專利名稱：高爐爐缸測溫裝置及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋼鐵冶煉中的測試設(shè)備，特別涉及的是煉鐵中的高爐爐缸裝置及其制作方法背景技術(shù)利用連續(xù)測溫技術(shù)檢測高爐爐缸內(nèi)的溫度變化過程，以指導高爐操作，是近年來國內(nèi)外高爐一直設(shè)想采用的先進方法。但由于高爐本身是一個密閉的反應器，爐缸工作條件惡劣，除在風口處能夠觀察爐內(nèi)風口區(qū)情況外，其余只能通過看渣、看鐵、比較料速和借助各種儀表的綜合分析，才能間接判斷爐況，進而采取有效措施。到目前為止，只檢索出三篇與高爐爐溫有關(guān)的專利，申請?zhí)枮?2212863.8及02110077.2《高爐爐襯燒蝕監(jiān)測裝置及其監(jiān)測方法》，是以燒斷埋在爐壁中導線報警的方式提示爐襯燒蝕情況的，而不能連續(xù)測溫；第三篇是專利申請?zhí)?9241371.0《高爐測溫裝置》，它只能測量煉鐵高爐上部的溫度，此處溫度低，而能連續(xù)測試高爐爐缸層面溫度的裝置未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能用來連續(xù)測量高爐爐缸的溫度變化趨勢，并具有耐高溫、耐強腐蝕、抗還原、適應爐況變化能力強等優(yōu)點的爐缸測溫裝置及其制作方法。
本發(fā)明的目的是由以下方案實現(xiàn)的。
高爐爐缸連續(xù)測溫技術(shù)的開發(fā)與應用，一直是國內(nèi)外科技工作者長期研究的重要課題之一，申請人及發(fā)明人經(jīng)多年研究、試驗、改進，爐缸測溫裝置結(jié)構(gòu)如下①測溫裝置由純石墨碳磚、雙石墨碳纖維熱電偶組成；純石墨碳磚的外形尺寸與高爐爐缸砌磚相似；②雙石墨碳纖維熱電偶位于純石墨碳磚軸向中心凹槽中；③雙石墨碳纖維熱電偶頂端與純石墨碳磚的頂部齊平；雙石墨碳纖維熱電偶中的熱電偶絲由保護管絕緣，其尾端穿過爐壁引出。
爐缸測溫裝置的制作方法如下①制作測試磚，將與爐缸砌磚外形相似的純石墨碳磚于中心部位切割為上下兩部分，并在其切面上開凹槽；②制作熱電偶，選用雙石墨碳纖維熱電偶為一次測溫元件，每根電偶絲外套有耐高溫絕緣管；③將雙石墨碳纖維熱電偶鑲嵌到純石墨碳磚的凹槽中，使熱電偶頂端與純石墨碳磚的頂部齊平，且在凹槽中充滿耐高溫粘合劑作為填充材料，再將純石墨碳磚上下兩部分粘合為一體；④在爐缸出鐵口中心線上至少安裝一支帶有雙石墨碳纖維熱電偶的純石墨碳磚；一般分東西南北四個方向各安裝一支帶有雙石墨碳纖維熱電偶的純石墨碳磚；最后將電偶絲通過高溫絕緣套管引出，并與外置顯示系統(tǒng)連接，即隨時可顯示爐缸內(nèi)溫度變化情況。
本發(fā)明是由高爐爐缸專用純石墨碳磚和碳纖維雙石墨熱電偶以及配套的計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。該系統(tǒng)可連續(xù)檢測高爐爐缸的實際溫度，具有耐高溫、抗腐蝕、使用安全可靠、綜合性能好、投資少等優(yōu)點。安裝本發(fā)明設(shè)備后，噸鐵焦比至少可降低10～20kg，如按容積130m3高爐年產(chǎn)20萬噸生鐵計算，年效益約為20/1000*200000*0.1＝40萬元。一個月即可收回投資，如果連同克服因爐況不順造成的損失計算在內(nèi)，其經(jīng)濟效益還要可觀。按濟鋼集團總公司現(xiàn)有不同規(guī)模高爐14座，按照每座高爐平均600m3，利用系數(shù)3.0，年產(chǎn)生鐵600萬噸，年效益過億元。由此可見，如廣泛推廣應用該項技術(shù)，經(jīng)濟效益前景非?？捎^。經(jīng)北京相關(guān)研究所測試結(jié)果為1.設(shè)備技術(shù)指標達到
溫度測量范圍800-2000℃；溫度分辨率在大于1600℃時，溫度分辨率仍可達±8℃；電勢指標900-1700℃時3mv/100℃；1700-2000℃時大于2mv/100℃；2.系統(tǒng)功能為實現(xiàn)和完成高爐爐缸連續(xù)測溫功能，精確提供爐缸溫度變化趨勢，指導高爐工作者正確判斷爐況，提高高爐生產(chǎn)的經(jīng)濟效益。


圖1為本發(fā)明安裝結(jié)構(gòu)示意2為本發(fā)明局部放大結(jié)構(gòu)示意中1是電偶，2是純石墨碳磚，3是電偶引線，4是高爐冷卻壁，5是爐缸，6是連接盒，7是純石墨碳磚前端，8是電偶前端，9是鐵口中心水平線。
具體實施例方式
由圖1、2可看出，爐體中爐缸5位于爐體下部，鐵口位于爐缸5中，高爐冷卻壁4的外層是爐殼，高爐冷卻壁4的內(nèi)層是耐火磚，特制的純石墨碳磚2與其它耐火磚相似，如同其它耐火磚一樣，但要砌在與高爐鐵口中心水平線9上；熱電偶1位于純石墨碳磚2中心軸線上，熱電偶前端8與純石墨碳磚前端7齊平；能直接測到爐缸中的溫度；熱電偶1選用雙石墨碳纖維熱電偶，充分利用其耐高溫性；為了防滲漏在雙石墨碳纖維熱電偶1與純石墨碳磚2連接凹槽中設(shè)有高溫粘合劑；為了加強絕緣密封，在純石墨碳磚2外端的爐殼上固定設(shè)密封的連接盒6，使雙石墨碳纖維熱電偶1中的碳纖維絲與熱電偶引線3在連接盒6中安全接通。
上述雙石墨碳纖維熱電偶1是以聚丙烯腈為原料制成的碳纖維，在真空爐內(nèi)加熱到3000℃進行石墨化，得到純石墨線所做的電偶負極。再將石墨線在2700℃下進行硼擴散，制成含硼1.5％的硼石墨線作為電偶正極。該電偶抗拉強度大于2kg/m2，在900-2000℃范圍內(nèi)試用，靈敏度可達到3mv/100℃，而且穩(wěn)定性好，完全可以滿足工業(yè)測定要求。
為了將雙石墨碳纖維熱電偶1位于純石墨碳磚2的中心軸線上，將純石墨碳磚2以中心軸線切成兩半并開凹槽；熱電偶1在凹槽中的封裝方法是在外徑10m的剛玉管內(nèi)穿入雙石墨碳纖維熱電偶1，選用外徑為16mm的剛玉管作為熱電偶1的外保護管，兩層保護管與高純石墨碳磚2之間均選用熱壓氮化制成的高溫粘合劑進行粘合，并由上下兩部分純石墨碳磚2將雙石墨熱電偶1牢固的粘合為一體，最后用不銹鋼套管將熱電偶絲通過在高爐爐殼上的開孔部位引出爐外與固定在爐殼上的密封連接盒6內(nèi)連接，再通過密封連接盒6由引線3與外置顯示系統(tǒng)相連；不銹鋼套管外部的封裝與高爐砌磚工藝相同。
本發(fā)明安裝時，應在高爐鐵口中心水平線9上至少設(shè)1個鑲有雙石墨熱電偶1的純石墨碳磚2；實際工作中，一般分東西南北四個方向各安裝1個含有雙石墨碳纖維熱電偶1的純石墨碳磚2，共四支，這樣設(shè)計連續(xù)測溫效果較準確。
根據(jù)Knguko和KyHuH的數(shù)據(jù)1300℃生鐵的表面張力為1020爾格/cm2，1400℃為1120Cm2?？紤]到最大可能爐缸乘鐵水2m深，渣1m厚，風壓0.2Kpa時，計算出爐缸壓強為0.36kpa/Cm2。因此，在不考慮鐵水沿爐墻孔隙向外穿透時隨溫度下降凝固堵塞孔隙的情況下，小于1mm的間隙時，鐵水表面張力抵抗鐵水穿透力遠遠大于渣、鐵、風的壓力。從安全生產(chǎn)角度考慮，完全可以排除爐缸燒穿的可能性。
二煉鐵廠1#高爐爐缸溫度檢測記錄(實測)

注選用FU 189型數(shù)字萬用表測得結(jié)果 記錄崔建立關(guān)于溫度和熱電勢的對比參數(shù)

注1)智能數(shù)字儀表的編程是按照以上參數(shù)進行設(shè)置。
2)向上/向下的變化是按照5段的變化趨勢成非線性標定。
3)冷端補償?shù)脑O(shè)置為2度；微型打印機的設(shè)置為手動。以上數(shù)據(jù)由北京自動化儀表研究所提供。
權(quán)利要求
1.一種高爐爐缸測溫裝置，其特征為①測溫裝置由純石墨碳磚、雙石墨碳纖維熱電偶組成；純石墨碳磚的外形尺寸與高爐爐缸砌磚相似；②雙石墨碳纖維熱電偶位于純石墨碳磚軸向中心凹槽中，凹槽中設(shè)有耐高溫粘合劑；③雙石墨碳纖維熱電偶頂端與純石墨碳磚的頂部齊平；雙石墨碳纖維熱電偶中的熱電偶絲的外層由保護管絕緣，其尾端伸出兩根引線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爐爐缸測溫裝置，其特征為雙石墨碳纖維熱電偶引出的兩根電偶引線通過固定在高爐爐殼上的密封連接盒6引出爐外，與外部顯示及打印系統(tǒng)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爐爐缸測溫裝置，其特征為凹槽中的粘合劑為熱壓氮化制成的C4-1耐高溫粘合劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爐爐缸測溫裝置，其特征為熱電偶絲的內(nèi)外保護管為剛玉管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爐爐缸測溫裝置，其特征為雙石墨碳纖維熱電偶是以聚丙烯腈為原料制成碳纖維。
6.一種權(quán)利要求1所述高爐爐缸測溫裝置的制作方法是①制作測試磚，將與爐缸砌磚外形尺寸一樣大小的純石墨碳磚于中心部位切割為上下兩部分，并在其切面上開凹槽；②制作熱電偶，選用雙石墨碳纖維熱電偶為一次測溫元件，每根電偶絲外套有耐高溫絕緣管；③將雙石墨碳纖維熱電偶鑲嵌到純石墨碳磚的凹槽中，必須使熱電偶頂端與純石墨碳磚的頂部齊平，且在凹槽中充滿耐高溫粘合劑作為填充材料，再將純石墨碳磚上下兩部分粘合為一體；④在爐缸出鐵口中心線水平面上至少設(shè)1個帶有雙石墨碳纖維熱電偶的純石墨碳磚；常用的是在鐵口中心線水平面上分東西南北四個方向各安裝一支帶有雙石墨碳纖維熱電偶的純石墨碳磚；⑤最后，將電偶絲通過高溫絕緣套管引出，并與外部微機系統(tǒng)連接，即可隨時測出爐缸內(nèi)溫度變化情況。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高爐爐缸測溫裝置的制作方法，其特征為雙石墨碳纖維熱電偶是以聚丙烯腈為原料制成碳纖維，在真空爐內(nèi)加熱到3000℃進行石墨化，得到純石墨線做為電偶負極；再將石墨線在2700℃下進行硼擴散，制成含硼1.5％的硼石墨線作為電偶正極；該電偶抗拉強度大于2kg/m2，在900-2000℃范圍內(nèi)，靈敏度可達到3mv/100℃。
全文摘要
本發(fā)明是用于高爐爐缸連續(xù)測溫用的裝置，它由純石墨碳磚、雙石墨碳纖維熱電偶，以及配套的顯示系統(tǒng)組成。軸心處有雙石墨碳纖維熱電偶的純石墨碳磚安裝在鐵口水平線的爐壁上；該系統(tǒng)可連續(xù)檢測爐缸內(nèi)的溫度，具有耐高溫、抗腐蝕、使用安全可靠、綜合性能好、投資少等優(yōu)點。安裝本發(fā)明設(shè)備后，噸鐵焦比至少可降低10～20kg，按高爐年產(chǎn)20萬噸生鐵計算，年效益約為40萬元。經(jīng)北京相關(guān)研究所測試結(jié)果為一是設(shè)備技術(shù)指標達到溫度測量范圍800－2000℃；溫度分辨率在大于1600℃時，溫度分辨率仍可達±8℃；熱電勢指標900－1700℃時3mv/100℃；1700－2000℃時大于2mv/100℃；二是系統(tǒng)功能為實現(xiàn)和完成高爐爐缸連續(xù)測溫功能，精確提供爐缸溫度變化趨勢，指導高爐工作者正確判斷爐況，提高高爐生產(chǎn)的經(jīng)濟效益。
文檔編號G01K7/02GK1757757SQ20051004425
公開日2006年4月12日 申請日期2005年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月12日
發(fā)明者崔建立, 楊士嶺, 劉崇亭, 陳玉明 申請人:崔建立