用于固定至少一個噴射器的噴射器冷卻塊的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于固定至少一個用于將介質引入冶金容器(3)中、尤其引入電弧爐中的噴射器(2)的噴射器冷卻塊(1)，其中，噴射器冷卻塊(1)布置在冶金容器(3)的壁(4)中或其處，其中，噴射器冷卻塊(1)具有至少一個板(5)，在板(5)中布置有可由冷卻介質流經的冷卻通道或冷卻孔(6)，并且其中，冷卻通道或冷卻孔(6)將熱區域(7)與冷區域(8)分離。為了能夠更好地檢測噴射器冷卻塊中的溫度或應力，本發明設置成，在熱區域(7)中布置有至少一個用于測量溫度和/或機械應變的測量元件(9)，其中，測量元件(9)包括至少一個光波導(10)，其集成在熱區域(7)中或固定在熱區域(7)處。
【專利說明】用于固定至少一個噴射器的噴射器冷卻塊
[0001 ] 本申請是于2011年I月18日提交的已進入中國國家階段的PCT專利申請(中國國家申請號為201180010135.0，國際申請號為PCT/EP2011/050625，發明名稱“用于固定至少一個噴射器的噴射器冷卻塊”)的分案申請。
技術領域
[0002]本發明涉及一種用于固定至少一個用于將介質引入冶金容器中、尤其引入電弧爐(Elektrolichtbogenofen)中的噴射器的噴射器冷卻塊(Injektorkiihlblock)，其中，噴射器冷卻塊布置在冶金容器的壁中或其處，其中，噴射器冷卻塊具有至少一個板，在該板中布置有可由冷卻介質流經的冷卻通道或冷卻孔，并且其中，冷卻通道或冷卻孔將熱區域與冷區域分離。
【背景技術】
[0003]從文件WO 2010/003694 Al中已知該類型的噴射器冷卻塊。
[0004]噴射器冷卻塊代表一固定部(Halterung)，其用于容納在冶金容器中、尤其在電弧爐中的至少一個噴射器。利用該噴射器將介質(例如氣體和/或固體)引入冶金容器中，其中，借助于具有冷卻介質引導部的噴射器冷卻塊，各個噴射器經由開口被保護地布置在冶金容器的容器壁處或其中。
[0005]噴射器冷卻塊大多由銅構成，其中，設置有處于內部的冷卻水通道。由于水冷卻和銅的大的導熱性，銅材料被保持在一溫度上，其阻止在電弧爐的內腔中噴射器冷卻塊的破壞。噴射器冷卻塊具有開口，借助于噴射系統可將氣體和/或固體通過該開口吹入電弧爐中。在此，噴射器冷卻塊用于保護噴射系統免于由于廢料(Schrott)和合金(Legierunge)的機械應力、由于熱的金屬恪融物和電弧的福射以及與恪化的(schmelzflUssig)相的接觸的強烈的熱效應。此外，水冷卻的元件作為爐壁元件的特殊的結構單元朝向外封閉熔爐內腔。
[0006]先前已知的解決方案大多不具有利用其可檢測在噴射器冷卻塊的罩殼壁中的溫度或應力(或應變(Dehnung))的裝置。只要通常進行測量，其利用僅僅逐點測量的傳感器進行。
[0007]相應地，困難的直至不可能的是關于噴射器冷卻塊的狀態和負載做出可靠的說明，這尤其涉及(anbelangen)關于面膨脹的負載。
[0008]原理上已知將光波導應用于熱參數的測量，這例如在文件WO 2004/015349 A2和文件WO 2007/079894 Al中進行了說明。在文件EP O 208 067 BI中，提出應用輻射測量儀。
【發明內容】
[0009]本發明目的在于如此改進開頭所提及的類型的噴射器冷卻塊，使得能夠檢測噴射器冷卻塊的熱負載和/或機械負載并且由此可更精確地監控設備的運行。即應提出一種用于噴射器冷卻塊的有效的監控元件，利用其能夠成本有利地監控。在此，噴射器冷卻塊的溫度或機械應力的連續的且精確的監控應是可能的，其可成本有利地實現。
[0010]該目的通過本發明的解決方案特征在于，在噴射器冷卻塊的板的熱區域中布置有至少一個用于測量溫度和/或機械應變的測量元件，其中，該測量元件包括至少一個光波導，其集成在熱區域中或固定在熱區域處。
[0011]重要的是，光波導對于溫度測量松動地來鋪設，使得其可在溫度提高的情況中無阻礙地膨脹。對于溫度測量，光波導因此不固定地與包圍它的材料固定地相連接。反之對于應變測量，光波導優選地在其整個長度上與包圍它的材料固定地相連接，使得光波導在材料膨脹的情況中以相同的程度被一起延展并且反過來(在材料收縮的情況中)以相同的程度收縮。
[0012]光波導可布置在包圍它的管中。
[0013]光波導和必要時包圍它的管可布置在熱區域中的孔中。
[0014]備選地，光波導可以以模塊、這意味著以預制的結構單元來預鋪設。與光波導的直接鋪設不同，模塊非常簡單地裝配在電極臂上是可能的；簡單地將模塊粘接或焊接到電極臂上、優選地通過攪拌焊接(Riihrverschweifien)。
[0015]對此備選地可能的是，光波導和必要時包圍它的管布置在熱區域中的槽中。該槽可通過封閉元件來封閉，封閉元件將光波導和必要時包圍它的管保持在槽底中，其中，封閉元件尤其是插入槽中的或者澆注入槽中的金屬件。
[0016]另一備選方案設置成，光波導和必要時包圍它的管布置在金屬層中，其中，金屬層布置在熱區域處或其中。光波導和必要時包圍它的管可完全由該層的材料來包圍。該層可以電鍍地施加到熱區域處或其中。其可由銅、鉻或鎳構成。
[0017]根據一優選的實施形式，光波導和必要時包圍它的管曲折狀地鋪設在熱區域中，以便能夠在板的面中檢測溫度或應力/應變。
[0018]通過將光波導引入噴射器冷卻塊的壁中并且這里尤其在冷卻孔或在冷卻通道處，罩殼的層的溫度和應力可作為在構件表面上的溫度或應力輪廓來測量。同樣檢測由在熔融物或爐渣中的流動引起的動態變化。由此通過溫度和/或應力可能評估噴射器的當前的流動負載情況和磨損狀態。所提出的方案使能夠示出在相應的運行狀態中噴射器在其表面上的熱負載或機械負載。
[0019]為了可利用光波導執行精確的測量，有利的是，光波導或包圍光波導的金屬管緊密地貼靠在構件或介質處，亦即盡可能沒有(絕緣的)氣隙。如果應通過噴射器冷卻塊中的光波導來確定溫度，那么這尤其適用。
[0020]為了也可測量噴射器冷卻塊的壁的應變(應力)，當光波導或包圍它的管與孔或槽底固定地相連接時，是有利的。
[0021]只要設置有槽(光波導或包圍光波導的管被鋪設在其中)，優選地設置成，應用可由金屬構成的填充件以封閉槽。其可與槽的形狀精確匹配地來構造。在此也可設置成，填充件通過將填充件的材料澆注或噴射到槽中來產生。此后，使由其來構成填充件的材料即可鑄造或可注射并且然后被澆注或噴注到槽(光波導必要時連同管被插入其中)中。
[0022]所提出的設計方案即提供檢測在所測量的平面中的應力狀態并且由此檢測構件的機械負載的可能性。
[0023]溫度和應變或應力的測量的技術像這樣是已知的(也稱為“光學的應變測量條(Dehmessstreifen)” )，從而就此而言參考現有技術。
[0024]對此，光波導優選地與評估單元處于連接中，在評估單元中可確定在噴射器冷卻塊的壁中的溫度分布。利用該評估單元相應地也可檢測噴射器冷卻塊的壁的機械負載。
【附圖說明】
[0025]在附圖中示出了本發明的實施例。其中:
圖1顯示了電弧爐的噴射器冷卻塊的視圖“A”(參見圖2)，
圖2在根據圖1的剖面I1-1I中顯示了噴射器冷卻塊以及圖3顯示了根據圖2的細節“X”。
【具體實施方式】
[0026]在圖1和2中可看見噴射器冷卻塊I，其作為固定部起作用，利用其將噴射器2保持在冶金容器3中、當前在電弧爐中。利用噴射器2將介質(如氣體和/或固體)引入冶金容器3中，其中，借助于具有冷卻介質引導部6的噴射器冷卻塊I，噴射器2經由開口 13被保護地布置在容器3的壁4處或其中。
[0027 ]噴射器冷卻塊I由強導熱的、熱乳的和/或鍛造的材料、例如銅或銅合金(如CuAg、CuCrZr或還有CuNiBe)構成。相應地設置成，在制造噴射器冷卻塊I時，通過熱乳和/或鍛造使強導熱的、熱乳的和/或鍛造的材料、例如銅或銅合金變形且熱固(warmverfestigen)。由此以簡單的方式通過所乳制的或鍛造的良好地導熱的材料(如銅等)來提供帶有非常好的均勻性、高的導熱性和高的強度的材料。附加地，噴射器冷卻塊I可通過鍛造和/或乳制冷固地來構造。
[0028]所示出的噴射器冷卻塊I由兩個彼此成角度的板5構成，其由共同的板元件制成。在此，可借助于彎曲裝置對應于所規定的角度來彎曲板5。
[0029]從圖3中得出噴射器冷卻塊I的板5的示例性的結構。可將板5劃分成熱區域7和冷區域8，其中，這兩個區域7、8通過冷卻通道6來劃分或彼此分開。
[0030]孔12被引入板5的熱區域7中，測量元件9安置在孔12中(僅僅對于一個孔示出，但是設置用于所有孔12)，利用測量元件9可檢測板5中的溫度和/或機械應力。該測量元件9涉及光波導10，其被安置在管11中并且由其來保護。
[0031 ] 典型地，光波導10具有例如0.12mm的直徑；其中套管11大多取得在0.8mm至2.0mm的范圍中的直徑。
[0032]因此，如在圖3中可見，光波導即安置在熱區域7中，其在背后由冷卻介質來冷卻，冷卻介質被導引通過冷卻通道6。
[0033]光波導10由基礎纖維(Grundfaser)構成，其被引入孔12中或類似的通道或槽中。在此，光波導10可經受直至800°C的溫度持續負荷。
[0034]為了提高在光波導10中和至未示出的評估儀器的信號傳遞的穩健性，經由透鏡插頭(Linsenstecker)將光波從冶金容器3的罩殼在相應的靜止位置中引導至評估單元。
[0035]除了所示出的在孔12中安置光波導10的可能性，也存在添加槽到板5的熱區域7中并且將光波導10(必要時連同管11)鋪設在槽底中的優選的可能性。然后槽又可被封閉，對此可應用上面所提及的措施。
[0036]同樣可能將光波導10(必要時連同管11)引入金屬層中，其被施加在板5或者說熱區域7的正面上，容器3的、也就是說熔融物14的內部面對該正面。
[0037]該層可被電鍍，其中，光波導10連同管11被完全包覆。該電鍍的層例如可由銅、由絡或由鎳構成。
[0038]在光波導10曲折狀地鋪設的情況下，可良好地關于溫度分布和機械負載監控板5的面。
[0039]光波導10與未示出的溫度探測系統或用于機械應力或應變的探測系統相連接。借助于探測系統產生激光，其被輸入光波導10中。借助于該探測系統將由光波導纖維10采集的數據換算成溫度或應力并且關聯于不同的測量部位。
[0040]例如，該評估可根據所謂的纖維-布拉格光柵方法(FBG方法)實現。在此使用合適的光波導，其壓印(eingeprSgt)地獲得帶有折射指數的周期性的變化的測量部位或帶有這樣的變化的光柵。折射指數的該周期性的變化導致，光波導根據對于一定的波長的周期性在測量部位處示出介電的鏡面。由于在點處的溫度變化，布拉格波長改變，其中，其剛好被反射。不滿足布拉格條件的光不被布拉格光柵顯著影響。不同測量部位的不同信號那么可由于運行時間差別來彼此相區別。這樣的纖維-布拉格光柵的詳細結構以及相應的評估單元是普遍已知的。通過壓印的測量部位的數量給出分辨率(Ortsauf 1esung)的精度。測量部位的尺寸例如可在Imm至5mm的范圍中。
[0041 ]備選地，也可應用“光頻域反射”方法(OFDR方法)或“光時域反射”方法(OTDI^法)用于溫度的測量。這些方法基于纖維光學的拉曼反向散射(Ramanrueckstreuung)的原理，其中利用的是，在光導體的點處的溫度改變引起光波導材料的拉曼反向散射的改變。借助于評估單元(例如拉曼反射計)那么可沿著纖維以空間分辨的方式確定溫度值，其中，在該方法中在導體的一定的長度上來平均。該長度大約為幾厘米。又通過運行時間差別使不同的測量部位彼此分離。用于根據所提及的方法進行評估的這樣的系統的結構以及所需的激光器(其用于在光波導10之內產生激光)通常已知。
[0042]附圖標記清單 I噴射器冷卻塊 2噴射器
3冶金容器(電弧爐)
4壁 5板
6冷卻通道/冷卻孔 7熱區域 8冷區域 9測量元件 10光波導 11管 12孔 13開口 14熔融物。
【主權項】
1.一種用于固定至少一個用于將介質引入冶金容器(3)中的噴射器(2)的噴射器冷卻塊(I)，其中，所述噴射器冷卻塊(I)布置在所述冶金容器(3)的壁(4)中或其處，其中，所述噴射器冷卻塊(I)具有至少一個板(5)，在所述板(5)中布置有能夠由冷卻介質流經的冷卻通道或冷卻孔(6)，并且其中，所述冷卻通道或所述冷卻孔(6)將熱區域(7)與冷區域(8)分離， 其中， 在所述熱區域(7)中布置有至少一個用于測量溫度和機械應變的測量元件(9)，其中，所述測量元件(9)包括至少一個光波導(10)，其集成在所述熱區域(7)中或固定在所述熱區域⑴處， 其中，所述光波導(10)布置在所述熱區域(7)中的孔(12)中，其中，所述孔(12)與所述熱區域(7)的面對熔融物(14)的表面相間隔地伸延，或者 其中，所述光波導(10)布置在所述熱區域(7)中的槽中，其中，所述槽通過封閉元件來封閉，所述封閉元件將所述光波導(10)保持在槽底中，其中，所述封閉元件是插入所述槽中的或者澆注入所述槽中的金屬件，或者 其中，所述光波導(10)布置在金屬層中，其中，所述金屬層布置在所述熱區域(7)處或其中，并且其中，所述光波導(10)完全由所述層的材料來包圍。2.根據權利要求1所述的噴射器冷卻塊，其特征在于，以所述光波導(10)的形式的所述測量元件為了溫度測量的目的松動地、無應力且自由運動地布置在所述噴射器塊中或其處，或者為了應變測量的目的，布置成優選地在其整個長度上與所述噴射器冷卻塊的材料固定地連接以吸收其應變。3.根據權利要求2所述的噴射器冷卻塊，其特征在于，所述光波導(10)布置在模塊中，所述模塊與所述板(5)固定地連接，其中，所述光波導為了溫度測量的目的無應力且自由運動地或者為了應變測量的目的固定地嵌入地布置在所述模塊中。4.根據權利要求2所述的噴射器冷卻塊，其特征在于，所述光波導(10)為了溫度測量松動地鋪設在包圍所述光波導的管(11)中，或者為了應變測量在沒有所包圍的管的情況下以與所包圍的材料的直接接觸來布置在所述材料中。5.根據權利要求1所述的噴射器冷卻塊，其特征在于，所述層電鍍地施加到所述熱區域(7)處或其中。6.根據權利要求1至5中任一項所述的噴射器冷卻塊，其特征在于，所述層由金屬、例如由銅、絡或鎳構成。7.根據權利要求1至6中任一項所述的噴射器冷卻塊，其特征在于，所述光波導(10)和必要時包圍它的所述管(11)曲折狀地鋪設在所述熱區域(7)中。
【文檔編號】F27B3/28GK105969935SQ201610211882
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2011年1月18日
【發明人】G.費萊曼, D.利夫圖希特
【申請人】Sms集團有限責任公司