能高于2000°C的温度时可靠地操作的能力。另外，虽然高温计器件能够被冷却时，但它最好能够在它可以被暴露到高达约450°C的环境温度下可靠地操作，即使只在向器件提供冷却剂流体的流动的系统出故障的情况下。高温计器件可以是以单、双或多波长测温术操作的高温计器件，成本和给定熔池的熔渣相的辐射率数据的可用性处于在这些替代方案之间选择的主要决定因素。用于本发明的温度测量设备的适当高温计器件的例子包括可从Mikron红外线公司获得的M668高温计模型、Newport电子公司的NEWPORT iR2 高温计和 Dias Infrared GmbH 的 PYR0SP0T DSRF 1 IN 高温计。
[0041]顶浸没喷射喷枪可以是任何已知形式的。因此，顶浸没喷射喷枪可以根据均授予Floyd的美国专利4251271和5251879、授予Floyd等的美国专利5308043中的任一项或我们的共同未决专利申请 W02013/000017、W02013/029092 和 PCT/IB2012/0567714 中的任一项任所公开的任何形式。
[0042]利用本发明的温度测量设备，熔池的熔渣相的温度的那种良好测量成为可能，在用该设备的喷枪进行的火法冶金工艺的过程中，这是非常令人惊讶的。不用浸没在熔池中的喷枪的出口端部分，测量在燃料和氧气的混合物已燃烧之后用顶浸没喷射喷枪产生的火焰喷流的温度的企图，被证明是不成功的。接收从出口端纵向进入到喷枪的、由火焰产生的红外线能量，并且似乎高温计将只测量火焰温度，而不提供关于熔池温度的有用信息。也就是说，有迹象表明，有关浸没在熔池的熔渣相中的喷枪的出口端部分的结果，也不会提供熔渣相的温度的有用测量，特别在假定起因于浸没喷射的熔渣内的高程度湍流的情况下。另外，在顶浸没喷射操作中，熔渣是一种反应介质，在该反应介质中，原料分散并循环流动，并且它们经受通过顶浸没喷射的所选条件允许的还原或氧化反应。具有分散的原料的熔渣相和反应产物的组合物完全不同于单独熔渣的组合物。因此，这种情形十分不同于在使用红外线测温术利用固体(即使移动)或利用诸如钢水之类的液体的流动蒸汽，或在炼生铁的碱性氧气炉中的温度测量中获得的情况。在后一种情况下，顶吹氧气导致熔渣将移位以暴露铁水用于温度测量。在这种顶吹喷枪的出口端尖端处也不存在燃料的燃烧。当它是铁的所需温度而不是熔渣的温度时，铁呈现相对恒定组合物的表面。此外，如在顶浸没喷射操作中那样，B0F熔渣处于湍流状态，并且不提供适合于温度测量的稳定表面形式。在顶浸没喷射操作中的熔渣的表面总是被打破，大量熔渣喷出到熔池之上的反应器空间中然后回落。这样的喷出熔渣或者冷却到低于熔渣层的温度，或者更通常情况下，利用散发的烟气(如一氧化碳和氢)的后燃烧处理，为回收热能到熔池的目的而将喷出熔渣加热在熔渣层的温度之上。这些因素的每一个都表明，熔池温度将不能够使用本发明的设备可靠地测量。
[0043]尽管有关于红外线测温术的其他用途以及关于不用本发明的设备的喷枪的出口端部分的浸没而进行的燃烧顶浸没喷射喷枪的初步试验的经验，但已经令人惊讶地发现，根据进行火法冶金操作的需要，利用本发明的设备的顶浸没喷射喷枪的出口端部分的优异温度测量成为可能。特别地，本发明的设备允许在顶浸没喷射操作中熔池的熔渣相的温度的优异测量，并当熔渣相是关于给定顶浸没喷射操作的、用于反应的反应介质时，这种测量是至关重要的。在如埋弧焊冶炼之类的其他工艺中，处于熔渣或反应混合物之下的金属相的温度是必要的测量，但金属相不能直接可接近的(accessible)并且折衷测量针对普通较冷恪渣或反应混合物作出。
[0044]本发明的温度测量设备可以包括一个高温计器件。在那种情况下，每个器件可具有至少一个接收器单元，其相关于顶浸没喷射喷枪地安装并能接收从所述出口端纵向穿过喷枪内的红外线能量，每个能聚焦红外线能量以便它接收并且允许相应输出信号的产生。每个高温计器件可安装在由内管所限定的孔之内。替代地或另外，该高温计器件可以包括安装在限定在内管和外管至少之一与内管和外管之间的中间管之间的环形通道内的至少一个高温计器件。
【附图说明】
[0045]为了可以更加全面地理解本发明，现在对附图进行引用，在附图中:
[0046]图1是顶浸没喷射反应器的部分剖开透视图；
[0047]图2示出根据本发明的温度测量设备一个形式的表示，其下端部分以放大尺度示出；
[0048]图3是根据本发明的温度测量设备的另一种形式的下部的部件的部分剖面图。
[0049]图4示出相关于图3的设备的上部的部件的细节；和
[0050]图5示出在利用本发明的温度测量设备进行的半工业工厂试验中测出的温度随时间的变化。
【具体实施方式】
[0051]在图1中所示的反应器10仅仅是可能的顶浸没喷射反应器和喷枪布置的一个例子。反应器10具有柱形外壳12，在其顶端由倾斜顶盖14封闭，排烟道16从倾斜顶盖14向上突出到烟气锅炉/热交换器18。在图1的图示中，外壳12的矩形部分已被移去以使得能够观察内部，虽然外壳12除了出孔(tap hole)外，在其高度上的所有水平上都是圆周向连续的。顶盖14具有入口 20，顶浸没喷射喷枪22向下通过该入口 20延伸，以便在保护性熔渣覆盖层24已经形成并凝固在喷枪22的下部之后，喷枪22的下端部分浸没在熔池26的上部熔渣相28中。反应器10还具有:通过顶盖14开口的进料口 29，以使得用于所需要的火法冶金操作的原料能够装载到熔池26的熔渣28中；以及燃烧器端口 30，用于在需要时能够插入用于加热反应器的燃烧器31。喷枪22具有连接器34，其使得能够连接喷枪22以分离燃料/还原剂和含氧气体的源，以使得这些材料的分离通道向下通过喷枪22并在喷枪22的下部出口端混合以供应燃烧混合物。燃料和氧气混合物的燃烧在喷枪22的下部出口端处的熔渣28中产生燃烧带以及在熔渣28中的强湍流，该强湍流导致通过出口 29装载的原料分散在熔渣28中，以便在熔渣28内产生所需要的火法冶金反应。
[0052]如图2中所示的喷枪22是具有温度测量设备的顶浸没喷射喷枪的一种形式的下端的示意图。喷枪22包括外管38、内管40和在管道38和40之间的中间管42。管道38、40和42的横截面基本上为圆形，并且基本上同心地布置。限定在管道38和42之间的环形通道44能够供给空气，而限定在管道40和42之间的通道46能够供给氧气。由管道40限定的孔48能够供给燃料/还原剂。如图所示，管道40和42在管道38的下端之上、相对于喷枪22的总长度的一段短距离处终结，以提供混合室50，在该混合室50中，燃料/还原剂、空气和氧气混合以促进燃料在管道38下端的有效燃烧。喷枪22可以具有长达约25米的长度和长达约0.5米的外径，以便于商业操作。喷枪22的半工业工厂版可能只有大约4米长和大约0.075米外径。
[0053]根据本发明的温度测量设备的一种形式图示于图2，并包括与高温计器件52组合的喷枪22。相对于内管40的直径大大放大地不出的器件52包括传感器头，在不出的布置中，该传感器头由包含透镜或传感器单元54的机壳56以及具有与透镜单元通信的一端的光缆60组成。传感器头54安装在内管40的下部范围内，在该下部范围内，传感器头54由对燃料/还原剂向下通过管40的流动提供最小妨碍的适当框架或支架(未示出)支承。传感器头54定位成能够接收向上通过下端并纵向沿喷枪22的红外线能量和聚焦接收到的该红外线能量。该布置可以使得透镜单元58诸如从作为喷枪22的顶浸没喷射的结果、在熔渣28的层内形成的表面(如由线64示意性地描绘的)接收由线62所描绘的锥内的红外线能量。由线62所描绘的锥角对于透镜单元58离喷枪22的出口端的距离来说是最大了，因为更大的锥角会导致来自锥击中管道38和40中至少一个的干扰。更小的锥角可能是适当的，因为透镜单元58离线64处的表面(在其上辐射接收到的红外线能量)的间距需要与透镜单元58的透镜的焦距基本上对应。例如可从Dias Infrared GmbH可得到的PYR0SP0TDSRF 11N具有可调焦距。然而，所示的布置提供了在红外线能量辐射表面上的最大视野，从而允许准确的温度确定。
[0054]在图2的布置中，光缆60从传感器头54向上穿过内管40并从喷枪22的入口端出来，到达含有检测器单元68、放大器单元70和显示器件72的外部机壳66。由透镜单元58聚焦在该传感器头54上接收到的红外线能量，从而使聚焦的红外线能量沿线缆60传递到机壳66。由检测器单元68接收该能量并将其转换成由放大器单元70放大的输出电信号，并传递给在其上显示熔渣温度的读出的显示器72。
[0055]如果需要的话，线缆60在内管40的范围可以处于通过其冷却剂流体能够循环以控制机壳56内的传感器头54尤其是透镜单元58的环境温度的导管内。
[0056]虽然图1和2的温度测量设备仅示出了在喷枪22中的单一高温计器件52，但在一个喷枪22可以存在多于一个器件52，例如多达4个器件52。这些器件可全部处于内管40内，或至少有一个可以处于管道40和管道42之间，和/或处于管道38和管道42之间。
[0057]图3和4的布置在很大程度上将根据图1和2的描述来理解。在图3和4中，对应于图1和2中的那些部件的部件具有相同的附图标记加100。喷枪122具有中间管142和如在图4中以虚线轮廓中所看见的内管140。相应管道142和140还称为内空气/氧气管和燃料气体管。然而，管道142可以沿着限定在管道140和142之间的通道146供给氧气或富氧空气，而管道140可以沿着由管道140所限定的孔148供给夹