竖炉(例如高炉)的内部通常用耐火材料做炉衬。耐火材料通 常由诸如砖块或块状物这样的物品(例如，由碳、硅酸铝或陶瓷材 料制成)组成，将其粘结起来以增加不透性和稳定性。通常，根据 在各自区域内主要类型的应力，在不同的区域使用不同类型的砖块 或块状物。
耐火炉衬承受膨胀在本领域是众所周知的。基本上两种不同的 效应可以导致耐火炉衬的膨胀。第一种效应是在启动高炉时因耐火 炉衬的温度升高引起的热膨胀。热膨胀通常是可逆的。第二种效应 称为“化学膨胀(chemical expansion)”。这种效应是由于在耐火材 料使用寿命期间耐火材料内发生化学反应引起的。这种化学反应导 致耐火炉衬的不可逆膨胀。
要注意，耐火炉衬可以在其膨胀位移的路径上存在外部体。这 种情况发生在多个周向布置的风口组件，其穿透耐火炉衬进入高炉 内。耐火炉衬围绕每个这种风口组件，后者可以在炉壁内衬膨胀的 路径上。这会导致风口组件变形和/或压碎风口组件下方的耐火炉 衬。
为了防止不必要的停工期和损坏，采取预防措施是非常重要 的。已知的方法是在耐火物之间设置软层，该软层补偿耐火炉衬的 膨胀。耐火软层通常由薄的、可压缩的以及隔离的接合板组成。美 国专利第3 805 466号中描述了这种方法。然而，由于稳定性和其 他原因，这些已知软层的高度是受限的。因此，这些层的总垂直尺 寸通常为从炉底到风口组件的总垂直耐火炉衬尺寸的百分之几十 的范围内。这些层可以，至少部分地，补偿耐火炉衬的热膨胀或扩 张。然而，它们通常不能补偿耐火炉衬的化学膨胀。实际上，化学 膨胀是变化的、通常是不可逆的，且很难进行预测(如果不是不可 能)。此外，在整个耐火炉衬的使用寿命内，化学膨胀是发展的。 随着化学膨胀的程度增加，上述层补偿膨胀的能力降低。因此，利 用已知的软层不能有效地防止风口组件和/或耐火炉衬的损坏。
发明目的
鉴于以上所述，本发明的目的是提供一种用于保护风口组件和 耐火炉衬免受耐火材料膨胀导致的损坏的改进方法。这个目的通过 如权利要求1所述的方法来实现。
发明概述
本发明提供了一种用于保护炉的风口组件和耐火炉衬免受耐 火炉衬的膨胀导致损坏的方法。这种方法包括以下步骤：在风口组 件和位于风口组件下方的耐火炉衬部分之间设置间隙，以及通过位 移传感器来监控该间隙。该间隙是没有耐火炉衬的区域，通常由空 气间隙或填充可压缩材料的间隙组成。有利地，把间隙设置成与每 个风口组件直接相邻并位于其下部，优选为在每个风口组件的下半 部。在操作过程中，监控间隙保证可检测到耐火材料的临界膨胀。 更具体地说，要保证预先考虑热和化学膨胀的总效应。另外，监控 能获得有关耐火炉衬状况的信息，因此有利于预防性维护。应当理 解，通过位移传感器来监控间隙，对每个风口组件不是绝对需要的。 通过使用附加的信息和数学方法(例如，炉的旋转对称和内插法 (interpolation))，仅在某些风口组件上安装传感器，也可以评价位 于每个风口组件下方的炉衬的膨胀情况。然而，也可以设置多个传 感器来监控同一间隙，从而提供更多详细和冗余的测量结果。总之， 根据本发明的方法提供了一种用于保护炉(例如竖炉，特别是高炉) 中风口组件和耐火炉衬的简单而且可靠的方法。更具体地说，考虑 了热膨胀和化学膨胀的总效应。因此，根据本发明的方法增加了风 口组件的使用寿命以及耐火炉衬的使用寿命。
优选地在风口组件的下方设置至少一个可移除的耐火层。在操 作炉的过程中，如果间隙的监控显示间隙高度降低到预定值水平之 下，那么移除这个可移除的耐火层。采用这种方法避免了出于安全 考虑而需要过大尺寸的初始间隙。实际上，如果需要，通过简单地 移除至少一个可移除耐火层，可以增加间隙。优选地，可移除层由 粘结到邻近耐火炉衬的固体耐火材料组成。当然，也可以利用降低 厚度的新的可移除耐火层代替移除的耐火层。应当理解，通过位移 传感器监控间隙的步骤，将提供必要的膨胀信息，以确定移开可移 除耐火层的时间。
有利地，该方法进一步包括用可压缩密封材料来密封间隙。这 种密封防止灰尘在间隙内积累(灰尘的积累可以减少其功效)，并 保护传感器以免直接暴露在热炉气体中。
优选地，该方法包括在操作炉的期间连续监控间隙。这保证能 探测到耐火炉衬的临界膨胀，且可能预防炉的停工。此外，在操作 期间连续监控膨胀可用来观察耐火材料的状况。例如，可以监控耐 火炉衬的完整性。因此，可以在发生进一步的损害之前，启动停工。
有利地，该方法进一步包括在关闭炉的期间监控间隙。因此， 确定了位于风口组件下方的耐火炉衬部分的收缩行为。
优选地，该方法包括在开启炉的时候监控间隙。因此，可以确 定位于风口组件下方的耐火炉衬部分的膨胀行为。该步骤能收集耐 火炉衬情况的更多信息，例如，验证耐火炉衬的均匀的周边膨胀。 可以使用由此获得的数据作为在开启炉时用于受控加热和受控膨 胀的附加反馈信息。例如，通过给出渣壳(炉瘤)结构和热负荷分 配的信息，该数据也可以对过程控制有贡献。在操作炉期间，当结 合监控间隙时，这个步骤有助于对炉龄(furnace campaign)期间耐 火炉衬情况的追踪调查。例如，在开启期间之后监控到的附加膨胀 可以是由化学腐蚀(例如碱腐蚀)引起的化学膨胀的信号。在关闭 期间，与监控间隙相结合，可以检测到耐火炉衬内的裂缝开口。在 关闭冷却时，观察到减少的热收缩，在随后开启开始后，通常相继 以耐火炉衬增加的膨胀，这可以指示裂缝开口，其通常被渗入金属。
有利地，该方法进一步包括设置温度传感器，以及监控在风口 组件和耐火炉衬部分之间的间隙内的温度，以检测可能的热气泄 漏。如上所述，应该用适合的材料密封间隙。在密封退化(老化) 的情况下，来自炉内部包含粉尘颗粒的热气可以渗入间隙。因为相 对于耐火炉衬或可移除的耐火层，可压缩密封材料的耐磨性降低， 会出现这类退化(老化)。
根据本发明的方法优选地使用线性机电位移传感器。有利地， 使用相对简单的感应式机电位移传感器，因为其具有坚固性和可靠 性。这类传感器优选地包括安装在风口冷却器的安装孔内的传感器 主体和由传感器主体滑动支撑的测量销(pin)，其中销具有与耐火 炉衬的上表面或可移除耐火层接触的头部(tip)。优选地安装传感 器主体使得用密封方式来啮合安装孔。把传感器主体安装到风口冷 却器的安装孔内提供了对位移传感器的冷却，而无额外的消耗。有 利地，销的头部(tip)由耐热材料如陶瓷、金属陶瓷或耐热钢组成。 在另一有利的具体实施例中，至少部分头部是易碎的，其保护传感 器免受可能的损坏。
根据本发明的方法可以应用到任何类型的竖炉，尤其是高炉。
应当理解，虽然上面描述的是风口组件，本发明可以用来保护 其他固定的插入炉耐火炉衬的固定元件。
附图说明
通过下面结合附图对非限制性的具体实施例的描述，本发明将 会更加清楚，其中
图1为直接位于风口组件下方的高炉壁的第一具体实施例以及 位移传感器的第一具体实施例的纵剖视图；
图2为第一具体实施例的风口组件的局部剖后视图；
图3为直接位于风口组件下方的高炉壁的第二具体实施例以及 位移传感器的第二具体实施例的纵剖视图。
具体实施例
在图1中，附图标记10总括的表示(或识别)直接位于风口 组件12下方的高炉壁，图中仅部分示出。已知高炉壁10包括外部 炉身14和内部耐火炉衬16。已知风口组件包括：风口18、风口支 架20(tuyere holder)、风口弧形冷却器22以及具有风口冷却支架 26的风口垫(block)24。将风口垫(或风口砖)24固定(例如， 通过焊接)在炉身14上。将风口弧形冷却器22压入配合到风口垫 24的风口冷却器支架26上，将风口18压入配合到风口弧形冷却器 22的风口支架20上。风口组件12相对旋转轴30旋转对称。
附图标记32表示耐火垫(refractory block)，其是位于风口组 件12下方的耐火炉衬16的部分。耐火垫(或耐火砖)32的上表面 34是弯曲表面，其限定耐火炉衬16中的通孔36的下部分。风口组 件12轴向地通过耐火炉衬16中的通孔36。
箭头40表示在风口组件12与位于风口组件12下方的耐火炉 衬部分16的上表面38之间的间隙或缝隙。该间隙40围绕风口组 件12的下半部。
根据本发明的一个重要方面，提供位移传感器50来监控间隙 40，更确切地说是间隙40的高度。传感器50的传感器主体52以 密封的方式安装在风口弧形冷却器22的安装孔54内。在图中所示 的具体实施例中，传感器50是基于感应测量的机电线性位移传感 器。传感器主体52具有使传感器销58滑动地安装在其中的圆柱形 腔56。销58包括软铁芯60和陶瓷头(ceramic tip)62。传感器主 体52包括线圈64，其与软铁芯60相互作用当作活塞。浇铸连接器 66能连接测量设备。弹簧68与传感器销58联合，以便加偏压给传 感器销58的陶瓷头62使其与可移除的耐火层72、74的上表面38 机械接触，耐火层72、74搁置在耐火垫32的上表面34上。
如图2所示，可移除层72、74设置在风口组件12的下方。如 果所述间隙40的高度小于预定值，则要移开可移除耐火层72、74 中的至少一个。当可移除耐火层72和74堆积时，把可移除耐火层 72和74安装到耐火垫32的上表面34上。可移除耐火层优选地由 坚固和耐用的材料(例如碳化硅)制成。为了构造方便，每个可移 除耐火层72和74均由两个弓形元件组成。当装配时，后面元件(即 两个弓形元件)限定U形截面壳体。可移除耐火层72、74允许间 隙40的起始高度优化到最小值。
回到图1，附图标记80表示密封间隙40的可压缩密封材料。 可压缩密封材料80设置在风口组件12与可移除耐火层72的上表 面38或耐火炉衬部分16之间的间隙40内。当耐火炉衬16开始膨 胀时，它(可压缩密封材料)密封间隙。可压缩密封材料80由耐 热性、可压缩材料(例如石棉或优选硅石-氧化铝纤维)制成。自 由空间82设置在可压缩密封材料80内、传感器销58的周围用于 无障碍地移除后者。
在第一阶段，间隙40充满可压缩密封材料80，吸收或缓冲位 于风口组件12下方的耐火炉衬16的膨胀。通过位移传感器50监 控膨胀变化(evolution)，以便确定何时膨胀为过量的。在随后的第 二阶段，当位移传感器50检测到过量膨胀，更确切地说是永久的 化学膨胀时，移开(或除去)至少一个可移除层72、74，例如推进 炉中。把至少一个可移除层72、74移开后，该移开的可移除层72、 74的高度将使上述起始间隙40增大。
在操作高炉时，间隙40，更确切地说是间隙40的高度，是通 过位移传感器50连续监控的。为了完成监控，位移传感器50通过 连接器66连接到已知的感应测量装置上。温度和/或化学效应的增 加引起风口组件12下方的耐火炉衬16向上膨胀，以便接近风口组 件12的下半部。耐火炉衬16的上表面34以及(如果还存在)可 移除层72、74向上位移。结果，传感器50的销58将被推进到圆 柱形腔56内。当软铁芯60进一步穿入到线圈64内时，它调整线 圈40的感应率。因此，用位移传感器50来确定何时移除至少一个 可移除耐火层72、74变得必要。监控间隙40的这种步骤保证可检 测到操作期间耐火炉衬16的临界膨胀以及提供允许预防性干预的 方法。更确切地说，在预防方式中，要考虑热膨胀和化学膨胀的综 合效应。
根据另一方面，在关闭高炉时监控间隙40。因此确定风口组件 12下方的耐火炉衬部分16的收缩情况。用上面描述的类似方式进 行这种监控，在细节上已作必要的改动。在该步骤获得关于耐火炉 衬16情况的信息，从而有助于预防性维护。
根据另一方面，在启动高炉期间测定间隙40。因此确定风口组 件12下方的耐火炉衬部分16的膨胀情况。用上面描述的类似方式 进行这种监控，在细节上已作必要的改动。在开启时确定膨胀行为 给出了有关耐火炉衬16和工艺的重要的反馈信息。
图3示出了稍微不同的第二个具体实施例。相对于图1，相同 的附图标记表示相同的部分。在图3的具体实施例中，仅设置一个 可移除耐火层72’。在图3的具体实施例中，预测总膨胀较少，耐 火垫32的上表面34位于高炉壁10的较高垂直位置上。
附图标记90表示带有探针头(probe tip)92的温度传感器。探 针头92伸出进入间隙40和其中的可压缩密封材料80内，末端在 大约为其高度四分之一的地方。把温度传感器90固定在与位移传 感器50的传感器主体相连的外壳94内。通过连接器96把温度传 感器90连接到测量装置上。
根据本发明，使用温度传感器90来监控在风口组件12和耐火 炉衬部分16之间的间隙40内的温度，以便检测可能的热气泄漏。 在或者可压缩密封材料80或者可移除耐火层72’退化(或老化)之 后，会出现这样的热气泄漏。监控间隙40内的温度，有助于监控 可压缩密封材料80的状况，并确定后者的使用期限。
附图标记100表示包围传感器销58的波纹管膨胀外壳(bellows expansion sheath)。它的上端密封地连接到传感器主体52上。其下 端封闭，并加偏压靠在可移除耐火层72’的上表面38上。波纹管膨 胀外壳100防止可压缩密封材料80阻碍位移传感器50，更确切地 说是传感器销58的移除。在热炉气泄漏的情况下，波纹管接头100 也可防止灰尘颗粒损坏位移传感器50。
下面(非限制性)的实施例描述改进的保护装置：
实施例：
下方耐火炉衬(Hrl)的高度       10m
(从炉底到风口中线)
平均缓冲高度
(间隙+可移除层)(hb)           125mm
膨胀缓冲容量百分比(Hrl/hb)    1.25％
(不包括耐火炉衬内的可压缩接合板)