相當窄小時使用。

為定位目的，各個半圓柱部件44可包含一位於本體12背面（與接線端點30相同之末端）之末端的肩46。該肩46形成一較大直徑部分，該部分朝著本體12所提供之安裝孔26的入口部分48一附加徑向表面48（圖4）以鄰接。該肩46及鄰接表面48在本體12的厚度方向上定義探針24的位置。

在圖4中可注意到，該背面18在孔26之鑽孔處包含一凹槽50。該凹槽50提供一容納空間，例如容納一偵測模組或其他部件。此凹槽50並非必要，且事實上於圖1的實施方式中省略，在該實施方式中接線端點30基本上與本體12之背面對齊。

仍然在圖4中，說明一選擇性鎖定裝置，其包含插在探針24隔壁之螺孔54內的一螺釘52及一墊圈53。該較大部分之自由端經加工以提供一個或兩個軸向延伸的平面，露出各自的徑向表面56。如圖4所示，在安裝上，該墊圈53（且可能為螺釘頭）與徑向表面56重疊，阻擋探針24於原地。藉由此設計，螺釘52防止探針外罩24之軸向與旋轉之移動。

於圖6展示一種磨耗偵測探針之替代設計，標示為124。相同或相似之元件以相同的參考符號加上100來標示。與探針24相比，第一個差別在於導電線之鋪設。該印刷電路板142包含預定數量之U形導電迴路128，亦即三個，位居在另一個之內。導電迴路128並非電獨立的，而是共享一個相同的接地端點157，減少接線端點130之總數。

另一差別為半圓柱部件144包含一軸向延伸的凹槽158，其於端點末端處打開，尺寸經設計以容納該電路板142。

在以上實施方式中，該磨耗偵測探針24、124展示為延伸過本體12之全部厚度，因此安裝於一通孔26中。但該磨耗偵測探針可具有更短的長度且插入盲孔中。

在其他實施方式中（未展示），該磨耗偵測探針可在無外罩下裝置於冷卻片本體內，而鑄型於一填充材料。舉例而言，一盲孔可自冷卻片之背面鑽入，且既而以一填充材料填滿，例如水泥。由載有導電迴路之板所組成之該磨耗偵測探針接著插入盲孔之中。在該實施方式中，該板在使用中以位於一垂直平面上為較佳。相反地，當具有導電迴路之板42裝置於一外罩中（如圖4），該探針以定位為較佳，以使板42在（使用時）在一水平平面上。

現在讓我們來談探針24的佈線。如同以上所解釋，多個探針24一般埋置於冷卻片12內之不同位置，相當於在一槽或一肋狀物上（見實施例圖1）。該迴路28之完整性評估一般藉由一與探針本身分開之偵測模組34完成。取決於技術選擇，該偵測模組34可連接至一個或多個探針。該偵測模組34一般包含一張具有特定數量之輸入/輸出端子之擷取卡，其決定與導電迴路之連結數目。該偵測模組以包含一經建構以執行各個導電迴路之評估作業的處理器單位為較佳。然而，此並非必須，且該偵測模組可僅作為介面，該評估作業由BF控制中心來執行。

在圖1的實施方式中，該相同冷卻片之探針24以導線連接至一共同的偵測模組34（線35自各個探針走向偵測模組34）。該偵測模組34本身位於該爐殼11外側之罩殼38內。此於圖7中更詳細描述。

罩殼38包含一鋼管件38.1，該鋼管件一端定位以包圍金屬護套11之孔洞40，且以氣密式焊接至該金屬護套11之外表面。該管件38.1之相反末端以蓋38.2緊緊地封閉。於此，該蓋38.2以螺旋鎖至一焊接至管件38.1的徑向凸緣38.3。一環形墊片38.4插入蓋子之該等面向表面與凸緣之間。罩殼38因此提供一通過孔洞至爐內之通路端口，而其在BF正在運作中時為可密封地關閉，以避免壓力洩漏。

可注意到的係該罩殼38在技術中已為習知，特別是為要進接熱電偶。圖7中之參考符號60標記一傳統上裝置於冷卻片背側、以監控其溫度之熱電偶。該熱電偶延伸至罩殼內，以方便其操作與在需要時之替換作業。

應注意，為要傳輸關於冷卻片12的狀態數據至BF控制中心，如磨耗偵測探針24所測定者，該偵測模組34在操作上連接至一無線模組62。該偵測模組34與無線模組62以電池64供電。無線模組之天線66以經過罩殼38延伸至罩殼38外（及爐壁11）為佳。在所展示之實施方式中，一填料箱65裝置於蓋38.2內之一孔38.5中，且該天線66經導引通過該孔38.5。熱電偶60之導線（未展示）一般也經過該孔38.5。

本發明於此利用現有在BF殼上之通路端口（亦即罩殼38）以安裝狀態監控探針。該偵測模組34安裝於罩殼38內、爐壁外側，且導線36可方便地經過孔洞40。

使用無線模組62將各個偵測模組34連接至控制中心避免了冗長且昂貴的佈線資訊。此藉由降低爐之維護停機時間而提供了一顯著的優勢。

該無線模組62可基於任何適合之無線技術/標準，例如WIFI、藍芽、3G、4G、LTE、Laura等。

與過程監控探針相反，因並不需要連續饋送，使用電池供電模組於狀態監控在此成為合理。

該偵測模組經編程以每天一次或兩次評估冷卻片之狀態/磨耗。此磨耗偵測探針之低工作時間允許依靠電池之長期運作。該電池可基於任何適合之技術。

最後轉至圖8，其展示一種本發明於改造現有高爐效率之實施方式。相同的參考符號表示與圖7中相同或相似之元件。為要監控冷卻片10之磨耗，在爐壁11且通過於殼11與冷卻片10之間之絕緣層13鑽一孔洞40為足夠。接著一通孔26沿其厚度方向、自背面至正面鑽入該冷卻片本體。明顯地，該通孔於一已知位置鑽入，以避免內部冷卻流道開孔。於此也能瞭解該罩殼38提供一通往孔洞40之可封閉之通路端口。

如圖6與圖7所呈現之磨耗探針24接著插入該通孔。該通孔26之內徑與探針24之外徑為相適應，以使兩者裝配時有一小空隙。一端連接至探針之PCB的導線35’牽引通過孔洞40且通過罩殼38之壁。在此，導線35’經過蓋38.2上之一孔38.5，該孔藉一填料箱65封閉。

可注意到，該探針24藉一壓縮彈簧72維持於原處，該壓縮彈簧72與探針24之軸線對齊，且一末端於探針外罩之背面、另一端於蓋38.2之內側支撐。此確保該探針24在孔洞中保持完全插入，以使導電迴路之末端位在已知位置。與其他固定裝置（例如螺釘）相比，彈簧72之使用具有不需進一步加工或準備該冷卻片之優點。若有需要，一導引套74可於彈簧72所覆蓋之部分距離插入彈簧72中。

導線35’在爐外連接至一個包含一偵測模組34、無線模組62及電池64之單位70，其安置於一金屬外罩70.1內。該無線模組62連接至外罩70.1外的天線66’。

本發明現在將藉由實施例連同參考隨附圖式來描述，其中：

圖1：係一種安裝於一高爐外牆上、配備有狀態監控感測器之冷卻片實施方式的剖面圖；

圖2：係埋置於非使用中之冷卻片中之磨耗偵測探針的示意圖；

圖3：係埋置於部分磨耗的冷卻片中之磨耗偵測探針的示意圖；

圖4：係說明以改裝後之外罩安裝磨耗偵測探針的剖面立體圖；

圖5：係圖1之磨耗偵測探針的立體分解圖；

圖6：係磨耗偵測探針之另一實施方式的立體分解圖；且

圖7：係關於圖1之存放偵測模組之罩殼的細節；且

圖8：係依所呈現之磨耗偵測探針改造之冷卻片的剖面圖。

Claims (15)

1. 一種豎爐，特別是高爐，包含： 一個定義一爐外牆之金屬護套（11）； 一層保護該外牆之內表面之保護層； 至少一個裝置於該外牆內側且在該保護層之內以監控後者之狀態監測探針（24）； 其中該至少一個狀態監控探針（24）與一偵測模組（34）於操作上連接，該偵測模組（34）與一電池供電、且裝置於該外牆外側以傳輸狀態監控數據的無線模組（62）連接；且 其中該外牆（11）包含一個用於該至少一個狀態監控探針（24）與該無線模組（62）之有線連接的孔洞（40）、以氣密式安裝在該金屬護套（11）之外表面、覆蓋該孔洞（40）之一罩殼（38）。
2. 如請求項1所述之豎爐，其中該偵測模組（34）經建構以在預定時間間隔（但不超過一天一次或兩次）藉由該至少一個狀態監控探針評估狀況。
3. 如請求項1所述之豎爐，其中該無線模組（62）、該偵測模組（62）及該電池位於該罩殼（38）內；且該無線模組（62）的一支天線（66）延伸出該罩殼（38）之外。
4. 如請求項1或2所述之豎爐，其中該罩殼（38）包含一鋼管件（38.1），該鋼管件（38.1）一端定位以包圍該金屬護套之該孔洞（40），且焊接至該金屬護套之外表面；該管件（38.1）之相反末端以一個蓋（38.2）緊緊地封閉。
5. 如請求項1所述之豎爐，其中該保護層包含一冷卻元件（10）及/或耐火襯料（15）；且該狀況監控探針（24）埋置於該冷卻元件及/或該耐火襯料中。
6. 如請求項5所述之豎爐，其中該冷卻元件（24）固定於該外牆（11）之一內表面上，且該狀態監控探針（24）埋置於該冷卻元件之一本體（12）中。
7. 如請求項6所述之豎爐，其中該狀態偵測探針（24）包含多個位於該本體正面下方之預定深度的導電迴路（28），且自此為電絕緣，該每個迴路連接至該本體背面之一對接線端點（30），以能藉由因磨損產生之該迴路之一電特徵改變來偵測該本體之磨耗；其中 該導電迴路以該板（42）上之數個導電線路形成 該每個導電迴路（28）描述一個大致的U形，且該等迴路位居於另一個之內， 該導電迴路大致上沿該本體之一厚度方向自該背面延伸，以使該每個迴路之一末端部分（形成一可磨耗部分）位於自該正面之一預定距離處（d1、d2、d3）； 該探針（24）安置於一個該本體上之通孔（26）或盲孔中； 該探針（24）包含一環繞該具有該導電迴路之板之圓柱形外罩，該圓柱形外罩具有匹配該孔洞形狀之形狀；且 該圓柱形外罩以與該冷卻片（12）之本體（12）相同之材料所製成。
8. 如請求項7所述之豎爐，該偵測模組（34）連接至該接線端點（30）且經建構以評估該每個迴路（28）之該電特徵，特別是該每個迴路之電壓、電流或電阻其中一者。
9. 如請求項8所述之豎爐，其中該偵測模組（34）經建構以基於電阻量測來評估該每個導電迴路（28）之電封閉電路狀況。
10. 一種用於冶金爐或豎爐之該冷卻元件，其包含： 一個具有正面（16）與相反背面（18）之本體（12），該本體具有至少一條冷卻劑流道於（14）其中；其中在使用時，該正面轉向該爐之內部，且以包含交錯的肋狀物與槽為佳； 且該至少一個磨耗偵測探針（24）埋置於該本體（12）以偵測其磨耗， 其特徵在於該磨耗偵測探針（24）包含多個位於該本體正面下方之該預定深度之該導電迴路（28），且自此為電絕緣，該每個迴路連接至該本體背面之一對接線端點（30），以能藉由因磨損產生之該迴路之該電特徵改變來偵測該本體之磨耗；其中 該導電迴路以該板（42）上之數個導電線路形成 該每個導電迴路（28）描述一個大致的U形，且該等迴路位居於另一個之內， 該導電迴路大致上沿該本體之厚度方向自該背面延伸，以使該每個迴路之一末端部分（形成一可磨耗部分）位於離該正面之一預定距離處（d1、d2、d3）； 該探針（24）安置於一個該本體上之該通孔（26）或盲孔中； 該探針（24）包含一環繞該具有該導電迴路的板之圓柱形外罩，該圓柱形外罩具有匹配該孔洞形狀之形狀；且 該圓柱形外罩以與該冷卻片之本體（12）相同的材料所製成。
11. 如請求項10所述之冷卻片，其中該等位居於內之迴路彼此隔絕或共享一個共同部分，形成該U形之分支。
12. 如請求項11所述之冷卻片，其中該圓柱形外罩包含兩個半圓柱部件（44），且該具有導電迴路之板固持在該兩個半圓柱部件之間。
13. 如請求項10所述之冷卻片，其中該探針（26）預載入該孔（26）中，特別是藉一支撐於該探針外罩背面端與該罩殼（38）之壁的彈簧元件（72）。
14. 如請求項10所述之冷卻片，包含該連接至該接線端點（30）之偵測模組（34）且經建構以評估每個迴路（28）之該電特徵，特別是該每個迴路之電壓、電流或電阻其中一者。
15. 一種磨耗偵測探針（24），其包含多個如一板（42）上之導電線路之導電迴路（28），該每個導電迴路（28）描述一個大致的U形，且該等迴路位居於另一個之內，其中 該探針（24）包含一圍繞該具有該導電迴路之該板的圓柱形外罩，該圓柱形外罩具有一正末端、一背末端及一大致地圓柱形狀，以符合其欲插入該冷卻片之該孔洞形狀； 該外罩由銅或銅合金製成； 該導電迴路（28）大致沿該外罩之長度方向自該外罩之背末端延伸，以使該每個迴路之一末端部分（形成一可磨耗部分）位於離該正末端之一預定距離處； 該每個迴路連接至該外罩背面之一對該接線端點（30），以能藉由因磨損產生之該迴路之該電特徵改變來偵測該探針之磨耗。