测量鼓风炉中的铸铁和熔渣的水平的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及精确测量冶金竖炉（metallurgical shaft furnace)的炉缸 (crucible，坩埚）内的液态金属的水平（level)以及漂浮在液态金属的表面上的浮渣或熔 渣的水平的方法，特别地是用于测量鼓风炉（blast furnace，高炉）中的铸铁的水平和熔 渣（slag)的水平。特别地，本方法包括使用安装在鼓风炉的外壁上的一个或多个应变仪传 感器（strain gauge sensor) 〇
[0002] 本发明还涉及在该方法中使用的特定的应变仪传感器。
【背景技术】
[0003] 已知的是鼓风炉是设计成从铁矿石冶炼铸铁的碳热还原炉。为实现生产铸铁， 固体焦炭和铁矿石通过炉的顶部被充填到被称为喉部的区段。在炉的底部吹入的热空气 (1200°C)引起焦炭燃烧。来自焦炭的碳因此被氧化。一氧化碳将减少铁氧化物，并使得分 离金属铁。然而，在金属铁下降到鼓风炉中并因此转化成铸铁时，金属铁逐渐地掺入了碳。 在鼓风炉的出口处，浮渣（在这种情况下指的是熔渣）在铸铁之外也恢复成液体状态；浮渣 由铁矿石的矸石（earthy gangue)、灰分以及助溶剂组成。浮澄的密度比铸铁的密度小（分 别近似于3000kg/m3和7000kg/m 3)，使得浮渣漂浮于铸铁的上方。这些残余物因此被视为 在通过流出孔排放后应该从铸铁中分离的副产物。
[0004] 为了改善鼓风炉和铸造操作的管理，在任何时间都应当获悉铸铁的水平以及熔渣 的水平。
[0005] 为了测量在液态熔渣层下面发现的铸铁的液面水平，已知的实际应用是采用在铸 铁与熔渣之间导电性上的差异。美国专利4, 413, 810号通过使用浸没在金属浴中的测量探 针来利用这种原理。然而，由于熔化的金属的高温（l〇〇〇°C以上）可能干扰读数，这种装置 不允许提供熔渣层的厚度的可靠的表征。
[0006] 文献JP-11281467采用铸铁与熔渣之间的密度上的差异来测量它们交界处的水 平。该测量装置包括容积密度比铸铁的容积密度小的砝码（weight，配重）。该砝码通过悬 挂件连接至滑轮并连接至绕线装置。滑轮连接至弹性元件，该弹性元件的位移允许测量悬 挂件中的砝码的长度，并且因此测量铸铁的液面水平。然而，这种技术不允许测量熔渣的液 面水平。
[0007] 文献JP 2003-344142提出了该问题的解决方案。该文献描述了一种精确测量铸 铁的水平和熔渣层的厚度的方法和装置，甚至在熔渣层变化的情况下测量。该方法使用在 漂浮着熔渣的铸铁的表面处的入射微波。根据时间记录反射波的强度。该方法包括观测最 大反射的波峰A，在时间上连续地跟随着该波峰的是较低强度的波峰B。通过测量在包括在 波发射的时刻与波峰B的时刻之间的时间段中的微波的位移距离来确定铸铁的液面水平。 至于熔渣层的厚度，通过测量在包括在峰值A的时刻与波峰B的时刻之间的时间段中的微 波的位移距离来确定熔渣层的厚度。
[0008] 炉缸内的大于1000°C的温度因此成为研发精确测量液体水平的方法的主要阻碍。
[0009] 顺着这种思路，文献JP06-271916提出了使用一种定位在炉缸外部的测量装置。 该文献描述了一种借助于使用冲击波测量熔渣层的顶部水平的方法。冲击波的检测器布置 在炉的外部的不同竖直位置处。朝向炉缸的内部发射并引导冲击波并且通过波检测器检测 反射波的强度。当反射波的强度在检测器中的一个的高度处改变时，测量熔渣的上部水平。 然而，该技术不允许测量铸铁与熔渣交界处的水平，为了从熔渣分离铸铁，精确地获悉铸铁 与熔渣交界处的水平是非常关键的。
[0010] 文献WO2011/038875公开了一种用于转化熔化的金属形状的模具，该模具包括 壁，在该壁中布置了用于检测模具的至少一个部分的温度和/或膨胀（expansion)的至少 一个传感器。
[0011] 为了允许有效率地并有效地监控模具，该传感器包括至少一个光波引导件，该光 波引导件布置在形成在模具的壁中的槽中。
[0012] 光波引导件布置成抵靠槽的底部并且槽的没有被光波引导件填充的空间至少大 部分被填充材料封闭。由于会削弱炉缸的防护的风险，而不能在鼓风炉中使用壁中形成有 槽的这种装置。
[0013] 文献JP60110821描述了一种设备，该设备包括用于生产粗铜的多个炉（用于熔渣 的熔炼、分离等）。借助于与每个炉关联的一系列温度计和应变仪来控制该设备。
[0014] 文献JP54130958描述了一种用于液态金属的容器，在该容器的壁中沿竖直方向 布置了压力传感器（例如应变仪），该压力传感器连接至计算单元。在逻辑电路中以多个预 定的值计算并比较被成对考虑的相邻的压力传感器之间的压力差，逻辑电路允许定位在两 个相邻的检测器之间的液体水平。这种测量大体上并不精确并且不允许测量任何可能的熔 渣的水平。这种方法不能应用至鼓风炉的厚壁，因为应变此外会影响所有的仪表。
[0015] 美国文献2002/0134794描述了一种柱形的容器，该柱形的容器旨在保持加压流 体并包括用于监控压力的系统，该系统装配有布置在容器外表面上的应变传感器，并具有 观察器（view)以产生压力的与容器中的流体的压力相关联的响应特性。压力的响应特性 与容器的壁中的由流体的压力而引起的应变相连，通过使用方程该应变在数量上确定与柱 形体的尺寸（平均半径、壁的厚度）并与使用的材料的特性关联的轴向应变和径向应变 (双轴应变）。这些应变的应用在弹性材料中分别引起轴向应变和径向应变，这些应变可根 据胡克定律计算。
[0016] 发明目的
[0017] 本发明旨在提供一种在现有技术中还没有公开的并且没有现有技术的缺点的解 决方案。
[0018] 具体地，本发明旨在提供一种允许借助于定位在鼓风炉外部的一个或多个应变仪 传感器而精确测量铸铁的液面水平和熔渣的液面水平的方法。
【发明内容】
[0019] 本发明的第一方面涉及一种测量在冶金竖炉的炉缸中液态金属的液面水平和熔 渣的液面水平的方法，该冶金竖炉具有设置有钢防护件以及流出孔（tap hole，出铁口）的 外壁，外壁的防护件围绕与液态金属接触的耐火厚度而定位，防护件在其外表面上设置有 多个应变仪传感器并设置有一个或多个热传感器，上述传感器安装成以便在竖直平面中在 流出孔的任何侧上对齐，并使得两种类型的传感器在该竖直平面中交替布置，所述方法包 括以下步骤：
[0020] -在炉缸的外壁的一个或多个点处测量以下变量：
[0021] -所述外壁的周向应变，借助于附接至所述防护件上的应变仪传感器来测量所述 外壁的周向应变；
[0022] -所述外壁的温度，借助于附接至所述防护件上的热传感器来测量所述外壁的温 度；
[0023]-选择性地测量炉中热鼓风（hot blast)的循环压力或静态压力；
[0024]-在调整连续的周向应变的一般方程式中引入在炉缸外壁上的多个点处测量的变 量，该方程式的解是能够解