用于测量冷却壁的厚度的装置的制作方法

本公开涉及用于测量安装在高炉的钢壳体内且用作冷却单元的冷却壁的剩余厚度的装置。

背景技术：

在钢铁工业中，高炉是下述设备：作为主要原料的铁矿石与作为燃料的煤以烧结矿和焦炭的形式被装载在该设备中，并且氧化铁通过还原反应生成为熔融状态的生铁，例如铁水。

这种高炉包括冷却单元，该冷却单元布置在高炉的用以保护炉体免受降落的燃料和原料或高热度的热空气和反应热的影响的钢壳体、即外壁的内部。冷却壁(stave)被使用作为这样的冷却单元。

然而，存在这样的问题：在高生产率时冷却壁的磨蚀加速，并且冷却壁内部的冷却水管可能发生损坏，这导致了冷却水流入高炉中，从而使高炉的温度降低。

为了防止这种问题的发生，已经寻求措施来测量冷却壁的厚度并获取磨损程度，以防止冷却水流出并进入高炉中，进而提高高炉的生产率和性能。

在由本申请人提交的、标题为“用于测量熔炉的冷却壁的厚度的设备以及使用该设备测量冷却壁的厚度的方法”的韩国专利公开公报no.2012-0065119中公开了一种用于测量高炉中的冷却壁的厚度的技术。该技术公开的是，为了即时(on-line)监测冷却壁在厚度方向上的磨蚀，在冷却壁的冷却水管中安装传感器部件，该传感器部件用于实时测量冷却壁的剩余厚度。

然而，在上述技术中，在冷却壁的位于供水管和排水管与冷却壁的冷却水管的交叉部处的前表面中设置有槽(groove)的情况下，由于传感器部件的超声波接收最先到达的信号，可能测量到的是槽的较薄的厚度而不是整个厚度。在这种情况下，可能存在未提供所关注的剩余厚度而是提供了比实际剩余厚度薄得多的测量值。

技术实现要素：

【技术问题】

本发明的一方面是提供一种用于测量冷却壁的厚度的装置，在该装置中，冷却壁的厚度可以通过移动传感器部件被至少部分地测量。

【技术方案】

根据本发明的一方面，用于测量冷却壁的厚度的装置包括：主体，操作杆穿过该主体；连杆部件，该连杆部件将操作杆的一个端部与主体连接至彼此；以及传感器部件，该传感器部件安装在连杆部件的一个侧部上以通过连杆部件的旋转而移动。

【有利效果】

如上所述，根据本发明的示例性实施方式，当移动传感器部件的位置时，冷却壁的突出部分中的厚度可以被测量，从而不受限制地从磨损的初期测量冷却壁的剩余厚度。

详细地，根据本发明的示例性实施方式，冷却壁的前表面的凹凸结构的限制被消除，并且冷却壁的大致剩余厚度可以被测量。因此，冷却壁的磨损程度可以被可靠地测量，从而显著提高高炉的性能和寿命。

附图说明

图1是示出根据本发明的第一实施方式的用于测量冷却壁的厚度的装置的示意性横截面图。

图2是示出图1中所示的用于测量冷却壁的厚度的装置的操作状态的示意性横截面图。

图3和图4是示出根据本发明的第一实施方式的用于测量冷却壁的厚度的装置应用于高炉时的使用状态的横截面图。

图5是示出根据本发明的第二实施方式的用于测量冷却壁的厚度的装置的示意性横截面图。

图6是示出图5中所示的用于测量冷却壁的厚度的装置的操作状态的示意性横截面图。

图7是示出根据本发明的第二实施方式的用于测量冷却壁的厚度的装置的修改示例的示意性横截面图，并且图7是示出该装置的修改示例的操作状态的视图。

图8是根据本发明的第二实施方式的用于测量冷却壁的厚度的装置的修改示例应用于高炉时的使用状态的横截面图。

图9是示出根据本发明的第三实施方式的用于测量冷却壁的厚度的装置的示意性横截面图。

具体实施方式

以下，将参照附图详细描述本发明的示例性实施方式。在为附图的构成元件添加附图标记时，相同的构成元件由相同的附图标记表示，即使这些构成元件在不同的附图中示出亦是如此。在本发明的以下描述中，当包含在其中的已知功能和构造可能使得本发明的主题相当不清楚时，将省略对这些已知功能和构造的详细描述。

图1是示出根据本发明的第一实施方式的用于测量冷却壁的厚度的装置的示意性横截面图。图2是示出图1中所示的用于测量冷却壁的厚度的装置的操作状态的示意性横截面图。图3和图4是示出根据本发明的第一实施方式的用于测量冷却壁的厚度的装置应用于高炉时的使用状态的横截面图。

高炉是下述设备：作为主要原料的铁矿石与作为燃料的煤以烧结矿和焦炭的形式被装载在该设备中，并且氧化铁通过还原反应生成为熔融状态的生铁，例如铁水。高炉包括保护炉体免受降落的燃料和原料或者高热度的热空气和反应热的影响的冷却壁100。

冷却壁100可以是用于冷却及保护高炉炉体的部件，并且高炉可以设置有多个冷却壁。冷却壁可以由与高炉的钢壳体200平行安装的宽的板形成，并且在冷却壁的内部可以设置有冷却水管104。在冷却壁的侧表面中可以形成有面向高炉的内侧的槽102，从而可以形成突出部分103。

冷却水管104是供冷却水流过的通道，并且通过冷却水，炉体可以被保护而免受高热度的热空气和反应热的影响。可以在冷却水管的内部安装稍后将描述的用于测量冷却壁的厚度的装置，从而可以测量冷却壁100的厚度。

冷却水管104可以设置为位于单个冷却壁100中的多个冷却水管，并且可以与可供冷却水流进和流出的供水管(未示出)和排水管105连通。供水管和排水管延伸至高炉的钢壳体200的外部，以接收外部冷却水或向外排出冷却水。

冷却水管104的上端部和下端部可以与供水管或排水管105一起形成为呈大致t形。在冷却水管的一个端部与供水管之间或者在冷却水管的另一端部与排水管之间可以形成有预定的空间101。

根据示例性实施方式的用于测量冷却壁的厚度的装置可以被布置在预定的空间101中。在这种情况下，通过布置在空间101中的用于测量冷却壁的厚度的装置测量出的冷却壁100的厚度是当高炉操作时发生磨蚀的壁的厚度，并且是从冷却水管104的内壁至高炉的内侧的方向上的壁厚度。该装置可以被配置成在对槽102的一部分进行测量之前优先测量突出部分103中的最先发生磨蚀的部分的厚度。

耐火材料(未示出)可以被布置在冷却壁100的内部和外部上。耐火材料是耐高炉的高温的材料，并且可以充分保持冷却壁的强度而不会在高温时软化并且可以承受化学反应。

根据本发明的第一实施方式的用于测量冷却壁的厚度的装置10可以包括主体1，操作杆2穿过该主体1；连杆部件5，该连杆部件5将操作杆的一个端部与主体连接；以及传感器部件9，该传感器部件9在连杆部件的一侧上设置成通过连杆部件的旋转而移动。

主体1为大致管状的构件，并且详细地，主体1可以构造为彼此联接的一对半部，其他部件可以在该对半部中彼此联接。

操作杆2沿纵向方向穿过主体1的内部。支撑部件3可以安装在主体的一个端部上，并且支撑部件3可以从主体的端部表面或侧壁延伸而与主体成一体，或者可以单独制造并附接至主体。尽管仅一个支撑部件在附图中被示出，但是根据情况也可以在主体的端部表面或侧壁上设置面向彼此的一对支撑部件。

连接管4可以连接至主体1的另一端部，并且连接管延伸至供水管或排水管105的外部，以具有可以暴露在外部的长度。

操作杆2为大致管状的或杆形的构件，并且操作杆2的一个端部连接至连杆部件5，并且操作杆穿过连接管4，使得操作杆的另一端部延伸并暴露至连接管的外部。用于传感器部件9的信号电缆(未示出)可以嵌入在操作杆中。因此，当操作者将操作杆的另一端部朝向连接管的内部推动时，操作杆的一个端部从主体1突出以使连杆部件旋转。

另一方面，由于操作杆2从主体1的中央沿主体的纵向方向移动，并且支撑部件3在主体的端部表面或侧壁处、于相对于主体的中央偏离的位置处成偏移设置，因而操作杆与支撑部件不会相互干扰。

在主体1的侧表面中可以形成有至少一个切槽1a，以用于使稍后将描述的支撑腿11展开。此外，阶梯部分1b可以形成在主体的内壁上，以在操作杆2穿过主体时减小主体的内部空间。

操作杆2可以设置有扩展块(expansionblock)12，以用于使稍后将描述的支撑腿11展开。扩展块固定至操作杆的位于主体1中的部分，以在主体中随着操作杆的运动一起移动，而扩展块的运动由主体中的阶梯部分1b中止。

连杆部件5包括第一连杆6，第一连杆6的一个端部以可旋转的方式连接至操作杆的一个端部，并且第一连杆6具有相对于其纵向方向倾斜的长形孔6a，第一连杆6连接至主体1，详细地，第一连杆6经由插入长形孔中的连接销3a连接至支撑部件3；以及第二连杆7，第二连杆7的一个端部连接至第一连杆的另一端部，并且第二连杆7与安装在第二连杆7上的传感器部件9设置在一起。

另外，连杆部件还可以包括第三连杆8，第三连杆8将第二连杆7的另一端部与操作杆2的一个端部连接至彼此，使得传感器部件9的感测表面具有恒定的取向。

在连杆部件5如上所述地构造的情况下，当操作杆2线性移动时，随着支撑部件3的连接销3a沿第一连杆6的长形孔6a移动，整个第一连杆围绕连接销旋转，因此，第二连杆7和安装在第二连杆7上的传感器部件9可以沿大致垂直于操作杆2的插入方向的方向平行移动。

传感器部件9可以包括压电体，该压电体将超声波发射至冷却壁100并接收反射和返回的超声波。冷却壁的厚度可以通过超声波发射与接收的速度以及接收超声波所花费的时间被测量。

传感器部件9的表面可以形成为具有与筒形的冷却水管104的内表面的曲率半径相同的曲率半径的弯曲表面，这将通过显著增加传感器部件的感测面积而显著提高感测效率。

尽管在图中未示出，但是穿过操作杆2的信号电缆可以连接至传感器部件9。信号电缆可以沿着供水管或排水管105伸长并最终连接至操作单元(未示出)。通过传感器部件9发射与接收的信号被发射至外部操作单元，并且操作单元可以使用传感器部件的探测值计算冷却壁100的厚度。

实际上，存在下述冷却壁结构：在该冷却壁结构中，传感器部件9在用于测量冷却壁的厚度的装置被推入排水管105或供水管时与冷却壁100的突出部分103的一部分接触或者与槽102的一部分接触。由于冷却壁从突出部分最先磨损，所以槽部分的厚度几乎不改变，直到突出部分磨损而具有与槽部分的厚度相同的厚度。因此，应该通过测量突出部分的一部分的厚度来测量冷却壁的剩余厚度以用于评估冷却壁的磨损。

如果槽包括在传感器部件发射与接收信号的区域(面积)中，那么即使在传感器部件9的中央部分从槽102的一部分略微偏移的情况下，从槽的端部表面反射的信号也会最先被接收，因此，可能会存在测得相对较薄的厚度的问题。如果这样的问题发生在排水管105或供水管中，则在磨损发展严重之前都不能测量到有意义的剩余厚度。另外，即使选择与突出部分103的一部分相对应的结构，但是在上部部分的上部磨损和下部部分的下部磨损由于冷却壁100的顶部和底部处的不均匀磨损而彼此不同的情况下，也可能存在误差：冷却壁的剩余厚度的测量值被测量为严重低于实际磨损的程度。

在根据本发明的示例性实施方式的用于测量冷却壁的厚度的装置中，由于传感器部件9可以通过连杆部件5沿大致垂直于操作杆2的插入方向的方向平行移动，因而传感器部件可以如图4中所示在冷却壁100中向上升或向下降。因此，传感器部件与突出部分103的一部分相邻接触，以容易地测量在正进行磨损的表面上的剩余厚度。

另外，根据本发明的第一实施方式的用于测量冷却壁的厚度的装置10可以包括至少一个安装在主体1上并能够从主体侧向地展开的支撑腿11。

冷却壁100的供水管或排水管105可以不是直管，而可以是在管中间弯曲的。另外，球阀等可以安装在供水管或排水管上以便维护，因此，插入供水管或排水管的传感器部件9的厚度(或宽度)应该比管的内径小得多。

如上所述，由于传感器部件9的厚度比管的内径小得多，因而在测量期间传感器部件在供水管或排水管105中会容易摇晃和移动，因此，传感器部件难以在冷却水管104的适当位置处进行接触。

为了防止这种问题的发生，根据示例性实施方式的用于测量冷却壁的厚度的装置可以包括用于将传感器部件定位在管的内壁上的预定位置处的支撑腿。在有支撑腿的情况下，当传感器部件被推入供水管或排水管或者在测量之后被从供水管或排水管中拉出以被抽出时，支撑腿可以折叠以穿过管而不与管的内径部分相干涉，并且，在测量期间，支撑腿可以展开以支撑主体等并且接触管的内径部分而使得传感器部件在预定的且合适的位置处不移动。

在本发明的第一实施方式中，支撑腿11的一个端部固定至主体1的阶梯部分1b，并且支撑腿11的另一端部朝向操作杆2的扩展块12延伸。诸如球、滚筒等的旋转构件13设置在支撑腿的另一端部上，以防止当支撑腿接触管的内径部分时管的内径部分或支撑腿的另一端部被磨损。支撑腿可以由具有弹性的材料——例如金属、塑料等——形成以能够弯曲和变形。

当操作杆2移动而从主体1中突出以使传感器部件9移动时，固定至操作杆的扩展块12插入支撑腿11与操作杆2之间的间隙中，使得支撑腿弯曲以允许支撑腿的另一端部侧部张开，因此，支撑腿穿过主体的切槽1a暴露于主体的外部并同时展开。

当操作杆2移动至相反侧时，固定至操作杆的扩展块12从支撑腿11与操作杆2之间的间隙中释放，并且支撑腿的另一端部侧部夹紧，使得支撑腿可以插入到主体中。

在另一个修改示例中，支撑腿11的一个端部通过旋转轴(未示出)以可旋转的方式连接至主体的阶梯部分1b，并且支撑腿11的另一端部朝向操作杆2的扩展块12延伸。支撑腿由诸如金属的材料形成，并且扩展块可以由磁性材料形成。

当操作杆2移动而从主体1中突出以使传感器部件9移动时，固定至操作杆的扩展块2插入支撑腿11与操作杆2之间的间隙中，并且支撑腿因此旋转以使得支撑腿的另一端部侧部张开。因此，支撑腿在穿过主体的切槽1a暴露于主体的外部的同时展开。

当操作杆2移动至相反侧时，固定至操作杆的扩展块12通过磁力拉动支撑腿11以从支撑腿与操作杆之间的间隙中移除，并且支撑腿的另一端部侧部通过磁力被夹紧，使得支撑腿可以插入到主体中。

在另一个修改的示例中，支撑腿11的一个端部经由旋转轴(未示出)以可旋转的方式连接至主体的阶梯部分1b，并且支撑腿11的另一端部朝向操作杆2的扩展块12延伸以通过弹性构件(未示出)比如弹簧等连接至主体1或连接管4。结果，当固定至操作杆的扩展块从展开的支撑腿与操作杆之间的间隙中移除时，支撑腿的另一端部侧部通过弹性构件的弹力被夹紧，使得支撑腿可以插入到主体中。

此外，当设置至少一对支撑腿11时，一个支撑腿可以形成为比另一个支撑腿长(见图8)。在这种情况下，形成得相对较长的支撑腿更强地支撑主体1，从而将传感器部件9移动至较长的支撑腿的相对侧。

因此，通过将传感器部件9移动至较长的支撑腿11的相对侧，可以增加传感器部件的平行移动距离，并且因此传感器部件可以移动得离突出部分103的一部分更近。替代性地，当较长的支撑腿布置在主体1的一侧上时，传感器部件也可以移动而向左或向右偏移。

图5是示出根据本发明的第二实施方式的用于测量冷却壁的厚度的装置的示意性横截面图。图6是示出图5中所示的用于测量冷却壁的厚度的装置的操作状态的示意性横截面图。图7是示出根据本发明的第二实施方式的用于测量冷却壁的厚度的装置的修改示例的示意性横截面图，并且图7是示出该装置的修改示例的操作状态的视图。图8是根据本发明的第二实施方式的用于测量冷却壁的厚度的装置的修改示例应用于高炉时的使用状态的横截面图。

在本发明的第二实施方式中，除了支撑腿21，其余部件与上述第一实施方式的部件相同。在描述根据第二实施方式的用于测量冷却壁的厚度的装置20时，与根据第一实施方式的用于测量冷却壁的厚度的装置10相同的部件由相同的附图标记表示，并且其构造和功能的详细描述将被省略。

在本发明的第二实施方式中，支撑腿21构造成使得支撑腿21的中间部分通过旋转销22以可旋转的方式安装在主体1上，支撑腿21的一个端部经由弹簧23连接至主体，线24的一个端部连接至支撑腿的一个端部，并且线穿过操作杆2与连接管4之间的间隙，使得线的另一端部延伸并暴露在连接管的外部。诸如球、滚筒等的旋转构件13可以安装在支撑腿的另一端部上。该支撑腿可以由诸如金属、塑料等的材料形成。

与传感器部件9的运动分离地，当操作者拉动线24的暴露于连接管4外部的另一端部时，线将支撑腿21的一个端部向主体1内拉动，使得在支撑腿围绕旋转销22相对于主体旋转的同时支撑腿的另一端部侧部打开，因此，支撑腿在穿过主体的切槽1a暴露于主体的外部的同时展开。

替代性地，辅助弹簧25可以置于支撑腿21的一个端部与线24的一个端部之间，这提供了空隙，因为在管的内径部分小于支撑腿的展开宽度或在管的内径部分中存在障碍物的情况下，支撑腿可以由于辅助弹簧的变形特性而沿相反方向旋转。

当线24松弛地释放时，支撑腿通过恢复连接至支撑腿21的一个端部的弹簧23的弹力而围绕旋转销22沿与主体1相反的方向旋转，并且支撑腿的另一端部侧部被夹紧，使得支撑腿插入到主体中。

此外，在设置至少一对支撑腿21的情况下，如图7和图8中所示，一个支撑腿可以形成为比另一支撑腿长。在这种情况下，形成得较长的支撑腿更强地支撑主体1，从而将传感器部件9移动至较长的支撑腿的相对侧。

因此，由于形成得较长的支撑腿21将传感器部件9移动至该支撑腿的相对侧，使得传感器部件的平行移动距离可以增加，因而传感器部件可以被移动得离突出部分103的一部分更近。替代性地，当形成得较长的支撑腿布置在主体1的一侧上时，传感器部件可以移动而向左或向右偏移。

图9是示出根据本发明的第三实施方式的用于测量冷却壁的厚度的装置的示意性横截面图。

在本发明的第三实施方式中，除了支撑腿31，其余部件与上述第一及第二实施方式的部件相同。在描述根据第三实施方式的用于测量冷却壁的厚度的装置30时，与根据第一及第二实施方式的用于测量冷却壁的厚度的装置10及20相同的部件由相同的附图标记表示，并且其构造和功能的详细描述将被省略。

在本发明的第三实施方式中，支撑腿31的一个端部固定至连接管4或主体1，并且支撑腿31的另一端部朝向连接管的一侧延伸。支撑腿可以形成为呈金属线圈、塑料刷或由硅树脂形成的垫等的形式。

在与第一及第二实施方式不同的方式中，当具有弹性的支撑腿31附接至连接管4的连接至主体1的一个侧部或者附接至主体时，支撑腿可以与管的内径部分接触以支撑主体等，使得可以防止传感器部件9在预定的且合适的位置中移动，甚至在没有单独的操作的情况下亦是如此。另外，当穿过管的狭窄内径区域时，具有弹性的支撑腿可以变形以顺利穿过狭窄空间。当支撑腿达到内径部分的较大区域时，支撑腿的形状可以通过弹力恢复以支撑主体和传感器部件。

根据如上所述地构造的示例性实施方式的用于测量冷却壁的厚度的装置插入到排水管105或供水管中，使得传感器部件9可以对应于冷却壁100的突出部分103的一部分或槽102的一部分与冷却水管104的内表面接触。

用于测量冷却壁的厚度的装置的传感器部件9发送用以从冷却水管104的内壁测量冷却壁100的厚度的超声波，并接收反射的超声波。使用发射与接收超声波的速度和发射与接收超声波之间的时间差来计算和测量冷却壁的厚度。

当槽102的一部分的厚度被测量时，由于从冷却水管104的内壁至冷却壁的槽的厚度已经从冷却壁100的设计值得知，因而通过比较测量值与设计值可以确定被测量的槽的部分的厚度。

当操作杆2移动而从主体1中突出以使传感器部件9移动时，随着支撑部件3的连接销3a沿着第一连杆6的长形孔6a移动，整个第一连杆围绕连接销旋转，因此，第二连杆7和安装在第二连杆7上的传感器部件沿大致垂直于操作杆的插入方向的方向平行移动。

因此，当传感器部件9与突出部分103的一部分相邻接触时，从有关部分至正进行磨损的表面的剩余厚度可以被容易地测量到。

通过传感器部件9发射与接收的信号被发射至外部操作单元，并且使用传感器部件的探测值计算冷却壁100的厚度。

通过使用根据本发明的示例性实施方式的用于测量冷却壁的厚度的包括用于使传感器部件9移动的连杆部件5的装置，可以测量至少两个点处的厚度，并且通过避过在冷却壁的至少前表面中形成的槽，正发生磨蚀的突出部分的厚度可以被容易地测量。另外，由于可以测量至少两个点处的厚度，因而厚度的梯度可以被确定。

如上所述，根据示例性实施方式，因为专用传感器被推入供水管和排水管中并与冷却水管的壁表面接触，通过避过供水管和排水管与冷却水管相交的区域中的槽部分，可以容易地测量冷却壁的剩余厚度并测量突出部分的有意义的剩余厚度。因此，冷却壁的磨损的程度可以被可靠地测量，从而显著提高高炉的性能和寿命。

前面的描述仅仅是对本发明的技术构想的说明，而且在不脱离本发明的本质特性的情况下，本领域技术人员可以进行各种改变和修改。因此，本公开中所公开的实施方式意在说明而不是限制本发明的范围，并且本发明的技术构思的范围不受这些实施方式限制。本发明的保护范围应该根据所附权利要求来解释，并且等同物范围内的所有技术构思应该被解释为包括在本发明的范围内。

【工业适用性】

如上所述，本发明用于测量冷却壁的剩余厚度，其中冷却壁是例如位于炼钢工业的高炉中的冷却单元。