一种稀土火法冶金过程在线红外测温仪器的防护装置的制作方法

本发明涉及稀土火法冶金过程在线红外测温技术领域，特别是一种稀土火法冶金过程在线红外测温仪器的防护装置。

背景技术：

目前稀土火法冶金过程中，广泛采用目视比色或一次性热电偶进行测温。采用目视比色，测温结果受人为因素影响。采用热电偶测温技术，热电偶在测量过程中会高温熔化或发生电化腐蚀，需要经常更换，并且影响稀土金属的纯净度。由于测温过程不连续，无法实现自动温度控制。

红外测温技术是以普朗克辐射定律为理论根据，通过测量被测目标的红外辐射能量，经黑体标定，从而确定被测目标的温度。红外测温仪器的组成部分包括：光学系统、光电转换、信号放大及信号处理、信息显示与信号输出等。红外测温技术广泛应用于科学研究、炉窑测温、熔盐电解、塑料加工、线材生产，热压烧结等领域，取得良好的应用效果。

稀土氧化物re2o3不能直接电解，只有在碱金属和碱土金属的氟化物ref3熔体中，才可实现。以粉末状的re2o3为溶质，以同种稀土元素的氟化物为主要溶剂，一般用ref3-lif-baf2。加氟化锂lif可以提高导电性，加氟化钡baf2可以减少lif的用量，降低熔点。re2o3在氟化物熔体中首先熔解、解离，然后稀土离子在阴极上还原成金属。一般选用钼/钨做阴极、石墨做阳极。

氟化物熔盐在高温下具有很强的腐蚀性，传统的工业耐火材料都难以用来做稀土电解槽槽体材料，通常选用石墨坩埚作电解槽，电解过程中插入的测温热电偶会很快被电化腐蚀，污染电解熔液，影响稀土金属产品的纯净度。电解过程中的电解电流高达上万安培，电解槽周围的电磁场很强，由于电解工况发生变化，产生的交变电磁场也很强，影响红外测温仪器的电路系统；同时电解质挥发的含氟气体，会对测温仪器的光学系统产生腐蚀，光学系统一般选用硅酸盐玻璃，遇到氟化物会反应生成硅氟化物和气态的四氟化硅，降低透光性，影响温度测量精度。

从以上简述中可以发现，稀土火法冶金生产环境具有高温、强电磁场、含腐蚀性气体等特点，产品具有高纯净度要求，由于这些因素的限制，目前无论接触式测量还是非接触式温度测量，都无法达到要求，没有理想的解决方案，导致行业最为关键的工艺控制参数无法在线实时测量，影响了行业技术进步。本发明装置旨在解决采用红外测温仪器实现稀土行业火法冶金在线温度检测过程中的长期稳定运行问题，进而达到熔盐电解工艺的温度控制，保证产品质量的一致性。

技术实现要素：

为了实现稀土火法冶金过程在线温度实时测量和控制的目的，本发明通过采用电磁屏蔽材料的防护外壳，结合氟化物及粉尘的过滤、气体整流和电气隔离技术，解决了高温、腐蚀性气氛和强电磁场对红外测温仪器的不利影响，保证红外测温仪器长期、稳定运行。

本发明的技术方案如下：

一种稀土火法冶金过程在线红外测温仪器的防护装置，其特征在于，包括防护外壳、过滤部和整流部，所述防护外壳采用电磁屏蔽材料且侧面设置有进气孔，所述过滤部为过滤氟化物及粉尘的组件，所述过滤部设置于防护外壳的内部并且过滤部覆盖红外测温仪器的外壳，所述整流部的一端与防护外壳密封连接，红外测温仪器的探头端设置于整流部的内部，所述过滤部与红外测温仪器之间的空间与整流部内部相通，所述整流部的另一端具有保护气出口。

所述防护外壳设置的进气孔为切向进气孔并且所述切向进气孔设置在远离整流部的一端沿防护外壳壳壁方向贯通且与防护外壳轴线垂直，所述切向进气孔与外部风源连接且外部风源气流沿防护外壳内侧切线方向进入防护外壳与过滤部之间的空间。

所述过滤部包括高分子材料支架、柔性过滤层和过滤层固定部件，所述高分子材料支架用于支撑柔性过滤层，所述柔性过滤层包括依次叠加的高分子粉尘过滤外层、水蒸气吸收层、氟化物吸收层和高分子粉尘过滤内层，所述柔性过滤层通过过滤层固定部件固定在高分子材料支架上。

所述防护装置还包括在过滤部靠近整流部的一端依次设置的第一高分子密封环、第一压环和第一弹簧圈，红外测温仪器的探头端穿过第一压环和第一弹簧圈进而固定红外测温仪器，所述整流部的一端与防护外壳采用螺纹连接并通过依次压紧第一压环和第一高分子密封环进而压紧过滤部的一端，所述第一压环上设置有通气孔，所述过滤部与红外测温仪器之间的空间通过所述通气孔与整流部内部相通。

所述防护装置还包括在过滤部远离整流部的一端依次设置的第二高分子密封环、第二压环、第二弹簧圈和压簧，所述防护外壳上在远离整流部的一端设置有螺纹连接的后盖，红外测温仪器的另一端均穿过第二压环和第二弹簧圈进而固定红外测温仪器，所述后盖通过依次压紧压簧、第二弹簧圈、第二压环和第二高分子密封环进而压紧过滤部的另一端。

所述后盖上设置有观察红外测温仪器的就地显示信息的透明观察口。

所述整流部为缩颈结构且整流部的保护气出口长径比为4:1-5:1。

所述高分子材料支架为圆柱形结构且圆柱形外壁为网状结构或条栅状结构，圆柱形端面为无透气圆板结构且圆板内部根据红外测温仪器外部形状进行开孔。

所述柔性过滤层的各层的外部均采用具有相应过滤功能的高分子材料做包装材料，各层的内部填充吸附物，所述氟化物吸收层的内部填充活性氧化铝吸附剂，所述水蒸气吸收层的内部填充干燥剂，所述高分子粉尘过滤外层过滤相对大的粉尘颗粒物，所述高分子粉尘过滤内层过滤相对小的粉尘颗粒物。

所述防护外壳上还设置有接地点，所述防护外壳由接地点与大地通过电缆链接；

和/或，所述防护外壳上还设有出线孔，所述出线孔为外供电或远程通信的线路提供出口。

本发明的技术效果如下：

本发明涉及一种稀土火法冶金过程在线红外测温仪器的防护装置，包括防护外壳、过滤部和整流部，防护外壳采用电磁屏蔽材料，既可以理解为采用高磁导率、高电导率材料，能够对外界电磁场起到有效屏蔽作用，有效的解决了强电磁场对红外测温仪器的影响，保证仪器长期、稳定运行，尤其适用于稀土火法熔盐电解、稀土功能材料熔炼等生产过程；防护外壳、过滤部和整流部协同工作，三者形成正压保护气流通道，气流经进气孔进入后，由过滤部过滤氟化物及粉尘等形成洁净气体，并自然流入整流部，整流部对洁净气体起到降温和正压防护的作用。本发明提出的一种稀土火法冶金过程在线红外测温仪器的防护装置不与熔岩接触，避免了污染熔盐，采用电磁屏蔽材料和技术避免强电磁场环境对仪器测量电路的影响，采用正压环形气流隔离外部高温，过滤层可采用物理吸附和化学吸附的方法对环境粉尘和腐蚀性气体进行过滤，保护红外测温仪器的光学系统和电子系统，实现在稀土火法冶金行业采用非接触式红外测温仪器在高温、含腐蚀性气体和高强电磁场环境下的长期应用，同时确保测量过程不会污染熔盐，故通过本发明的装置，解决了现有红外测温技术在稀土火法冶金行业的应用难题，实现稀土火法熔盐电解、稀土功能材料冶炼过程在线温度测量和控制，稳定工况，提高产品质量；本发明的防护装置与红外测温仪器的外壳没有电联系，利于用户更加灵活的设计，进一步降低系统电磁干扰。

优选在防护外壳上设有切向进气孔，切向进气孔设置在远离整流部的一端沿防护外壳的壳壁方向贯通且与防护外壳轴线垂直，切向进气孔与外部风源连接且外部风源气流沿防护外壳内侧切线方向进入防护外壳与过滤部之间的空间，这样，外部气流以螺旋状流场流向过滤部，不会直吹过滤部，保证过滤部外壁风压均匀，延长了过滤部使用寿命和维护周期，利用切向进气形成均匀环流并整流后排出进行可靠正压防护，解决高温、粉尘、腐蚀性气氛和强电磁场等环境因素对红外测温仪器的影响，保证红外测温仪器长期、稳定运行。防护外壳上还可以设置接地点，防护外壳由接地点与大地通过电缆连接，可以保证防护外壳与大地形成等电位，进一步减少外部交变电磁场或共模电压对红外测温仪器的干扰。防护外壳还包括出线孔，出线孔为外部供电或远程通信的线路提供出口，便于实时监测红外测温仪器的测量温度，同时控制红外测温仪器防止装置过热，稳定工况，提高产品质量。

过滤部放置于防护外壳内部，过滤部优选包括高分子材料支架、柔性过滤层和过滤层固定部件，高分子材料支架用于支撑柔性过滤层，进一步地，高分子材料支架优选为圆柱形结构且圆柱形外壁为网状结构或条栅状结构，圆柱形端面为无透气圆板结构，圆板内部根据红外测温仪器外部形状进行开孔，高分子材料支架的端面与红外测温仪器的接触部分绝缘，增加电磁屏蔽的作用，避免电磁场了对红外测温仪器的影响，柔性过滤层优选为高分子粉尘过滤内层、氟化物吸收层、水蒸气吸收层和高分子粉尘过滤外层，各过滤层可用高分子材料作为包装材料，内部填充具备物理或化学吸收有害物质能力的吸附物，如硅胶、活性氧化铝、氯化钙、硫酸钙等物质，高分子粉尘过滤外层可过滤大的粉尘颗粒物，高分子粉尘过滤内层可过滤小的粉尘颗粒物，避免了粉尘和腐蚀性气体对红外测温仪器的不利影响。

优选地，整流部的一端与防护外壳采用螺纹连接并压紧第一压环、第一高分子密封环和过滤部边沿，整流部的另一端为保护气出口，防护外壳、过滤部和整流部三者形成正压气流通道，气流起到正压通风保护和隔热冷却降低仪表工作环境温度的作用，有效的解决了高温对红外测温仪器的不利影响，整流部优选为缩颈结构且整流部的保护气出口长径比为4:1-5:1，避免了流场局部产生涡流从而导致环境气体回流污染红外测温仪器镜头，可减少气量消耗，同时减少了被测对象对红外测温仪器镜头的热辐射面积，在保证测量精度不受影响的情况下不至于使红外测温仪器的镜头温度过高，因此对环境高温有较好的防护作用，可以有效保证红外测温仪器的正常工作温度范围。

本发明涉及的一种稀土火法冶金过程在线红外测温仪器的防护装置还包括在过滤部两端分别依次设置的高分子密封环、压环和弹簧圈，通过依次压紧远离整流部一端的弹簧圈以及过滤部两端相应的压环和高分子密封环进而压紧过滤部的两端，弹簧圈放置于过滤部的两个端面固定红外测温仪器，避免进气孔未经过滤直接进入到保护气环境，同时给红外测温仪器施加一个单向的预压力，防止其自由活动，第一压环上设有通气孔，过滤后的气体通过第一压环的通气孔自然流到整流部，气流具有降温和正压保护的作用，避免红外测温仪器的工作环境温度过高，产生不良后果；后盖留有透明观察口，便于实时观察红外测温仪器的就地显示信息。

附图说明

图1为本发明防护装置的优选结构示意图；

图2为本发明装置的防护外壳沿轴向剖面优选结构示意图；

图3是本发明装置过滤部优选结构示意图，图3-1是高分子材料支架示意图，图3-2是侧视图，图3-3是加柔性过滤层后的过滤部结构示意图；

图4是整流部优选结构示意图；

图5是本发明防护装置的组装结构优选示意图。

图中各标号列示如下：

1－防护外壳；2－过滤部；3－整流部；4－第一高分子密封环；5－第一压环；6－第一弹簧圈；7－第二高分子密封环，8－第二压环；9－第二弹簧圈；10－压簧；11－后盖；12－红外测温仪器；13－保护气出口；1-1－切向进气孔；1-2－接地点；1-3－出线孔；2-1－高分子材料支架；2-2－高分子粉尘过滤外层；2-3－水蒸气吸收层；2-4－氟化物吸收层；2-5－高分子粉尘过滤内层；2-6－过滤层固定部件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行说明。

本发明涉及一种稀土火法冶金过程在线红外测温仪器的防护装置，如图1所示，包括防护外壳1、过滤部2和整流部3，防护外壳1采用电磁屏蔽材料且侧面设置有进气孔，过滤部2为过滤氟化物及粉尘的组件(优选为过滤氟化物、粉尘及水蒸气的组件)，过滤部2设置于防护外壳1的内部并且过滤部2覆盖红外测温仪器12的外壳，整流部3的一端与防护外壳1密封连接，红外测温仪器12的探头端设置于整流部3的内部，过滤部2与红外测温仪器12之间的空间与整流部3内部相通，整流部3的另一端具有保护气出口13。防护外壳1、过滤部2和整流部3协同工作，三者形成正压保护气流通道，保证红外测温仪器12处于保护气环境中，外部气流经进防护外壳1上设置的气孔进入防护外壳1内部后，由过滤部2过滤氟化物、粉尘及水蒸气等形成洁净气体，并自然流入整流部3，最后洁净气体由整流部3的保护气出口13流出，整流部3对洁净气体起到降温和正压防护的作用。

图1为本发明防护装置的优选结构示意图，该防护装置除防护外壳1、过滤部2和整流部3外，优选地，防护装置还包括在过滤部2靠近整流部3的一端依次设置的第一高分子密封环4、第一压环5和第一弹簧圈6，红外测温仪器12的探头端穿过第一压环5和第一弹簧圈6进而固定红外测温仪器12，整流部3的一端与防护外壳1采用螺纹连接并通过依次压紧第一压环5和第一高分子密封环4进而压紧过滤部2的一端，第一高分子密封环4可以是具有密封作用的高分子材料，例如橡胶圈，第一压环5上设置有通气孔，过滤部2与红外测温仪器12之间的空间通过第一压环5的通气孔与整流部3内部相通；优选地，防护装置还包括在过滤部2远离整流部3的一端依次设置的第二高分子密封环7、第二压环8、第二弹簧圈9和压簧10，防护外壳1上在远离整流部3的一端设置有螺纹连接的后盖11，后盖11上设置有观察红外测温仪器12的就地显示信息的透明观察口，红外测温仪器12的另一端均穿过第二压环8和第二弹簧圈9进而固定红外测温仪器12，后盖11通过依次压紧压簧10、第二弹簧圈9、第二压环8和第二高分子密封环7进而压紧过滤部2的另一端，进而避免进气孔未经过滤直接进入到保护气环境，同时给红外测温仪器12施加一个单向的预压力，防止其自由活动，第一压环5上设有通气孔，过滤后的气体通过第一压环5的通气孔自然流到整流部3，气流具有降温和正压保护的作用，避免红外测温仪器12的工作环境温度过高，产生不良后果；第一压环5和第二压环8内部根据红外测温仪器12外部形状进行开孔，要求具有一定刚度，能够支撑红外测温仪器12；第一弹簧圈6和第二弹簧圈9的刚度决定了相对固定强度，也可以在红外测温仪器12的外表面预留凹陷，使第一弹簧圈6和第二弹簧圈9嵌入到凹陷处，增加固定强度。

防护外壳1采用电磁屏蔽材料，或者说是采用高磁导率、高电导率材料，采用电气隔离技术进行电磁防护，能够对外界电磁场起到有效屏蔽作用，有效的解决了强电磁场对红外测温仪器的影响，防护外壳1的材料可用同时满足两种要求的材料加工如碳钢，也可以采用分别满足两种要求的材料加工，如铜或铝内衬铁氧体，优选的可采用碳钢材料加工。防护外壳1沿轴向剖面优选结构示意图如图2所示，防护外壳1上设置的进气孔为切向进气孔1-1，切向进气孔1-1设置在远离整流部3的一端沿防护外壳1壳壁方向贯通且与防护外壳1轴线垂直，切向进气孔1-1与外部风源连接，外部风源可采用企业仪表风系统或专用供风系统，外部风源气流沿防护外壳1内侧切线方向进入防护外壳1与过滤部2之间的空间，这样，外部气流以螺旋状流场流向过滤部2，不会直吹过滤部2，保证过滤部2外壁风压均匀，延长了过滤部2使用寿命和维护周期；防护外壳1上还可以设置接地点1-2，防护外壳1由接地点1-2与大地(或公共接地端)通过电缆连接，可以保证防护外壳1与大地形成等电位，进一步减少外部交变电磁场或共模电压对红外测温仪器12的干扰；防护外壳1与红外测温仪器12的外壳绝缘，没有电联系，利于用户更加灵活的接地设计，进一步降低系统电磁干扰；防护外壳1还包括出线孔1-3，出线孔1-3为外部供电或远程通信的线路提供出口，便于实时监测红外测温仪器12的测量温度，同时控制红外测温仪器12防止装置过热。

过滤部2为过滤氟化物、粉尘及水蒸气的组件，如图3所示优选结构，过滤部2包括高分子材料支架2-1、柔性过滤层和过滤层固定部件2-6，高分子材料支架2-1用于支撑柔性过滤层，优选为如图3-1所示的圆柱形结构，图3-2为其侧视图，圆柱形外壁为网状结构或条栅结构，圆柱形端面为无透气圆板结构且圆板内部根据红外测温仪器外部形状进行开孔，即圆柱形端部开孔与红外测温仪器的外形相配合。对配合精度无严格要求，即使有缝隙，也不影响对整个红外测温仪器的保护，因为红外测温仪器处于洁净气体的正压防护环境中。在高分子材料支架2-1外壁缠裹柔性过滤层，高分子材料支架2-1上的网状结构的网格或条栅结构的栅格自然形成通气孔，过滤部2与红外测温仪器12之间的空间通过高分子材料支架2-1上的网格或栅格相通，此时来自外部风源的气流通过切向进气孔1-1进入防护外壳1与过滤部之间的空间后，通过柔性过滤层过滤成为洁净气体，该洁净气体通过高分子支架2-1上的通气孔(网格或栅格)进入到过滤部2与红外测温仪器12之间的空间，再由第一压环5上的通气孔进入整流部3，通过整流部3的保护气出口13流出。当然，高分子支架也可以设计为其它支撑柔性过滤层的结构。高分子材料支架2-1的加工材料不限于塑料等绝缘材料，也可以用金属材料加工而成，只要保证其端面与红外测温仪器12的接触部分具有一定的绝缘度即可，处理方法可以采用喷塑或者在端面与红外测温仪器12纸件加垫绝缘层，利于用户灵活处理外部干扰而进行的接地选择。优选地，可选用聚四氟乙烯作为高分子材料支架2-1加工或喷涂材料，可耐195℃左右，也可采用聚丙烯或环氧玻钢加工高分子材料支架2-1。柔性过滤层优选结构如图3-3所示，包括依次叠加的高分子粉尘过滤外层2-2、水蒸气吸收层2-3、氟化物吸收层2-4、高分子粉尘过滤内层2-5，柔性过滤层的各层的外部均采用具有相应过滤功能的高分子材料做包装材料，各层的内部填充吸附物，如高分子纤维、硅胶、活性氧化铝、氯化钙、硫酸钙等物质，高分子粉尘过滤外层2-2可过滤过滤相对大的粉尘颗粒物，高分子粉尘过滤内层2-5可过滤相对小的粉尘颗粒物，氟化物吸收层2-4的内部填充活性氧化铝吸附剂；水蒸气吸收层2-3内部填充干燥剂，可采用硫酸钙和氯化钙等化学干燥剂，能除去外部风源带来的部分水分，干燥剂通过与水结合生成水合物进行干燥，也可选用物理干燥剂，如硅胶与活性氧化铝等，通过物理吸附水进行干燥。优选地，采用填充活性氧化铝吸附剂时，可以将水蒸气吸收层2-3和氟化物吸收层2-4合并，简化结构；当然高分子粉尘过滤外层2-2、水蒸气吸收层2-3、氟化物吸收层2-4、高分子粉尘过滤内层2-5也可合并为一层，即为柔性过滤层，进一步简化结构；过滤层固定支架2-6优选为绑带或金属卡箍，用于将柔性过滤层的两端固定在高分子材料支架2-1上。

图4是整流部优选结构示意图，在图4中，整流部3为经过滤部2过滤后的洁净气体通道，洁净气体起到降温和正压防护的作用，随着气流被过滤部2过滤后，通过第一压环5的通气孔自然流入整流部3；整流部3优选为缩颈结构且整流部的保护气出口13长径比优选为4:1-5:1，这样的结构避免了流场局部因产生涡流而导致的环境气体回流，污染红外测温仪器镜头，同时可减小气量消耗。

图5为本发明防护装置便于组装，其组装结构优选示意图，过滤部2设置于防护外壳1的内部并且过滤部2覆盖红外测温仪器12的外壳，整流部3的一端与防护外壳1密封连接，红外测温仪器12的探头端设置于整流部3的内部，在过滤部2靠近整流部3的一端依次设置有第一高分子密封环4、第一压环5和第一弹簧圈6，红外测温仪器12的探头端穿过第一压环5和第一弹簧圈6进而固定红外测温仪器12，整流部12的一端与防护外壳1采用螺纹连接并通过依次压紧第一压环5和第一高分子密封环4进而压紧过滤部2的一端，第一压环5上设置有通气孔，过滤部2与红外测温仪器12之间的空间通过第一压环5上的通气孔与整流部3内部相通，在过滤部2远离整流部3的一端依次设置的第二高分子密封环7、第二压环8、第二弹簧圈9和压簧10，防护外壳1上在远离整流部3的一端设置有螺纹连接的后盖11，红外测温仪器12的另一端均穿过第二压环8和第二弹簧圈9进而固定红外测温仪器12，后盖11通过依次压紧压簧10、第二弹簧圈9、第二压环8和第二高分子密封环7进而压紧过滤部2的另一端。

本发明优选的防护装置的工作原理如下：防护外壳1上设置的切向进气孔1-1与外部风源连接，外部风源气流沿防护外壳1内侧切线方向进入防护外壳1与过滤部2之间的空间，外部风源气流会以螺旋状流向过滤部2，经过高分子粉尘过滤外层2-2、水蒸气吸收层2-3、氟化物吸收层2-4、高分子粉尘过滤内层2-5依次过滤后成为洁净气体，洁净气体由高分子支架2-1的网格或栅格进入过滤部2与红外测温仪器12之间的空间，再由第一压环5上的通气孔自然流入整流部3，整流部3为缩颈结构且整流部的保护气出口长径比优选为4:1-5:1，这种结构避免了因流场局部产生涡流导致环境气体回流从而污染红外测温仪器12的镜头，最后洁净气体由整流部3的保护气出口流出；防护外壳1由接地点1-2与大地通过电缆连接，可以保证防护外壳1与大地形成等电位；防护外壳1上设置的出线孔1-3为红外测温仪器12提供外部供电或远程通信的线路出口，便于实时监测红外测温仪器12的测量温度。

本发明装置通过远程通信和外部供电达到在线温度实时测量和控制的目的，采用针对性设计有效的避免了电磁、高温、腐蚀性气体等环境因素对红外测温仪器12的影响。本发明装置中的红外测温仪器与防护外壳之间采用的材料导热系数小，热传导少，同时气流会把积蓄的热量及时带走，因此对环境高温有较好的防护作用，可以有效保证红外测温仪器的正常工作温度范围。同时，本装置便于安装，维护简单，只需要根据环境恶劣程度(如进气的腐蚀性气氛、粉尘浓度等因素)对防护装置定期吹扫或更换过滤部即可完成维护工作，更换过程方便快捷。本发明稀土火法冶金过程在线红外测温仪器的防护装置，由于采用针对性设计，因此可以达到良好的电磁、高温、腐蚀性气体等环境因素对红外测温仪器的影响。通过本发明装置，解决了红外测温技术在稀土火法冶金行业的应用难题，可实现稀土火法熔盐电解、稀土功能材料熔炼过程在线温度测量和控制，稳定工况，提高产品质量。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。