专利名称：耐火材料损耗的控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及在铁以及非铁/有色金属的生产中用于容纳熔化物的耐火材料衬层以及耐火材料壁。
背景技术：
耐火材料衬层和壁用于铁、钢以及非铁金属的生产中。耐火材料衬层或壁的用途是容纳熔炉中的“熔化物”。该熔化物可能包括熔化的金属，氧化物，熔渣以及熔化的硫化物。熔炉通常为一个衬有耐火材料的钢壳。耐火材料通常为被设计为用以抵抗熔炉内的高温和耗蚀性环境并容纳熔化物的高凝固点的结晶状固体，碳化物，碳或者石墨。
尽管耐火材料有很好的耐耗蚀性，熔炉内极端的环境最终还是会把耐火材料耗尽。耐火材料的使用寿命被称为“炉龄”。由于耐火材料价格昂贵，安装困难，并且在熔炉停工期间有产量的损失，所以更换耐火材料意味着一项重大的花费。鉴于这一原因，人们正在做这样的努力，即通过开发具有降低的损耗率或较少安装时间的改进性能的新耐火材料来延长耐火材料的炉龄。
耐火材料的损耗率随着熔炉内温度的降低而减小。然而，为了把熔炉内的熔化物以足够的流速放出，必须把该熔化物保持在高于其凝固点的温度上以使其充分保持为流体。
熔化物的凝固点温度取决于熔化物具体的组成。对于已知的熔化物组成，其凝固点也可从计算、试验或工厂的经验获得。因此，能够确定在熔化物的粘滞度足够低(或反过来说，流动性足够高)以提供需要的放出流速时的最低温度。通过保持熔炉的温度尽可能地接近该最低温度，对耐火材料的耗蚀就会降到最低，从而延长了该衬层的炉龄。
不幸的是，熔炉内熔化物的组成会随时间变化，因此其凝固点也随之变化。为了把这一点考虑在内，对熔炉进行操作以把熔化物保持在一个计算出的温度设定点上，从而如果(熔化物的)凝固点在该理论凝固点的惯常偏差上限，熔化物就能维持足够的放出速度。因此，在熔炉的工作过程中，熔化物的温度在大多数时间通常都高于其所需的温度。结果，耐火材料的损耗率高于其所需的损耗率，因此就使该衬层的炉龄降低到低于其理论上的理想炉龄。
发明内容
本发明的一个目的就是克服或改善现有技术中的至少一个缺点，或提供一种有用的选择方案。
根据第一方面，本发明提供一种安装在耐火材料熔炉中的耐火材料损耗控制组件，该组件包括一用于测量耐火材料温度的耐火材料传感器；一用于确定熔炉内熔化物的粘滞度的粘滞度传感器；响应耐火材料传感器和粘滞度传感器而作用的熔化物温度调整装置，这样，该调整装置把熔化物的温度调整到由耐火材料温度和熔化物粘滞度之间的预定关系确定的一最佳设定点温度，其中该最佳设定点温度是能维持把熔化物放出熔炉所需速度的最低温度。
根据第二方面，本发明提供一种控制耐火材料熔炉内的耐火材料损耗率的方法，该方法包括测量耐火材料层/衬层的温度；测量熔炉内熔化物的粘滞度；把熔化物的温度调整到由耐火材料温度和熔化物粘滞度之间的预定关系确定的一最佳设定点温度；其中，该最佳设定点温度是能维持把熔化物放出熔炉所需速度的最低温度。
优选地，熔化物粘滞度通过在熔化物被从熔炉放出时对其流速的测量来确定。
在另一优选的方式中，连续地对耐火材料的温度和放液时的流速进行监测。这提供了对最佳设定点温度的实时调整。然而，应该理解，可以对耐火材料的温度和放液时的流速进行周期性的监测以提供周期性地计算的最佳设定点温度值，然后把该最佳设定点温度的计算值与周期性测量得到的熔化物温度进行比较。
优选地，在熔炉的高损耗区测量耐火材料的温度。在一个尤其优选的形式中，熔化物温度传感器为至少一个用于连续地测量熔化物温度的热电偶，而耐火材料传感器为至少一个用于连续地监测耐火材料温度的其它热电偶。
优选地，把耐火材料的温度变化率与根据耐火材料在具体熔炉操作环境下的理论上的最小可能损耗率从理论上计算出的理想温度变化率进行比较，由此，耐火材料温度的实际变化率和熔化物粘滞度监测值相对于耐火材料温度在理论上的理想变化率和熔化物粘滞度之间的对照关系就用于确定在熔化物温度中需要的调整。
优选地，根据在其内表面上保持一理想的炉结层的耐火材料衬层的预期的损耗率来计算得出该耐火材料的温度在理论上的理想变化率。本领域技术人员应该理解，该理想的炉结层的厚度将根据具体熔化物的不同而不同。在一些情况下，理想的情况就是根本没有炉结层。
在本发明的另一实施例中，在放液期间使用一空气冷却喷管对该熔炉内熔化物的高度进行测量，由此利用熔化物的高度的变化率来确定放液时的流速，并从而确定熔化物的粘滞度。在一些实施例中，使用光学高温计来测量耐火材料的温度和/或熔化物的温度。在一更为优选的形式中，对耐火材料进行强制冷却以进一步降低该耐火材料的损耗率。
在一些实施例中，使用一斜面粘度计(inclined slope viscometer)来测量熔化物的粘滞度。在另一优选的形式中，在把熔化物的原料放入熔炉之前对原料进行分析以得出熔化物的粘滞度和温度之间的关系。可选择地，可以对熔化物进行分析以得出熔化物的粘滞度和其温度之间的关系。对熔化物的凝固点也可以用这些技术进行估计。
根据第三方面，本发明提供一种用于确定耐火材料熔炉内的耐火材料损耗率的组件，该组件包括一适于测量耐火材料的温度以及其温度变化率的耐火材料温度传感器；一响应该(耐火材料)温度传感器并利用耐火材料的热传导特性、耐火材料的温度以及其温度变化率之间的预定关系来确定该耐火材料厚度的变化率的转换单元。
根据另一方面，本发明提供一种预测耐火材料熔炉中耐火材料衬层的炉龄的方法，该方法包括测量耐火材料的温度及其温度变化率；根据耐火材料的耗蚀状态、耐火材料的温度、耐火材料的温度变化率以及耐火材料的热传导特性之间的预定关系确定该耐火材料衬层厚度当前的减少速度。
优选地，用嵌入式耐火材料温度传感器来测量耐火材料的温度。优选地，耐火材料温度传感器为一N型热电偶。在进一步的优选方式中，把该热电偶嵌入在耐火材料中预定的位置。
测量实际的耐火材料损耗率的这一特定技术使得人们能够精确预测炉龄的长短。这使操作者能在关闭熔炉以更换耐火材料之前最大限度地使用耐火材料衬层。这也使操作者能察觉到任何偏离正常操作的情况，例如耐火材料损耗的加速，并对其做出反应。这意味着操作者能够调查引起偏离的原因，改正任何不当的操作并回到更稳定的操作状态中。
利用本发明，能够将熔化物的温度连续地调整到能提供适合于需要的放液速度的熔化物粘滞度的高于凝固点的实际最小值。通过把熔化物的温度保持在最小值，也就把耐火材料的损耗率保持在了最小值，这继而延长了耐火材料衬层的炉龄。
现在将仅通过示例对本发明的优选的实施例结合附图进行描述，其中图1所示为适用于本发明的一耐火材料熔炉的垂直剖面图；图2为图1所示耐火材料熔炉的A-A向剖面图；以及图3为从同一熔炉内随后的耐火材料炉龄得到的实际耐火材料损耗率的比较图，在第一炉龄时对熔炉根据现有技术进行操作，在第二炉龄时对熔炉根据本发明进行操作。
具体实施例方式
参见图1，耐火材料熔炉100由封装耐火材料衬层102的钢壳101组成。熔化物106的温度由从壳101延伸到熔炉内部以“观看”熔化物106的热电偶105测得。
耐火材料层102的温度用“砖块内的”如图中在位置104a，104b，104c处所示的热电偶来监测。该砖块内的热电偶以确定的深度嵌入耐火材料中。使用的温度传感器一般为N型热电偶，但是也可以使用其它类型的热电偶以及光学高温计。由于砖块内的热电偶从熔炉外表面插入其中的距离影响对材料的热传导的计算，所以该砖块内的热电偶被小心地定位。
熔化物通过放液区107被从熔炉100内放出。一向下放入熔炉中的空气冷却喷管103用以测量放液速度。利用熔化物被放出熔炉时的流速，就能估算该熔化物的相对粘滞度。通过监测耐火材料的温度并把其与对熔化物粘滞度的测量相结合，本发明就能使系统连续地提供对耐火材料损耗率的实时控制。传统上，每一个月左右就用手工方法对耐火材料层的厚度进行一次测量。然而，对耐火材料厚度(也称为“砖长”)的月度测量不如实时控制。
对耐火材料损耗率的实时控制不使用耐火材料强制冷却系统，就使得耐火材料衬层的炉龄得到最大化。
本发明利用熔化物的放出速度及其凝固点之间的关系把熔炉的温度保持在最小值。在该行业中已知，当熔炉的温度较高时耐火材料的损耗率就会增加。然而，为了确保熔化物能以足够的流速被从熔炉中放出，该熔化物需要具有足够高的流动性(或者反过来说，足够低的粘滞度)。
给出熔化物在理论上的组成，就能够确定其理论凝固点和理论上的理想设定点温度，该设定点温度是熔化物具有足够低的粘滞度的最低温度。
在实际中，熔化物的组成不断地改变，并且因此其凝固点也发生改变。所以这已经成为该行业中的普遍做法，即把熔化物的温度保持在一高于其需要的温度的设定点温度上以便把熔化物组成中的波动考虑在内。如前面在“背景技术”中所述，这一做法减少了耐火材料的炉龄，增加了生产成本。
本发明通过测量耐火材料的温度及其温度变化率，然后把这些值与利用该耐火材料已知的热传导特性计算出的使其损耗最小的理论上的最佳值相比较，从而提供了监测耐火材料的损耗的能力。把这一信息与由放液流速计算出的熔化物的粘滞度数据相结合，就能连续地把熔化物的温度调整到一最佳设定点温度。该最佳设定点温度就是熔化物的粘滞度低到足以维持一有效的放液速度时的实际最低温度。因此，熔炉内的温度连续地处在实际最低温度，从而降低了耐火材料的损耗率并延长了耐火材料衬层的炉龄。
图3所示为从同一熔炉内随后的炉龄得到的实际耐火材料损耗率之间的比较图。耐火材料的厚度以砖长度量，炉龄以月度量。在炉龄7时，熔炉是按照“背景技术”部分中所述的技术来操作的。炉龄7时的耐火材料损耗曲线表示为线109。
在炉龄8时，对熔炉按照本发明来操作，且相对于时间的耐火材料损耗曲线表示为线108。线110是炉龄8时用79.3周的数据统计计算得出的耐火材料损耗趋势线。该趋势线表明在炉龄8时耐火材料的平均损耗率为1.7毫米/周。
相比较来看，炉龄7时耐火材料的损耗大致为炉龄8时的两倍。在炉龄7和8中相等的时间(79.3周)内，炉龄7时的砖长是184毫米而炉龄8时的砖长为314毫米。作为进一步参考，虚线111显示了1毫米/周的损耗率而虚线112显示了2.24毫米/周的损耗率。
图3中显示的数据证实本发明提供了一种降低耐火材料的损耗并增加耐火材料的炉龄的有效方法。炉龄8时的实际损耗率曲线108和统计趋势线110之间较接近的一致性进一步说明了本发明对损耗率所提供的控制程度以及预测炉龄的精确度的提高。
此处仅以示例的形式对本发明进行了描述。本领域技术人员能够很容易地想到不脱离宽泛的发明概念的精神和范围的许多修改和变型。
权利要求
1.一种安装在耐火材料熔炉中的耐火材料损耗控制组件，该组件包括一用于测量耐火材料温度的耐火材料传感器；一用于确定熔炉内熔化物的粘滞度的粘滞度传感器；响应该耐火材料传感器和粘滞度传感器的熔化物温度调整装置，这样，该调整装置把熔化物的温度调整到由耐火材料温度和熔化物粘滞度之间的预定关系确定的一最佳设定点温度，其中该最佳设定点温度是能维持把熔化物放出熔炉所需速度的最低温度。
2.根据权利要求1的组件，其中熔化物温度调整装置包括一用于监测熔化物温度的熔化物温度传感器，并且该粘滞度传感器具有一放液时的流速传感器，其中熔化物的粘滞度利用对放液时的流速的测量来确定。
3.根据权利要求2的组件，其中对耐火材料温度和放液时的流速进行连续地监测。
4.根据权利要求1至3之一的组件，其中在熔炉的高损耗区测量耐火材料的温度。
5.根据权利要求1至4之一的组件，其中熔化物温度传感器具有至少一个用于连续地测量熔化物温度的热电偶，而耐火材料传感器具有至少一个用于连续地监测耐火材料温度的其它热电偶。
6.根据权利要求1至5之一的组件，其中把耐火材料的温度变化率与根据耐火材料在具体熔炉操作环境下的理论上的最小可能损耗率从理论上计算得出的理想温度变化率进行比较，由此，耐火材料温度的实际变化率和熔化物粘滞度监测值相对于耐火材料温度在理论上的理想变化率和熔化物粘滞度之间的对照关系就用于确定在熔化物温度中需要的调整。
7.根据权利要求1至6之一的组件，其中从熔化物原料被放入熔炉之前对该原料的分析得出熔化物的粘滞度和其温度之间的理论关系。
8.根据权利要求1至6之一的组件，其中从对该熔化物的分析得出熔化物的粘滞度和其温度之间的理论关系。
9.根据权利要求6的组件，其中耐火材料温度在理论上的理想变化率根据在其内表面上保持一理想的炉结层的耐火材料衬层预期的损耗率来计算。
10.根据权利要求1至9之一的组件，其中放液期间熔炉内的熔化物的高度用一空气冷却喷管测量，由此利用熔化物的高度的变化率来确定放液时的流速，从而确定熔化物的粘滞度。
11.根据权利要求1的组件，其中耐火材料的温度和/或熔化物的温度用光学高温计来测量。
12.根据权利要求1的组件，其中熔化物的粘滞度用斜面粘度计来测量。
13.根据权利要求1至12之一的组件，其中对耐火材料进行强制冷却以进一步降低该耐火材料的损耗率。
14.根据权利要求2的组件，其中对耐火材料的温度和放液时的流速进行周期性的监测以提供周期性地计算出的最佳设定点温度，然后把该温度与周期性测量得到的熔化物温度进行比较。
15.一种控制耐火材料熔炉内的耐火材料损耗率的方法，该方法包括测量耐火材料层的温度；测量熔炉内熔化物的粘滞度；把熔化物的温度调整到由耐火材料温度和熔化物粘滞度之间的预定关系确定的一最佳设定点温度；其中，该最佳设定点温度是能维持把熔化物放出熔炉所需速度的最低温度。
16.根据权利要求15的方法，其中熔化物的粘滞度通过在该熔化物被从熔炉放出时对其流速的测量来确定。
17.根据权利要求16的方法，其中对耐火材料温度和放液时的流速进行连续地监测。
18.根据权利要求15至17之一的方法，其中耐火材料的温度从熔炉的高损耗区测量得到。
19.根据权利要求15至18之一的方法，其中把耐火材料的温度变化率与根据耐火材料在具体熔炉操作环境下的理论最小可能损耗率从理论上计算得出的理想温度变化率进行比较，由此，耐火材料温度的实际变化率和熔化物粘滞度监测值相对于耐火材料温度在理论上的理想变化率和熔化物粘滞度之间的对照关系就用于确定在熔化物温度中需要的调整。
20.根据权利要求15至19之一的方法，其中从熔化物原料被放入熔炉之前对该原料的分析得出熔化物的粘滞度和其温度之间的理论关系。
21.根据权利要求15至19之一的方法，其中从对该熔化物的分析得出熔化物的粘滞度和其温度之间的理论关系。
22.根据权利要求19的方法，其中耐火材料温度在理论上的理想变化率根据在其内表面上保持一理想的炉结层的耐火材料衬层预期的损耗率来计算。
23.根据权利要求15至22之一的方法，其中放液期间熔炉内的熔化物的高度用一空气冷却喷管测量，由此利用熔化物的高度的变化率来确定放液时的流速，从而确定熔化物的粘滞度。
24.根据权利要求15的方法，其中耐火材料的温度和/或熔化物的温度用光学高温计来测量。
25.根据权利要求15的方法，其中熔化物的粘滞度用斜面粘度计来测量。
26.根据权利要求15至25之一的方法，其中对耐火材料进行强制冷却以进一步降低该耐火材料的损耗率。
27.根据权利要求16的方法，其中对耐火材料的温度和放液时的流速进行周期性的监测以提供周期性地计算出的最佳设定点温度，然后把该温度与周期性测量得到的熔化物温度进行比较。
28.一种用于确定耐火材料熔炉内的耐火材料损耗率的组件，该组件包括一适于测量耐火材料的温度以及耐火材料的温度变化率的耐火材料温度传感器；一响应该温度传感器并利用耐火材料的热传导特性、耐火材料的温度以及耐火材料的温度变化率之间的预定关系来确定该耐火材料厚度的变化率的转换单元。
29.根据权利要求28的组件，其中耐火材料的温度用嵌入式耐火材料温度传感器来测量。
30.根据权利要求29的组件，其中耐火材料温度传感器为一N型热电偶。
31.根据权利要求30的组件，其中热电偶嵌入在耐火材料中预定的位置。
32.一种预测耐火材料熔炉中耐火材料衬层的炉龄的方法，该方法包括测量耐火材料的温度及耐火材料的温度变化率；根据耐火材料的耗蚀状态、耐火材料的温度、耐火材料的温度变化率以及耐火材料的热传导特性之间的预定关系确定该耐火材料衬层厚度当前的减少速度。
33.根据权利要求32的方法，其中耐火材料的温度用嵌入式耐火材料温度传感器来测量。
34.根据权利要求33的方法，其中耐火材料温度传感器为一N型热电偶。
35.根据权利要求34的方法，其中热电偶嵌入在耐火材料中预定的位置。
全文摘要
通过测量耐火材料层(102)的温度(104)，测量熔化物(106)的粘滞度，以及把熔化物的温度调整到一最佳设定点温度来控制耐火材料(102)在熔炉(100)内的损耗率，该最佳设定点温度由耐火材料温度和熔化物粘滞度之间的预定关系确定，其中最佳设定点温度是能在熔化物(106)被从熔炉(100)放出时维持所需速度的最低温度。
文档编号F27D21/04GK1643325SQ03805798
公开日2005年7月20日 申请日期2003年3月12日 优先权日2002年3月12日
发明者J·S·爱德华兹, J·图普赖宁 申请人:埃克斯特阿特昆士兰有限公司