專利名稱：無接觸地檢測金屬熔液的溫度t的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無接觸地檢測熔爐中金屬熔液的溫度T的方法，該熔爐包括至少一個(gè)燃燒器-噴槍-單元，該燃燒器-噴槍-單元在金屬熔液以上穿過熔爐的爐壁引到爐腔中，所述方法利用至少一個(gè)后置于所述至少一個(gè)燃燒器-噴槍-單元的溫度測量單元進(jìn)行。本發(fā)明還涉及一種無接觸地檢測熔爐中金屬熔液的溫度T的裝置，其中該裝置包括至少一個(gè)燃燒器-噴槍-單元，它在金屬熔液以上穿過熔爐的爐壁引到爐腔中。本發(fā)明還涉及一種具有這種裝置的熔爐、尤其是電弧爐。
背景技術(shù)：
通常在鋼鐵工業(yè)中使用加工和/或容納金屬熔液的熔爐。這種熔爐例如可以是電弧爐、鋼包爐、脫氣設(shè)備或次級(jí)冶煉的其它設(shè)備。在加工鋼時(shí)有意義的是，對(duì)于每個(gè)所期望的時(shí)刻可以獲悉熔爐中金屬熔液的溫度。這可以利用接觸測量，通常通過噴槍利用手持溫度計(jì)和試樣實(shí)現(xiàn)，或通過由金屬熔液給出的電磁輻射為基礎(chǔ)的無接觸測量實(shí)現(xiàn)。由EP 1 440 298 Bl已知無接觸連續(xù)測量熔爐中金屬熔液的溫度的裝置。這個(gè)裝置配有設(shè)置在噴槍中的熱分析儀，惰性氣體吹向熔爐或容器中位于金屬熔液表面上的爐渣的表面。由WO 2004/083722 Al已知用于光學(xué)分析熔爐中金屬熔液的裝置。該裝置包括具有用于相干氣流的出口的噴槍，氣流對(duì)準(zhǔn)金屬熔液，還包括視窗，它這樣設(shè)置在噴槍上，使得可以檢測沿著相干氣流傳播方向的光學(xué)數(shù)據(jù)，還包括分析儀和傳遞光學(xué)數(shù)據(jù)到分析儀的機(jī)構(gòu)。也已知燃燒器-噴槍-單元，它們形成由燃燒器和噴槍組成的復(fù)合體，其中可以以燃燒器模式或以噴槍模式實(shí)現(xiàn)這種單元的運(yùn)行。金屬冶金熔爐、尤其是電弧爐通常在爐壁上具有裝配的、對(duì)準(zhǔn)爐腔金屬熔液表面的燃燒器，用于加入能量到金屬熔液中或者用于加速熔爐中的熔化過程。由這種燃燒器在燃燒器模式中形成火苗。在此在混合含有燃燒氣體的氧氣的條件下燃燒燃料、尤其是天然氣、油或類似燃料。噴槍一般局部且經(jīng)常只時(shí)間上有限地導(dǎo)入到爐腔中，用于例如輸入氣體如氧氣， 例如為了氧化金屬熔液、執(zhí)行測量或者接收試樣。如同在常見的燃燒器中一樣，在燃燒器-噴槍-單元中當(dāng)它們以燃燒器模式運(yùn)行時(shí)，也產(chǎn)生火苗并將能量加入到爐腔中。但是燃燒器-噴槍-單元可以在斷開燃燒器模式以后，即在熄滅火苗以后作為噴槍使用，通過它們吹入氣流到爐腔中并且在金屬熔液上執(zhí)行測量。為此附加地對(duì)于在常見的燃燒器上現(xiàn)有的燃料和燃燒氣體接頭在燃燒器-噴槍-單元上設(shè)有用于至少一個(gè)在噴槍模式中吹入氣體的氣體接頭。通過這樣利用和改型常見的燃燒器成燃燒器-噴槍-單元，使這個(gè)燃燒器也可以作為噴槍使用，由此不產(chǎn)生附加費(fèi)用并且無需用于附加裝置的空間。在噴槍模式中利用燃燒器-噴槍-單元的內(nèi)部，用于利用溫度測量單元在爐腔中在金屬熔液上執(zhí)行溫度測量。在此尤其在噴槍模式中要加入的氣體以超音速在金屬熔液方向上噴入到爐腔中，用于吹除在金屬熔液上構(gòu)成的熔渣并且局部露出金屬熔液表面，用于無接觸地測量溫度。為了產(chǎn)生超音速的氣流，該燃燒器-噴槍-單元尤其具有Laval噴嘴， 在其中饋入要吹入的幾巴壓力的氣體。具有至少一個(gè)燃燒器-噴槍-單元的冶金熔爐的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行一般如下進(jìn)行
在將要被熔化的爐料裝入到爐腔中期間燃燒器-噴槍-單元以保護(hù)火苗運(yùn)行，用于使對(duì)準(zhǔn)爐腔的燃燒器-噴槍-單元的開孔保持露出。接著使燃燒器-噴槍-單元以燃燒器模式運(yùn)行并且逐級(jí)提高功率，用于支持熔化爐腔中的爐料。一旦出現(xiàn)足夠量的金屬熔液，使燃燒器-噴槍-單元轉(zhuǎn)換到噴槍模式并且將氧氣或含氧氣體為了氧化金屬熔液以超音速噴入到爐腔中。在噴槍模式期間保護(hù)火苗一般仍然燃燒，它包圍噴入的氣流。一旦熔爐可以出鋼，即可以排空爐腔，則中斷氣流，燃燒器-噴槍-單元在形成保護(hù)火苗的條件下繼續(xù)運(yùn)行并且取出金屬熔液?，F(xiàn)在重新通過裝入要被熔化的爐料到爐腔中開始標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行。為了在所形成的金屬熔液上執(zhí)行無接觸地溫度測量，可以對(duì)燃燒器-噴槍-單元后置至少一個(gè)溫度測量單元，它設(shè)置在背離金屬熔液的燃燒器-噴槍-單元的端部上或附近。在此例如通過燃燒器-噴槍-單元中的中心孔實(shí)現(xiàn)溫度測量，該孔沿著燃燒器-噴槍-單元縱軸線穿過它延伸并且穿過該孔可以檢測到由金屬熔液發(fā)射的電磁輻射。但是已經(jīng)證實(shí)，燃燒器-噴槍-單元在上述的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行中不能容易地用于無接觸地測量溫度。因此在燃燒器模式期間由于火苗的自身輻射設(shè)有干擾影響，它們導(dǎo)致金屬熔液的溫度T的誤測量。在噴槍模式期間，其中在標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行中將氧氣或含氧氣體噴入到爐腔中，氧氣在爐腔中放熱地燃燒，由此在這里同樣由于燃燒過程設(shè)有干擾影響，它們導(dǎo)致金屬熔液的溫度T的誤測量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種上述形式的方法和裝置，通過它們能夠以特別簡單和精確的方式無接觸地檢測熔爐中的金屬熔液的溫度T。這個(gè)目的通過一種無接觸地檢測熔爐中金屬熔液的溫度T的方法得以實(shí)現(xiàn)，該熔爐包括至少一個(gè)燃燒器-噴槍-單元，該燃燒器-噴槍-單元在金屬熔液以上穿過熔爐的爐壁引到爐腔中，所述方法利用至少一個(gè)后置于所述至少一個(gè)燃燒器-噴槍-單元的溫度測量單元進(jìn)行，具有下面的步驟
a)通過使氣流以超音速導(dǎo)入到爐腔中，使所述至少一個(gè)燃燒器-噴槍-單元以噴槍模式運(yùn)行，
b)利用氣流吹除爐渣露出金屬熔液表面，
c)通過氧氣或含氧氣體形式的第一氣體在第一時(shí)間段上形成氣流，
d)在保持噴槍模式的條件下在第二時(shí)間段上使第一氣體轉(zhuǎn)換到惰性氣體形式的第二氣體，
e)至少在第二時(shí)間段以內(nèi)執(zhí)行持續(xù)溫度測量，其中僅當(dāng)氣流位于層流狀態(tài)以后并且在至少2秒的時(shí)間間隔At上所測得的溫度僅產(chǎn)生最多1%的波動(dòng)以后，才檢測所測得的溫度作為金屬熔液的溫度T。本發(fā)明的目的對(duì)于無接觸地檢測熔爐中金屬熔液的溫度T的裝置，尤其按照本發(fā)明的方法得以實(shí)現(xiàn)，其中該裝置包括至少一個(gè)燃燒器-噴槍-單元，它在金屬熔液以上穿過爐壁引到爐腔中，其中所述燃燒器-噴槍-單元至少具有用于氧氣或含氧氣體形式的第一氣體的、用于惰性氣體形式的第二氣體的和用于燃燒氣體的接頭，其中所述裝置還包括至少一個(gè)用于檢測至少第二氣體的壓力P和流量Q的測量裝置以及至少一個(gè)后置于所述至少一個(gè)燃燒器-噴槍-單元的用于檢測溫度T的溫度測量單元，其中所述裝置具有至少一個(gè)轉(zhuǎn)換裝置，它能夠在噴槍模式中實(shí)現(xiàn)從第一氣體到第二氣體的轉(zhuǎn)換并且反之亦然，其中所述裝置包括至少一個(gè)與所述至少一個(gè)溫度測量單元和所述至少一個(gè)測量裝置連接的計(jì)算單元，所述計(jì)算單元設(shè)置用于分析在噴槍模式中的持續(xù)溫度測量，使得僅當(dāng)?shù)诙饬魑挥趯恿鳡顟B(tài)以后并且在至少2秒的時(shí)間間隔At上所測得的溫度僅出現(xiàn)最多1%的波動(dòng)以后， 才使所測得的溫度作為金屬熔液的溫度T。利用按照本發(fā)明的方法和按照本發(fā)明的裝置才能夠，通過燃燒器-噴槍-單元精確地檢測金屬熔液的溫度T。僅僅有時(shí)噴入惰性氣體、尤其是成本有利的氮?dú)夥乐钩霈F(xiàn)造成錯(cuò)誤的溫度T測量的干擾影響。惰性氣體的消耗與使用常見的噴槍相比明顯降低，因此市場上常見的制備惰性氣體的儲(chǔ)存介質(zhì)或容器就足夠了。這種儲(chǔ)存介質(zhì)具有平均的空間需求并且能夠容易地設(shè)置在熔爐附近。已經(jīng)注意到，在燃燒器-噴槍-單元在噴槍運(yùn)行模式中從含有氧氣的第一氣體轉(zhuǎn)換到由惰性氣體形成的第二氣體以后需要一定的時(shí)間，用于調(diào)整層流的惰性氣體流。只要達(dá)到燃燒器-噴槍-單元的Laval (拉瓦爾)噴嘴的正常壓力ρ和正常流量Q，通常就出現(xiàn)層流特性，它們對(duì)于無干擾地測量金屬熔液的溫度是必需的。已經(jīng)確認(rèn)，在層流條件下在確定的時(shí)間段上調(diào)整幾乎相同的溫度水平ΤΝ，在該溫度水平期間測得的溫度最多波動(dòng)1%。為了可以檢測盡可能準(zhǔn)確的金屬熔液的溫度T值，使得只有當(dāng)在至少2秒的時(shí)間間隔At上所測得的溫度不再出現(xiàn)大于1%的波動(dòng)時(shí)，才確定測得的溫度作為金屬熔液的溫度Τ。最好通過至少一個(gè)在本裝置上設(shè)有的測量裝置檢測至少第二氣體的壓力ρ和流量Qo在本方法的步驟e)后優(yōu)選在保持噴槍模式的條件下再從第二氣體轉(zhuǎn)換到第一氣體。因?yàn)橐呀?jīng)證實(shí)，在噴入惰性氣體的確定時(shí)間以后，金屬熔液通過惰性氣流顯著地冷卻并且又離開所達(dá)到的溫度水平TN，以該溫度水平TN可以精確地測量溫度T。此時(shí)的溫度測量是不準(zhǔn)確的并且不再可以使用。吹入的惰性氣體被加熱并且通過吸出熔爐廢氣而排出，這導(dǎo)致不必要的能量損失。在之后斷開惰性氣流并且轉(zhuǎn)換到第一氣體時(shí)，由于能量損失和無需使用大量的惰性氣體，降低熔爐的效率并且提高生產(chǎn)成本。在這里已經(jīng)證實(shí)有利的是，只要在最長10秒的另一時(shí)間間隔Atl上識(shí)別到大于 1%、尤其是大于5%的溫度T下降的時(shí)候，才轉(zhuǎn)換第二氣體到第一氣體。因此可以時(shí)間接近地找到從第二氣體轉(zhuǎn)換到第一氣體的最佳時(shí)刻并由此節(jié)省能量以及惰性氣體并且降低生產(chǎn)成本。優(yōu)選這樣調(diào)整本裝置的所述至少一個(gè)計(jì)算單元，只要在最長10秒的另一時(shí)間間隔Δ tl上識(shí)別到大于1%、尤其是大于5%的溫度T下降的時(shí)候，才利用轉(zhuǎn)換裝置引起從第二氣體轉(zhuǎn)換到第一氣體。為了執(zhí)行另一溫度測量已經(jīng)證實(shí)可靠的是，緊接著重復(fù)按照本發(fā)明方法的步驟d) 和e)。因此在噴槍模式中可以多次地在第一氣體與第二氣體之間轉(zhuǎn)換，用于多次精確地執(zhí)行無接觸地檢測金屬熔液的溫度T的溫度測量。通過快速地在不同氣流之間的轉(zhuǎn)換可以在噴槍模式中使無接觸溫度測量的時(shí)間消耗盡可能地微少并且提高金屬熔液中的能量加入。已經(jīng)證實(shí)有利的是，通過氧氣形成第一氣體并且通過氮?dú)庑纬啥栊詺怏w。通過使用這種氣體在噴槍模式中提高熔化過程和溫度測量的效率并且還節(jié)省能量和成本。根據(jù)燃燒器-噴槍-單元的Laval噴嘴形狀優(yōu)選以至少6巴的壓力在金屬熔液方向上從燃燒器-噴槍-單元將惰性氣體噴入到爐腔中，用于產(chǎn)生超音速氣流，它使用于溫度測量的金屬熔液表面局部露出。然后利用所述至少一個(gè)溫度測量單元檢測從露出的表面部位發(fā)出的金屬熔液的溫度輻射。所述至少一個(gè)溫度測量單元優(yōu)選構(gòu)造成，沿著燃燒器-噴槍-單元縱軸線在燃燒器-噴槍-單元方向上檢測由金屬熔液發(fā)射的輻射。為了無接觸地測量溫度優(yōu)選使用激光器、高溫計(jì)或波長計(jì)形式的溫度測量單元，它們可以單獨(dú)或與光導(dǎo)體相結(jié)合地使用，光導(dǎo)體將從金屬熔液在燃燒器-噴槍-單元方向上發(fā)射的輻射傳遞到溫度測量單元。但是對(duì)于專業(yè)人員可以自由選擇使用其它熟悉的裝置，它們適用于無接觸地測量溫度。所述至少一個(gè)溫度測量單元最好具有用于使輻射成束的裝置。用于使溫度輻射成束的裝置例如可以由透鏡或透鏡系統(tǒng)構(gòu)成。通過這種使輻射、尤其是溫度輻射成束的裝置能夠使盡可能多的在燃燒器-噴槍-單元縱軸線方向上由金屬熔液發(fā)射的輻射分量供檢測溫度T使用。最好這樣輸送第二氣體到燃燒器-噴槍-單元，使它不僅用于露出金屬熔液而且用于至少部分地清潔成束裝置。由此實(shí)現(xiàn)惰性氣流的組合功能，因?yàn)槎栊詺饬鳠o需過多費(fèi)用地承擔(dān)附加的功能任務(wù)。在本裝置的優(yōu)選實(shí)施例中多個(gè)燃燒器-噴槍-單元與溫度測量單元結(jié)合，由此可以同時(shí)檢測不同金屬熔液表面的溫度T。通過與溫度測量單元結(jié)合的，至少一個(gè)計(jì)算單元可以由測得的溫度T求得金屬熔液的按地點(diǎn)和/或按時(shí)間的溫度分布。由此能夠檢測金屬熔液在冶金熔爐內(nèi)部的盡可能完整的溫度T圖形。這是很有意義的，因?yàn)榻饘偃垡旱臏囟确植伎梢燥@著地影響后面的工藝步驟。所檢測的金屬熔液的溫度T可以有利地用于控制和/或調(diào)節(jié)在爐腔中進(jìn)行的過程的工藝參數(shù)。例如借助于所檢測的溫度分布可以有目的地控制或調(diào)節(jié)電弧爐中的電極到金屬熔液中的能量加入。例如也可以根據(jù)金屬熔液的溫度或金屬熔液的溫度分布添加添加劑和類似物質(zhì)。所述至少一個(gè)燃燒器-噴槍-單元的縱軸線最好形成通道的中心軸線，通過該通道在噴槍模式中將第一氣體和第二氣體噴入到爐腔中。該通道最好直線地構(gòu)成，由此使發(fā)射的輻射沿著通道同樣直線地、即基本沒有干擾地傳播。該縱軸線最好與金屬熔液表面法線具有40至43度的角度。包括至少一個(gè)按照本發(fā)明的裝置的冶金熔爐、尤其是電弧爐的優(yōu)點(diǎn)是，可以精確地檢測在其中形成的金屬熔液的溫度T并且可以有效地控制和/或調(diào)節(jié)熔爐。


本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)由實(shí)施例給出，借助于下面的圖1至3解釋它們。附圖中圖1示出冶金熔爐的局部，具有燃燒器-噴槍-單元和無接觸地測量溫度的溫度測量裝置，
圖2示出熔化過程曲線，具有按照本發(fā)明方法的溫度測量，
圖3求得用于測量金屬熔液的溫度T的最佳時(shí)刻和求得在噴槍模式中從第二氣體返回到第一氣體的最佳轉(zhuǎn)換時(shí)刻。
具體實(shí)施例方式圖1示出冶金熔爐1的局部，在其中設(shè)置金屬熔液2。在這里由具有爐腔Ia和爐壁Ib的電弧爐構(gòu)成熔爐1。在金屬熔液2表面上形成爐渣加。燃燒器-噴槍-單元3安裝在金屬熔液3以上的爐壁Ib上并且對(duì)準(zhǔn)金屬熔液2的表面。該燃燒器-噴槍-單元3 具有通道K，通過它在噴槍模式中使氣流在金屬熔液2方向上導(dǎo)入到爐腔Ia中。所述燃燒器-噴槍-單元3具有多個(gè)接頭，包括用于輸送在噴槍運(yùn)行中必需的氣體的氣體輸送裝置4，氣體最好以超音速噴入到爐腔Ia中。通過氣體輸送裝置4在噴槍模式中將第一氣體、在這里優(yōu)選以氧氣的形式與第二氣體、在這里優(yōu)選氮?dú)庑问降亩栊詺怏w交替地以超音速噴入到爐腔Ia中。為了可以確定，何時(shí)在噴槍模式中對(duì)于第二氣體出現(xiàn)層流特性，設(shè)有至少一個(gè)、在這里僅僅示意示出的、用于檢測氣體輸送裝置4上的至少第二氣體的壓力P和流量Q的測量裝置14。但是也可以相應(yīng)地監(jiān)控第一氣體的壓力ρ和流量Q。 此外設(shè)有至少一個(gè)燃料輸送裝置5和至少一個(gè)燃燒氣體輸送裝置6。利用燃料輸送裝置5 將燃料、在這里優(yōu)選天然氣輸送到燃燒器-噴槍-單元3。燃料與燃燒氣體、在這里優(yōu)選氧氣的形式一起燃燒，利用燃燒氣體輸送裝置6輸送燃燒氣體。此外所述燃燒器-噴槍-單元3具有用于輸送冷卻劑、尤其是水的冷卻裝置7。利用冷卻劑避免燃燒器-噴槍-單元3過熱。溫度測量單元10在背離熔爐1的爐腔Ia的燃燒器-噴槍-單元3 —側(cè)上與燃燒器-噴槍-單元3連接，使得可以執(zhí)行爐腔Ia中的溫度測量。燃燒器-噴槍-單元3的通道K最好具有縱軸線A。從熱的爐腔Ia開始可以使電磁輻射、尤其是溫度或紅外輻射沿著縱軸線A傳播并且進(jìn)入燃燒器-噴槍-單元3的通道K中。從通道K使輻射在這里進(jìn)入到成束裝置8，例如透鏡系統(tǒng)，它使輻射成束并且例如與本實(shí)施例一樣耦入到光波導(dǎo)體9中。 利用光波導(dǎo)體9輸送輻射到溫度測量單元10，它由耦入的輻射求得從屬的溫度。這例如可以利用溫度測量單元10實(shí)現(xiàn)，它以高溫計(jì)的形式出現(xiàn)。所述溫度測量單元10最好這樣構(gòu)成，使這個(gè)測量單元可以確定輻射、尤其紅外輻射的不同頻譜分量的溫度。由此顯著減少在測量溫度時(shí)的誤差。這一點(diǎn)例如可以利用比率高溫計(jì)實(shí)現(xiàn)，它也稱為比例高溫計(jì)或雙色高溫計(jì)。也可以使用其它適合的、具有相應(yīng)測量精度的溫度測量單元10。在溫度測量單元10在這里與燃燒器-噴槍-單元3通過光波導(dǎo)體9和成束裝置8 連接以后，不必再使溫度測量單元10直接靠近燃燒器-噴槍-單元3。該溫度測量單元10 以相同方式還可以與其它設(shè)置在熔爐1上的燃燒器-噴槍-單元連接。但是也可以省去光波導(dǎo)體9，如果溫度測量單元直接連接在成束裝置8或背離爐腔Ia的燃燒器-噴槍-單元 3端部上的時(shí)候。設(shè)有調(diào)節(jié)裝置13，它以至少一個(gè)調(diào)節(jié)信號(hào)為基礎(chǔ)調(diào)節(jié)燃料和燃燒氣體在燃燒模式中的輸送并且調(diào)節(jié)在噴槍模式中氣流的輸送和在第一氣體與第二氣體之間的轉(zhuǎn)換。為此由調(diào)節(jié)裝置13控制在這里未詳細(xì)示出的轉(zhuǎn)換裝置、例如以閥門裝置的形式，它實(shí)施在氣體輸送裝置4上第一氣體與第二氣體之間的轉(zhuǎn)換。此外設(shè)有計(jì)算單元11，它與溫度測量單元10連接并且構(gòu)造成，分析測得的溫度并且由檢測的溫度值集合中選擇出精確地給出金屬熔液的溫度T的溫度值。為此還將由至少一個(gè)測量裝置14測得的至少第二氣體的一方面是壓力P的、另一方面是流量Q的曲線傳遞到計(jì)算單元11。利用調(diào)節(jié)裝置13可以進(jìn)行調(diào)節(jié)干預(yù)，它們引起燃燒模式的接通和斷開、改變?nèi)剂虾?或燃燒空氣的輸送量、開始裝料過程、啟動(dòng)噴槍運(yùn)行和/或在噴槍運(yùn)行中噴入的氣體的選擇和數(shù)量、必要時(shí)還改變到電弧爐1的電極的電流輸入、改變電弧爐1的電極位置等。這在圖1中通過從調(diào)節(jié)裝置13向左指向的箭頭12表示。最好當(dāng)爐腔Ia中要熔化的爐料完全以熔液呈現(xiàn)的時(shí)候，才啟動(dòng)噴槍運(yùn)行。通過在噴槍運(yùn)行中以超音速從燃燒器-噴槍-單元3流出的氣流局部地去掉或吹除爐渣2a，它已經(jīng)在金屬熔液2上構(gòu)成。由此為了無接觸地測量溫度，露出金屬熔液2表面并且可以利用溫度測量單元10或其它檢測器檢測爐腔Ia中金屬熔液2的溫度。圖2簡示出在冶金熔爐中的熔化過程流程。在這里在時(shí)間t上標(biāo)出熔爐的燃燒器-噴槍-單元的功率L。在第一階段Ml熔爐裝料，即將要被熔化的爐料加入到熔爐的爐腔中。在這個(gè)第一階段Ml期間燃燒器-噴槍-單元以保護(hù)火苗運(yùn)行。在第二階段M2所述燃燒器-噴槍-單元以燃燒模式運(yùn)行并且逐級(jí)地提高功率L。 在第二階段M2結(jié)束時(shí)在爐腔中呈現(xiàn)金屬熔液，它以爐渣覆蓋。在接著的第三階段M3使燃燒器-噴槍-單元轉(zhuǎn)換到噴槍模式，其中第一氣體、尤其以氧氣的形式以超音速噴入到爐腔中。為了可以精確地檢測金屬熔液的溫度T，在第四階段M4通過第二氣體、尤其以氮?dú)獾男问教鎿Q第一氣體。在此保持噴槍模式?，F(xiàn)在持續(xù)地測量由第二氣體的氣流吹露出的金屬熔液表面的溫度。但是只有第二氣體的氣流位于層流狀態(tài)以后并且在只有當(dāng)在至少2秒的時(shí)間間隔At上檢測到所測得的溫度不再出現(xiàn)大于1% 的波動(dòng)時(shí)，才檢測測量值作為金屬熔液的溫度T。一旦第二氣體引起金屬熔液的顯著冷卻，再轉(zhuǎn)換到第一氣體并且重復(fù)第三階段 M3。通過在第三階段M3與第四階段M4之間變換能夠在有效地加入能量到金屬熔液中的同時(shí)精確地檢測金屬熔液的溫度T。按照?qǐng)D2在噴槍模式中例如兩次從第一氣體變換到第二氣體并且再變回去，其中在每個(gè)第四階段M4可以精確地檢測金屬熔液的溫度T。但是第三階段M3與第四階段M4之間的變換可以任意次數(shù)地進(jìn)行。接著排出金屬熔液，而燃燒器-噴槍-單元與在第一階段Ml —樣以保護(hù)火苗運(yùn)行，并且以重新裝料爐腔接著進(jìn)行另一熔化過程。圖3簡示出求得用于測量金屬熔液的溫度T的最佳時(shí)刻和求得在噴槍模式中從第二氣體返回到第一氣體的最佳轉(zhuǎn)換時(shí)刻的曲線圖。該曲線圖示出在時(shí)間t上標(biāo)出的第二氣體在噴槍模式中的壓力P的曲線、第二氣體在噴槍模式中的流量Q的曲線、以及持續(xù)地在噴槍模式中利用溫度測量單元測得的溫度Tgem。對(duì)于時(shí)刻tx在噴槍模式中實(shí)現(xiàn)從第一氣體、 在這里優(yōu)選以氧氣形式轉(zhuǎn)換到第二氣體、在這里優(yōu)選以氮?dú)獾男问?。參照?qǐng)D2對(duì)于時(shí)刻tx 從第三階段M3變換到第四階段M4。第二氣體通過燃燒器-噴槍-單元的流量Q —直提高到標(biāo)準(zhǔn)流量Q并且第二氣體的壓力ρ —直下降到標(biāo)準(zhǔn)壓力P，由此對(duì)于時(shí)刻txl在層流條件下呈現(xiàn)來自第二氣體的氣流?，F(xiàn)在測得的溫度Tgem達(dá)到溫度水平TN并且?guī)缀醪辉俨▌?dòng)。如果現(xiàn)在在層流條件下在至少2秒的時(shí)間間隔Δ t上檢測到所測得的溫度僅僅出現(xiàn)最大1%的波動(dòng)時(shí)，則測得的溫度Tgem等于金屬熔液的溫度T并且儲(chǔ)存這個(gè)溫度。為了分析利用所述至少一個(gè)測量裝置測得的流量Q值、壓力P值和利用所述至少一個(gè)溫度測量單元測得的溫度Tgem使用至少一個(gè)計(jì)算單元，用于求得金屬熔液的溫度T，將測量值傳遞到該計(jì)算單元并且執(zhí)行所需的計(jì)笪弁。只要溫度水平TN保持穩(wěn)定并且總溫度Tgem不再大于1%波動(dòng)，就可以檢測溫度T。 但是一旦可以識(shí)別到測得的溫度Tgem從溫度水平TN顯著下降，這由通過第二氣體的氣流冷卻的金屬熔液引起，在噴槍模式中再轉(zhuǎn)換到第一氣體。參照?qǐng)D2這同樣表示從第四階段 M4轉(zhuǎn)換到第三階段M3。在圖1中可以看到在噴槍模式中從第二氣體轉(zhuǎn)換到第一氣體的理論上最佳的時(shí)刻tx2。如果在最長10秒的另一時(shí)間間隔Atl上識(shí)別到與溫度水平TN相比大于1%、尤其是大于5%的溫度T下降的時(shí)候，則不延遲地轉(zhuǎn)換并且再吹入第一氣體到爐腔中。按照本發(fā)明的方法和按照本發(fā)明的裝置可以由專業(yè)人員容易地轉(zhuǎn)移到具有不同設(shè)置的燃燒器-噴槍-單元、多個(gè)燃燒器-噴槍-單元的冶金熔爐上或不同幾何形狀構(gòu)成的熔爐上，而不脫離本發(fā)明思想。
權(quán)利要求
1.一種無接觸地檢測熔爐(1)中金屬熔液(2)的溫度T的方法，該熔爐包括至少一個(gè)燃燒器-噴槍-單元(3)，該燃燒器-噴槍-單元在金屬熔液(2)以上穿過熔爐(1)的爐壁 (Ib)引到爐腔(Ia)中，所述方法利用至少一個(gè)后置于所述至少一個(gè)燃燒器-噴槍-單元 (3)的溫度測量單元(10)進(jìn)行，具有下面的步驟a)通過使氣流以超音速導(dǎo)入到爐腔(la)中，使所述至少一個(gè)燃燒器-噴槍-單元(3) 以噴槍模式運(yùn)行，b)利用氣流吹除爐渣(2a)露出金屬熔液(2)表面，c)通過氧氣或含氧氣體形式的第一氣體在第一時(shí)間段上形成氣流，d)在保持噴槍模式的條件下在第二時(shí)間段上使第一氣體轉(zhuǎn)換到惰性氣體形式的第二氣體，e)至少在第二時(shí)間段以內(nèi)執(zhí)行持續(xù)溫度測量，其中僅當(dāng)氣流位于層流狀態(tài)以后并且在至少2秒的時(shí)間間隔At上所測得的溫度僅產(chǎn)生最多1%的波動(dòng)以后，才檢測所測得的溫度作為金屬熔液(2)的溫度T。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在步驟e)后在保持噴槍模式的條件下轉(zhuǎn)換第二氣體到第一氣體。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中只要在最長10秒的第二時(shí)間間隔Atl上識(shí)別到大于1%的溫度T下降的時(shí)候，才轉(zhuǎn)換第二氣體到第一氣體。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中只要在最長10秒的另一時(shí)間間隔Atl上識(shí)別到大于5%的溫度T下降的時(shí)候，才轉(zhuǎn)換第二氣體到第一氣體。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其中緊接著重復(fù)步驟d)和e)。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其中利用所述至少一個(gè)溫度測量單元(10) 檢測沿著燃燒器-噴槍-單元(3)的縱軸線在燃燒器-噴槍-單元(3)方向上發(fā)射的輻射。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其中使用金屬熔液(2)的溫度T用于控制和/或調(diào)節(jié)在爐腔(Ia)中進(jìn)行的過程的工藝參數(shù)。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，其中通過氧氣形成第一氣體并且通過氮?dú)庑纬啥栊詺怏w。
9.無接觸地檢測熔爐(2)中金屬熔液(2)的溫度T的裝置，尤其按照權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，該裝置包括至少一個(gè)燃燒器-噴槍-單元(3)，它在金屬熔液(2)以上穿過熔爐(1)的爐壁(Ib)引到爐腔(Ia)中，其中所述燃燒器-噴槍-單元(3)至少具有用于氧氣或含氧氣體形式的第一氣體的、用于惰性氣體形式的第二氣體的和用于燃燒氣體的接頭，其中所述裝置還包括至少一個(gè)用于檢測第二氣體的壓力P和流量Q的測量裝置(14) 以及至少一個(gè)后置于所述至少一個(gè)燃燒器-噴槍-單元(3)的用于檢測溫度T的溫度測量單元(10)，其中所述裝置具有至少一個(gè)轉(zhuǎn)換裝置，該轉(zhuǎn)換裝置能夠在噴槍模式中實(shí)現(xiàn)從第一氣體到第二氣體的轉(zhuǎn)換并且反之亦然，其中所述裝置包括至少一個(gè)與所述至少一個(gè)溫度測量單元(10)和所述至少一個(gè)測量裝置(14)連接的計(jì)算單元(11)，所述計(jì)算單元設(shè)置用于分析在噴槍模式中的持續(xù)溫度測量，使得在第二氣流位于層流狀態(tài)以后并且在至少2秒的時(shí)間間隔At上所測得的溫度僅出現(xiàn)最多1%的波動(dòng)以后，才將所測得的溫度作為金屬熔液(2)的溫度T。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述至少一個(gè)計(jì)算單元(11)構(gòu)造成，只要在最長10秒的另一時(shí)間間隔Atl上識(shí)別到大于1%的溫度T下降的時(shí)候，就引起從第二氣體轉(zhuǎn)換到第一氣體。
11.如權(quán)利要求9或權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述至少一個(gè)溫度測量單元(10)構(gòu)造成，檢測沿著燃燒器-噴槍-單元(3)縱軸線在燃燒器-噴槍-單元(3)方向上發(fā)射的輻射。
12.熔爐(1)，尤其是電弧爐，包括至少一個(gè)如權(quán)利要求9至11中任一項(xiàng)所述的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種方法和裝置，用于精確地?zé)o接觸地檢測熔爐(1)中金屬熔液(2)的溫度T，該熔爐包括至少一個(gè)燃燒器-噴槍-單元(3)，它在金屬熔液(2)以上穿過熔爐(1)的爐壁(1b)引到爐腔(1a)中，其利用至少一個(gè)后置于所述至少一個(gè)燃燒器-噴槍-單元(3)的溫度測量單元(10)實(shí)施。本發(fā)明還涉及一種具有這種裝置的熔爐(1)。
文檔編號(hào)G01J5/02GK102472667SQ201080035591
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月10日
發(fā)明者米勒 A., 納爾達(dá)基奧內(nèi) D., 阿貝爾 M. 申請(qǐng)人:西門子公司