用于材料處理組件的熱感測制造技術

描述了用于監測此種材料處理組件中的熱狀況的熱感測系統和方法的各種實施例。熱感測系統包括傳感器線纜，傳感器線纜結合一個或多個熱傳感器或聯接到一個或多個熱傳感器上。傳感器線纜定位在組件中，且熱傳感器提供溫度測量。在各種實施例中，傳感器線纜和熱傳感器可為光學裝置或電氣裝置。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
所描述的實施例涉及材料處理組件，如金屬處理組件或玻璃處理組件，且更具體地涉及用于材料處理組件的溫度感測元件。
技術介紹
材料處理組件可用于處理各種材料，如玻璃、金屬或陶瓷。例如，材料處理組件可包括升溫反應器如爐具，或成型組件如連續鑄造組件。升溫反應器用于使用熱來處理材料。升溫反應器包括各種類型的冶金反應器，包括冶金爐具、高壓釜、熱氣體容器(如閃速爐具、燃燒室或氣體-固體反應器)、電弧爐具、感應爐具、鼓風爐具、熔渣爐具和鋁電解槽。其它類型的升溫反應器包括氣化反應器、陶瓷通風擴散器(ceramic vent diffuser)和玻璃爐具。升溫反應器可在標準溫度(20°C )以上的數十攝氏度的溫度下操作，或升溫反應器可在標準溫度以上的數千攝氏度的極高溫度下操作。各種類型的升溫反應器用于不同類型的材料處理。例如，火法冶金爐具用于處理器金屬礦石、廢金屬進料或其它不純金屬原料(其可大體上稱為進料〃)，以便將進料中的金屬與廢物成分分離開。進料在爐具中熔化。當加熱至足夠的溫度時，熔渣與熔融金屬分離開，且通常浮在金屬上方。通過設在爐具壁中的一個或多個出料孔來從爐具除去熔融金屬和熔渣。由于火法冶金爐具和一些其它升溫反應器如感應爐具內的高溫，故耐火襯層和其它熱保護性元件用于保護爐具壁和爐具的其它構件免遭受熔融金屬和熔渣、高溫工藝氣體(例如，在爐具干舷(furnace freeboard)中)或爐具中的其它高溫內容物。此外,可用液體冷卻系統或氣體冷卻系統冷卻爐具的一些構件。出料塊(tapblock)通常由金屬(如銅)制成。出料塊安裝在爐具的壁中，且具有出料通道，出料通道從爐具的內部延伸至爐具的外部，從而允許從爐具中收回熔融金屬和熔渣。出料通道還襯有耐火材料，耐火材料通常與爐具的內壁的耐火襯層是連續的。當進料正在爐具中熔化時，用粘土塞住出料通道。當準備從爐具中除去熔融金屬或熔渣時，通過切開(Iance)或其它方法來打開出料通道。在從爐具中除去熔融金屬或熔渣之后，又用粘土密封出料通道。在一定時間內，出料塊通道中和爐具壁的熱面處的耐火材料由于熱應力和機械應力而磨損。具體而言，出料塊中和出料塊附近的耐火材料由于重復的出料操作而受到較大的應力。如果耐火材料充分地磨損，則熔融金屬或熔渣可與爐具的構件、出料塊或冷卻系統相接觸，從而導致爐具的破壞。在嚴重的情況下，爐具可爆炸，導致附近的財物的破壞和對工廠人員帶來危險。必要的是監測耐火材料的狀態，以便確保其具有足夠的厚度來保護爐具及其周圍環境。已經開發出了各種方法來監測耐火材料的狀態，包括各種熱感測裝置。例如，熱電偶、電阻溫度裝置和其它感測元件可安裝在出料塊中來監測出料通道的耐火襯層和出料塊附近的爐具的內部。感測元件的放置的局限性以及安裝足夠數量的感測元件來準確地監測耐火材料的狀態的難度限制了此種方法。總的來說，在監測其它冶金反應器中和升溫反應器中的熱狀況的情況下，也出現了類似的問題。熱監測可用于評定保護性元件如耐火材料的狀況、用于評定冷卻元件的狀況、用于監測冷卻系統的操作，或用于監測受到反應器中的升溫的另一個構件或另一個元件。此外，在其它類型的材料處理組件中也可能出現類似的問題。例如，在監測材料成型組件如連續金屬鑄造組件中的熱狀況的情況下，可出現類似的問題。熱監測可用于評定冷卻元件如模具的狀況、用于監測冷卻系統的操作，或用于監測受到升溫的成型組件的另一個構件或另一個元件。因此，所需的是改善材料處理組件中的熱感測。
技術實現思路
本公開內容提供了一種用于監測材料處理組件(如升溫反應器或材料鑄造組件)中的熱狀況的新的和改善的系統和方法。在一些實施例中，一種用于監測冷卻元件、熱保護性元件或受到材料處理組件中的升溫的另一個區或另一個構件中的熱狀況的系統，該系統包括安裝在傳感器線纜上的熱傳感器。傳感器線纜安裝在組件中，使得傳感器定位在組件內的測量位置處。控制器聯接到傳感器線纜上來與傳感器通信，包括接收指出熱傳感器的測量位置處的溫度的信號。在一些實施例中，可精確地獲知傳感器的測量位置，而在其它實施例中，傳感器可大體上定位在組件的區內。在一些實施例中，兩個或多個熱傳感器沿傳感器線纜的長度定位。控制器聯接到傳感器線纜上，允許控制器與各個熱傳感器通信，以便測量各個熱傳感器的位置處的溫度。在各種實施例中，熱傳感器、傳感器線纜和控制器選擇為使得它們協作來測量熱傳感器的相應位置處的溫度。例如，在一些實施例中，傳感器線纜可為光纖，熱傳感器可為形成在光纖中的布拉格光柵，且控制器可構造或編程為用以識別從布拉格光柵反射的輻射的波長中的變化，且因而測量布拉格光柵的測量位置處的升溫反應器內的溫度。在一些實施例中，傳感器線纜也是熱傳感器。例如，傳感器線纜為光纖。輻射源將輻射傳送至光纖中。一些輻射由于光纖的雜質和其它特性而反射。控制器分析反射的輻射來確定沿光纖長度的一個或多個位置處的溫度。光纖起到沿其長度的一系列連續熱傳感器的作用。在一些實施例中，傳感器線纜為電線纜，且熱傳感器為聯接到傳感器線纜上的熱電偶。控制器聯接到傳感器線纜上來與熱電偶電性地通信。在一些實施例中，傳感器線纜為電線纜，且熱傳感器為聯接到傳感器線纜上的電阻溫度裝置。控制器聯接到傳感器線纜上來與電阻溫度裝置電性地通信。在其它實施例中，傳感器線纜可為光纖，而熱傳感器為電阻溫度裝置、熱電偶或提供電信號的其它傳感器。熱傳感器可通過變換器聯接到光纖上，變換器將電信號轉換成適于在光纖上傳送的光信號。在各種實施例中，熱傳感器可定位在材料處理組件的不同部分中。例如，一些升溫反應器包含一個或多個冷卻元件，冷卻元件用于冷卻升溫反應器其它構件或升溫反應器的內容物。在一些實施例中，至少一些熱傳感器可定位在鄰近升溫反應器的另一個元件(如耐火襯層)的冷卻元件的表面處，耐火襯層保護升溫反應器的結構構件免遭受升溫反應器的熱內容物。放置成鄰近其它元件的熱傳感器可用于監測元件的狀況。升溫反應器可具有各種類型的冷卻元件。例如，反應器可具有由銅或帶有高導熱率的其它材料制成的冷卻塊。冷卻元件可從反應器內吸收熱。可通過輻射或對流到周圍環境中來從冷卻元件除去熱。在一些實施例中，還可通過設在冷卻元件中或設有冷卻元件的液體冷卻系統或氣體冷卻系統來從反應器除去熱。反應器的一些構件可用于若干目的，包括反應器的冷卻。例如，一些反應器具有金屬外殼，金屬外殼提供用于反應器的結構支承，且還用作了冷卻元件。金屬殼從反應器的內容物吸收熱。這些熱通過輻射和對流釋放到周圍環境中，因而冷卻反應器。在一些實施例中，可用加壓空氣或其它冷卻系統來冷卻殼。在 一些實施例中，殼可包括嵌入的或表面安裝的氣體冷卻系統或液體冷卻系統。總的來說，從反應器的內容物或反應器的另一個構件吸收熱且被動地(通過輻射或對流)或主動地(通過液體冷卻系統或氣體冷卻系統)從反應器除去熱的任何元件都是冷卻元件。在帶有冷卻元件的其它實施例中，至少一些熱傳感器可定位在冷卻元件內。熱傳感器還可安裝成鄰近冷卻元件來監測冷卻元件或材料處理組件的鄰近構件。在具有包括氣體冷卻系統或液體冷卻系統的冷卻元件的實施例中，熱傳感器可定位成鄰近冷卻系統的構件。在一些實施例中，傳感器線纜和熱傳感器可包在導管如金屬管內。導管可用作用于傳感器線纜的保護性護套。導管還可便于將傳感器線纜和熱本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2009.12.15 US 61/286,645;2010.06.23 US 12/821,7941.一種用于感測升溫反應器中的熱狀況的系統，所述系統包括 安裝在所述反應器內的冷卻元件； 安裝到所述冷卻元件上的傳感器線纜； 沿所述傳感器線纜的長度定位的兩個或多個熱傳感器；以及 聯接到所述傳感器線纜上來接收來自于所述熱傳感器的信息的控制器。2.根據權利要求I所述的系統，其特征在于，所述傳感器線纜沿路徑安裝到所述冷卻元件上，并且其中所述熱傳感器沿所述路徑定位在所選測量位置處。3.根據權利要求I或權利要求2所述的系統，其特征在于，所述熱傳感器為電阻溫度裝置，并且所述傳感器線纜將所述熱傳感器電性地聯接到所述控制器上來允許所述控制器與所述傳感器通信。4.根據權利要求I或權利要求2所述的系統，其特征在于，所述熱傳感器為熱電偶，并且所述傳感器線纜將所述熱傳感器電性地聯接到所述控制器上來允許所述控制器與所述傳感器通信。5.根據權利要求I或權利要求2所述的系統，其特征在于，所述傳感器線纜為光纖，并且所述熱傳感器為形成在所述光纖中的布拉格光柵。6.根據權利要求5所述的系統，其特征在于，所述系統還包括用于減小所述光纖的一個或多個對應部分上的應變的一個或多個應變消除組件，并且其中一個或多個所述布拉格光柵形成在所述光纖的對應部分中。7.根據權利要求I或權利要求2所述的系統，其特征在于，所述傳感器線纜為光纖，并且所述熱傳感器提供電信號，并且其中各個熱傳感器均通過變換器聯接到所述傳感器線纜上。8.根據權利要求I至權利要求7中任一項所述的系統，其特征在于，所述反應器為冶金反應器，并且其中至少一些所述熱傳感器定位成用以監測鄰近所述冷卻元件的所述反應器的構件。9.根據權利要求8所述的系統，其特征在于，所述冷卻元件為出料塊。10.根據權利要求I至權利要求7中任一項所述的系統，其特征在于，所述反應器為具有出料塊的冶金反應器，并且其中至少一些所述熱傳感器定位成用以監測所述出料塊。11.根據權利要求I至權利要求7中任一項所述的系統，其特征在于，所述反應器為鋁電解槽，并且其中至少一些所述熱傳感器定位成用以監測所述鋁電解槽的構件。12.根據權利要求I至權利要求7中任一項所述的系統，其特征在于，所述反應器包括側板，并且其中至少一些所述熱傳感器定位成用以監測所述側板的溫度。13.根據權利要求I至權利要求7中任一項所述的系統，其特征在于，所述反應器為玻璃反應器，并且其中至少一些所述熱傳感器定位成用以監測鄰近所述冷卻元件的所述反應器的構件。14.根據權利要求I至權利要求7中任一項所述的系統，其特征在于，所述反應器為感應爐具，并且至少一些所述熱傳感器定位成用以監測鄰近所述冷卻元件的所述感應爐具的構件。15.根據權利要求I至權利要求7中任一項所述的系統，其特征在于，所述反應器為包括廢氣煙道的燃燒室，并且其中至少一些所述熱傳感器定位成用以監測所述燃燒室和所述廢氣煙道的溫度。16.一種用于感測升溫反應器中的熱狀況的系統，所述系統包括 熱保護性元件； 傳感器線纜； 沿所述傳感器線纜的長度定位且定位成用以監測所述熱保護性元件的兩個或多個熱傳感器；以及 聯接到所述傳感器線纜上來接收來自于所述熱傳感器的信息的控制器。17.根據權利要求16所述的系統，其特征有于，所述反應器具有冷卻元件，并且其中至少一些所述熱傳感器定位成用以監測鄰近所述冷卻元件處的熱狀況。18.根據權利要求16所述的系統，其特征有于，所述反應器具有冷卻元件，并且其中至少一些所述熱傳感器定位成用以監測鄰近所述冷卻元內的熱狀況。19.根據權利要求16至權利要求18中任一項所述的系統，其特征在于，至少一些所述熱傳感器安裝在所述熱保護性元件內。20.根據權利要求16至權利要求18中任一項所述的系統，其特征在于，至少一些所述熱傳感器安裝成鄰近所述熱保護性元件。21.根據權利要求16至權利要求20中任一項所述的系統，其特征在于，所述熱保護性元件為耐火襯層。22.根據權利要求16至權利要求21中任一項所述的系統，其特征在于，所述反應器為具有出料塊的冶金反應器，并且其中至少一些所述熱傳感器定位成用以監測鄰近所述出料塊的所述反應器的構件。23.根據權利要求16至權利要求21中任一項所述的系統，其特征在于，所述反應器為具有出料塊的冶金反應器，并且其中至少一些所述熱傳感器定位成用以監測所述出料塊。24.根據權利要求16至權利要求21中任一項所述的系統，其特征在于，所述反應器為具有冷卻元件的玻璃反應器，并且其中至少一些所述熱傳感器定位成用以監測鄰近所述冷卻元件的所述反應器的構件。25.根據權利要求16至權利要求21中任一項所述的系統，其特征在于，所述反應器為具有冷卻元件的感應爐具，并且至少一些所述熱傳感器定位成用以監測鄰近所述冷卻元件的所述反應器的構件。26.根據權利要求16至權利要求21中任一項所述的系統，其特征在于，所述反應器為具有冷卻元件的玻璃反應器，并且其中至少一些所述熱傳感器定位成用以監測所述冷卻元件。27.一種用于感測升溫反應器中的熱狀況的系統，所述系統包括 具有第一端和第二端的光纖； 輻射源，其聯接到所述光纖的第一端上來用于將輻射傳送到所述光纖中； 用于感測從所述光纖內反射的輻射的輻射傳感器； 控制器，其聯接到所述輻射傳感器上來感測從所述光纖內反射的輻射，且構造成用以基于所述感測的輻射來測量所述反應器內的某一位置處的溫度。28.根據權利要求27所述的系統，其特征在于，所述系統還包括出料塊，其中所述光纖安裝到所述出料塊上。29.根據權利要求27或權利要求28所述的系統，其特征在于，所述系統還包括安裝到所述出料塊上的導管，其中所述光纖定位在所述導管內，并且其中所述光纖的第二端能夠在所述導管內滑動。30.根據權利要求27至權利要求29中任一項所述的系統，其特征在于，所述光纖包括一個或多個布拉格光柵，其中所述輻射傳感器構造成用以檢測從其中一個所述布拉格光柵反射的布拉格波長的輻射，并且其中所述控制器構造成用以在所述布拉格光柵定位處的所述區中測量所述反應器中的溫度。31.根據權利要求27至權利要求30中任一項所述的系統，其特征在于，所述光纖包括沿所述光纖的長度間隔開的多個布拉格光柵，其中各個所述布拉格光柵均調節成用以響應于不同溫度狀況反射不同范圍的波長，并且其中所述控制器構造成用以通過控制所述輻射源來傳送對應于所述特定布拉格光柵的輻射且響應于通過所述輻射傳感器感測到的布拉格波長來測量所述特定布拉格光柵的位置處的溫度。32.根據權利要求27至權利要求31中任一項所述的系統，其特征在于，所述系統還包括聯接到所述控制器上的輸出裝置，以便向操作人員呈現所述測量溫度。33.根據權利要求30至權利要求32中任一項所述的系統，其特征在于，所述系統還包括用于減小所述光纖的一個或多個對應部分上的應變的一個或多個應變消除組件，并且其中一個或多個所述布拉格光柵形成在所述光纖的對應部分中。34.一種冶金爐具，其包括 具有側板的殼； 安裝在所述側板中的出料塊，所述出料塊具有冷面、熱面和出料通道； 襯在鄰近所述熱面的所述側板的內側上的壁耐火材料； 安裝到所述冶金爐具上的光纖； 用于將輻射傳送到所述光纖中的輻射源； 用于感測從所述光纖內反射的輻射的輻射傳感器；以及 控制器，其聯接到所述輻射傳感器上，且用于基于通過所述輻射傳感器感測到的輻射來估計所述冶金爐具的至少一個位置中的溫度。35.根據權利要求34所述的冶金爐具,其特征在于,所述光纖包括至少一個布拉格光柵，并且其中所述光學傳感器適于感測通過其中一個所述布拉格光柵反射的布拉格波長的輻射。36.根據權利要求35所述的系統，其特征在于，所述冶金爐具還包括用于減小所述光纖的一個或多個對應部分上的應變的一個或多個應變消除組件，并且其中一個或多個所述布拉格光柵形成在所述光纖的對應部分中。37.根據權利要求35所述的冶金爐具，其特征在于，所述布拉格光柵定位在選自由以下構成的組中的測量位置中 所述熱面與所述壁耐火材料之間； 所述壁耐火材料內；以及 鄰近所述熱面的所述出料塊內。38.根據權利要求35所述的冶金爐具，其特征在于，所述冶金爐具還包括襯在所述出料通道上的出料通道耐火材料，并且其中所述布拉格光柵定位在選自由以下構成的組中的測量位置中 所述出料通道耐火材料內； 所述出料塊的表面與所述出料通道耐火材料之間；以及 鄰近所述出料通道耐火材...

【專利技術屬性】
技術研發人員：T格里特森，P沙林，R麥羅斯蒂，
申請(專利權)人：哈茨有限公司，
類型：
國別省市：