CN107941357B - 铁水温度测量方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种铁水温度测量方法及其装置。本发明的铁水温度测量方法包括：耐火体制造步骤，在该步骤中制造浸渍型耐火体以测量流道内的铁水的温度；热电偶插入步骤，在该步骤中所述耐火体内插入用于测量铁水温度的热电偶；耐火体浸渍步骤，在该步骤中将所述耐火体浸渍到所述流道内的铁水中；以及温度测量步骤，在该步骤中利用插在浸渍到所述铁水中的耐火体内的热电偶连续地测量铁水温度。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于测量主流道的铁水温度的铁水温度测量方法及其装置。具体地，本发明涉及一种不采用现有非接触方式测量而是通过制造可直接浸渍于铁水中的耐火体能够连续地实时测量铁水温度的铁水温度测量方法及其装置。
背景技术
通常，铁矿石(烧结矿)、焦炭、石灰石装入高炉上方后缓缓下落。此时，从高炉底部进入的热风使焦炭燃烧，在这一过程中产生的一氧化碳(CO)与铁矿石进行还原反应而生产铁水。
焦炭的作用是作为热源熔化铁矿石以及从氧化铁即铁矿石分离出氧和铁水。装入高炉的铁矿石大概需要5～6小时才能产出铁水，此时铁水的温度为1500℃左右。
在高炉操作中铁水的温度管理非常重要。铁水的温度在高炉内部对铁水及炉渣(slag)的流动性产生影响。当铁水温度高时，炉渣侧因氧势降低而造成炉渣中的二氧化硅(SiO2)被还原到铁水侧，因此总体上硅(Si)含量变高。
相反，当铁水温度低时，炉渣粘度会增加。炉渣的粘度增加表示铁水-炉渣的界面厚度变大且能量高。那么，铁水中的硫(S)经界面扩散到炉渣侧需要很多能量，所以不易扩散而留在铁水中，因而粘度增加导致硫(S)也会增加。
另外，当铁水温度低时，在高炉内部会发生炉渣固化现象，结果会出现存于炉底的熔融物(铁水、炉渣)的流动性变得极差或者凝固而无法向外排出的状态即炉缸冻结。根据高炉内部的气流会发生很大变化，因而如果不知道高炉铁水的温度，即使是高度熟练的操作人员也难以控制炉况。因此，如果常规操作中也能连续地测量铁水温度，高炉热平衡监控整合性就会提高，从而解决热源过剩或短缺，会对高炉的稳定操作有很大帮助。
现有技术提出了一种实际在高炉中采用实时铁水温度预测方法匹配重复参数确认法的自回归滑动平均模型的方法。为了使该方法适应于实际高炉的操作数据，首先通过相关分析找出了对铁水温度的变化有很大影响的12个操作因素，为了求出显示这些因素与铁水温度关系的自回归滑动平均模型的参数，使用RLS、RIY、RELS及RML这4种重复参数确认法导出了比较的结果。然而，对于铁水温度预测方法，因为炉内状况随时变化且操作会改变炉况，导致温度预测值的准确度降低，所以整合性上存在问题。
另外，现有技术公开了一种受铁水发出的放射光照射而测量铁水温度的装置及其方法。所述测量铁水温度的装置及其方法特别涉及一种光纤设置一次就无需替换光纤可以测量铁水温度的铁水温度测量装置及其方法，根据所述装置及其方法，将蓝宝石光纤直接浸渍于铁水中，进而铁水中的放射光通过光纤从铁水射入光纤时，由于中间没有放射因素，射入的放射光的放射率为“1”相当于数值孔径，这样如同以往无需校正步骤也可以准确地测量铁水温度，而且熔点高的蓝宝石光纤在铁水中不会熔化，因此可连续地测量铁水的温度。然而，铁水的放射率根据排出铁水时的出铁流量及炉渣含量会有所不同，因而存在测温时发生偏差的问题。
此外，目前为止还没有可实时连续地测量铁水温度的方法，需要人们每次亲自将一次性温度计浸渍于铁水中以测量温度，因此危险因素多，且操作负担大。另外，由于不是连续地测量温度，因此数据(Data)收集或者操作人员通过分析温度趋势变化判断炉况存在困难。
发明内容
技术问题
本发明提供一种不采用现有非接触方式测量而是通过将耐火体(测温装置)直接浸渍于铁水中能够连续地实时测量高炉内部的铁水温度的铁水温度测量方法及其装置。
技术方案
本发明的一个示例性实施方案可提供一种铁水温度测量方法，包括：
耐火体制造步骤，在该步骤中制造浸渍型耐火体以测量流道内的铁水的温度；
热电偶插入步骤，在该步骤中在所述耐火体内插入用于测量铁水温度的热电偶；
耐火体浸渍步骤，在该步骤中将所述耐火体浸渍到所述流道内的铁水中；以及
温度测量步骤，在该步骤中利用插在浸渍到所述铁水中的耐火体内的热电偶连续地测量铁水温度。
本发明的实施方案还可包括耐火体固定步骤，在该步骤中利用设置于所述耐火体的耐火体固定夹具将所述耐火体以浸渍状态固定于铁水中。
本发明的实施方案还可包括耐火体固定夹具支撑步骤，在该步骤中利用设置在所述流道的盖板上的耐火体固定夹具支撑架来支撑所述耐火体固定夹具。
本发明的实施方案还可包括测量温度显示步骤，在该步骤中利用连接于所述热电偶的热电偶温度计向外显示铁水的测量温度。
所述耐火体可包括氧化锆(ZrO2)、二氧化硅(SiO2)、氧化钙(CaO)、固定碳(FixedCarbon)及碳化硅(SiC)。
所述氧化锆(ZrO2)的重量相对于100重量％的耐火体总量可为70重量％～73重量％。
所述二氧化硅(SiO2)的重量相对于100重量％的耐火体总量可为1.5重量％～3.5重量％。
所述氧化钙(CaO)的重量相对于100重量％的耐火体总量可为1重量％～1.5％重量。
所述固定碳(Fixed Carbon)和碳化硅(SiC)包括在内的重量相对于100重量％的耐火体总量可为23重量％～25重量％。
另外，本发明的一个示例性实施方案可提供一种铁水温度测量装置，包括：
耐火体，所述耐火体用于浸渍在流道的铁水中；
耐火体固定夹具，所述耐火体固定夹具设置在所述耐火体的上端部，用于将所述耐火体以浸渍在铁水中的状态予以固定；
耐火体固定夹具支撑架，所述耐火体固定夹具支撑架设置在所述流道的盖板上，用于支撑所述耐火体固定夹具；以及
热电偶，所述热电偶插设在所述耐火体内，用于测量铁水的温度。
所述热电偶可以是用铂丝制成的铂热电偶。
所述热电偶可被氧化铝保护管包裹。
所述耐火体的中心可形成有能够插入所述氧化铝保护管的插孔。
所述热电偶可用氧化铝绝缘管予以保护并插入到被插在耐火体中的氧化铝保护管。
所述氧化铝保护管和所述耐火体之间可以填充铝粉。
所述氧化铝保护管和所述氧化铝绝缘管之间可以填充铝粉。
所述热电偶的铂丝的厚度可为0.5mm～1mm。
所述耐火体可包括氧化锆(ZrO2)、二氧化硅(SiO2)、氧化钙(CaO)、固定碳(FixedCarbon)及碳化硅(SiC)。
所述氧化锆(ZrO2)的重量相对于100重量％的耐火体总量可为70重量％～73重量％。
所述二氧化硅(SiO2)的重量相对于100重量％耐火体总量可为1.5重量％～3.5重量％。
所述氧化钙(CaO)的重量相对于100重量％耐火体总量可为1重量％～1.5％重量。
所述固定碳(Fixed Carbon)和碳化硅(SiC)包括在内的重量相对于100重量％耐火体总量可为23重量％～25重量％。
发明效果
根据本发明的示例性实施方案，在常规操作中也可以连续地测量高炉内部的铁水温度，因此高炉热平衡监控整合性提高，从而解决热源过剩或短缺，对高炉的稳定操作做出很大贡献。
此外，通过在铁水中直接浸渍耐火体(测温装置)能够连续地实时测量高炉内部的铁水温度，因此可排除铁水温度测量中的危险因素以及减少操作负担。
附图说明
图1是本发明的一个示例性实施方案的铁水温度测量方法的示意图。
图2是本发明的一个示例性实施方案的铁水温度测量装置的局部示意图。
图3是本发明的一个示例性实施方案的铁水温度测量装置的局部详图。
图4是铁水中浸渍本发明的一个示例性实施方案的铁水温度测量装置而测量的结果。
图5是铁水中浸渍本发明的一个示例性实施方案的铁水温度测量装置而长时间测量的结果。
具体实施方式
下面，参照附图详细说明本发明的示例性实施方案，以使所属领域的技术人员容易实施本发明。所属领域的技术人员理应理解，在不脱离本发明的概念及范围的基础上，本文所述的示例性实施方案能够以各种不同方式变形实施。在附图中尽量采用相同的附图标记来表示相同或相似的部分。
本文所使用的术语只是出于描述特定实施方案而不意在限制本发明。除非上下文中另给出明显相反的含义，否则本文所使用的单数形式也意在包括复数形式。还应该理解的是，术语“包括”或“包含”可以具体指某一特性、领域、整数、步骤、动作、要素及/或成分，但并不排除其他特性、领域、整数、步骤、动作、要素、成分及/或组的存在或附加。
本文使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)的含义与所属领域的技术人员通常理解的意思相同。对于辞典里面有定义的术语，应该被解释为具有与相关技术文献和本文中公开的内容一致的意思，而不应该以理想化或过于正式的含义来解释它们的意思。
图1是本发明的一个示例性实施方案的铁水温度测量方法的示意图。
请参见图1，本发明的一个示例性实施方案的铁水温度测量方法，可包括：
耐火体制造步骤S10，在该步骤中制造浸渍型耐火体100以在出铁或者准备出铁时测量流道内的铁水温度；
热电偶插入步骤S20，在该步骤中所述耐火体内插入用于测量铁水温度的热电偶；
耐火体浸渍步骤S30，在该步骤中将所述耐火体浸渍到所述流道内的铁水中；以及
温度测量步骤S60，在该步骤中利用插在浸渍到所述铁水中的耐火体内的热电偶连续地测量铁水温度。
另外，可包括耐火体固定步骤S40，在该步骤中利用设置于所述耐火体的耐火体固定夹具将所述耐火体以浸渍状态固定于铁水中。
可包括耐火体固定夹具支撑步骤S50，在该步骤中利用设置在所述流道的盖板上的耐火体固定夹具支撑架来支撑所述耐火体固定夹具。
此外，可包括测量温度显示步骤S70，在该步骤中利用连接于所述热电偶的热电偶温度计向外显示铁水的测量温度。
另外，所述耐火体包括氧化锆(ZrO2)、二氧化硅(SiO2)、氧化钙(CaO)、固定碳(Fixed Carbon)及碳化硅(SiC)中的一种或多种，而且可以是混合有所述成分的耐火材料。
所述氧化锆(ZrO2)的重量相对于100重量％的耐火体总量为70重量％～73重量％，以提高耐铁水温度的抗侵蚀性。
所述二氧化硅(SiO2)的重量相对于100重量％的耐火体总量为1.5重量％～3.5重量％，以提高耐铁水温度的抗侵蚀性。
所述氧化钙(CaO)的重量相对于100重量％的耐火体总量为1重量％～1.5％重量，以提高耐铁水温度的抗侵蚀性
所述固定碳(Fixed Carbon)和碳化硅(SiC)包括在内的重量相对于100重量％的耐火体总量为23重量％～25重量％，以便能够降低耐火体内部和外部的温度偏差。
此时，流道内的铁水的比重为约7，而炉渣的比重为约3.5g/cm3，由于在测量铁水温度时铁水的比重大会导致耐火体破碎或者碎片比重应比炉渣轻才会上升到铁水及炉渣之上，因此应接近或轻于炉渣比重，以便后续容易从铁水及炉渣中分离，故耐火体的物理性质中体积比重(g/cm3)为3g/cm3～3.45g/cm3。
所述耐火体的物理性质中气孔率(％)为21％～30％。
所述耐火体的物理性质中弯曲强度(kgf/cm2)为50～60。
所述耐火体内插入有热电偶，特别是用铂制成的铂热电偶，该热电偶被氧化铝保护管包裹，以保护热电偶且提高热传递。
所述热电偶为铂丝，可用氧化铝绝缘管予以保护并插入到插在耐火体中的氧化铝保护管。
此时，所使用的铂热电偶丝的厚度可为0.5mm～1mm。
所述氧化铝保护管和耐火体之间以及所述氧化铝保护管和氧化铝绝缘管之间可填充铝粉以提高导热率。
所述耐火体用设置在流道盖板上的耐火体固定夹具支撑架和被所述耐火体固定夹具支撑架支撑的耐火体固定夹具予以固定后，可从流道盖板直接浸渍到铁水中。
所述耐火体可在铁水从出铁口流出的出铁状态或者出铁完毕的状态(出铁准备状态)下对流道的铁水温度进行连续测温。
对于本发明的一个示例性实施方案的铁水温度测量装置，除了在下面特别说明的事项之外，其他事项与本发明的一个示例性实施方案的铁水温度测量方法中说明的事项相同，因此省略其详细说明。
高炉在流道进行如下操作：当炉内生成熔融物(铁水和熔渣)并排放到炉外时，暂时储存以及根据比重之差分离铁水和炉渣(Slag)，并引导铁水进入倾注沟而炉渣(Slag)进入水碎及干坑(dry pit)。在流道高温下对熔融物进行一定时间(例如150分钟)水碎以及引导至倾注沟，而且滞留一定时间(例如300分钟)，这一过程反复进行。
图2是本发明的一个示例性实施方案的铁水温度测量装置的局部示意图，图3是本发明的一个示例性实施方案的铁水温度测量装置的局部详图。
请参见图2及图3，本发明的一个示例性实施方案的铁水温度测量装置可包括：
耐火体100，所述耐火体100用于浸渍在流道的铁水中；
耐火体固定夹具200，所述耐火体固定夹具200设置在所述耐火体100的上端部，用于将所述耐火体100以浸渍在铁水中的状态予以固定；
耐火体固定夹具支撑架300，所述耐火体固定夹具支撑架300设置在流道的盖板上，用于支撑所述耐火体固定夹具200；以及
热电偶400，所述热电偶400插设在所述耐火体100内，用于测量铁水的温度。
另外，可包括热电偶温度计(未图示)，所述热电偶温度计连接在所述热电偶400，用于显示通过所述热电偶400测量的铁水的测量温度。
所述耐火体可为氧化锆(ZrO2)系列耐火体，以提高耐铁水温度的抗侵蚀性。
所述氧化锆(ZrO2)系列耐火体包括氧化锆(ZrO2)，以及二氧化硅(SiO2)、氧化钙(CaO)、固定碳(Fixed Carbon)及碳化硅(SiC)中的一种或多种，而且可以是混合有所述成分的耐火材料。
所述耐火体固定夹具200的作用是将所述耐火体以浸渍在铁水中的状态予以固定。
所述耐火体固定夹具200可设置成所述耐火体包括在内的总长度不超过设定长度。
所述耐火体固定夹具支撑架300设置在所述流道盖板上，用于支撑所述耐火体固定夹具，以在测量铁水温度时使测温用耐火体在铁水的较快流速下可被固定。
耐火体100内插设有热电偶400，特别是用铂丝制成的铂热电偶，该热电偶400被氧化铝保护管410包裹，从而保护该热电偶400且提高热传递。
也就是说，所述耐火体100的中心可形成有能够插入氧化铝保护管410的插孔101。
所述氧化铝保护管410的作用是固定被氧化铝绝缘管420包裹的热电偶400的铂丝并阻隔有害气氛。
所述热电偶400可用氧化铝绝缘管420予以保护并插入到插在耐火体中的氧化铝保护管410中。
此时，所使用的热电偶400的铂丝的厚度可为0.5mm～1mm。
所述氧化铝保护管410和所述耐火体100之间可填充铝粉430，以防止空气导致导热率降低以及测量铁水温度时减少测量误差和偏差。
另外，所述氧化铝保护管410和所述氧化铝绝缘管420之间可填充铝粉440，以防止空气导致导热率降低以及测量铁水温度时减少测量误差和偏差。
插入所述热电偶的氧化铝保护管410可使用陶瓷结合剂450固定在耐火体100上。
(实施例)
本发明通过在流道将插入有铂热电偶的氧化锆(ZrO2)系列耐火体直接浸渍于铁水中，可连续测量铁水的温度，以实时判断高炉操作时炉内的炉况。
目前，在大部分炼铁厂，高炉出铁口出铁操作时在流道撇渣器(skimmer)后端实施几次铁水温度测量操作，当开始出铁、炉渣(Slag)被分离后经过约30分钟左右时，为了管理炉况，将铁水温度测量用探针插入到测温器，再将测温器的前端部分浸渍在铁水中，以这种方法通过操作人员的手动操作来测量铁水温度。
此时，熔融物会飞溅到撇渣器(skimmer)后端的盖板块(block cover)上方，因此存在操作人员被烧伤的危险，需要穿戴安全护具。另外，操作人员进行测量时，由于主流道内存在基于铁水流量的温度梯度，因而根据测量位置会产生铁水温度的偏差。
为了解决这些缺陷且通过持续的铁水温度监控来解决热源过剩或短缺以及增强高炉稳定操作，制造了可浸渍在铁水中的耐火体，耐火体内插入热电偶，将耐火体直接浸渍在铁水中以测量铁水温度，测量结果显示在图4中，长时间测试结果显示在图5中。
如图4所示，利用本发明中制造的耐火体测量铁水温度的结果，可以确认出铁过程中铁水的温度变化根据出铁流量有所不同。初始残留铁水的温度为约1370℃，当出铁流量增加到约4ton/min时，铁水的温度稳定在1500℃以上。
为了对出铁前后的铁水温度的变化进行了解，图5中示出了长时间的测量结果。在出铁完毕后，随着出铁等待时间变长，铁水的温度下降，而且温度会下降(drop)至约1350℃。长时间测量铁水温度后，确认耐火体状态的结果显示耐火体在铁水或炉渣造成的侵蚀及强度上没有受到任何影响。
符号说明
100：耐火体
200：耐火体固定夹具
300：耐火体固定夹具支撑架
400：热电偶
410：热电偶保护管
420：氧化铝绝缘管
Claims (17)
1.一种铁水温度测量方法，包括：
耐火体制造步骤，在该步骤中制造浸渍型耐火体以测量流道内的铁水的温度；
热电偶插入步骤，在该步骤中在所述耐火体内插入用于测量铁水温度的热电偶；
耐火体浸渍步骤，在该步骤中将所述耐火体浸渍到所述流道内的铁水中；以及温度测量步骤，在该步骤中利用插在浸渍到所述铁水中的耐火体内的热电偶连续地测量铁水温度，
所述热电偶插入步骤包括将被氧化铝绝缘管包裹的所述热电偶用氧化铝保护管包裹，以使所述热电偶固定于所述氧化铝保护管，所述氧化铝保护管通过所述耐火体的插孔插入到所述耐火体中的步骤，
所述氧化铝保护管和所述耐火体之间、以及所述氧化铝保护管和所述氧化铝绝缘管之间填充有铝粉。
2.根据权利要求1所述的铁水温度测量方法，包括：
耐火体固定步骤，在该步骤中利用设置于所述耐火体的耐火体固定夹具将所述耐火体以浸渍状态固定于铁水中。
3.根据权利要求2所述的铁水温度测量方法，包括：
耐火体固定夹具支撑步骤，在该步骤中利用设置在所述流道的盖板上的耐火体固定夹具支撑架来支撑所述耐火体固定夹具。
4.根据权利要求1所述的铁水温度测量方法，包括：
测量温度显示步骤，在该步骤中利用连接于所述热电偶的热电偶温度计向外显示铁水的测量温度。
5.根据权利要求1至4中任何一项所述的铁水温度测量方法，其中，
所述耐火体包括氧化锆(ZrO2)、二氧化硅(SiO2)、氧化钙(CaO)、固定碳(Fixed Carbon)及碳化硅(SiC)。
6.根据权利要求5所述的铁水温度测量方法，其中，
所述氧化锆(ZrO2)的重量相对于100重量％的耐火体总量为70重量％～73重量％。
7.根据权利要求5所述的铁水温度测量方法，其中，
所述二氧化硅(SiO2)的重量相对于100重量％的耐火体总量为1.5重量％～3.5重量％。
8.根据权利要求5所述的铁水温度测量方法，其中，
所述氧化钙(CaO)的重量相对于100重量％的耐火体总量为1重量％～1.5％重量。
9.根据权利要求5所述的铁水温度测量方法，其中，
所述固定碳和碳化硅(SiC)的重量相对于100重量％的耐火体总量为23重量％～25重量％。
10.一种铁水温度测量装置，包括：
耐火体，所述耐火体用于浸渍在流道的铁水中；
耐火体固定夹具，所述耐火体固定夹具设置在所述耐火体的上端部，用于将所述耐火体以浸渍在铁水中的状态予以固定；
耐火体固定夹具支撑架，所述耐火体固定夹具支撑架设置在所述流道的盖板上，用于支撑所述耐火体固定夹具；以及
热电偶，所述热电偶插设在所述耐火体内，用于测量铁水的温度，
所述热电偶被氧化铝绝缘管和氧化铝保护管包裹而固定于所述氧化铝保护管，
所述氧化铝绝缘管和所述氧化铝保护管通过所述耐火体的插孔插入到所述耐火体中，
所述氧化铝保护管和所述耐火体之间、以及所述氧化铝保护管和所述氧化铝绝缘管之间填充有铝粉。
11.根据权利要求10所述的铁水温度测量装置，其中，
所述热电偶是用铂丝制成的铂热电偶。
12.根据权利要求11所述的铁水温度测量装置，其中，
所述热电偶的铂丝的厚度为0.5mm～1mm。
13.根据权利要求10、11、12中任何一项所述的铁水温度测量装置，其中，
所述耐火体包括氧化锆(ZrO2)、二氧化硅(SiO2)、氧化钙(CaO)、固定碳(Fixed Carbon)及碳化硅(SiC)。
14.根据权利要求13所述的铁水温度测量装置，其中，
所述氧化锆(ZrO2)的重量相对于耐火体总量100重量％为70重量％～73重量％。
15.根据权利要求13所述的铁水温度测量装置，其中，
所述二氧化硅(SiO2)的重量相对于耐火体总量100重量％为1.5重量％～3.5重量％。
16.根据权利要求13所述的铁水温度测量装置，其中，
所述氧化钙(CaO)的重量相对于耐火体总量100重量％为1重量％～1.5％重量。
17.根据权利要求13所述的铁水温度测量装置，其中，
所述固定碳和碳化硅(SiC)包括在内的重量相对于耐火体总量100重量％为23重量％～25重量％。
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