CN110366667A - 损伤检测系统和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及针对用于熔融金属容器的耐火衬里的损伤检测系统，该损伤检测系统包括：导电网格，该导电网格在使用时设置在所述耐火衬里的最靠近熔融金属的表面的下面；一个或更多个导电电极，该一个或更多个导电电极在使用时被设置成与所述熔融金属接触；以及电源，其中，导电金属网格和所述一个或更多个导电电极彼此电连接，以形成由所述电源供电的开路电路，并且在所述熔融金属容器的正常使用期间检测到的所述电路的闭合指示所述耐火衬里被损伤，或者在所述耐火衬里被损伤的情况下，在容器的正常操作期间存在熔融金属使得所述电路闭合。本发明涉及一种用于在使用期间检测耐火衬里中的损伤的方法，以及根据本发明的损伤检测系统的使用。

Description

损伤检测系统和使用方法

技术领域

本发明涉及用于检测耐火衬里(refractory lining)中的损伤的系统，以及例如通过使用根据本发明的系统来检测耐火衬里中的损伤的方法。

背景技术

耐火材料是具有使它们适合于在高温应用中用作耐热屏障(barrier)的这种性质的材料。这些材料例如可用作用于冲天炉炉底和虹吸管的衬里，可用在高炉、主流道(runner)、副流道和倾斜流道中，并且更一般地，可用在容器或容器喷口、钢包、中间包、反应室和槽中，所述容器或容器喷口、钢包、中间包、反应室和槽包含流、引导流或者适合于促进液态金属及炉渣或任何其它高温液体、固体和气体的工业处理。

未成形的耐火材料具有形成无接缝衬里的能力，并且常常被称为单片材料(monolithic)。未成形的耐火材料通常以粉末形式制造并且可选地在应用之前与水混合，所以它们可在烧制之前通过铸造、喷涂和喷补然后凝固和干燥来安装，或者作为干的可振动混合物被安装。成形的材料可用作砖、板等。所有这些材料都可用作耐火衬里。

因为在形成炉渣或其它材料的情况下，耐火衬里与具有高热量、大密度并且可以有化学腐蚀性的熔融金属接触，所以耐火衬里在使用期间经受强烈的机械应力、热应力和化学应力。熔融金属还可进入在耐火衬里中形成的任何裂缝或间隙并且在实际的衬里内造成损伤。

为了改进金属铸造的安全性和成本效率两者，很长时间以来在寻找耐火材料方面的改进以获得更好的耐化学性、耐机械性和/或耐热性。通过使用附加的牺牲衬里或保护衬里的特殊锚固或安装，已在耐火衬里到例如炉子的外壁的固定中引入了其它改进。

然而，将始终存在耐火衬里的寿命有限的问题。无论耐火衬里被安装在炉子、钢包、反应室还是任何其它应用中，耐火衬里的损伤导致熔融金属通过孔、裂缝、间隙等穿透已被损伤的衬里都会对衬里操作的安全性造成风险。

例如，EP 1 504 830A1公开了一种用于计量耐火衬里的结构完整性的光学或热学方法。此外，JP H09-72852公开了一种使用耐火衬里的内壁表面的红外成像来检测耐火衬里中的裂缝的方法。衬里的内壁上的温度分布使得能够检测衬里中的裂缝。

然而，只能在耐火衬里不在使用中时应用这些处理。换句话说，它使得能够定期检查衬里，但是未提供对耐火衬里的完整性的实时监测。

因此，现有技术构成问题。

发明内容

在所附权利要求中限定本发明。

具体地，本发明可以通过一种针对用于熔融金属容器的耐火衬里的损伤检测系统来具体实现，该损伤检测系统包括：导电网格，该导电网格在使用时被设置在所述耐火衬里的最靠近金属熔体的表面的下面；一个或更多个导电电极，该一个或更多个导电电极在使用时被设置成与所述金属熔体接触；以及电源，其中，所述导电金属网格和所述一个或更多个导电电极彼此电连接，诸如以形成由所述电源供电的开路电路，并且其中，在所述熔融金属容器的正常使用期间检测到的所述电路的闭合指示所述耐火衬里被损伤。根据本发明的系统提供了对所述耐火衬里的状况的永久在线监测。

在另一个实施方式中，本发明可以通过一种针对用于熔融金属容器的耐火衬里的损伤检测系统来具体实现，该损伤检测系统包括：导电网格，该导电网格在使用时被设置在所述耐火衬里的最靠近熔融金属的表面的下面；一个或更多个导电电极，该一个或更多个导电电极在使用时被设置成与所述熔融金属接触；以及电源，其中，所述导电金属网格和所述一个或更多个导电电极彼此电连接，诸如以形成由所述电源供电的开路电路，并且其中，在所述耐火衬里受损的情况下，在所述容器的正常操作期间存在熔融金属使得所述电路闭合。根据本发明的系统提供了对所述耐火衬里的状况的永久在线监测。

根据本发明的一个实施方式，所述耐火衬里可以是单片耐火衬里或由离散片组成的耐火衬里，诸如板的耐火砖。已发现，根据本发明的系统可以被应用于任何类型的耐火衬里。

根据本发明的一个实施方式，所述电源包括电池，或者所述电源可以由一个或更多个电池构成。已发现，电池可靠地提供足够的电力来操作根据本发明的损伤检测系统。

根据本发明的一个实施方式，所述电源包括并联连接的两个或更多个电池。在电池发生故障的情况下，这种类型的布置结构提供附加可靠性。

根据本发明的一个实施方式，常开电路的闭合导致触发警报。所述警报可以是可听警报或视觉警报或两者的组合。警报的触发指示被监测的耐火衬里可能已被损伤并使得操作员能够根据需要采取任何应对措施。

根据本发明的一个实施方式，在两个或更多个电池并联连接的情况下，所述电池中的各个电池可以连接到单独的警报。在电池发生故障的情况下，这种类型的布置结构提供附加可靠性。

根据本发明的一个实施方式，所述系统可以附加地包括一个或更多个指示器电路，当所述电源处于正常工作模式时，该一个或更多个指示器电路闭合。这样的指示器电路使得能够监测所述检测系统是在线的并起作用的。例如，所述指示器电路可以连接到诸如LED之类的控制灯，该控制灯指示所述系统是活动的(active)。

根据本发明的一个实施方式，所述系统可以附加地包括开关，该开关在被激活时单独地使所述常开电路闭合，从而触发警报(如果安装了警报的话)。这使得操作员能够手动地检查所述损伤检测系统以及所述警报是否是活动的以及是否处于工作状态下。

根据本发明的一个实施方式，设置在所述耐火衬里的表面的下面的网格可以用所述熔融金属容器的外部金属壳来替换。已发现，这样的布置结构安装起来更简单并因此更便宜，特别是在由砖或板制成的非单片耐火衬里的情况下。同时，只有当所述耐火衬里中的损伤使得熔融金属一直穿透到所述熔融金属容器的内金属壁时才被触发。

根据本发明的一个实施方式，所述系统可以附加地包括所述网格与所述电源之间的次级电路，所述次级电路可以被开关中断。此次级电路使得能够例如通过在所述开关闭合时触发LED灯来检查所述网格与所述电源之间的主电缆完好无损。

根据本发明的一个实施方式，所述系统可以附加地包括所述一个或更多个导电电极与所述电源之间的次级电路，所述次级电路可以被开关中断。此次级电路使得能够例如通过在所述开关闭合时触发LED灯来检查所述电极与所述电源之间的主电缆完好无损。

根据本发明的另外的实施方式，根据本发明的损伤检测系统被安装在耐火衬里内，该耐火衬里被安装在熔融金属容器或容器喷口、钢包、中间包、反应室或槽中，或者被安装在冲天炉炉底、虹吸管、高炉或者主流道、副流道或倾斜流道中。所述耐火衬里和/或熔融金属容器或容器喷口、钢包、中间包、反应室或槽、或者冲天炉炉底、虹吸管、高炉、或者主流道、副流道或倾斜流道也形成本发明的一部分。

另外，本发明的一部分是一种用于检测在操作期间在耐火衬里中的损伤的方法，其中，该方法包括以下步骤：安装本发明的损伤检测系统，以及检测包含在所述损伤检测系统中的电路的闭合。已发现，能使用该方法来在操作期间获得对耐火衬里的完整性的有效监测。

另外，本发明的一部分是，根据本发明的系统在检测耐火衬里中的损伤的处理中的使用。这种使用被发现可用于监测熔融金属容器的耐火衬里在其操作期间的完整性。

应理解的是，以下描述涉及本发明的示例性实施方式，而不应限制权利要求的范围。

具体实施方式

根据所附权利要求的本发明提供了一种对用于熔融金属容器的耐火衬里中的任何损伤进行检测的系统。该系统易于安装和使用，并且使得能够在耐火衬里利用熔融金属的操作期间直接在线监测该耐火衬里的完整性。该系统的原理在于安装了开路电路，其中，电源具有连接到设置在要被监测的耐火衬里的表面的下面的导电网格的一个极，以及连接到将在熔融金属容器的正常操作期间与熔融金属接触的电极的第二极。如果被监测的耐火衬里完好无损，则将不会激活开路电路。然而，如果被监测的耐火衬里上存在损伤，则这将使得熔融金属在操作期间能够与网格导电接触，从而使电路闭合并导致在电路中产生电流。如果在电路中连接了警报，则可以使操作员知道耐火衬里中的损伤。

根据本发明，开路电路的闭合指示耐火衬里被损伤达到熔融金属穿透到衬里中这样的程度。根据操作员的要求，导电网格可以被安装在相对于通常与熔融金属接触的耐火衬里的表面的如下的深度处，即，在该深度处，很可能考虑耐火衬里的安全性或经济可行性的障碍。因此，可以根据操作员的要求来适配根据本发明的系统的灵敏度。例如，特别是在由砖和/或板等制成的非单片耐火衬里的情况下，导电网格可以被放置在所述砖和/或板的下面，使得只有当熔融金属在所选的耐火砖或耐火板层下面穿透时，系统才被触发。在另一实施方式中，导电网格可以被直接放置在容器的外壁的内侧上，或者容器的外壁可以替换导电网格，只要容器的内壁本身是导电的即可。

根据本发明的系统的优点在于在熔融金属容器内的耐火衬里的操作期间执行耐火衬里的损伤控制。因此，不再要求在熔融金属容器的操作之间进行定期检查，并且可减少停机时间(down-time)。此外，通过将导电网格放置在所需深度处，系统可适应操作员的特定要求。在铸造单片耐火衬里的情况下，导电网格可以被放置在任何深度处。在由砖和/或板组装的耐火衬里的情况下，需要视需要而定将导电网格放置在层之间或层下面。可以将网格放置在被监测的耐火衬里的整个表面或基本上整个表面之下。另选地，可以将一个或若干个网格仅放置在被认为最易受损伤的特定区域处。任一另选方案都是本发明的一部分。

本发明中采用的一个或更多个导电电极被放置成使得它们在容器的正常操作期间与熔融金属接触。例如，一个电极可以在容器在操作期间通常被填充到的水平面以下的水平面处穿透容器壁。另选地，电极可以通过所述容器的底部突出，使得该电极与浇注到容器的底部中的熔融金属接触。这导致在开始将熔融金属浇注到容器中时激活电极。另选地，电极可以被放置成通过容器的顶部处的大开口穿透到熔融金属容器中。例如，电极可以在容器已填满有熔融金属之后仅通过顶部开口引入，从而仅在操作期间的特定时间监测损伤。在这种情况下，可以在测试之后移除电极。

本发明中采用的电源可以是电池，诸如例如标准12V电池。另选地，系统可以由其它电源供电，诸如例如市电(AC)、蓄电池(DC)、太阳能面板或本领域技术人员已知的任何其它电源。可以并联安装若干电源，以便在一个电源耗尽或者失效的情况下允许系统的附加可靠性。例如可以并联安装两个电池，或者可以并联安装电池和市电连接，然而这些电源中的任何一个可以充当另一个电源的备用电源。

当本发明的损伤检测系统的电路通常通过耐火衬里渗透有熔融金属而闭合，从而使导电网格与电极接触时，通常触发警报。警报可以是诸如号角、哔哔声、哨声、电铃声等之类的可听警报。这将操作员的注意吸引到熔融金属容器的耐火衬里可能被损伤的事实，并且使得操作员能够采取适当的措施。警报可以另选地是诸如闪光灯、LED、运动对象等之类的可见警报，从而同样吸引操作员的注意。警报可以是若干可见信号和/或可听信号的组合。如果并联采用若干电源，则每个电源可以触发单独的警报，或者另选地，每个电源可以触发若干警报。

可以将各种控制电路或指示器电路集成到根据本发明的损伤检测系统中，以便监测损伤控制系统的活动。

例如，可以安装指示器电路，其在电源处于正常运行模式时被触发。这例如可以是经由指示器将电源的连接到导电网格的极直接连接到电源的连接到一个或更多个电极的极的电路。指示器例如可以是诸如LED之类的光源。这种“控制LED”将表明电流正在指示器电路中流动并且电源处于运行模式。指示器电路还可以包括用于接通和断开指示器电路控制信号的开关。

可以安装包括开关的另一个指示器电路，以向主检测电路提供可选的快捷方式(short-cut)。在那种情况下，当开关被触发时，电源向警报(如果安装了警报的话)提供电力，而不会对耐火衬里造成实际的损伤。这使得操作员能够控制警报的运行。

另外的指示器电路被设想为利用开关将导电网格或者一个或更多个电极连接到辅助电源，以便检查相应部分与损伤检测系统的主电源的连接的完整性。

在操作期间检测熔融金属容器的耐火衬里中的损伤的方法以及根据本发明的损伤检测系统的使用也形成本发明的一部分。

应该注意的是，除了相互排斥的这样的特征的组合之外，本发明还可以包括本文提到的特征和/或限制的任何组合。出于例示本发明的目的，前面的描述涉及本发明的特定实施方式。然而，对于本领域技术人员而言将显而易见的是，可以对本文描述的实施方式进行许多修改和变型。所有这样的修改和变型都旨在处于本发明的如所附权利要求限定的范围内。

Claims (15)

1.一种针对用于熔融金属容器的耐火衬里的损伤检测系统，所述损伤检测系统包括：

导电网格，所述导电网格在使用时被设置在所述耐火衬里的最靠近熔融金属的表面的下面；

一个或更多个导电电极，所述一个或更多个导电电极在使用时被设置成与所述熔融金属接触；以及

电源；

其中，所述导电金属网格和所述一个或更多个导电电极彼此电连接，以形成由所述电源供电的开路电路，并且

其中，在所述熔融金属容器的正常使用期间检测到的所述电路的闭合指示所述耐火衬里被损伤。

2.一种针对用于熔融金属容器的耐火衬里的损伤检测系统，所述损伤检测系统包括：

导电网格，所述导电网格在使用时被设置在所述耐火衬里的最靠近熔融金属的表面的下面；

一个或更多个导电电极，所述一个或更多个导电电极在使用时被设置成与所述熔融金属接触；以及

电源；

其中，所述导电金属网格和所述一个或更多个导电电极彼此电连接，以形成由所述电源供电的开路电路，并且

其中，在所述耐火衬里被损伤的情况下，在所述容器的正常操作期间存在熔融金属使得所述电路闭合。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的损伤检测系统，其中，所述耐火衬里是单片耐火衬里。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的损伤检测系统，其中，所述电源包括电池。

5.根据权利要求4所述的损伤检测系统，其中，所述电源包括并联连接的两个电池。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的损伤检测系统，其中，所述电路的闭合导致触发警报。

7.根据从属于权利要求5的权利要求6所述的损伤检测系统，其中，所述并联连接的电池中的各个电池被关联到单独的警报。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的损伤检测系统，所述损伤检测系统还包括一个或更多个指示器电路，当所述电源处于正常运行模式时，所述一个或更多个指示器电路被触发。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的损伤检测系统，所述损伤检测系统还包括开关，所述开关人工地将所述开路电路短路。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的损伤检测系统，其中，所述导电电极电连接到所述熔融金属容器的钢壳。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的损伤检测系统，所述损伤检测系统还包括所述导电网格与所述电源之间的次级电连接，所述次级电连接能够通过开关中断。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的损伤检测系统，所述损伤检测系统还包括所述一个或更多个导电电极中的所有电极与所述电源之间的次级电路，所述次级电路能够通过开关中断。

13.根据前述权利要求中的任一项所述的损伤检测系统，所述损伤检测系统被安装在耐火衬里内，所述耐火衬里被安装在熔融金属容器或容器喷口、钢包、中间包、反应室或槽中，或者被安装在冲天炉炉底或虹吸管、高炉或者主流道、副流道或倾斜流道中。

14.一种用于在耐火衬里的使用期间检测该耐火衬里中的损伤的方法，所述方法包括以下步骤：安装根据前述权利要求中的任一项所述的损伤检测系统；以及检测包含在所述损伤检测系统中的电路的闭合。

15.一种根据权利要求1至12中的任一项所述的损伤检测系统的使用，检测在操作期间在耐火衬里中的损伤时使用所述损伤检测系统，例如，检测在操作期间在被安装在熔融金属容器或容器喷口、钢包、中间包、反应室或槽中或者被安装在冲天炉炉底或虹吸管、高炉或者主流道、副流道或倾斜流道中的耐火衬里中的损伤时使用所述损伤检测系统。