用于回转窑的自动快速响应的温度测量的制作方法

本发明涉及一种用于测量回转窑中的温度的装置，材料通过所述回转窑被加热至升高的温度。本发明还涉及一种配备有所述装置的回转窑以及用于在现场测量所述回转窑的内部温度的工艺。

背景技术：

温度测量对于每个工艺控制都特别地重要。尤其是对于连续工艺来说，这些测量必须为具有位置和时间分辨率。对于回转窑(一种用来在连续工艺中在高温至极高温下对固体材料进行热处理(煅烧或直接还原)的高温冶金加工装置)来说，这样的测量特别具有挑战性。

通常，已经使用被紧固至窑外壳并且随着窑旋转的热电偶(主要是热电高温计)。如例如在de1473305中所公开的，辐射高温计被固定于窑外壳上。进一步，可以在回转窑的操作期间手动地使热电偶运动进入和离开回转窑的内部。为了快速响应的温度测量(确定精确的气体温度和固体材料温度、动态休止角以及填充度所需的)，必须插入具有非常低的寿命的几乎不受保护的热电偶。

根据现有技术，在操作期间在回转窑处手动地执行用于快速响应的温度测量的热电偶的安装和移除程序。由于窑的旋转运动，这给操作人员造成许多受伤的风险，并且因此根据当前的职业健康和安全法规不再为可接受的。

操作人员必须在窑继续旋转时进行以下工作步骤以进行一次测量：

1.打开凹窝(被用暗盖封闭)

2.打破炉瘤(非常关键的步骤)

3.测量炉瘤厚度(用于正确地测量深度)

4.通过夹紧用凸缘将卡口配件固定于保护管(包含热电偶)处

5.将保护管安装于窑处并且用卡口配件进行固定

6.将热电偶连接至测量电缆

7.测量温度

8.在窑外壳处使热电偶与测量电缆分离

9.移除保护管

10.用暗盖封闭凹窝

最关键的步骤是打破窑内部的炉瘤。根据工艺参数以及窑中的位置，它们可能非常硬且厚。

总结起来说，该程序期间的问题是确保工作安全性。操作人员必须在旋转的且热的窑外壳处工作。热材料以及具有高的一氧化碳含量的热气体可能从打开的凹窝逸出。这些状况导致受伤和健康问题的高风险。

技术实现要素：

因此，本发明所基于的目的是提供一种用于在回转窑中进行现场温度测量的装置，其对于操作人员而言具有增加的安全性。

通过具有权利要求1的特征的装置解决该任务。

本发明提供一种用于测量回转窑中的温度的装置，材料通过所述回转窑被加热至升高的温度。作为本发明的基本部分，所述装置具有驱动器以及带有用来固定热电偶的机构的长条形中空体。所述驱动器和所述长条形中空体被安装成使得它们与所述回转窑共同旋转。进一步，所述驱动器可以使所述长条形中空体与热电偶一同通过开口运动进入和离开所述回转窑的内部，以在操作期间测量所述回转窑内部的温度。

结果，本发明提供的优点在于，在操作期间，亦即在窑旋转的情况下，不必在窑处进行手工作业。这增加工作安全性，因为可能容易地从控制室执行测量程序。

此外，由于较少的准备工作以及较简单的测量执行，每时间单位可能进行更多的测量，这使得在回转窑中进行更好的工艺控制。最后，自动化降低人员成本。

利用自动化的从动装置，可以应用测量点的有规律的清洁间隔。为了实现这种清洁，使长条形中空体运动进入和离开窑，仅仅为了在炉瘤层可能导致问题或堵塞之前打破炉瘤层。

另外，整个装置可以在窑的旋转中断的短的时间段期间被手动地从窑外壳移出并且由另一个装置替换。这使维护和维修工作非常容易且舒适，而无需使窑长时间停止。

优选的是，所述长条形中空体为管状和/或所述热电偶可以被安装成使得它的测量末端从所述长条形中空体突出。所述热电偶测量末端从所述长条形中空体延伸对于回转窑中的快速响应的温度测量特别地重要，因为已经发现所述回转窑的下部部分中的固体材料和所述回转窑的上部部分中的气体(在固体材料上方的所谓的出水高(freeboard))具有不同的温度。仅仅在温度测量的响应速度较高的情况下，可以在一次旋转内检测到精确的固体材料温度和气体温度。另外，可以通过一次旋转期间的温度曲线的突然的变化来确定材料的位置(动态休止角和填充度)(参见图5)。如果所述测量末端被覆盖有保护层(如保护管和/或长条形中空体)，则可能无法检测到这样的突然的变化，这就是为什么所述测量末端在测量期间必须为无屏蔽的或仅仅受到非常弱的保护。

在本文中，优选的是，所述热电偶被设计成使得它可以独立于所述长条形中空体运动进入和离开所述长条形中空体。由此，所述长条形中空体可以被完全单独地使用，从而将热电偶的测量末端屏蔽于内部，以在通过借助于机械致动器使所述热电偶的测量末端移动通过所述长条形中空体而进行测量之前,穿过所述回转窑的内径上的炉瘤打破一个孔。这样，保护所述测量末端免于损坏。

为了更好地冲破炉瘤，本发明的有利实施例设置成，所述长条形中空体在指向所述回转窑的一侧处成锥形。

还优选的是，所述长条形中空体由耐热钢制成，以确保同等程度的热稳定性和机械稳定性。

此外，在所述长条形中空体与所述热电偶之间设置另外的保护管，以另外保护和稳定所述热电偶。

此外，优选的是，所述长条形中空体被安装成使得在待机位置中，它保护所述热电偶免受由所述回转窑内部的固体材料所引起的磨损以及高温/温度变化。

在另一个优选实施例中，用于所述长条形中空体的驱动器以及用于所述热电偶的致动器被设计成电动马达，其可以被非常容易地操作。在一个特别优选的实施例中，通过滑环将电力供应至所述回转窑的圆柱形外壳。在许多回转窑应用中，那些滑环已经由于其它目的而存在，并且因此也可以被用于所述长条形中空体的驱动器以及所述热电偶的致动器。

在一个特别实用的设计中，通过至少一个、优选地两个蜗轮将所述驱动器的运动传递至所述长条形中空体和/或所述热电偶，所述蜗轮由蜗杆驱动并且在螺纹主轴上上下运动。使用两个平行的主轴具有引导运动的优点。使用蜗杆和蜗轮具有另外的自动锁定效果的优点。

然而，带有额外的引导件的一个主轴也是可能的。也可以使用另一齿轮类型，例如带有小齿轮的齿条，联接器机构或液压系统。

如上所述，对于所要求的短的响应时间而言必要的是，使用没有任何抗磨损和热冲击保护的热电偶。这使这些热电偶的耐久性非常低并且使用寿命非常有限。因此，在操作期间必须频繁度更换热电偶。

根据本发明，描述两种不同的热电偶互换方式：

a)半自动解决方案，根据所述半自动解决方案，所述回转窑仅仅必须停止非常短的时间，并且手动地更换所述热电偶连同它的保护管；

b)全自动解决方案，根据所述全自动解决方案，通过安装于窑外壳上的机械驱动器进行所述热电偶连同它的保护管的更换；在所述回转窑的操作期间，自动地执行损坏的热电偶的移除程序以及新的热电偶的安装程序。

在两种情况下，所述回转窑内部的在所述热电偶前面的炉瘤将被长条形中空体自动地打破，而无需任何人工互动，并且所述热电偶将在测量位置与待机位置之间自动地运动。在两种情况下，必须停止所述回转窑以在磨损或损坏的情况下手动地更换所述长条形中空体。然而，根据本发明，用卡口配件固定所述长条形中空体以进行快速的手动的更换。

在全自动解决方案的一个优选实施例中，可以设置盒以提供至少两个、优选地至少六个热电偶。当一个热电偶损坏时，它将自动地缩回于所述长条形中空体内部，所述盒将旋转一个位置并且来自盒的新的热电偶将被插入至测量位置中。因此可以在操作期间避免操作人员与所述回转窑进行任何直接的人工互动。

优选地，在所述回转窑的旋转的短的停止期间，可手动地更换所述盒。因此，可以非常快速地且容易地整体替换所述盒。

在优选的实施例中，所述盒为用于无故障操作的鼓式盒。转塔式盒(turretmagazine)也是可能的。

此外，优选的是，通过单独的驱动器使所述盒运动以实现全自动，例如geneva驱动器。出于上述原因，优选地将电动马达作为用于geneva驱动器的驱动马达。

此外，本发明涉及一种回转窑，其特征在于，根据权利要求1至10中的任一项所述的用于温度测量的至少一个装置安装于所述回转窑的外壳上。

因此，可以非常容易地将所述装置改装至已经存在的回转窑。可以在用于手动qrt测量的喷嘴处安装半自动解决方案，并且需要进行仅仅少量的修改，比如在窑外壳处安装凸缘。全自动解决方案是针对采样端口的喷嘴而设计的。为了对现有设备进行完全的修改，在窑外壳处需要更多的端口。可以在控制室中进行测量程序和其它控制功能的初始化。

外壳温度对于该装置为关键的。除了装置的底部凸缘与外壳处的凸缘之间的例如由空气室制成的绝热层之外，应当在窑外壳与凸缘之间安装由铝制成的热屏障，以保护它免受热辐射。此外，可以吸收来自现有的空气喷射风扇的一部分空气，以为所述装置提供冷却空气。如果不存在空气喷射风扇，则可以安装新的空气风扇以供应环境冷却空气。风扇可以由同样安装于所述回转窑的外壳上的电动马达驱动。可以通过滑环提供用于所述驱动器的电力，所述滑环也为上述装置供应电力。

本发明还涉及一种用于在具有权利要求12的特征的回转窑中进行温度测量的方法。

由此，使通过所述长条形中空体保护的热电偶运动至所述回转窑的内部。可以通过致动器将所述热电偶定位成通过所述长条形中空体进行测量，以使得所述热电偶的温度敏感末端从所述长条形中空体的内部(热)端突出。同一致动器还可以使所述热电偶缩回返回至所述长条形中空体中，以对所述热电偶的温度敏感末端提供机械保护，所述末端对磨损和机械损坏也非常敏感。所述热电偶在所述长条形中空体内部的后一位置被称为待机位置。

特别地重要的是，测量包括所述回转窑的一次完整的旋转作为最小值。

从对示例性实施例和附图的以下描述得出本发明的另外的特征、优点以及可能的应用。在此以图形形式描述和/或示出的所有特征单独地或者以任何期望的组合形成本发明的主题，而不管它们如何在权利要求中或在它们对先前的权利要求的引用中进行组合。

附图说明

附图示意性地示出：

图1示意性地示出作为根据本发明的装置的具有两个主轴和两个蜗轮的第一实施例的半自动解决方案，

图2示意性地示出作为根据本发明的装置的具有两个主轴和两个蜗轮的第一实施例的半自动解决方案的第二视图，

图3示意性地示出半自动解决方案中的长条形中空体中的热电偶的放大图，

图4示意性地示出作为使用鼓式盒的第二实施例的全自动解决方案，

图5示意性地示出在内部具有热电偶的回转窑的一部分，以及

图6示意性地示出在操作期间在回转窑旋转一次期间的温度曲线。

具体实施方式

图1示出本发明的第一半自动实施例。其中，装置10安装于回转窑外壳33上并且执行用于温度测量的工作步骤。

具体地，热电偶12位于长条形中空体11中。为了获得高的响应速度，它的测量末端13或者永久地处于长条形中空体11的外部，或者热电偶12可以独立地运动，以使得它的末端13运动进入和离开长条形中空体11。优选地由保护管14保护热电偶12，从而使测量末端13暴露以容许对温度变化的快速响应。

对于后一种情况，优选的是，可以通过长条形中空体11的顶部上的致动器25将末端13定位于长条形中空体11的外部。致动器25使热电偶12与保护管14一同移动。在待机位置中，长条形中空体11位于回转窑的耐火内衬37中的开口31中，以保护它免受材料的磨损以及高温/温度变化。通过套筒36保护开口31，以使得耐火内衬37的可能的移动不会损坏长条形中空体11。通常，套筒36由耐热钢制成。

优选地，可以例如通过卡口配件快速地进行长条形中空体11在回转窑外壳33处的安装和拆卸。但是在正常的操作中，仅仅需要偶尔更换热电偶12与保护管14。

进一步，示出两个主轴21，它们彼此平行地固定于装置10的地面凸缘26处，地面凸缘26继而安装于回转窑30的外壳上的凸缘喷嘴上。通过框架28(其在图中未示出)支撑主轴。带有主轴螺母的蜗轮22附接于板24处，以使得蜗轮能够旋转而不改变蜗轮相对于板24的位置；蜗轮通过蜗杆23旋转，蜗杆23继而由驱动器20驱动。优选地，驱动器20为电动马达。当驱动器20被操作时，板24、蜗轮22、蜗杆23以及驱动器20连同长条形中空体11、热电偶12以及保护管14沿主轴21上下运动。

优选地由耐热钢制成的长条形中空体11通过卡口配件固定至板24。这种设计容许长条形中空体11在高的力和自动锁定效果下进行线性运动。

为了冲破炉瘤，驱动器20使板24和长条形中空体11通过开口31运动至回转窑30中。为了防止开口31的前面的厚的炉瘤，这将在限定的时间间隔内进行。一旦开口31没有炉瘤，就可以通过致动器25使热电偶12与保护管14向前移动至回转窑的内部32中的测量位置中。在该测量位置中，热电偶12的测量末端13没有被长条形中空体11包围，以进行快速响应的温度测量。

根据本发明的半自动和全自动实施例，快速响应的温度测量以自动化方式运作。当需要温度测量时，可以在控制室中使自动工作程序初始化。在测量期间在现场无需操作人员。

图2在第二视图中示出与图1的装置10相同的装置10。

图3示出图1和2的细节，其中长条形中空体11中的另外的保护管14支撑热电偶12。为了获得热电偶12的待机位置，可以将保护管14连同热电偶12拉动返回至长条形中空体11的末端中。在测量期间，仅仅热电偶12的测量末端13不受保护。

图4公开一种用于自动地更换热电偶12连同保护管14的全自动解决方案。该装置10的主要设计类似于半自动解决方案，但是长条形中空体11具有更大的直径并且包含装载有热电偶12和保护管14的盒(magazine)40，例如鼓式盒(drummagazine)。

用于自动地更换热电偶的机构布置于长条形中空体11的顶部上，并且包括驱动马达43，用于使盒40逐步地旋转的盒驱动器42(例如geneva驱动器)，以及将驱动马达43的旋转运动转换成热电偶12的轴向运动的机构41，例如圆柱形凸轮机构。

在本发明的该实施例中，多个热电偶12偏心地定位于长条形中空体中，但是在长条形中空体的底部中存在仅仅一个偏心孔，选定的热电偶可以通过所述偏心孔移动至测量位置中。然而，回转窑30的外壳以及它的耐火内衬37中的开口31与长条形中空体11的中心线同心。

在长条形中空体11的待机位置中，圆钢条密封长条形中空体11的底部中的偏心开口。为了开始测量，首先通过驱动器20使长条形中空体11运动至回转窑30的内部32中以打破任何炉瘤，然后热电偶更换机构41和42穿过长条形中空体11的底部中的偏心开口将热电偶12定位至它的在回转窑的内部中的测量位置中。在有缺陷的热电偶12的情况下，所述机构在盒40的下一个位置处停止。如果所有热电偶12都有缺陷，则可以手动地更换盒40。

在本发明的一个优选实施例中，例如如图4中所示，仅仅在开口31未被填充以固体材料(亦即装置10处于较高的位置中)时，才进行热电偶的更换。

图5示出回转窑30的一部分，其中热电偶12伸入于内部。回转窑的具有气相35并且被部分地填充以固体颗粒34。固体颗粒34不与回转窑30一同旋转，而是始终保持于所示位置中。因此，在回转窑30沿旋转方向38旋转一次期间，热电偶12首先测量气相的温度，然后测量固体颗粒的温度。

图6示意性地示出在操作期间在回转窑旋转一次期间的温度曲线。如可以看出的，当热电偶被浸入至固体颗粒中时以及当热电偶从固体颗粒出来时，测量到突然的温度变化。

为了确定窑中的炉瘤层的厚度，将使用在长条形中空体11运动至窑中期间的温度曲线的变化。因此，开口31的前面的炉瘤被打破，并且致动器25将热电偶定位于测量位置中。在长条形中空体运动进入以使测量末端13处于测量位置中期间的温度变化是由炉瘤层外部的由于窑中的气体速度和热辐射而导致的较高的热传递而引起的。利用炉瘤厚度信息，可以通过驱动器20相应地定位长条形中空体，并且可以开始测量。

替代地，来自窑内部的温度与来自外壳温度之间的温度梯度可以被用于确定炉瘤厚度。

附图标记

10装置

11长条形中空体

12热电偶

13热电偶测量末端

14保护管

20驱动器

21主轴

22蜗轮

23蜗杆

24板

25致动器

26地面凸缘

27卡口配件

28框架

30回转窑

31开口

32回转窑内部

33回转窑外壳

34固体颗粒

35气相

36套筒

37耐火内衬

38旋转方向

40盒

41圆柱形凸轮机构

42geneva驱动器

43驱动马达