[发明专利]用于测量熔融金属的温度的方法和设备

说明书

本发明涉及利用光纤测量熔化物，尤其是熔融金属的温度的方法，光纤经由一次性引导管被馈送到熔化物中，光纤和一次性引导管的浸入端浸入熔化物中，二者具有彼此独立的馈送速度。本发明还涉及用于测量上述温度的装置和设备，包括光纤和一次性引导管，一次性引导管具有浸入端和相反的第二端，光纤部分地布置在一次性引导管中，一次性引导管的内径大于光纤的外径，在第二端处或一次性引导管内布置有弹性插塞，光纤被馈送通过弹性插塞，并且弹性插塞减小了光纤与一次性引导管之间的间隙。设备包括光纤卷和用于馈送光纤和一次性引导管的馈送机构，馈送机构包括至少两个独立的馈送电动机，一个电动机用于馈送光纤，一个电动机用于馈送一次性引导管。

技术领域

本发明涉及利用光纤来测量熔化物、尤其是例如熔融钢等熔融金属的温度的方法、装置和设备。

背景技术

用于生产熔融钢的电弧炉（EAF）工艺是由如下操作构成的批量工艺：金属组分的炉装料、熔化、精炼、去渣、出钢以及炉转向。在称为出钢的工艺中从熔化炉中移除称为一炉（heat）的每批钢，因此，所涉及的钢生产的循环批率通常是指称为出钢到出钢时间（tap-to-tap time）的时间单位。现代的EAF操作致力于使出钢到出钢循环小于60分钟，甚至达到35-40分钟的等级。

在EAF产率方面所实现的许多进展促进快速出钢到出钢时间成为可能，并且涉及到对炉的电功率输入（在350-400kWh/t的范围内）的提高以及替代形式的能量输入（氧气切割、氧气燃料燃烧器）。最先进的EAF操作消耗18-27Nm³/t量级的补充氧气，这占总功率输入的20%-32%。另外，允许更快速炉移动的部件的改进已经减少了炉空转的时间量。EAF操作员的行业目标是使得炉通电时间最大化，得到最大的产率，从而降低固定成本，且同时从电功率输入获得最大收益。在EAF中生产一炉钢所耗费的大部分时间是在熔化工艺步骤中。

熔化周期是EAF操作的核心，现代EAF的大部分发生在两阶段工艺中。经由石墨电极供给电能并且该电能是熔化操作中的最大贡献者。为熔融钢屑，要消耗的理论最小值为300kWh/t。为了为熔融金属提供钢熔点之上的温度，需要额外的能量。对于典型的出钢温度要求，所需的总理论能量通常在350-400kWh/t的范围内。然而，EAF制钢仅有55%-65%的能效，结果是，对于最现代的操作而言总的等效能量输入通常在650kWh/t的范围内，其中60%-65%是通过电功率供给的，其余的需求由化石燃料燃烧以及精炼工艺的化学氧化能量来供给。

在第一金属装料过程中，通常选择中间电压抽头（tap），直到电极能够充分地钻入碎屑。未熔化的碎屑在电极电弧与熔化容器的侧壁之间的位置保护炉结构免于受损，使得在钻入操作之后能够使用长电弧（高电压）抽头。在初始钻入期间内大约15%的碎屑熔化。通过炉壁中的专用喷嘴添加的化石燃料燃烧有助于碎屑加热和热均匀。随着炉气氛加热，电弧趋于稳定，能够提高平均功率输入。长电弧使传递到碎屑的功率最大化，在炉床中开始形成液体金属池。对于一些特定的EAF类型，优选的惯例是以从称为“留钢（hot heel）”的前一炉继续保持得到的小池来开始批量熔化工艺。

当足够的碎屑已经熔化而适应第二装料的体积时，重复装料工艺。一旦在炉中产生熔融钢池，则将利用诸如氧气燃料燃烧器和氧气切割等多个源来供给化学能。一旦熔融金属高度足够高且清除了阻碍性碎屑，则可以将氧气直接喷到池中。

在接近最终碎屑装料完全熔化时间的情况下，炉侧壁会暴露于来自电弧的高辐射。结果是，必须降低电压，或者形成包围电极的泡沫状炉渣。炉渣层可在起泡沫的同时具有多于一米的厚度。于是将电弧掩埋起来且将保护炉外壳。另外，较大的能量被保持于炉渣中并且被传递到池中，得到更大的能效。该工艺将在覆盖钢的炉渣层中产生大量热，使得温度比钢的温度高200℃，从而形成了对于工艺控制测量而言非常独特且困难的环境，稍后将解释其原因。