RU2854875C1 - Способ и система для определения параметра высокотемпературной жидкости - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к способу определения по меньшей мере одного параметра высокотемпературной жидкости с помощью блока датчиков, системе для осуществления способа и резервуару, содержащему указанную систему. Способ определения по меньшей мере одного параметра высокотемпературной жидкости с температурой выше 600°С с помощью блока датчиков, в котором высокотемпературная жидкость имеет поверхность и находится в металлургическом резервуаре, который содержит верхнее отверстие напротив поверхности высокотемпературной жидкости, и поверхность уровня высокотемпературной жидкости имеет положение LM, которое находится на расстоянии DM от верхнего отверстия металлургического резервуара, причем способ включает: (a) обеспечение средства ускорения над поверхностью высокотемпературной жидкости на расстоянии DA между поверхностью высокотемпературной жидкости и верхним отверстием металлургического резервуара, при этом средство ускорения выполнено с возможностью увеличения скорости блока датчиков; (b) обеспечение средства ускорения измерительным зондом, причем измерительный зонд несет блок датчиков, и при этом блок датчиков выполнен с возможностью отделения от измерительного зонда; (c) отделение блока датчиков от измерительного зонда; (d) ускорение блока датчиков с помощью средства ускорения; (e) выдвижение блока датчиков в направлении высокотемпературной жидкости; (f) погружение блока датчиков под поверхность высокотемпературной жидкости; (g) измерение по меньшей мере одного параметра высокотемпературной жидкости; характеризующийся тем, что DA<50% DM. Технический результат заключается в обеспечении способа, который позволяет упростить аппаратное обеспечение, необходимое для осуществления способа, и максимально сократить время воздействия среды в резервуаре на блок датчиков до погружения в высокотемпературную жидкость. 3 н. и 25 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к способу определения по меньшей мере одного параметра высокотемпературной жидкости с помощью блока датчиков и системе для осуществления способа. Изобретение дополнительно относится к металлургическому резервуару, содержащему систему, обладающую признаками изобретения.

В особенности во время процесса изготовления металла, используемого в сталелитейной промышленности, несколько параметров расплава металла имеют решающее значение для контроля металлургического процесса, например химический состав ванны или температура такого расплава. Возможность непрерывного и/или периодического контроля этих переменных очень желательна как по экономическим, так и по качественным причинам. В таком случае точный мониторинг может значительно снижать потребление энергии, вызванное перегревом. Другие преимущества непрерывного контроля включают возможность измерения высокотемпературных фазовых изменений, химических реакций и других связанных явлений.

Способы и устройства для определения этих релевантных параметров процесса известны в данной области и часто включают по меньшей мере применение одноразового зонда, на котором расположен датчик. Как правило, зонд подводят под поверхность расплава в виде падающего блока или с помощью узла фурмы. Узел фурмы может управляться вручную, полностью или полуавтоматически. Датчик соединен с устройством обработки для обработки записанных данных, как правило, с помощью проводов или кабелей, но также была описана беспроводная передача данных. Данные собираются и обрабатываются в режиме, близком к реальному времени, и предоставляют оператору металлургического предприятия критическую информацию о ходе или состоянии процесса изготовления металла, происходящего в резервуаре.

Для узлов фурмы для введения зонда в расплавленный металл требуется ряд деталей, по меньшей мере измерительная головка, несущая одноразовый датчик и саму фурму. Фурма погружается в расплав из отверстия в резервуаре, т. е. в положении, близком к расплавленному металлу, что вызывает разбрызгивание металла и является опасной операцией, особенно в случае ручного управления. Для введения такой фурмы в расплавленный металл необходимо прервать работу металлургического резервуара, чтобы открыть резервуар, что снижает производительность процесса. В зависимости от конкретного эксплуатационного персонала качество измерений варьируется. Точность измерения зависит от нескольких параметров, таких как глубина погружения и скорость погружения зонда в расплав жидкого металла. Слишком медленное погружение приводит к преждевременному сгоранию зонда и ложным измерениям. Если зонд погружен недостаточно глубоко, температура может быть нестабильной, или электродвижущая сила датчика кислорода может стать ненадежной. Ручное управление такой фурмой также нежелательно с точки зрения безопасности - общая тенденция в отрасли заключается в том, чтобы максимально уменьшить участие человека в работе.

Автоматически управляемые устройства решают эту проблему, но требуют большего количества эксплуатационного оборудования и обслуживания. Работа таких устройств также основана на введении зонда через относительно большое отверстие. Кроме того, все установки рядом с резервуаром подвержены тепловым или механическим повреждениям, при этом в необходимых отверстиях не должно быть засоров.

Кроме того, после каждого измерения нужно устанавливать новый зонд на фурме, как, например, описано в WO 2015070316 A1, что может потребовать применения дополнительных компонентов, этапов обработки и увеличения интервала времени между последующими измерениями. Таким образом, рекомендуется повысить частоту измерений.

В особенности в области электродуговых печей (ЭДП) в настоящее время доступны только ограниченные способы определения параметров расплавленного металла, которые могут быть осуществимы во время эксплуатации резервуара. ЭДП производят сталь с использованием электрической дуги для плавления одной или более завалок металлолома, горячего металла, материалов на основе железа или других расплавляемых материалов, которые помещают в печь. В процедурах, распространенных в ЭДП, оператор вручную вставляет фурму, на которой расположен подходящий датчик, в печь через шлаковую дверцу, которая представляет собой относительно широкое отверстие в стенке кожуха печи. Когда шлаковая дверца открыта, любой шлак и металл, попавшие в отверстие дверцы, должны быть удалены, чтобы можно было вставить измерительный зонд. Такая инвазивная стадия крайне нежелательна, поскольку она нарушает определенные условия внутри резервуара во время металлургического процесса. Кроме того, из-за поступления холодного окружающего воздуха через шлаковую дверцу при ее открытии теряется энергия.

Для измерений с помощью падающих датчиков измерительный зонд сбрасывают в резервуар, содержащий расплав. Приемлемые зонды, например, описаны в EP 0758445 A1. В современной практике датчики вводят из положения над резервуаром, содержащим расплавленный металл, с относительно большой высоты, обычно в диапазоне от 10 до 20 м над уровнем расплавленного металла. Из-за того, что в конструкции ЭДП электроды расположены над резервуаром, такие датчики нельзя применять в этих установках.

В магазине могут храниться несколько зондов, и для каждого измерения из магазина каждый раз освобождается один зонд. Зонд опускается в состоянии свободного падения под действием силы тяжести и погружается в расплавленный металл. Таким образом, конечная скорость зонда при достижении поверхности расплавленного металла определяется расстоянием между станцией сброса и расплавленным металлом. Зонды должны иметь определенную массу, чтобы погружаться достаточно глубоко под поверхность расплава для получения достоверных данных измерений. Для предоставления надежных данных необходимы дополнительные компоненты для обеспечения необходимой ориентации датчика, такие как балансировочные детали, которые не связаны с записью самого измерения. Следовательно, падающие датчики загрязняют измеряемый расплавленный метал относительно большим количеством постороннего материала. Кроме того, точку погружения невозможно контролировать с высокой степенью точности.

В процессе производства расплавленный металл обычно покрывается слоем шлака, что подвергает любой проходящий через него зонд или датчик повышенному разрушающему воздействию независимо от конкретной применяемой методики. Таким образом, рекомендуется в максимальной степени минимизировать продолжительность воздействия шлака на датчик.

Известные инъекционные устройства, применяемые в металлургии, используются для введения жидкого и/или материала в виде частиц для пирометаллургической обработки расплавов металлов. В частности, в ЭДП такие инжекторы применяют для вдувания в металлургический резервуар обогащенных кислородом газов, извести и/или углеродсодержащих частиц. Как правило, эти устройства расположены вблизи поверхности подлежащего обработке жидкого металла через соответствующее отверстие в резервуаре. Часто такие инжекторы предусмотрены в виде комбинированного блока, расположенного в так называемой холодной камере, которая представляет собой защитное отделение, смежное с внутренней стороной резервуара. Все отверстия очищаются от засорения во время работы, как правило, потоком азота или сжатого воздуха. Таким образом, дополнительные отверстия нежелательны, поскольку повышенное потребление газа увеличит стоимость эксплуатации. Следовательно, было бы целесообразно обеспечить способ, который позволяет дополнительно использовать имеющиеся отверстия.

С учетом предшествующего уровня техники существует потребность в усовершенствованном способе и системе измерения для обеспечения неинвазивного измерения без или только с минимальным (человеческим) вмешательством, введением фурмы или сопоставимыми инвазивными действиями. Кроме того, требуется быстрый и надежный способ, который можно проводить с высокой частотой и который дает воспроизводимые результаты. Кроме того, масса материала, вводимого при измерении, должна быть сведена к минимуму.

Таким образом, цель изобретения заключается в том, чтобы предложить улучшенный способ определения по меньшей мере одного параметра высокотемпературной жидкости, такой как расплавленный металл, с помощью блока датчиков, который решает по меньшей мере одну из описанных выше проблем.

В частности, одна из целей заключается в обеспечении улучшенного способа, который позволяет применять упрощенный блок датчиков с уменьшенной массой и числом компонентов. Кроме того, целью является обеспечение способа получения параметра, когда блок датчиков находится на определенной глубине погружения под поверхностью высокотемпературной жидкости.

Дополнительный аспект целей изобретения заключается в том, чтобы обеспечить способ, который позволяет упростить аппаратное обеспечение, необходимое для осуществления способа. Кроме того, для введения блока датчиков в резервуар, содержащий высокотемпературную жидкость, должны применяться доступные точки входа в резервуар с высокотемпературной жидкостью.

Еще одна цель состоит в том, чтобы максимально сократить время воздействия среды в резервуаре на блок датчиков до погружения в высокотемпературную жидкость.

Дополнительной целью изобретения является обеспечение системы, выполненной с возможностью осуществления способа, обладающего признаками изобретения.

Еще одной целью изобретения является создание системы для осуществления способа, обладающего признаками изобретения, которая позволяет определять параметры с меньшими усилиями и затратами с точки зрения оборудования, технологии управления и организации, в то же время достигая повышенной надежности и качества полученных измерений.

Дополнительной целью изобретения является создание металлургического резервуара, содержащего систему, выполненную с возможностью осуществления способа, обладающего признаками изобретения.

Дополнительной целью изобретения является создание устройства, содержащего средство ускорения, выполненное с возможностью осуществления способа, обладающего признаками изобретения.

Эти цели достигаются посредством объекта изобретения, определенного в независимых пунктах формулы изобретения.

Изобретение относится к способу определения по меньшей мере одного параметра высокотемпературной жидкости с помощью блока датчиков,

в котором высокотемпературная жидкость имеет поверхность и находится в металлургическом резервуаре, который содержит верхнее отверстие напротив поверхности высокотемпературной жидкости, и поверхность уровня высокотемпературной жидкости имеет положение L_M, которое находится на расстоянии D_M от верхнего отверстия металлургического резервуара, причем способ включает в себя

(a) обеспечение средства ускорения над поверхностью высокотемпературной жидкости на расстоянии D_A между поверхностью высокотемпературной жидкости и верхним отверстием металлургического резервуара, при этом средство ускорения выполнено с возможностью увеличения скорости блока датчиков;

(b) обеспечение средства ускорения измерительным зондом, причем измерительный зонд несет блок датчиков, и при этом блок датчиков выполнен с возможностью отделения от измерительного зонда;

(c) отделение блока датчиков от измерительного зонда;

(d) ускорение блока датчиков с помощью средства ускорения;

(e) выдвижение блока датчиков в направлении высокотемпературной жидкости;

(f) погружение блока датчиков под поверхность высокотемпературной жидкости;

(g) измерение по меньшей мере одного параметра высокотемпературной жидкости;

характеризующемуся тем, что D_A < 50% D_M.

Стадии способа проводят в заданном последовательном порядке.

Неожиданно было обнаружено, что ускорение блока датчиков не только силой тяжести дает несколько преимуществ. Зонд, вмещающий блок датчиков, может быть уменьшен с точки зрения массы, размеров и числа компонентов. Уменьшение потребности в материалах приводит к снижению затрат и уменьшению количества загрязняющего материала, попадающего в высокотемпературную жидкость. Эта миниатюризация датчика и соответствующего зонда-носителя, в свою очередь, позволяет вводить блок датчиков через отверстия с уменьшенным размером, которые ранее не применялись для введения зондов современными методами.

Кроме того, средство ускорения расположено на более близком расстоянии от высокотемпературной жидкости, что еще больше минимизирует время воздействия среды резервуара на блок датчиков. На металлургических предприятиях точки входа для обработки расплавленного металла обычно размещаются на небольшом расстоянии от поверхности металла и не считаются подходящими в качестве точек доступа для измерительных устройств из-за сложных условий эксплуатации. Эти точки входа могут применяться в способе, обладающем признаками изобретения, с двойной функцией, т. е. для введения обрабатываемого материала и блока датчиков. В особенности в резервуарах, где нет доступа с верхней стороны для установки измерительного оборудования, способ, обладающий признаками изобретения, расширяет возможности получения достоверных данных.

Другое преимущество способа, обладающего признаками изобретения, заключается в том, что он может быть осуществлен полностью без применения фурмы, что дополнительно снижает потребность в таких компонентах, как привод или средства управления для работы. Таким образом, способ может использоваться почти во всех металлургических резервуарах. Кроме того, потребность во взаимодействии с человеком сведена к минимуму, что повышает безопасность эксплуатации. Преимущество этого способа, особенно для ЭДП, заключается в том, что для проведения измерений не требуется открывать шлаковую дверцу. Кроме того, можно свести к минимуму перерывы в работе оборудования на металлургическом предприятии для получения требуемого параметра(-ов), в частности, способ применим во время непрерывной работы. Это сводит к минимуму общие эксплуатационные расходы, в частности необходимое энергопотребление, и повышает пропускную способность оборудования на металлургическом предприятии, а также качество выпускаемой продукции.

Еще одним фактором, снижающим требования к системе с точки зрения настройки и обслуживания, является упрощенная операционная система, которая может быть расположена на небольшом расстоянии от резервуара, содержащего высокотемпературную жидкость.

Кроме того, способ обеспечивает воспроизводимую площадь воздействия блока датчиков на поверхность высокотемпературной жидкости благодаря контролируемому углу и скорости погружения.

Изобретение относится к определению параметра высокотемпературной жидкости. Под высокотемпературной жидкостью следует понимать жидкость с температурой выше 600 °С, предпочтительно выше 800 °С, более предпочтительно выше 1000 °С. Температура высокотемпературной жидкости может, например, находиться в диапазоне от 1000 до 1900 °С, более предпочтительно в диапазоне от 1200 до 1800 °С, еще более предпочтительно в диапазоне от 1400 до 1700 °С.

Природа высокотемпературной жидкости дополнительно не ограничена, предпочтительно высокотемпературная жидкость представляет собой расплав материала с температурой плавления выше 500 °С, в частности расплав металла, криолита или стекла. Предпочтительно высокотемпературная жидкость представляет собой расплавленный металл, наиболее предпочтительно расплавленную сталь. Термин «расплав» или «расплавленный металл» не исключает наличия каких-либо твердых или газообразных компонентов, включая, например, нерасплавленные компоненты соответствующего металла. Температура расплавов металлов отличается и обычно зависит от состава металла и стадии процесса плавки.

В случае расплава металла расплав может быть покрыт слоем шлака. Термин «шлак» относится к неметаллическим побочным продуктам, которые часто образуются в сталеплавильных печах и обычно присутствуют в виде расплавленного материала, который плавает поверх расплавленного металла. Шлак может включать оксиды металлов, сульфиды металлов, оксид кальция, оксид магния, магнезит, доломит, оксид железа, оксид алюминия, оксид марганца, кремнезем, серу, фосфор или их комбинацию. Чтобы получить надежные измерения, датчик, введенный в расплав, должен пройти через слой шлака как можно быстрее, чтобы свести к минимуму коррозионное воздействие до достижения конечной точки измерения и замерзания шлакового материала на холодном датчике. Такой затвердевший слой должен расплавиться, когда датчик наконец достигнет расплавленного металла, прежде чем можно будет провести достоверное измерение, тем самым продлевая время, необходимое датчику для выдерживания разлагающей среды расплавленного металла.

Высокотемпературная жидкость находится в металлургическом резервуаре; иными словами, высокотемпературная жидкость находится в подходящем резервуаре в виде ванны. Высокотемпературная жидкость имеет поверхность, соответственно, высокотемпературная жидкость также содержит нижнюю сторону. Под нижней стороной следует понимать сторону ванны с высокотемпературной жидкостью, которая контактирует с внутренней частью металлургического резервуара с противоположной стороны от поверхности.

Металлургический резервуар может представлять собой любой резервуар, подходящий для размещения высокотемпературной жидкости, он может представлять собой, например, резервуар для обработки металла или печь, в частности электродуговую печь. В предпочтительных вариантах осуществления металлургический резервуар представляет собой электродуговую печь.

Металлургический резервуар имеет дно и верхнее отверстие, противоположное дну. Под дном следует понимать ту часть металлургического резервуара, которая по меньшей мере частично контактирует с высокотемпературной жидкостью, в частности с нижней стороной ванны с высокотемпературной жидкостью. Поверхность уровня высокотемпературной жидкости имеет положение L_M на расстоянии D_M от верхнего отверстия металлургического резервуара.

Предпочтительно металлургический резервуар содержит установки, жестко закрепленные на нем или в нем. Такие установки могут, например, представлять собой средство для нагрева, такое как электроды, средство для измерений или средство для обработки высокотемпературной жидкости. В случае расплавленных металлов такое средство для обработки расплавленного металла может представлять собой, например, инжекторы углерода, инжекторы извести, фурмы для вдувания кислорода, кислородно-топливные фурмы или воздушно-топливные горелки.

Металлургический резервуар, как правило, содержит внутреннюю поверхность, определяющую внутренний объем, причем внутренний объем выполнен с возможностью содержания высокотемпературной жидкости, например ванны с расплавленным металлом или расплавленным стеклом. В настоящем документе, в частности, термин «ванна с расплавленным металлом» применяется для описания расплава металла в металлургическом резервуаре. Внутренняя поверхность металлургического резервуара может включать дно и по меньшей мере одну боковую стенку или множество боковых стенок.

Как правило, такой металлургический резервуар также содержит по меньшей мере одну точку входа, через которую можно получить доступ к высокотемпературной жидкости, предпочтительно к ванне с расплавленным металлом, и/или провести ее обработку. Такая точка входа может быть расположена в боковой стенке. В случае ЭДП может быть доступно множество отверстий: большее отверстие, обычно называемое шлаковой дверцей, и точки входа, расположенные в боковой стенке.

Изобретение относится к способу определения параметра высокотемпературной жидкости. Параметр может представлять собой физический, химический или металлургический параметр, например, представлять собой температуру, наличие и/или концентрацию химического соединения, в частности содержание кислорода, содержание углерода, содержание водорода, содержание азота, содержание алюминия или химический состав.

В настоящем документе термин «определение параметра» может использоваться как синоним термина «измерение параметра». В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления параметр может быть определен путем измерения в одной точке или измерения во множестве точек. Определение может включать определение одного параметра или комбинации более одного параметра. Например, определение может включать измерение содержания кислорода в высокотемпературной жидкости. Определение может также включать измерение содержания кислорода и температуры.

Параметр высокотемпературной жидкости определяют с помощью блока датчиков. Иными словами, блок датчиков выполнен с возможностью измерения по меньшей мере одного параметра высокотемпературной жидкости. Следует понимать, что блок датчиков содержит по меньшей мере один чувствительный элемент, при этом он может содержать дополнительные компоненты. Блок датчиков принципиально выполнен в виде одноразового компонента, который растворяется или сгорает в высокотемпературной жидкости после определения параметра высокотемпературной жидкости. Части блока датчиков могут растворяться уже до или во время определения параметра.

Блок датчиков содержит чувствительный элемент, который может представлять собой по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из электрохимического датчика, электромагнитного датчика, оптического датчика, термоэлектрического датчика, датчика для обнаружения электрического напряжения, датчика для обнаружения электрического тока, датчика для обнаружения электрического сопротивления или комбинации любых из указанных датчиков, так что возможно комбинированное измерение нескольких параметров.

В частности, блок датчиков может содержать термопару для измерения температуры высокотемпературной жидкости и/или электрохимический элемент, предпочтительно электрохимический элемент для определения кислородной активности высокотемпературной жидкости.

Электрохимический элемент, в частности электрохимический элемент для определения активности кислорода, может содержать трубку из твердого электролита, которая закрыта на одном конце и которая содержит эталонный материал и электрод на закрытом конце. Такие датчики, например, описаны в EP 0059222 A1. Электрохимический элемент также может быть выполнен в виде игольчатого датчика, который содержит монтажный вывод, который служит в качестве электрода с по меньшей мере покрытием из твердого электролита и покрытием из эталонного материала. Такие датчики, например, описаны в US 5332449 A.

Блок датчиков может содержать контакт ванны. Под контактом ванны следует понимать электропроводящее средство, которое обеспечивает электрический контакт между блоком датчиков и высокотемпературной жидкостью. Контакт ванны может быть выполнен из металла, например из молибдена (Mo) или стали. Контакт ванны может иметь форму кольца или стержня, предпочтительно контакт ванны имеет форму кольца. Если блок датчиков включает термопару, то такой кольцеобразный контакт ванны предпочтительно окружает термопару.

Предпочтительный блок датчиков содержит игольчатый датчик для определения активности кислорода, термопару, предпочтительно термопару, заключенную в кварцевую оболочку, и кольцеобразный контакт ванны, который окружает термопару. Такой блок датчиков имеет компактную и прочную конструкцию, что позволяет миниатюризировать измерительный зонд, на котором он расположен.

Предпочтительно чувствительный элемент блока датчиков встроен в погружной корпус. Такой погружной корпус обеспечен оболочкой таким образом, что чувствительный элемент остается работоспособным в течение всего времени измерения. Кроме того, погружной корпус выравнивает блок датчиков после его погружения таким образом, что чувствительный элемент имеет подходящую ориентацию и положение измерения для определения интересующего параметра. Кроме того, погружной корпус предпочтительно окружает соединение между чувствительным элементом и кабелем передачи сигналов, обеспечивая дополнительную защиту этих чувствительных и критически важных компонентов блока датчиков. Предпочтительно погружной корпус выполнен из теплоизоляционного материала, как правило, из металла. В предпочтительных вариантах осуществления погружной корпус выполнен из стали, нержавеющей стали или меди.

Предпочтительно блок датчиков имеет массу менее 1500 г, более предпочтительно менее 1000 г, еще более предпочтительно менее 800 г, наиболее предпочтительно менее 500 г. Масса падающих датчиков, применяемых в настоящее время, находится в диапазоне от 4 до 6 кг. Способ, обладающий признаками изобретения, позволяет значительно уменьшить эту массу, уменьшив количество материала, вводимого в высокотемпературную жидкость, и дополнительно снизить производственные затраты за счет экономии материала. Кроме того, на измерение лишь минимально влияет холодная масса, вводимая легким блоком датчиков, что позволяет получать достоверные и точные данные.

Предпочтительно блок датчиков имеет более высокую плотность, чем плотность высокотемпературной жидкости. Доказано, что особенно выгодно, если плотность блока датчиков превышает плотность высокотемпературной жидкости на по меньшей мере 5%, более предпочтительно на по меньшей мере 8%, еще более предпочтительно на более чем 10%. Плотность блока датчиков может быть выше 7,2 г/см³, более предпочтительно выше 7,5 г/см³.

Предпочтительно блок датчиков не содержит дополнительного компонента массы или плавучего компонента. Из-за высокой скорости блока датчиков, заданной средством ускорения, дополнительная балансировка блока датчиков не требуется. Таким образом, конструкция блока датчиков может быть упрощена и миниатюризирована. Также данная миниатюризация особенно позволяет вводить блок датчиков в металлургические резервуары через доступные точки входа, для которых обычные падающие датчики или системы фурмы слишком велики.

Предпочтительно блок датчиков выполнен с возможностью подключения к блоку обработки. Такой блок обработки выполнен с возможностью обработки измеренных данных от блока датчиков и определения параметра высокотемпературной жидкости.

Блок датчиков может быть закрыт защитным элементом, который закрывает чувствительный элемент во время работы и предохраняет от повреждений, вызванных воздействием на поверхность высокотемпературной жидкости. Предпочтительно блок датчиков закрыт защитным колпачком, который покрывает по меньшей мере чувствительный элемент и который образован из материала, который растворяется или плавится в высокотемпературной жидкости. Следует понимать, что такой защитный элемент не является частью блока датчиков, когда речь идет о плотности блока датчиков.

Предпочтительно блок датчиков содержит контактный элемент, выполненный с возможностью соединения блока датчиков с подходящим средством для передачи измеренных данных, предпочтительно в кабель передачи сигналов. Датчик, как правило, содержит погружной конец и контактный конец. Преимущественно контактный элемент расположен на или в контактном конце блока датчиков. Такой контактный элемент обеспечивает легкую установку блока датчиков в или на измерительном зонде, стабилизирует контакт с кабелем передачи сигналов и уменьшает нагрузки на блок датчиков при ускорении.

Способ согласно изобретению включает обеспечение средства ускорения, выполненного с возможностью увеличения скорости блока датчиков. Иными словами, средство ускорения выполнено с возможностью перемещения блока датчиков в заданном направлении. Соответственно, средство ускорения имеет размеры, конструкцию и расположение, обеспечивающие возможность прохождения блока датчиков.

Средство ускорения обеспечено над поверхностью высокотемпературной жидкости. Иными словами, средство ускорения обеспечено выше наивысшего допустимого уровня поверхности высокотемпературной жидкости. Наивысшим допустимым уровнем является уровень высокотемпературной жидкости, который достигается при максимально возможном заполнении резервуара высокотемпературной жидкостью. «Выше» применительно к высокотемпературной жидкости в резервуаре означает положение выше нулевого уровня, который находится на дне резервуара. В конфигурациях, в которых высокотемпературная жидкость покрыта дополнительным слоем материала, например слоем шлака, средство ускорения предпочтительно обеспечено над дополнительным слоем материала.

Предпочтительно средство ускорения выполнено с возможностью отделения блока датчиков от по меньшей мере одного дополнительного компонента измерительного зонда и ускорения блока датчиков. Следует понимать, что по меньшей мере один дополнительный компонент измерительного зонда не ускоряется.

Если блок датчиков соединен кабелем передачи сигналов с блоком обработки, например с помощью кабелей или проводов, кабель передачи сигналов, в частности, не ускоряется средством ускорения, а тянется за ускоренным блоком датчиков. Однако естественно, что определенная часть кабеля передачи сигналов, особенно участок, который непосредственно соединен с блоком датчиков, также будет ускоряться средством ускорения.

Средство ускорения обеспечено на расстоянии D_A до поверхности высокотемпературной жидкости, при этом расстояние D_A до поверхности высокотемпературной жидкости составляет менее 50% расстояния от поверхности высокотемпературной жидкости до отверстия резервуара D_M (D_A < 50% D_M). Иными словами, средство ускорения предпочтительно расположено ниже половины расстояния от высокотемпературной жидкости до верхнего отверстия резервуара, содержащего ее.

Ранее предполагалось, что расположение блока датчиков вблизи высокотемпературной жидкости, т.е. в устройстве, содержащем его до введения в металлургический резервуар, не может быть реализовано, поскольку гравитационная скорость, полученная на значительно сокращенном расстоянии перемещения, не будет достаточной для подходящего воздействия на поверхность высокотемпературной жидкости. Неожиданно было обнаружено, что такое позиционирование средства ускорения не только подходит, но даже выгодно для осуществления способа, обладающего признаками изобретения, даже несмотря на то что расстояние до поверхности высокотемпературной жидкости значительно короче, чем в классических установках. Кроме того, это позволяет получить несколько преимуществ. Положение, смежное с поверхностью высокотемпературной жидкости, сокращает расстояние, которое блок датчиков должен проходить через внутреннюю часть металлургического резервуара, что позволяет уменьшить требуемое количество средств защиты и/или материала для блока датчиков, а также длину необходимого кабеля передачи сигналов, что приводит к уменьшению потребности в материале и, таким образом, снижению затрат на изготовление одноразовых компонентов. Кроме того, продолжительность пребывания блока датчиков во внутренней части резервуара до погружения в высокотемпературную жидкость снижается, уменьшая коррозионное воздействие высокотемпературной среды.

Может быть предпочтительно, чтобы расстояние D_A составляло менее 40% расстояния от поверхности высокотемпературной жидкости до отверстия резервуара D_M (D_A < 40% D_M), может быть даже более предпочтительно, чтобы расстояние D_A составляло менее 30% расстояния от поверхности высокотемпературной жидкости до отверстия резервуара D_M (D_A < 30% D_M).

Предпочтительно средство ускорения расположено внутри и/или на боковой стенке металлургического резервуара, содержащего высокотемпературную жидкость. Таким образом, средство ускорения предпочтительно расположено сбоку от поверхности высокотемпературной жидкости; иными словами, средство ускорения находится в боковом расположении от высокотемпературной жидкости. Ранее предполагалось, что боковое размещение блока датчиков, т.е. в устройстве, в котором он размещается до введения в металлургический резервуар, не может быть реализовано, поскольку сложные условия в этих местах не подходят в качестве точки доступа. Неожиданно было обнаружено, что боковое позиционирование средства ускорения не только подходит, но даже выгодно для осуществления способа, обладающего признаками изобретения, даже несмотря на то что расстояние до поверхности высокотемпературной жидкости значительно короче, чем в классических установках.

Средство ускорения может проходить в или примыкать к объему металлургического резервуара, содержащего высокотемпературную жидкость, через отверстие в боковой стенке металлургического резервуара. Иными словами, средство ускорения предпочтительно проходит через боковую стенку резервуара. В особенности в случаях, когда отсутствует доступ из вертикального положения над резервуаром или через шлаковую дверцу, позиционирование средства ускорения в боковом положении к ванне является предпочтительным. Это особенно предпочтительно в установках ЭДП, которые закрыты съемной крышкой и содержат электроды, вводимые через эту крышку.

Предпочтительно, чтобы средство ускорения было установлено с возможностью снятия. В случаях, когда резервуар представляет собой металлургический резервуар, средство ускорения может быть закреплено в изолирующем слое боковой стенки, если оно предусмотрено.

Средство ускорения может быть ориентировано вниз по направлению к высокотемпературной жидкости через боковую стенку металлургического резервуара. В предпочтительных вариантах осуществления угол между средством ускорения и внутренней поверхностью боковой стенки по отношению к высокотемпературной жидкости составляет по меньшей мере 25°, более предпочтительно по меньшей мере 30°, еще более предпочтительно по меньшей мере 35°. Предпочтительно угол находится в диапазоне от 25 до 75°, более предпочтительно от 35 до 65°.

В предпочтительных вариантах осуществления металлургический резервуар представляет собой ЭДП, которая содержит шлаковую дверцу, и средство ускорения не установлено в, около или на шлаковой дверце.

Средство ускорения, как правило, содержит загрузочный конец с загрузочным отверстием и передний конец с выходным отверстием. Загрузочное отверстие выполнено с возможностью вставки измерительного зонда, несущего блок датчиков. Следует понимать, что ускорительное средство таким образом выполнено с возможностью размещения измерительного зонда, несущего блок датчиков. Выходное отверстие выполнено с возможностью выхода блока датчиков из средства ускорения после ускорения. Предпочтительно расстояние между загрузочным отверстием и выходным отверстием меньше 2 м, более предпочтительно меньше 1,5 м, еще более предпочтительно меньше 1,3 м. Расстояние между загрузочным отверстием и выходным отверстием может, например, находиться в диапазоне от 0,3 до 1,5 м, предпочтительно в диапазоне от 0,5 до 1,3 м.

Средство ускорения выполнено с возможностью ускорения блока датчиков вдоль траектории ускорения, которая пролегает между загрузочным концом и выходным отверстием. Иными словами, траектория ускорения представляет собой путь, по которому ускоряется блок датчиков внутри средства ускорения во время ускорения. Траектория ускорения обычно не начинается на загрузочном конце, поскольку измерительный зонд, несущий блок датчиков, и сам блок датчиков, может иметь определенную длину, позиционируя блок датчиков в направлении выходного отверстия до ускорения на расстоянии до загрузочного конца. Иными словами, траектория ускорения начинается в положении блока датчиков, когда он передается на средство ускорения и после отделения от измерительного зонда. В предпочтительных вариантах осуществления траектория ускорения является прямой. Предпочтительно траектория ускорения расположена параллельно центральной продольной оси средства ускорения вдоль его длины, более предпочтительно траектория ускорения расположена соосно центральной продольной оси. Иными словами, блок датчиков предпочтительно ускоряется по центру внутри средства ускорения. Предпочтительно длина траектории ускорения составляет по меньшей мере 0,2 м, более предпочтительно по меньшей мере 0,4 м. Длина траектории ускорения может, например, находиться в диапазоне от 0,2 до 1,4 м, предпочтительно в диапазоне от 0,4 до 1,2 м.

Предпочтительно средство ускорения содержит полый удлиненный элемент, например трубу. Предпочтительно средство ускорения содержит трубку. В таких случаях траектория ускорения предпочтительно расположена параллельно центральной продольной оси полого удлиненного элемента.

После ускорения блок датчиков может быть выпущен из полого удлиненного элемента через выходное отверстие.

Передний конец средства ускорения может быть расположен заподлицо с внутренней частью боковой стенки резервуара, он также может выходить за пределы боковой стенки и, таким образом, располагаться в объеме резервуара.

Передний конец может содержать сопло. В одном варианте осуществления конец средства ускорения, который направлен или выполнен с возможностью направления к высокотемпературной жидкости, выполнен в виде сопла Лаваля. Это обеспечивает возможность ввода потока продувочного газа в металлургический резервуар с высокой скоростью и/или со сверхзвуковой скоростью.

Управление средством ускорения может осуществляться с помощью любого механизма, известного специалисту в данной области, например пневматического механизма, гидравлического механизма, механического механизма, такого как толкающий механизм или пружина, в частности предварительно натянутая пружина, или электромагнитного механизма. В предпочтительных вариантах осуществления средство ускорения содержит пневматическое средство, выполненное с возможностью ускорения блока датчика, при этом такое средство может включать подачу сжатого газа.

В случае пневматического механизма для ускорения блока датчиков применяется поток газа. Термин «газ» в контексте изобретения относится к любому газообразному материалу, например к газу, газовой смеси и/или дисперсии, содержащей газ в качестве непрерывной среды. Таким образом, поток газа может представлять собой поток смеси газов, например воздуха. Средство ускорения может, в частности, работать под давлением воздуха или азота. Как правило, газопроводы обладают высокой термостойкостью, что делает их особенно подходящими для применения в высокотемпературных средах. Средство ускорения с пневматическим приводом также является предпочтительным, поскольку рядом с точкой эксплуатации необходимо устанавливать только минимальное оборудование, при этом для установки необходимы только механические части, которые могут быть выполнены в надежном исполнении. Таким образом, можно применять установку с низкими требованиями к техническому обслуживанию. Кроме того, особенно в металлургических резервуарах, такой поток газа может дополнительно применяться для предотвращения попадания шлака, который может вызвать засорение средств ускорения.

В вариантах осуществления с пневматическим механизмом средство ускорения предпочтительно обеспечено впускным отверстием или муфтой для введения потока газа, предпочтительно потока газа под давлением, во внутреннюю часть средства ускорения. Затем поток газа выпускается через выходное отверстие во время работы. Устройство ускорения предпочтительно соединено с по меньшей мере одним газопроводом для подключения источника газа высокого давления, чтобы генерировать поток газа в средстве ускорения вдоль траектории ускорения. Предпочтительно впускное отверстие или муфта для введения потока газа расположены сбоку на средстве ускорения.

Средство ускорения может содержать второе впускное отверстие или муфту для введения второго потока газа. Такой второй поток газа может быть представлен в виде потока продувочного газа, который может применяться постоянно во время операции обработки металлургического резервуара. Поток продувочного газа может служить для освобождения полого пространства внутри ускорителя от остатков высокотемпературной жидкости и обеспечивает надежную работу.

В предпочтительных вариантах осуществления средство ускорения постоянно продувают потоком продувочного газа, а во время ускорения блока датчиков подают дополнительный поток газа. Таким образом, применение газа под давлением может быть сведено к минимуму.

Предпочтительно средство ускорения выполнено из подходящего термостойкого материала, например керамического материала, металла или сплава. Предпочтительно средство ускорения выполнено из стали или нержавеющей стали.

Средство ускорения может содержать средство для высвобождения блока датчиков из остальной части зонда в случаях, когда блок датчиков находится внутри такого зонда, например выбрасывающий механизм для высвобождения блока датчиков или механическое средство, выполненное с возможностью отделения блока датчиков от несущего элемента измерительного зонда.

Во время металлургической обработки химические вещества, обычно в конкретной форме, такие как известь, кальций, углерод, кислород, алюминий и кремний, могут быть введены в расплавленный металл для изменения химического состава металла. Средством для такого введения может быть, например, продувочная фурма или система впрыска, применяемая для активной обработки высокотемпературной жидкости добавками в твердой или газообразной форме. Продувочная фурма представляет собой фурму, через которую в металлургический резервуар можно подавать поток газа. Поток газа может содержать дополнительные элементы для обработки расплавленного металла. Кроме того, средства для введения химической энергии в виде текучих сред, в частности газов, обычно предназначены для нагрева и/или обработки расплавленного металла, например горелки или кислородные инжекторы. Такие средства часто установлены стационарно или с возможностью снятия на металлургическом резервуаре и вводятся через отверстие, которое обычно расположено чуть выше уровня расплавленного металла. Чтобы отверстие в направлении расплавленного металла оставалось открытым, такие установки постоянно продуваются потоком газа, чаще всего сжатого воздуха или азота.

В предпочтительных вариантах осуществления средство ускорения предусмотрено в или на средстве ввода, выполненном с возможностью ввода текучей среды и/или частиц в высокотемпературную жидкость. Иными словами, средство ускорения может быть предусмотрено как средство с двойной функцией. Это может помочь предотвратить проникновение металла, шлака и/или мусора в канал подачи инжекторного средства и/или средства ускорения. Таким образом, установка системы ускорения может быть упрощена за счет экономии места и, кроме того, она снижает стоимость установки.

В частности, установка пневматического средства ускорения в или на средстве ввода делает установку более выгодной, требующей минимального количества дополнительных компонентов и занимающей лишь небольшую площадь в ограниченном пространстве металлургического цеха. В непосредственной близости от резервуара не должно быть подвижных частей, что снижает риск возникновения трудоемких аварийных ситуаций.

Способ согласно изобретению включает обеспечение средства ускорения измерительным зондом, несущим блок датчиков. Следует понимать, что «обеспечение средства ускорения измерительным зондом» включает установку измерительного зонда на или в средство ускорения. Иными словами, после этой стадии в средство ускорения устанавливается измерительный зонд и/или оно контактирует с ним.

Под измерительным зондом следует понимать устройство, выполненное с возможностью размещение блока датчиков и/или чувствительного элемента перед его использованием. Иными словами, измерительный зонд содержит блок датчиков и по меньшей мере один дополнительный элемент. Например, такой зонд может содержать защитный элемент для переноски и/или защиты блока датчиков во время транспортировки и хранения, соединительный элемент для электрического и/или механического соединения и/или средство для передачи сигнала, генерируемого блоком датчиков, в виде кабеля передачи сигналов.

Блок датчиков выполнен с возможностью отделения от измерительного зонда. Иными словами, блок датчиков выполнен с возможностью отделения от по меньшей мере одного дополнительного элемента измерительного зонда. Например, по меньшей мере один дополнительный элемент измерительного зонда может содержать первый соединительный компонент, выполненный с возможностью разъемного зацепления со вторым соединительным компонентом, расположенным на или в блоке датчиков. По меньшей мере один дополнительный элемент измерительного зонда может также содержать захватный элемент, который отделяет блок датчиков при приложении определенного усилия.

Предпочтительно измерительный зонд содержит несущий элемент, предпочтительно несущую трубку, например картонную трубку, которая может по меньшей мере частично вмещать блок датчиков и необязательно дополнительные элементы измерительного зонда. Предпочтительно измерительный зонд не содержит элементов, которые проходят в боковом направлении от несущего элемента.

Предпочтительно измерительный зонд содержит по меньшей мере один кабель передачи сигналов, выполненный с возможностью соединения блока датчиков с блоком обработки. Кабель передачи сигналов может содержать один или более проводов или кабелей. В таких случаях измерительный зонд предпочтительно содержит контактный элемент зонда, выполненный с возможностью соединения с по меньшей мере одним кабелем передачи сигналов.

По меньшей мере один кабель передачи сигналов может быть намотан внутри измерительного зонда, несущего блок датчиков, в частности внутри трубки измерительного зонда. Например, кабель или кабели передачи сигналов могут проходить через внутреннюю часть несущей трубки и наматываться внутри несущей трубки вокруг ее продольной оси.

Альтернативно блок датчиков может содержать средства, подходящие для беспроводной передачи измеренных данных в блок обработки. В таких случаях блок датчиков выполнен с возможностью передачи измеренных данных в беспроводной приемник сигнала данных посредством радиочастотных сигналов или тому подобного.

До подачи на средство ускорения измерительный зонд может храниться отдельно; он также может храниться в блоке хранения, содержащем множество измерительных зондов. Такие блоки хранения позволяют, в частности, автоматически запускать циклы измерения без какого-либо ручного вмешательства в систему, осуществляющую способ, обладающий признаками изобретения. Таким образом, блок хранения дополнительно повышает автономность такой системы, поскольку в систему может быть загружено несколько зондов одновременно, при этом необходимое дальнейшее взаимодействие сводится к минимуму.

Способ согласно изобретению включает отделение блока датчиков от измерительного зонда. Иными словами, блок датчиков высвобождается из дополнительных компонентов измерительного зонда перед ускорением.

Это отделение может быть реализовано, например, с помощью механизма высвобождения, предусмотренного измерительным зондом и/или соответствующими средствами высвобождения, предусмотренными средством ускорения. Отделение также может быть осуществлено внешними средствами отделения.

Способ согласно изобретению включает ускорение блока датчиков с помощью средства ускорения. Во время ускорения блок датчиков разгоняют по траектории ускорения средства ускорения.

Блок датчиков разгоняется с ускорением. Как известно специалисту в данной области, ускорение представляет собой скорость изменения скорости объекта по отношению ко времени. Под ускорением следует понимать среднее ускорение вдоль траектории ускорения. Предпочтительно ускорение составляет по меньшей мере 15 м/с², более предпочтительно по меньшей мере 20 м/с², еще более предпочтительно по меньшей мере 25 м/с². В предпочтительных вариантах осуществления ускорение находится в диапазоне 15-80 м/с², предпочтительно в диапазоне 25-70 м/с². Такое ускорение позволяет в достаточной степени ускорить даже легкие блоки датчиков массой менее 1500 г или даже менее 1000 г.

Было доказано, что преимущественным является вариант, когда длина траектории ускорения составляет 0,2-1,4 м, а ускорение находится в диапазоне 15-80 м/с². Такая конфигурация позволяет в достаточной степени и эффективно ускорять даже легкие блоки датчиков.

Ускорение может быть постоянным или непостоянным вдоль траектории ускорения, например, ускорение может состоять из фазы нарастания с увеличением ускорения и постоянной фазы с постоянным ускорением. Ускорение может включать более одного ускорения, например, ускорение может включать первое ускорение и второе ускорение, предпочтительно первое ускорение меньше второго ускорения.

Предпочтительно скорость выхода блока датчиков составляет по меньшей мере 3 м/с, более предпочтительно по меньшей мере 5 м/с, еще более предпочтительно более 8 м/с. В предпочтительных вариантах осуществления скорость выхода блока датчиков находится в диапазоне 3-18 м/с, более предпочтительно в диапазоне 5-15 м/с. Под скоростью выхода следует понимать скорость, которую развивает блок датчиков, когда он выдвигается из средства ускорения. Минимальная скорость выхода оказалась особенно преимущественной для легких блоков датчиков, например, с массой менее 1500 г или даже менее 1000 г. Минимальная скорость выхода позволяет таким блокам датчиков получить достаточно сильный импульс для входа в поверхность высокотемпературной жидкости.

В предпочтительных вариантах осуществления средство ускорения включает траекторию ускорения короче 1,5 м, и блок датчиков ускоряется до скорости по меньшей мере 5 м/с. Такая конфигурация позволяет даже легким блокам датчиков оказывать достаточно сильное воздействие при достижении поверхности высокотемпературной жидкости.

В предпочтительных вариантах осуществления блок датчиков имеет массу менее 1000 г, более предпочтительно менее 500 г, и разгоняется до скорости по меньшей мере 5 м/с. Такая комбинация позволяет даже этим легким блокам датчиков оказывать достаточно сильное воздействие при достижении поверхности высокотемпературной жидкости.

После ускорения блок датчиков получит определенный импульс. Как известно специалисту в данной области, импульс является произведением массы и скорости объекта. Предпочтительно блок датчиков ускоряют для получения импульса по меньшей мере 1000 г*м/с, более предпочтительно по меньшей мере 1500 г*м/с, еще более предпочтительно по меньшей мере 2000 г*м/с. В предпочтительных вариантах осуществления импульс находится в диапазоне 1000-10 000 г*м/с, более предпочтительно в диапазоне 1500-8000 г*м/с. Минимальный импульс позволяет даже легким блокам датчиков произвести достаточно сильный толчок, чтобы пройти через поверхность высокотемпературной жидкости.

В предпочтительном варианте осуществления блок датчиков имеет массу менее 1000 г и ускоряется для получения импульса по меньшей мере 1000 г*м/с. Такая комбинация позволяет даже этим легким блокам датчиков оказывать достаточно сильное воздействие при достижении поверхности высокотемпературной жидкости.

Способ согласно изобретению включает выдвижение блока датчиков в направлении высокотемпературной жидкости. «Выдвижение блока датчиков» означает, что блок датчиков высвобождается из средства ускорения. Затем блок датчиков перемещается в направлении высокотемпературной жидкости. Во время этого перемещения блок датчиков проходит по траектории выдвижения.

Предпочтительно блок датчиков выдвигается под углом по меньшей мере 25° относительно нормали к поверхности высокотемпературной жидкости, более предпочтительно по меньшей мере 30°, еще более предпочтительно по меньшей мере 35°. Нормаль к поверхности высокотемпературной жидкости следует понимать как ось, перпендикулярную поверхности. Следует понимать, что угол выдвижения в основном определяется положением и ориентацией средства ускорения относительно боковой стенки металлургического резервуара. В конфигурациях металлургических резервуаров с боковыми стенками, расположенными перпендикулярно поверхности высокотемпературной жидкости, нормаль к поверхности выровнена параллельно боковым стенкам. Предпочтительно угол выдвижения находится в диапазоне от 25 до 75°, более предпочтительно от 35 до 65°. Выдвижение с определенным углом относительно нормали к поверхности или боковой стенки позволяет блоку датчиков достигать определенного расстояния от боковой стенки до входа в высокотемпературную жидкость и благодаря этому достигать, как правило, более однородной области, где могут быть получены более надежные и репрезентативные результаты измерений.

Предпочтительно траектория выдвижения является прямой; иными словами, траектория выдвижения не изогнута. Прямая траектория выдвижения обеспечивает наименьшую длину траектории и при этом минимизирует время перемещения блока датчика. Предпочтительно, чтобы траектория выдвижения имела кривизну менее 5°, более предпочтительно менее 3°.

Когда блок датчиков соединен с кабелем передачи сигналов, например с помощью провода, проводов или кабеля, кабель передачи сигналов вытягивается блоком датчиков и следует за его движением. Когда кабель передачи сигналов намотан в измерительном зонде, он разматывается во время этой фазы.

Способ согласно изобретению включает погружение блока датчиков под поверхность высокотемпературной жидкости. Иными словами, блок датчиков входит в высокотемпературную жидкость после фазы, в течение которой он движется, по меньшей мере со скоростью, обеспечиваемой средством ускорения, по направлению к высокотемпературной жидкости. В случае расплавленных металлов с присутствующим слоем шлака блок датчиков до входа в расплавленный металл будет перемещаться через этот слой шлака.

Блок датчиков входит в поверхность высокотемпературной жидкости в точке удара на расстоянии D_I до точки входа в резервуар. Предпочтительно эта точка удара расположена на расстоянии, меньшем половины диаметра резервуара (D_V); иными словами, D_I < 50% D_V, еще более предпочтительно D_I < 30% D_V. Преимущественным является удар вблизи боковой стенки резервуара, поскольку расстояние, которое блок датчиков должен пройти внутри резервуара, сведено к минимуму.

Предпочтительно блок датчиков погружается под углом менее 65° относительно поверхности высокотемпературной жидкости, более предпочтительно под углом менее 60°, еще более предпочтительно под углом менее 55°. Падающие датчики обычно проходят через поверхность расплавленного металла с углом погружения около 90°. Меньший угол погружения снижает силы сопротивления поверхности высокотемпературной жидкости во время фазы погружения, таким образом, блок датчиков может быть менее подвержен повреждениям от удара. В особенности в металлургических применениях, где до погружения под поверхность расплавленного металла необходимо пройти слой шлака, меньший угол погружения благоприятно сказывается на работоспособности блока датчиков. Блок датчиков может, например, входить в высокотемпературную жидкость с углом погружения от 15 до 65°, предпочтительно с углом погружения от 25 до 55°, более предпочтительно с углом погружения от 30 до 50°. Угол погружения в предпочтительном диапазоне позволяет расположить точку удара на достаточном расстоянии от боковой стенки, одновременно минимизируя расстояние до точки удара, что минимизирует необходимую длину кабеля передачи сигналов и обеспечивает достаточную глубину погружения блока датчиков. Кроме того, когда угол погружения становится слишком мал, расстояние, которое блок датчиков должен пройти через дополнительный слой материала, увеличивается, что может слишком сильно снизить скорость до удара о поверхность высокотемпературного материала.

Способ согласно изобретению включает в себя измерение по меньшей мере одного параметра высокотемпературной жидкости. Следует понимать, что измерение проводится, когда блок датчиков погружен под поверхность высокотемпературной жидкости. Термин «измерение» используется в настоящем документе для описания стадии, приводящей к определению по меньшей мере одного параметра высокотемпературной жидкости. Данная стадия может включать измерение одной точки данных или измерение более чем одной точки данных; т. е. измерение серии точек данных.

Измерение может включать дополнительные стадии, например передачу данных в блок обработки и/или обработку данных.

После прохождения поверхности высокотемпературной жидкости блок датчиков погружается на определенную глубину. Во время этой фазы погружения скорость постепенно уменьшается, поскольку блок датчиков замедляется окружающей высокотемпературной жидкостью. Во время этой фазы блок датчиков будет нагреваться высокотемпературной жидкостью. В итоге скорость в прямом направлении будет равна нулю; иными словами, движение блока датчиков прекратится. Когда вес и плотность блока датчиков выбраны соответствующим образом, последует фаза подъема, в течение которой блок датчиков снова будет перемещаться в направлении вверх. Предпочтительно измерение проводят во время этой фазы подъема. Таким образом, регистрируемые данные будут поступать из тех частей высокотемпературной жидкости, которые ранее не подвергались воздействию блока датчиков, что обеспечивает более точные данные.

После измерения параметра высокотемпературной жидкости могут последовать дополнительные стадии, такие как высвобождение или выброс частей измерительного зонда, которые остались внутри или на средстве ускорения после ускорения блока датчиков, обрезание оставшихся кабелей или т.п.

Изобретение также относится к системе для осуществления способа, обладающего признаками изобретения. Все варианты осуществления, описанные в отношении способа, обладающего признаками изобретения, также могут применяться в любой комбинации к системе, обладающей признаками изобретения.

Предпочтительно система содержит средство ускорения.

В предпочтительных вариантах осуществления средство ускорения выполнено с возможностью ускорения блока датчиков массой менее 1000 г для получения импульса по меньшей мере 1000 г*м/с.

В предпочтительных вариантах осуществления средство ускорения выполнено с возможностью ускорения блока датчиков массой менее 1000 г, более предпочтительно менее 500 г, до скорости по меньшей мере 5 м/с на траектории ускорения короче 1,5 м.

Предпочтительно система согласно изобретению содержит блок обработки. Под блоком обработки следует понимать блок, выполненный с возможностью получения и обработки сигнала, полученного подходящим блоком датчиков, для определения интересующего параметра высокотемпературной жидкости. В предпочтительных вариантах осуществления блок обработки выполнен с возможностью размещения снаружи металлургического резервуара, содержащего высокотемпературную жидкость.

Предпочтительно система содержит средство для передачи сигнала, полученного подходящим блоком датчиков. Это средство может, например, содержать удлинительный провод, выполненный с возможностью соединения с блоком датчиков и блоком обработки, также могут использоваться средства для беспроводной передачи данных.

Система также может содержать загрузочный блок для загрузки измерительного зонда в средство ускорения.

Система может дополнительно содержать блок хранения, в котором могут храниться измерительные зонды перед их использованием.

Изобретение также относится к металлургическому резервуару, содержащему систему для осуществления способа, обладающего признаками изобретения. Все варианты осуществления, описанные в отношении способа, обладающего признаками изобретения, или системы, обладающей признаками изобретения, также могут применяться в любой комбинации к металлургическому резервуару, обладающему признаками изобретения.

Предпочтительно металлургический резервуар представляет собой электродуговую печь.

В следующих схематических графических материалах показаны аспекты изобретения для улучшения понимания изобретения в связи с некоторыми примерными иллюстрациями. Однако следует понимать, что изобретение не ограничивается показанными точными схемами и устройствами. Элементы графических материалов необязательно выполнены в масштабе относительно друг друга. Аналогичные ссылочные позиции обозначают соответствующие аналогичные детали. В настоящем документе:

на Фиг. 1 показан схематический вид в разрезе иллюстративного измерительного зонда;

на Фиг. 2 показан схематический металлургический резервуар, содержащий средство ускорения, установленное в боковой стенке;

на Фиг. 3 показан профиль ускорения и скорости иллюстративной последовательности измерений для измерения в высокотемпературной жидкости, которая не покрыта дополнительным слоем материала;

на Фиг. 4 показан профиль ускорения и скорости иллюстративной последовательности измерений, которая покрыта дополнительным слоем материала;

на Фиг. 5 показан схематический вид в разрезе резервуара, содержащего высокотемпературную жидкость с расположенным сбоку ускорителем.

На Фиг. 1 показан схематический вид в разрезе иллюстративного измерительного зонда 1. Зонд 1 содержит несущую трубку 2, которая может быть выполнена из картона. Блок 3 датчиков установлен по меньшей мере частично внутри несущей трубки 2 на одном конце и удерживается механизмом 4 высвобождения. Блок 3 датчиков содержит чувствительный элемент 5 и погружной корпус 6. Чувствительный элемент 5 выбирают в соответствии с измеряемым параметром, например, он может содержать элемент обнаружения кислорода и/или элемент измерения температуры, такой как термопара. Погружной корпус 6 предпочтительно представляет собой твердый металлический корпус с высокой плотностью и высокой теплопроводностью, например твердый стальной корпус с отверстием для зацепления с чувствительным элементом 5. Для защиты чувствительного элемента 5 во время работы с измерительным зондом 1 на чувствительный элемент надевается защитный колпачок 7 из материала, который растворяется или плавится в соответствующей высокотемпературной жидкости.

Вдоль внутренней части несущей трубки 2 размещаются обмотки 9 (вдоль внутренней части несущей трубки 2) кабеля 8 передачи сигналов, соединенного с блоком 3 датчиков на одном конце. Соединение может быть выполнено с помощью контактной детали, которая расположена в погружном корпусе 6 (не показан). Другой конец кабеля передачи сигналов соединен с соединительным элементом 10 на другом конце несущей трубки. Соединительный элемент 10 может обеспечивать подходящую точку соединения с удлинительным кабелем или средством для беспроводной передачи сигнала, полученного блоком датчиков, на устройство обработки.

На Фиг. 2 схематически показан металлургический резервуар 20, такой как электродуговая печь (ЭДП), содержащий средство ускорения (ускоритель, 21), встроенное в боковую стенку. ЭДП, применяемая для выплавки стали, обычно содержит резервуар 22, содержащий ванну 23 с расплавленным металлом и съемную крышку 25, через которую в печь можно ввести один или более электродов 26. Шлаковый слой 24 покрывает расплавленный металл 23. Электроды 26, применяемые для нагрева металла расположены над резервуаром 22. Как правило, во время обработки внутренняя часть металлургического резервуара 20 нагревается до температур около 600-2000 °С или даже выше.

Точка 27 входа, которая обычно применяется для установок для обработки ванны с расплавленным металлом, таких как инжектор углерода, размещена в боковой стенке 28 резервуара 22. Эта точка 27 входа также может служить для размещения ускорителя 21, предпочтительно ускоритель 21 может быть объединен со средством для обработки ванны 23 из расплавленного металла. Ускоритель 21 может, например, представлять собой удлиненную трубу, такую как продувочная фурма с пневматическим приводом. Преимуществом таких пневматических устройств является возможность постоянной продувки газовым потоком, благодаря чему точка входа и отверстие ускорителя остаются открытыми. В предпочтительном варианте осуществления ускоритель содержит вакуумный конвейер (например, такой как доступный в продаже продукт от Sommer Technik GmbH, г. Штраубенхардт, Германия), установленный на стальной трубе. В приведенном в качестве примера варианте осуществления внутренняя трубка ускорителя имеет длину 1,5 м. Когда предусмотрен зонд, блок датчиков располагается на расстоянии 1,3 м от отверстия ускорителя, ориентированного в сторону ванны 23 с расплавленным металлом. Для ускорения блока датчиков подается поток газа с расходом 3200 л/мин, что приводит к скорости выхода 10 м/с для блока датчиков массой 200 г.

Ускоритель 21 проходит через боковую стенку 28 резервуара, при этом его наконечник расположен заподлицо с внутренней стороной боковой стенки 28. Ускоритель 21 расположен таким образом, что блок датчиков, выдвигаемый из ускорителя 21 после фазы ускорения, проходит через поверхность расплава 29. Ускоритель 21 также может быть окружен так называемой холодной камерой, которая представляет собой объект, расположенный внутри резервуара для обеспечения защиты заключенных в него устройств. Как правило, части внутренней части резервуара, не контактирующие с ванной с расплавленным металлом, снабжены механизмом охлаждения, например водяным охлаждением.

В показанной на Фиг. 2 конфигурации ускоритель 21 нагружен измерительным зондом 1, который несет подходящий блок датчиков (не показан). Удлинительный кабель 30 соединяет блок датчиков с устройством 31 обработки, которое может быть расположено на расстоянии от резервуара.

В типичной последовательности измерений ускоритель на первой стадии нагружают измерительным зондом. Внутри ускорителя блок датчиков отделяется от несущих частей зонда. Это отделение может, например, быть реализовано с помощью подходящей установки внутри ускорителя, например с помощью буртика или конуса в форме цилиндра, к которому прижимается удерживающее средство зонда, чтобы отделить блок датчиков. Следует подчеркнуть, что любые соединения между блоком датчиков и кабелем передачи сигналов или соответствующими соединителями не высвобождаются и все они выполнены с возможностью фиксации на месте по меньшей мере до завершения последовательности измерений.

Впоследствии блок датчиков ускоряется, например, сжатым воздухом, и выталкивается из ускорителя 21 во внутреннюю часть резервуара 22 и в сторону ванны 23 с расплавленным металлом с высокой начальной скоростью и импульсом. Блок датчиков летит по прямой траектории к расплавленному металлу и проникает через поверхность 29. Кабель передачи сигналов, который подключен к блоку датчиков, будет проходить за блоком датчиков и выходить из несущих элементов зонда, и он выбран таким образом, чтобы выдерживать условия внутри резервуара достаточно долго, чтобы гарантировать, что измерение может быть выполнено.

Когда блок датчиков погружается под поверхность ванны с расплавленным металлом, можно измерить требуемый параметр, и соответствующий сигнал передается в подходящее устройство анализа. После записи необходимых данных ускоритель может быть очищен от элементов зонда, которые не были погружены в расплавленный металл, например, путем их выталкивания в ванну с расплавленным металлом.

На Фиг. 3 показан профиль ускорения (A) и скорости (B) иллюстративной последовательности измерений для измерения в высокотемпературной жидкости, которая не покрыта дополнительным слоем материала. Показатели профилей начинаются после отделения блока датчика от погружного зонда и охватывают фазы, во время которых блок датчиков ускоряется и/или находится в движении. На первой фазе (I) блок датчиков активно ускоряется ускорителем с ускорением, значительно превышающим силу тяжести. Следует понимать, что показанное постоянное ускорение относится к среднему ускорению во время этой фазы, оно может содержать несколько фаз ускорения или фаз с увеличением или уменьшением ускорения. Соответственно, показанная постоянно увеличивающаяся скорость фазы I также должна пониматься как средняя и может также включать более одной фазы. Было показано, что для блока датчиков массой менее 1000 г требуется высокая скорость выхода по меньшей мере 5 м/с, чтобы обеспечить достаточное воздействие на поверхность высокотемпературной жидкости. После этого блок датчиков выбрасывается из ускорителя с этой скоростью выхода. На следующей фазе (II) «свободного падения» сила тяжести дополнительно ускоряет блок датчиков, а скорость перемещения увеличивается. После удара о поверхность высокотемпературной жидкости блок датчиков перестает ускоряться под действием сил противодействия жидкости. На этой «фазе погружения» (III) скорость уменьшается до нуля. В этот момент времени блок датчиков достигает своего окончательного положения измерения достаточно глубоко под поверхностью, чтобы получить надежные результаты в однородной области высокотемпературной жидкости.

На Фиг. 4 показаны профиль ускорения (A) и профиль скорости (B) иллюстративной последовательности измерений, которая покрыта дополнительным слоем материала, таким как слой шлака. До воздействия на высокотемпературную жидкость блок датчиков проходит дополнительный слой, обладающий замедляющим действием и уменьшающим скорость эффектом (фаза III-a).

Благодаря высокому импульсу, придаваемому блоку датчиков за счет активного ускорения, он погружается глубоко в расплавленный металл, несмотря на свою небольшую массу, небольшое расстояние между точкой входа и поверхностью и слой шлака, который замедляет устройство перед окончательным погружением в расплавленный металл. Кроме того, на измерение минимально влияет холодная масса легкого блока датчиков, что позволяет получать более достоверные и точные данные.

На Фиг. 5 показан схематический вид в разрезе металлургического резервуара 22, содержащего ванну 23 с расплавленным металлом с боковым ускорителем 21 с указанными соответствующими геометрическими параметрами. Ускоритель 21 расположен на расстоянии D_A до уровня L_M поверхности расплавленного металла, с расстоянием D_M до отверстия резервуара 33. Резервуар имеет диаметр D_V. После фазы «свободного падения» блок датчиков входит в расплавленный металл в точке удара 34 по его поверхности, которая имеет расстояние D_I до точки 27 входа в боковой стенке 28. Угол введения, представляющий собой угол между нормалью к поверхности высокотемпературной жидкости и траекторией блока датчиков, выбрасываемого ускорителем, изображен с помощью α. Угол введения также является углом выдвижения, т.е. углом траектории выдвижения блока датчиков относительно нормали к поверхности высокотемпературной жидкости (обозначено пунктирной линией). Угол погружения β представляет собой угол между поверхностью высокотемпературной жидкости и траекторией блока датчиков.

Ссылочные позиции

1 измерительный зонд

2 несущая трубка

3 блок датчиков

4 механизм высвобождения

5 чувствительный элемент

6 погружной корпус

7 защитный колпачок

8 кабель передачи сигналов

9 обмотки кабеля передачи сигналов

10 соединительный элемент

20 металлургический резервуар

21 ускоритель

22 резервуар

23 ванна с расплавленным металлом

24 слой шлака

25 съемная крышка

26 электрод

27 точка входа

28 боковая стенка резервуара

29 поверхность ванны с расплавленным металлом

30 удлинительный кабель

31 устройство обработки

32 высокотемпературная жидкость

33 отверстие резервуара

34 точка удара

L_M положение уровня поверхности высокотемпературной жидкости

D_A расстояние от средства ускорения до поверхности высокотемпературной жидкости

D_M расстояние от отверстия резервуара до поверхности высокотемпературной жидкости

D_V диаметр резервуара

D_I расстояние от точки удара до точки входа

α угол введения / угол выдвижения

β угол погружения.

Claims (40)

1. Способ определения по меньшей мере одного параметра высокотемпературной жидкости с температурой выше 600°С с помощью блока датчиков,

в котором высокотемпературная жидкость имеет поверхность и находится в металлургическом резервуаре, который содержит верхнее отверстие напротив поверхности высокотемпературной жидкости, и

поверхность уровня высокотемпературной жидкости имеет положение L_M, которое находится на расстоянии D_M от верхнего отверстия металлургического резервуара, причем способ включает в себя

(a) обеспечение средства ускорения над поверхностью высокотемпературной жидкости на расстоянии D_A между поверхностью высокотемпературной жидкости и верхним отверстием металлургического резервуара, при этом средство ускорения выполнено с возможностью увеличения скорости блока датчиков;

(b) обеспечение средства ускорения измерительным зондом, причем измерительный зонд несет блок датчиков, и при этом блок датчиков выполнен с возможностью отделения от измерительного зонда;

(c) отделение блока датчиков от измерительного зонда;

(d) ускорение блока датчиков с помощью средства ускорения;

(e) выдвижение блока датчиков в направлении высокотемпературной жидкости;

(f) погружение блока датчиков под поверхность высокотемпературной жидкости;

(g) измерение по меньшей мере одного параметра высокотемпературной жидкости; характеризующийся тем, что D_A<50% D_M.

2. Способ по п. 1, в котором средство ускорения предусмотрено в боковой стенке металлургического резервуара и/или прикреплено к ней.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором средство ускорения проходит в или примыкает к объему металлургического резервуара, содержащего высокотемпературную жидкость, через отверстие в боковой стенке металлургического резервуара.

4. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором средство ускорения ориентировано вниз по направлению к высокотемпературной жидкости через боковую стенку металлургического резервуара.

5. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором блок датчиков погружают под поверхность высокотемпературной жидкости с углом погружения менее 65°.

6. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором блок датчиков выдвигают под углом более 25° относительно боковой стенки резервуара.

7. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором блок датчиков ускоряют для получения импульса по меньшей мере 1000 г*м/с.

8. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором блок датчиков имеет массу менее 1500 г.

9. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором блок датчиков ускоряют до скорости по меньшей мере 5 м/с.

10. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором ускорение находится в диапазоне 15-80 м/с².

11. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором траектория выдвижения блока датчиков после выдвижения и до погружения является линейной.

12. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором температура высокотемпературной жидкости находится в диапазоне от 600 до 2000°С, в частности, от 1000 до 1900°С, предпочтительно от 1200 до 1800°С, более предпочтительно от 1400 до 1700°С.

13. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором блок датчиков ускоряют для получения импульса, позволяющего блоку датчиков пройти через поверхность высокотемпературной жидкости.

14. Способ по п. 13, в котором блок датчиков ускоряют для получения импульса по меньшей мере 1000 г*м/с, более предпочтительно по меньшей мере 1500 г*м/с, еще более предпочтительно по меньшей мере 2000 г*м/с, в частности, указанный импульс находится в диапазоне 1000-10000 г*м/с, предпочтительно в диапазоне 1500-8000 г*м/с.

15. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором блок датчиков имеет более высокую плотность, чем плотность высокотемпературной жидкости, в частности плотность блока датчиков превышает плотность высокотемпературной жидкости на по меньшей мере 5%, предпочтительно на по меньшей мере 8%, более предпочтительно на более чем 10%.

16. Система для определения по меньшей мере одного параметра высокотемпературной жидкости, находящейся при температуре выше 600°С в металлургическом резервуаре, имеющем верхнее отверстие, расположенное напротив поверхности высокотемпературной жидкости на расстоянии DM от поверхности высокотемпературной жидкости, содержащая: измерительный зонд, несущий блок датчиков, выполненный с возможностью отделения от измерительного зонда; и

средство ускорения, выполненное с возможностью размещения над поверхностью высокотемпературной жидкости на расстоянии DA<50% DM между поверхностью высокотемпературной жидкости и верхним отверстием металлургического резервуара и с возможностью увеличения скорости блока датчиков после его отделения от измерительного зонда и его выдвижения в направлении высокотемпературной жидкости с последующим погружением под поверхность высокотемпературной жидкости и измерения по меньшей мере одного параметра высокотемпературной жидкости.

17. Система по п. 16, в которой средство ускорения выполнено с возможностью установки в боковой стенке металлургического резервуара и/или прикрепления к ней, в частности, через отверстие в боковой стенке металлургического резервуара, и ориентирования вниз по направлению к высокотемпературной жидкости через боковую стенку металлургического резервуара, так что угол между средством ускорения и внутренней поверхностью боковой стенки по отношению к высокотемпературной жидкости составляет по меньшей мере 25°, предпочтительно по меньшей мере 30°, более предпочтительно по меньшей мере 35°, в частности в диапазоне от 25 до 75°, предпочтительно от 35 до 65°.

18. Система по п. 16, в которой средство ускорения выполнено с возможностью установки в или на средстве ввода текучей среды и/или частиц в высокотемпературную жидкость.

19. Система по любому из пп. 16-18, в которой блок датчиков имеет массу менее 1500 г, предпочтительно менее 1000 г, более предпочтительно менее 800 г или менее 500 г, и плотность блока датчиков выше 7,2 г/см³, предпочтительно выше 7,5 г/см³.

20. Система по любому из пп. 16-19, в которой средство ускорения выполнено с возможностью размещения в нем измерительного зонда, несущего блок датчиков, и имеет загрузочный конец с загрузочным отверстием, выполненным с возможностью вставки измерительного зонда, несущего блок датчиков, и передний конец с выходным отверстием, выполненным с возможностью выхода блока датчиков из средства ускорения после ускорения, и средство ускорения выполнено с возможностью ускорения блока датчиков вдоль траектории ускорения, которая пролегает между загрузочным концом и выходным отверстием.

21. Система по п. 20, в которой средство ускорения содержит полый удлиненный элемент, в частности трубку, и траектория ускорения расположена параллельно центральной продольной оси полого удлиненного элемента.

22. Система по любому из пп. 16-21, в которой средство ускорения выполнено с возможностью управления с помощью пневматического механизма, гидравлического механизма, механического механизма, такого как толкающий механизм или пружина, в частности предварительно натянутая пружина, или электромагнитного механизма.

23. Система по п. 22, в которой средство ускорения содержит пневматическое средство, выполненное с возможностью ускорения блока датчика посредством подачи сжатого газа.

24. Система по любому из пп. 16-23, в которой средство ускорения содержит средство для высвобождения из зонда блока датчиков, находящегося внутри зонда, в частности выбрасывающий механизм для высвобождения блока датчиков или механическое средство, выполненное с возможностью отделения блока датчиков от несущего элемента измерительного зонда.

25. Система по любому из пп. 16-24, дополнительно содержащая:

блок обработки, выполненный с возможностью получения и обработки сигнала, полученного блоком датчиков, для определения интересующего параметра высокотемпературной жидкости;

средство для передачи сигнала, полученного блоком датчиков; загрузочный блок для загрузки измерительного зонда в средство ускорения.

26. Металлургический резервуар, выполненный с возможностью содержания высокотемпературной жидкости с температурой выше 600°С, имеющий дно, по меньшей мере частично контактирующее с высокотемпературной жидкостью в процессе работы, и верхнее отверстие, противоположное дну, и содержащий систему по любому из пп. 16-25.

27. Металлургический резервуар по п. 26, выполненный с возможностью содержания высокотемпературной жидкости в виде ванны, в частности ванны с расплавленным металлом, криолитом или стеклом.

28. Металлургический резервуар по п. 26, представляющий собой резервуар для обработки металла или печь, в частности электродуговую печь.