專利名稱：用于材料處理組件的熱感測的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
所描述的實施例涉及材料處理組件，如金屬處理組件或玻璃處理組件，且更具體地涉及用于材料處理組件的溫度感測元件。
背景技術(shù)：
材料處理組件可用于處理各種材料，如玻璃、金屬或陶瓷。例如，材料處理組件可包括升溫反應(yīng)器如爐具，或成型組件如連續(xù)鑄造組件。升溫反應(yīng)器用于使用熱來處理材料。升溫反應(yīng)器包括各種類型的冶金反應(yīng)器，包括冶金爐具、高壓釜、熱氣體容器(如閃速爐具、燃燒室或氣體-固體反應(yīng)器)、電弧爐具、感應(yīng)爐具、鼓風(fēng)爐具、熔渣爐具和鋁電解槽。其它類型的升溫反應(yīng)器包括氣化反應(yīng)器、陶瓷通風(fēng)擴散器(ceramic vent diffuser)和玻璃爐具。升溫反應(yīng)器可在標(biāo)準(zhǔn)溫度(20°C )以上的數(shù)十?dāng)z氏度的溫度下操作，或升溫反應(yīng)器可在標(biāo)準(zhǔn)溫度以上的數(shù)千攝氏度的極高溫度下操作。各種類型的升溫反應(yīng)器用于不同類型的材料處理。例如，火法冶金爐具用于處理器金屬礦石、廢金屬進料或其它不純金屬原料(其可大體上稱為"進料〃)，以便將進料中的金屬與廢物成分分離開。進料在爐具中熔化。當(dāng)加熱至足夠的溫度時，熔渣與熔融金屬分離開，且通常浮在金屬上方。通過設(shè)在爐具壁中的一個或多個出料孔來從爐具除去熔融金屬和熔渣。由于火法冶金爐具和一些其它升溫反應(yīng)器如感應(yīng)爐具內(nèi)的高溫，故耐火襯層和其它熱保護性元件用于保護爐具壁和爐具的其它構(gòu)件免遭受熔融金屬和熔渣、高溫工藝氣體(例如，在爐具干舷(furnace freeboard)中)或爐具中的其它高溫內(nèi)容物。此外,可用液體冷卻系統(tǒng)或氣體冷卻系統(tǒng)冷卻爐具的一些構(gòu)件。出料塊(tapblock)通常由金屬(如銅)制成。出料塊安裝在爐具的壁中，且具有出料通道，出料通道從爐具的內(nèi)部延伸至爐具的外部，從而允許從爐具中收回熔融金屬和熔渣。出料通道還襯有耐火材料，耐火材料通常與爐具的內(nèi)壁的耐火襯層是連續(xù)的。當(dāng)進料正在爐具中熔化時，用粘土塞住出料通道。當(dāng)準(zhǔn)備從爐具中除去熔融金屬或熔渣時，通過切開(Iance)或其它方法來打開出料通道。在從爐具中除去熔融金屬或熔渣之后，又用粘土密封出料通道。在一定時間內(nèi)，出料塊通道中和爐具壁的熱面處的耐火材料由于熱應(yīng)力和機械應(yīng)力而磨損。具體而言，出料塊中和出料塊附近的耐火材料由于重復(fù)的出料操作而受到較大的應(yīng)力。如果耐火材料充分地磨損，則熔融金屬或熔渣可與爐具的構(gòu)件、出料塊或冷卻系統(tǒng)相接觸，從而導(dǎo)致爐具的破壞。在嚴(yán)重的情況下，爐具可爆炸，導(dǎo)致附近的財物的破壞和對工廠人員帶來危險。必要的是監(jiān)測耐火材料的狀態(tài)，以便確保其具有足夠的厚度來保護爐具及其周圍環(huán)境。
已經(jīng)開發(fā)出了各種方法來監(jiān)測耐火材料的狀態(tài)，包括各種熱感測裝置。例如，熱電偶、電阻溫度裝置和其它感測元件可安裝在出料塊中來監(jiān)測出料通道的耐火襯層和出料塊附近的爐具的內(nèi)部。感測元件的放置的局限性以及安裝足夠數(shù)量的感測元件來準(zhǔn)確地監(jiān)測耐火材料的狀態(tài)的難度限制了此種方法?？偟膩碚f，在監(jiān)測其它冶金反應(yīng)器中和升溫反應(yīng)器中的熱狀況的情況下，也出現(xiàn)了類似的問題。熱監(jiān)測可用于評定保護性元件如耐火材料的狀況、用于評定冷卻元件的狀況、用于監(jiān)測冷卻系統(tǒng)的操作，或用于監(jiān)測受到反應(yīng)器中的升溫的另一個構(gòu)件或另一個元件。此外，在其它類型的材料處理組件中也可能出現(xiàn)類似的問題。例如，在監(jiān)測材料成型組件如連續(xù)金屬鑄造組件中的熱狀況的情況下，可出現(xiàn)類似的問題。熱監(jiān)測可用于評定冷卻元件如模具的狀況、用于監(jiān)測冷卻系統(tǒng)的操作，或用于監(jiān)測受到升溫的成型組件的另
一個構(gòu)件或另一個元件。因此，所需的是改善材料處理組件中的熱感測。

發(fā)明內(nèi)容
本公開內(nèi)容提供了一種用于監(jiān)測材料處理組件(如升溫反應(yīng)器或材料鑄造組件)中的熱狀況的新的和改善的系統(tǒng)和方法。在一些實施例中，一種用于監(jiān)測冷卻元件、熱保護性元件或受到材料處理組件中的升溫的另一個區(qū)或另一個構(gòu)件中的熱狀況的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括安裝在傳感器線纜上的熱傳感器。傳感器線纜安裝在組件中，使得傳感器定位在組件內(nèi)的測量位置處。控制器聯(lián)接到傳感器線纜上來與傳感器通信，包括接收指出熱傳感器的測量位置處的溫度的信號。在一些實施例中，可精確地獲知傳感器的測量位置，而在其它實施例中，傳感器可大體上定位在組件的區(qū)內(nèi)。在一些實施例中，兩個或多個熱傳感器沿傳感器線纜的長度定位?？刂破髀?lián)接到傳感器線纜上，允許控制器與各個熱傳感器通信，以便測量各個熱傳感器的位置處的溫度。在各種實施例中，熱傳感器、傳感器線纜和控制器選擇為使得它們協(xié)作來測量熱傳感器的相應(yīng)位置處的溫度。例如，在一些實施例中，傳感器線纜可為光纖，熱傳感器可為形成在光纖中的布拉格光柵，且控制器可構(gòu)造或編程為用以識別從布拉格光柵反射的輻射的波長中的變化，且因而測量布拉格光柵的測量位置處的升溫反應(yīng)器內(nèi)的溫度。在一些實施例中，傳感器線纜也是熱傳感器。例如，傳感器線纜為光纖。輻射源將輻射傳送至光纖中。一些輻射由于光纖的雜質(zhì)和其它特性而反射?？刂破鞣治龇瓷涞妮椛鋪泶_定沿光纖長度的一個或多個位置處的溫度。光纖起到沿其長度的一系列連續(xù)熱傳感器的作用。在一些實施例中，傳感器線纜為電線纜，且熱傳感器為聯(lián)接到傳感器線纜上的熱電偶?？刂破髀?lián)接到傳感器線纜上來與熱電偶電性地通信。在一些實施例中，傳感器線纜為電線纜，且熱傳感器為聯(lián)接到傳感器線纜上的電阻溫度裝置?？刂破髀?lián)接到傳感器線纜上來與電阻溫度裝置電性地通信。在其它實施例中，傳感器線纜可為光纖，而熱傳感器為電阻溫度裝置、熱電偶或提供電信號的其它傳感器。熱傳感器可通過變換器聯(lián)接到光纖上，變換器將電信號轉(zhuǎn)換成適于在光纖上傳送的光信號。在各種實施例中，熱傳感器可定位在材料處理組件的不同部分中。例如，一些升溫反應(yīng)器包含一個或多個冷卻元件，冷卻元件用于冷卻升溫反應(yīng)器其它構(gòu)件或升溫反應(yīng)器的內(nèi)容物。在一些實施例中，至少一些熱傳感器可定位在鄰近升溫反應(yīng)器的另一個元件(如耐火襯層)的冷卻元件的表面處，耐火襯層保護升溫反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)構(gòu)件免遭受升溫反應(yīng)器的熱內(nèi)容物。放置成鄰近其它元件的熱傳感器可用于監(jiān)測元件的狀況。升溫反應(yīng)器可具有各種類型的冷卻元件。例如，反應(yīng)器可具有由銅或帶有高導(dǎo)熱率的其它材料制成的冷卻塊。冷卻元件可從反應(yīng)器內(nèi)吸收熱?？赏ㄟ^輻射或?qū)α鞯街車h(huán)境中來從冷卻元件除去熱。在一些實施例中，還可通過設(shè)在冷卻元件中或設(shè)有冷卻元件的液體冷卻系統(tǒng)或氣體冷卻系統(tǒng)來從反應(yīng)器除去熱。反應(yīng)器的一些構(gòu)件可用于若干目的，包括反應(yīng)器的冷卻。例如，一些反應(yīng)器具有金屬外殼，金屬外殼提供用于反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)支承，且還用作了冷卻元件。金屬殼從反應(yīng)器的內(nèi)容物吸收熱。這些熱通過輻射和對流釋放到周圍環(huán)境中，因而冷卻反應(yīng)器。在一些實施例中，可用加壓空氣或其它冷卻系統(tǒng)來冷卻殼。在 一些實施例中，殼可包括嵌入的或表面安裝的氣體冷卻系統(tǒng)或液體冷卻系統(tǒng)?？偟膩碚f，從反應(yīng)器的內(nèi)容物或反應(yīng)器的另一個構(gòu)件吸收熱且被動地(通過輻射或?qū)α?或主動地(通過液體冷卻系統(tǒng)或氣體冷卻系統(tǒng))從反應(yīng)器除去熱的任何元件都是冷卻元件。在帶有冷卻元件的其它實施例中，至少一些熱傳感器可定位在冷卻元件內(nèi)。熱傳感器還可安裝成鄰近冷卻元件來監(jiān)測冷卻元件或材料處理組件的鄰近構(gòu)件。在具有包括氣體冷卻系統(tǒng)或液體冷卻系統(tǒng)的冷卻元件的實施例中，熱傳感器可定位成鄰近冷卻系統(tǒng)的構(gòu)件。在一些實施例中，傳感器線纜和熱傳感器可包在導(dǎo)管如金屬管內(nèi)。導(dǎo)管可用作用于傳感器線纜的保護性護套。導(dǎo)管還可便于將傳感器線纜和熱傳感器安裝在升溫反應(yīng)器內(nèi)。在一個方面，本公開內(nèi)容提供了一種用于感測升溫反應(yīng)器中的熱狀況的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括安裝在反應(yīng)器內(nèi)的冷卻元件；安裝到冷卻元件上的傳感器線纜；沿傳感器線纜的長度定位的兩個或多個熱傳感器；以及聯(lián)接到傳感器線纜上來接收來自于熱傳感器的信息的控制器。在一些實施例中，傳感器線纜沿路徑安裝到冷卻元件上，并且熱傳感器沿該路徑定位在所選測量位置處。在一些實施例中，熱傳感器為電阻溫度裝置，并且傳感器線纜將熱傳感器電性地聯(lián)接到控制器上來允許控制器與傳感器通信。在一些實施例中，熱傳感器為熱電偶，并且傳感器線纜將熱傳感器電性地聯(lián)接到控制器上來允許控制器與傳感器通信。在一些實施例中，傳感器線纜為光纖，并且熱傳感器為形成在光纖中的布拉格光柵。在一些實施例中，傳感器線纜為光纖，并且熱傳感器提供電信號，且各個熱傳感器均通過變換器聯(lián)接到傳感器線纜上。在一些實施例中，反應(yīng)器為冶金反應(yīng)器，且至少一些熱傳感器定位成用以監(jiān)測鄰近冷卻元件的反應(yīng)器的構(gòu)件。在一些實施例中，冷卻元件為出料塊。在一些實施例中，反應(yīng)器為具有出料塊的冶金反應(yīng)器，且至少一些熱傳感器定位成用以監(jiān)測出料塊。在一些實施例中，反應(yīng)器為鋁電解槽，且至少一些熱傳感器定位成用以監(jiān)測鋁電解槽的構(gòu)件。在一些實施例中，反應(yīng)器包括側(cè)板，且至少一些熱傳感器定位成用以監(jiān)測側(cè)板的溫度。在一些實施例中，反應(yīng)器為玻璃反應(yīng)器，且至少一些熱傳感器定位成用以監(jiān)測鄰近冷卻元件的反應(yīng)器的構(gòu)件。在一些實施例中，反應(yīng)器為感應(yīng)爐具，且至少一些熱傳感器定位成用以監(jiān)測鄰近冷卻元件的反應(yīng)器的構(gòu)件。在一些實施例中，反應(yīng)器為包括廢氣煙道的燃燒室，且至少一些熱傳感器定位成用以監(jiān)測廢氣煙道的溫度。在另一個方面，本公開內(nèi)容提供了一種用于感測升溫反應(yīng)器中的熱狀況的系統(tǒng)， 該系統(tǒng)包括熱保護性元件；傳感器線纜；沿傳感器線纜的長度定位且定位成用于監(jiān)測熱保護性元件的兩個或多個熱傳感器；以及聯(lián)接到傳感器線纜上來接收來自于熱傳感器的信息的控制器。在一些實施例中，反應(yīng)器具有冷卻元件，且至少一些熱傳感器定位成用于監(jiān)測鄰近冷卻元件處的熱狀況。在一些實施例中，反應(yīng)器具有冷卻元件，且至少一些熱傳感器定位成用于監(jiān)測冷卻元件內(nèi)的熱狀況。在一些實施例中，至少一些熱傳感器安裝在熱保護性元件內(nèi)。在一些實施例中，至少一些熱傳感器安裝成鄰近熱保護性元件。在一些實施例中，熱保護性元件為耐火襯層。在一些實施例中，反應(yīng)器為具有出料塊的冶金反應(yīng)器，且至少一些熱傳感器定位成用于監(jiān)測鄰近出料塊的反應(yīng)器的構(gòu)件。在一些實施例中，反應(yīng)器為具有出料塊的冶金反應(yīng)器，且至少一些熱傳感器定位成用以監(jiān)測出料塊。在一些實施例中，反應(yīng)器為具有冷卻元件的玻璃反應(yīng)器，且至少一些熱傳感器定位成用于監(jiān)測鄰近冷卻元件的反應(yīng)器的構(gòu)件。在一些實施例中，反應(yīng)器為具有冷卻元件的玻璃反應(yīng)器，且至少一些熱傳感器定位成用于監(jiān)測冷卻元件。在一些實施例中，反應(yīng)器為具有冷卻元件的感應(yīng)爐具，且至少一些熱傳感器定位成用于監(jiān)測鄰近冷卻元件的反應(yīng)器的構(gòu)件。在另一個方面，本公開內(nèi)容提供了一種用于感測升溫反應(yīng)器中的熱狀況的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括具有第一端和第二端的光纖；輻射源，其聯(lián)接到光纖的第一端上來用于將輻射傳送到光纖中；用于感測從光纖內(nèi)反射的輻射的輻射傳感器；控制器，其聯(lián)接到輻射傳感器上來感測從光纖內(nèi)反射的輻射且構(gòu)造成用以基于感測的輻射來測量反應(yīng)器內(nèi)的某一位置處的溫度。在一些實施例中，系統(tǒng)包括出料塊，且光纖安裝到出料塊上。在一些實施例中，系統(tǒng)包括安裝到出料塊上的導(dǎo)管，光纖定位在導(dǎo)管內(nèi)，且光纖的第二端能夠在導(dǎo)管內(nèi)滑動。在一些實施例中，光纖包括一個或多個布拉格光柵，輻射傳感器構(gòu)造成用以檢測從其中一個布拉格光柵反射的布拉格波長的輻射，且控制器構(gòu)造成用以在布拉格光柵定位處的區(qū)中測量反應(yīng)器中的溫度。在一些實施例中，光纖包括沿光纖的長度間隔開的多個布拉格光柵，各個布拉格光柵均調(diào)節(jié)成用以響應(yīng)于不同溫度狀況反射不同范圍的波長，且控制器構(gòu)造成用以通過控制輻射源來傳送對應(yīng)于特定布拉格光柵的輻射且響應(yīng)于通過輻射傳感器感測到的布拉格波長來測量特定布拉格光柵的位置處的溫度。在一些實施例中，系統(tǒng)還包括聯(lián)接到控制器上來向操作人員呈現(xiàn)測量的溫度的輸出裝置。在一些實施例中，光纖包括應(yīng)變消除單元。在另一個方面，根據(jù)本公開內(nèi)容的冶金爐具包括具有側(cè)板的殼；安裝在側(cè)板中的出料塊，出料塊具有冷面、熱面和出料通道；襯在鄰近熱面的側(cè)板的內(nèi)側(cè)上的壁耐火材料；安裝到冶金爐具上的光纖；用于將輻射傳送到光纖中的輻射源；用于感測從光纖內(nèi)反射的輻射的輻射傳感器；以及控制器，其聯(lián)接到輻射傳感器上用于基于通過輻射傳感器感測到的輻射來估計冶金爐具的至少一個位置中的溫度。在一些實施例中，光纖包括至少一個布拉格光柵，且光傳感器適于感測通過其中一個布拉格光柵反射的布拉格波長的福射。在一些實施例中，布拉格光柵定位在選自由以下構(gòu)成的組中的測量位置中熱面與壁耐火材料之間；壁耐火材料內(nèi)；以及鄰近熱面的出料塊內(nèi)。在一些實施例中，爐具包括襯在出料通道上的出料通道耐火材料，且布拉格光柵定位在選自由以下構(gòu)成的組中的測量位置中出料通道耐火材料內(nèi)；出料塊的表面與出料通道耐火材料之間；以及鄰近出料通道耐火材料的出料塊內(nèi)。在一些實施例中，爐具包括用于冷卻出料塊的冷卻系統(tǒng)，該冷卻系統(tǒng)包括嵌入到出料塊內(nèi)的一個或多個冷卻管，且布拉格光柵定位在選自由以下構(gòu)成的組的測量位置中鄰近其中一個冷卻管；其中一個冷卻管內(nèi)；帶有大體上定位在布拉格光柵與出料通道之間的冷卻管的出料塊內(nèi)；以及帶有大體上定位在布拉格光柵與熱面之間的冷卻管的出料塊內(nèi)。在一些實施例中，光纖安裝在導(dǎo)管內(nèi)。在一些實施例中，爐具包括聯(lián)接到控制器上來基于感測的波長呈現(xiàn)溫度讀數(shù)的輸出裝置。在另一個方面，本公開內(nèi)容提供了一種感測冶金爐具中的熱狀況的方法，該方法包括將出料塊設(shè)在冶金爐具的壁中；將光纖至少部分地安裝在冶金爐具內(nèi)；將輻射傳送到光纖中；感測來自于光纖的反射信號；以及基于反射信號來測量沿光纖的長度的某一測量位置處的溫度。在一些實施例中，安裝光纖包括將導(dǎo)管安裝在出料塊上來容納光纖；以及將光纖安裝到導(dǎo)管內(nèi)。在一些實施例中，安裝光纖包括首先將光纖安裝到出料塊上，且然后將出料塊安裝在冶金爐具的壁 中。在一些實施例中，安裝光纖包括將引出線安裝在導(dǎo)管內(nèi)；將導(dǎo)管安裝到出料塊上；以及通過以下步驟將光纖安裝到導(dǎo)管內(nèi)將光纖聯(lián)接到引出線上；以及將光纖拉入導(dǎo)管中。一些實施例包括在將引出線與導(dǎo)管安裝好之后，使導(dǎo)管彎曲成適于安裝到出料塊上的形狀。在一些實施例中，光纖包括沿光纖的長度間隔開的多個布拉格光柵，將輻射傳送到光纖中包括傳送具有對應(yīng)于特定布拉格光柵的波長范圍的輻射，且感測反射信號包括識別反射的輻射的布拉格波長。在一些實施例中，該方法包括呈現(xiàn)測量的溫度。在一些實施例中，該方法包括將測量的溫度與特定布拉格光柵的測量位置一起呈現(xiàn)。本公開內(nèi)容的另一個方面提供了一種感測升溫反應(yīng)器中的多個測量位置處的溫度的方法，該方法包括將光纖安裝在反應(yīng)器中，其中光纖包括多個布拉格光柵；選擇在其中一個測量位置處的特定布拉格光柵；將處于對應(yīng)于所選布拉格光柵的波長范圍下的輻射傳送到光纖中；感測通過所選的布拉格光柵反射的輻射；基于感測的輻射的波長來確定溫度；以及重復(fù)選擇布拉格光柵、傳送輻射、感測反射的輻射和確定針對各個測量位置的溫度的步驟。在一些實施例中，安裝光纖包括將至少一個布拉格光柵定位在反應(yīng)器中的所選位置中。在一些實施例中，該方法包括選擇光纖，使得布拉格光柵間隔開，使得在光纖安裝在反應(yīng)器中時，至少一個布拉格光柵定位在所選位置中。在一些實施例中，安裝光纖包括將多個布拉格光柵定位在反應(yīng)器中的所選位置中。在一些實施例中，反應(yīng)器包括具有熱面和壁耐火材料的出料塊，且安裝光纖包括將至少一個布拉格光柵定位在選自由以下構(gòu)成的組中的測量位置中熱面與壁耐火材料之間；壁耐火材料內(nèi)；以及鄰近熱面的出料塊內(nèi)。在一些實施例中，反應(yīng)器包括具有出料通道的出料塊，該出料通道襯有出料通道耐火材料，且安裝光纖包括將至少一個布拉格光柵定位在選自由以下構(gòu)成的組中的測量位置中出料通道耐火材料內(nèi)；出料塊的表面與出料通道耐火材料之間；以及鄰近出料通道耐火材料的出料塊內(nèi)。在一些實施例中，反應(yīng)器包括出料塊，出料塊具有嵌入出料塊內(nèi)的冷卻系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)包括一個或多個冷卻管，且安裝光纖包括將至少一個布拉格光柵定位在選自由以下構(gòu)成的組的測量位置中鄰近其中一個冷卻管；在其中一個冷卻管內(nèi)；在帶有大體上定位在布拉格光柵與出料通道之間的冷卻管的出料塊內(nèi)；以及在帶有大體上定位在布拉格光柵與熱面之間的冷卻管的出料塊內(nèi)。本公開內(nèi)容的另一個方面提供了一種用于感測材料處理組件中的熱狀況的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括受到升溫的構(gòu)件；安裝到構(gòu)件上的傳感器線纜；沿傳感器線纜的長度定位的兩個或多個熱傳感器；以及聯(lián)接到傳感器線纜上來接收來自于熱傳感器的信息的控制器。在一些實施例中，材料處理組件為升溫反應(yīng)器，且構(gòu)件為反應(yīng)器的冷卻元件。在一些實施例中，反應(yīng)器包括頂板，且至少一些熱傳感器定位成用以監(jiān)測頂板的溫度。在一些實施例中，材料處理組件為升溫反應(yīng)器，且構(gòu)件為反應(yīng)器的熱保護性元件。在一些實施例中，升溫反應(yīng)器為冶金爐具，且構(gòu)件為出料塊。在一些實施例中，材料處理組件為玻璃爐具，且構(gòu)件為玻璃爐具的冷卻元件/加熱元件。
在一些實施例中，材料處理組件為感應(yīng)爐具，且構(gòu)件為感應(yīng)爐具的冷卻元件。 在一些實施例中，其中材料處理組件為金屬鑄造組件，且構(gòu)件為模具。在一些實施例中，構(gòu)件為冷卻元件。在一些實施例中，構(gòu)件受到破壞，或鄰近受到破壞的元件。在一些實施例中，傳感器線纜沿路徑安裝到構(gòu)件上，且熱傳感器沿該路徑定位在所選的測量位置處。在一些實施例中，熱傳感器為電阻溫度裝置，且傳感器線纜將熱傳感器電性地聯(lián)接到控制器上來允許控制器與傳感器通信。在一些實施例中，熱傳感器為熱電偶，且傳感器線纜將熱傳感器電性地聯(lián)接到控制器上來允許控制器與傳感器通信。在一些實施例中，傳感器線纜為光纖，且熱傳感器為形成在光纖中的布拉格光柵。本公開內(nèi)容的另一個方面提供了一種用于感測材料處理組件中的熱狀況的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括具有第一端和第二端的光纖；輻射源，其聯(lián)接到光纖的第一端上來用于將輻射傳送到光纖中；用于感測從光纖內(nèi)反射的輻射的輻射傳感器；控制器，其聯(lián)接到輻射傳感器上來感測從光纖內(nèi)反射的輻射，且構(gòu)造成用以基于感測的輻射來測量材料處理組件內(nèi)的某一位置處的溫度。在下文的各種示例性實施例的描述中描述了本發(fā)明的附加方面。


現(xiàn)在將參照圖來詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，在附圖中
圖I為冶金爐具的局部斷面 圖2為示出圖I中的冶金爐具的出料塊和其它構(gòu)件的截面 圖3為示出圖I中的出料塊和其它構(gòu)件的透視 圖4示出了圖I中的冶金爐具的熱感測系統(tǒng)；
圖5示出了用于將光纖安裝在導(dǎo)管中的方法；
圖6示出了圖4中的熱感測系統(tǒng)的光纖；
圖7示出了圖2和圖3中的出料塊的冷卻系統(tǒng)；
圖8為不出熱傳感器可定位在此處的圖2和圖3中的出料塊中和出料塊附近的各種不例性位置的局部斷面透視 圖9a為示出熱傳感器可在冶金反應(yīng)器中安裝此處的若干位置的截面圖；圖9b示出了在圖9a中的位置處感測到的溫度；
圖10示出了安裝在耐火襯層中的光纖；
圖11為安裝在氣化器噴嘴中的熱感測系統(tǒng)的局部斷面透視 圖12為安裝在鼓風(fēng)爐具壁板中的熱感測系統(tǒng)的透視 圖13為連續(xù)鑄造組件的示意性簡 圖14為圖13中的連續(xù)鑄造組件的模具的透視簡圖，示出了安裝到模具上的熱感測系
統(tǒng)；
圖15a為沿圖14中的線15-15截取的截面，示意性地示出了連續(xù)鑄造組件的正常操作期間的金屬殼的成型；
圖15b為沿圖14中的線15-15截取的截面，示意性地示出了連續(xù)鑄造組件的異常操作期間的金屬殼的成型；
圖15c為示出在圖15a和圖15b中的模具中測量的溫度曲線的圖表；
圖16為另一冶金爐具的局部斷面 圖17A為另一冶金爐具的透視 圖17B為圖17A中的圓圈17B中所示出的區(qū)的放大視 圖17C為沿圖17B中的線17C-17C截取的截面；以及 圖18為閃速爐具的局部斷面圖。圖僅用于示出，且并未按比例繪制。
具體實施例方式所描述的實施例示出了用于材料處理組件(如升溫反應(yīng)器或材料成型組件)的熱感測系統(tǒng)的示例性系統(tǒng)和方法。下文在各種材料處理組件的背景下示出了本發(fā)明的各種示例性實施例。所描述和所示出的實施例在監(jiān)測受到材料處理組件中的升溫的各種部分和構(gòu)件中的熱狀況中具有特定的用途。例如，所描述和所示出的實施例可用于監(jiān)測升溫反應(yīng)器的各種部分和構(gòu)件中的熱狀況，升溫反應(yīng)器包括冶金反應(yīng)器(如冶金爐具)、感應(yīng)爐具、閃速爐具和鋁電解槽；玻璃反應(yīng)器，如玻璃爐具；氣化反應(yīng)器；以及陶瓷通風(fēng)擴散器。作為備選，所述描和所示出的實施例可用于監(jiān)測材料成型組件如金屬鑄造組件的各種部分和構(gòu)件中的熱狀況。例如，各種部分和構(gòu)件可包括冷卻元件(如出料塊或模具)、熱保護性元件(如耐火襯層)，或其它元件(如組件的側(cè)壁或煙道)。首先對圖I進行參照，圖I示出了爐具100。在所示出的實施例中，爐具100為冶金爐具。然而，在備選實施例中，爐具100可為感應(yīng)爐具。冶金爐具100為冶金反應(yīng)器,冶金反應(yīng)器可用于熔化金屬進料來將金屬成分與廢物成分分離開，且為一種類型的升溫反應(yīng)器。爐具100具有金屬殼102，金屬殼102包括側(cè)板104和底板106。爐具100還具有頂板108，頂板108可安裝在金屬殼102上來將容納爐具100內(nèi)的熔化操作或熔煉操作。在一些實施例中，頂板108可包括懸置在金屬殼102上方的多個耐火兀件。在其它實施例中，頂板108可為液體冷卻的銅頂板或鋼頂板，或可具有另一構(gòu)造。在一些實施例中，可除去頂板108，以便允許將進料加入爐具100中。在其它實施例中，頂板108可保持在固定位置中，且構(gòu)造成用以允許通過適合的開口加入進料。通常，側(cè)板104和底板106由金屬如鋼制成。爐具100還具有多個電極110，電極110通過頂板108中的開口可延伸到爐具100中。通過電源112來電性地向電極110供電，以便在爐具110內(nèi)產(chǎn)生熱來將進料熔化成熔融金屬相114和熔渣相116。在其它實施例中，可使用不同的系統(tǒng)來用于加熱進料。例如，代替電弧極，一些實施例可具有電感應(yīng)加熱系統(tǒng)或燒燃料的焚燒器來用于熔化進料。側(cè)板104具有安裝在側(cè)板104中的出料塊120。出料塊120具有出料孔或出料通道122。在該示例性實施例中，出料塊120由銅形成。在其它實施例中，出料塊可由包括其它金屬的其它材料形成。側(cè)板104、底板106和出料塊120襯有耐火材料126。側(cè)板104襯有壁耐火材料127。底板106襯有爐床耐火材料131。出料通道122襯有出料通道耐火材料128。壁耐火材料127、爐床耐火材料131和出料通道耐火材料128與彼此是連續(xù)的，提供了連續(xù)的保護
性屏障來用于金屬側(cè)板104、底板106和出料塊120。爐具100具有出料塊冷卻系統(tǒng)166 (圖7)，冷卻系統(tǒng)166包括水泵168、熱交換器169和嵌入出料塊內(nèi)的水管70。出料塊120為冶金反應(yīng)器中的冷卻元件的實例。出料塊120從爐具100和出料通道122中的熔融材料吸收熱。冷卻系統(tǒng)166從出料塊120除去熱。出料塊120用于雙重目的，即，既提供出料通道來從爐具100除去熔融材料，又還用以向出料塊120內(nèi)和鄰近出料塊120的耐火材料126提供冷卻。其它類型的冷卻元件可設(shè)在金屬反應(yīng)器中。例如，可僅為了或主要為了冷卻反應(yīng)器的部分如耐火襯層126、頂板108、殼102、爐床或其它構(gòu)件的目的來提供冷卻元件，這些部分中的一些自身可為冷卻元件。爐具100還包括用于感測出料塊120內(nèi)的大量點處的溫度的熱感測系統(tǒng)172(圖4)。熱感測系統(tǒng)172包括控制器160、光學(xué)收發(fā)器162、導(dǎo)管150和光纖164。參照圖2，更為詳細地示出了出料塊120和爐具100的鄰近部分。側(cè)板104的內(nèi)側(cè)上的壁耐火材料127由耐火磚130形成。壁耐火材料127的熱面129面對爐具的內(nèi)側(cè)和爐具內(nèi)的熔融材料。出料塊120具有面對爐具100的內(nèi)側(cè)的熱面132和出料側(cè)或冷面134。出料通道耐火材料128由耐火磚130形成。出料通道122從冷面134延伸，穿過出料塊120的熱面132，且進入爐具100的內(nèi)部。出料通道122示出為用粘土 136塞住，粘土 136防止熔融金屬和熔渣通過出料通道122離開爐具100，直到期望程度。當(dāng)足夠的金屬或渣已經(jīng)在爐具100中熔化時，打開出料通道122。操作人員使用鉆機來破壞粘土塞136，且使用氧氣噴槍來熔化來自于出料通道122的凝固金屬，允許從爐具100引出熔融金屬或熔渣。當(dāng)已經(jīng)從爐具100引出足夠的熔融金屬114或熔渣116時，將粘土 136注入出料通道122中，從而停止了金屬或渣的流動。以各種磨損的階段示出出料通道122中和出料通道122附近的耐火材料126。例如，耐火材料126可變薄(在參考標(biāo)號140處)或破裂(在參考標(biāo)號142處)。壁耐火材料127趨于在其熱面129處磨損。耐火材料126可由于熱膨脹和熱收縮而移位，在一些情況下會在耐火材料126中造成裂紋。當(dāng)耐火材料126移位時，耐火材料126可在磚之間的間隙144處破壞或衰退。出料塊120附近的耐火材料126常常比爐具100的其它區(qū)域中的耐火材料磨損得更快速。出料通道122的重復(fù)出料導(dǎo)致出料塊120附近的耐火材料126上的重復(fù)熱應(yīng)力和重復(fù)機械應(yīng)力。熔融金屬和熔渣通過出料塊120的流動導(dǎo)致熱應(yīng)力。將濕粘土注入出料通道122中來在出料過程結(jié)束時停止熔融材料從爐具100的流動。當(dāng)濕粘土變硬時，濕粘土在鄰近爐具的壁耐火材料127處放出氣體，導(dǎo)致爐具內(nèi)容物的強烈攪動，且增大了出料通道122附近的側(cè)壁耐火材料127的磨損。緊接著在出料通道122上方的出料塊120的部分稱為斜面區(qū)域146。出料通道上方且鄰近斜面區(qū)域146的壁耐火材料127由于從固化的粘土釋放的氣體 的攪動效果而通常是耐火材料126上磨損最大的部分。當(dāng)耐火材料126磨損時，增加的來自于爐具100中的熔融材料的熱到達出料塊120的熱面132。在出料期間，行進穿過出料通道122的增加的來自于熔融材料的熱到達出料通道122的金屬壁?？赏ㄟ^測量耐火材料126、出料塊120和爐具100的其它部分中的各種點處的溫度來評定剩余的耐火襯層126的厚度和其它狀況。接下來對圖3進行參照，圖3示出了出料塊120。出料塊120具有在其頂表面152和熱面132上的一系列凹槽148。導(dǎo)管150安裝在凹槽148中。導(dǎo)管150從第一端154連續(xù)地延伸，穿過出料塊120的頂側(cè)152，圍繞熱面132上的出料通道122的開口，且返回穿過頂側(cè)152，且結(jié)束于第二端156處。參照圖2，當(dāng)出料塊120安裝在爐具100中時，熱面132鄰近壁耐火材料127。導(dǎo)管150的區(qū)段158定位成鄰近斜面區(qū)域146。在其它實施例中，出料塊120可具有光滑的熱面132或其熱面132上的任何輪廓。導(dǎo)管150可定位為鄰近熱面132或安裝到熱面132上。接下來對圖4進行參照，圖4示出了熱感測系統(tǒng)172。控制器160可為能夠控制光學(xué)收發(fā)器162的操作和接收來自于光學(xué)收發(fā)器162的信息的計算裝置的任何形式。例如，控制器160可為計算機、微處理器、微控制器、專用集成電路或編程為或適于對接、控制和接收來自于收發(fā)器162的數(shù)據(jù)的其它裝置。光纖164定位在導(dǎo)管150內(nèi)，且在該實施例中，光纖164從第一端154到第二端156延伸穿過導(dǎo)管的長度。較小長度的光纖164從第二端156延伸出。導(dǎo)管150的第一端154安裝到收發(fā)器162上。收發(fā)器162包括能夠產(chǎn)生一定頻帶內(nèi)的輻射的可控制的輻射傳送器或輻射源171，以及能夠檢測輻射的輻射傳感器173。光纖164在導(dǎo)管150的第一端154處聯(lián)接到收發(fā)器162上，使得輻射源171可沿光纖164傳送輻射，且傳感器173可感測從光纖164反射回的輻射。在第二端156處，光纖164沿導(dǎo)管150的長度自由滑動。光纖164響應(yīng)于溫度中的變化，且在其加熱或冷卻時，沿長度方向膨脹和收縮。通過保留光纖164的一端在導(dǎo)管150內(nèi)自由滑動，減小了由于溫度中的變化造成的光纖164上的機械應(yīng)力。輻射源171響應(yīng)于來自于控制器160的控制信號來產(chǎn)生處于不同波長的輻射。輻射可在可見光譜中或在能夠在光纖164上傳送的其它光譜中。接下來對圖5進行參照，圖5示出了將光纖164安裝到導(dǎo)管150中的方法500。方法500始于步驟502，其中引出線520安裝在導(dǎo)管中150。在本實施例中，導(dǎo)管150為奧氏體鎳鉻合金管路。適合的奧氏體鎳鉻合金材料的一個實例為Inconel ，Inconel 可從美國紐約州New Hartford的Special Metals公司獲得。在其它實施例中，導(dǎo)管150可由另一種材料如鎳鉻合金、銅或另一種金屬制成。總的來說，導(dǎo)管150應(yīng)當(dāng)為導(dǎo)熱的，且對抗熱應(yīng)力、機械應(yīng)力和腐蝕。引出線520可為釣魚線、撓性鋼線或撓性不銹鋼線，或另一種材料。在一些實施例中，將潤滑引出線520來允許其容易地插入導(dǎo)管150中且容易地在導(dǎo)管150內(nèi)移動。例如，可用石墨來潤滑引出線520。
在其它實施例中，導(dǎo)管150在其為直的或大體上直的時，在內(nèi)部潤滑。例如，潤滑劑如石墨從一端或兩端噴入或以其它方式放置到導(dǎo)管150中。導(dǎo)管150可保持直立，以便允許潤滑劑沿導(dǎo)管150的長度行進。然后，推動引出線520穿過導(dǎo)管150的長度，以便引出線520從兩端延伸。在一些實施例中，引出線520的長度是導(dǎo)管150的兩倍還不止。盡管引出線520可由各種材料制成，但發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)撓性金屬引出線520如不銹鋼引出線能夠容易地經(jīng)受方法500的剩余步驟和爐具100的操作。然后，方法進行至步驟504，其中帶有安裝在導(dǎo)管內(nèi)的引出線520的導(dǎo)管150彎曲成用于安裝在出料塊120上所需要的形狀。在本示例性實施例中，導(dǎo)管150彎曲成圖3和圖4中所示出的形狀，以便配合在出料塊120上的凹槽148內(nèi)。然后，方法500進行至步驟506，如圖3中所示出的，其中定形的導(dǎo)管150安裝在出料塊120上。在該實施例中，導(dǎo)管150壓配合到出料塊120中的凹槽148中。導(dǎo)管150還 可通過焊接、粘合劑、機械緊固件(如鉚釘、螺釘或固線器)，或任何其它器件在出料塊120上保持就位。然后，方法500進行至步驟508，其中將光纖164安裝在導(dǎo)管150中。光纖164的一端附接到鄰近導(dǎo)管150的第一端154或第二端156的引出線520上。包括帶連接、粘合或機械聯(lián)接的任何方法都可附接引出線520和光纖164。例如，可用在引出線150和光纖164兩者上拉成的套圈524來將光纖164和引出線520纏在一起。然后，從導(dǎo)管150的相對端拉動引出線520穿過導(dǎo)管150，直到拉動光纖164穿過導(dǎo)管150且拉出相對端。注意，在圖5中未以與步驟508關(guān)聯(lián)的方式示出出料塊120。然后，方法500進行至步驟510，其中光纖164與引出線520分開，允許光纖164獨立于引出線520在導(dǎo)管150內(nèi)自由地滑動?？稍试S光纖164從導(dǎo)管150的一端延伸，或可切割光纖164，以便使光纖保留在導(dǎo)管150內(nèi)?？蓮膶?dǎo)管150除去引出線520，或引出線520可與光纖164 —起保留在導(dǎo)管150內(nèi)。如果將引出線520保留在導(dǎo)管150內(nèi)，則引出線可足夠長，使得引出線從導(dǎo)管150的第一端154和第二端156兩者一直延伸，從而允許來回拉動引出線來將另一根光纖安裝在導(dǎo)管150中。出于此目的，引出線520可以是導(dǎo)管150的長度的兩倍還不止。然后，方法500進行至步驟512，其中將光纖164聯(lián)接到光學(xué)收發(fā)器162上。然后，方法500結(jié)束。方法500僅為將光纖164安裝在導(dǎo)管150中的一個方法的實例。許多其它方法也是可能的。例如，取決于光纖經(jīng)受推動穿過導(dǎo)管150的機械應(yīng)力的能力，在有或沒有潤滑劑的情況下，可簡單地推動光纖穿過導(dǎo)管150的長度?？赏苿右鼍€520穿過彎曲的導(dǎo)管150，且然后引出線520用于拉入光纖164?？捎脡嚎s空氣吹動引出線520穿過。在一些情況下，可吹動重量輕的第一引出線穿過導(dǎo)管150，且然后重量輕的第一引出線用于拉動較重的引出線穿過，然后，較重的引出線用于拉入光纖164。任何此種技術(shù)和其它技術(shù)都可用于將光纖164安裝在導(dǎo)管150中。光纖164可在出料塊120安裝在爐具100上之前或之后安裝在出料塊120中。例如，出料塊120可在步驟506與步驟508之間安裝在爐具100上。考慮光纖164的特性來確定導(dǎo)管150的形狀。例如，光纖164將具有最小彎曲半徑，超過該最小彎曲半徑可能會危害其光學(xué)性質(zhì)。光纖164還可具有最大軸向應(yīng)變限制和其它機械限制。導(dǎo)管150的形狀和尺寸和在步驟502中使用的潤滑劑選擇成使得在爐具100的安裝或操作期間不會破壞光纖164。對圖6進行參照。光纖164具有形成在于光纖164中的一系列布拉格光柵176(其也可稱為光纖布拉格光柵或光纖中的布拉格光柵和其它名稱)。各個布拉格光柵176均通過改變光纖164的纖維芯的折射率來形成。改變造成了選擇性光反射鏡，反射鏡反射某一波長(稱為布拉格波長λΒ)的輻射。通過布拉格光柵176的結(jié)構(gòu)來確定各個布拉格光柵176的布拉格波長。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已獲知用于形成此種布拉格光柵176的技術(shù)。光纖164對溫度敏感。當(dāng)光纖164的區(qū)的溫度改變時，該區(qū)膨脹和收縮。該區(qū)中的布拉格光柵176的布拉格波長隨著布拉格光柵176膨脹和收縮而改變。相比較于已知溫度下的布拉格波長可通過對任何時間下的光纖164的布拉格波長進行比較確定光纖164的區(qū)中的溫度變化。
還可通過光纖164上的機械應(yīng)力來影響光纖164的區(qū)的布拉格波長。通過允許導(dǎo)管150的第二端156處的光纖164的自由端在導(dǎo)管內(nèi)滑動，就減小了光纖164中的機械應(yīng)力，且還減小了對布拉格波長的任何對應(yīng)的影響。在該實施例中，光纖164具有間隔開大約IOcm的一系列布拉格光柵176。在其它實施例中，光纖164可具有間隔開較近或間隔開較遠的布拉格光柵176。布拉格光柵176可在特定位置處形成于光纖164中，使得布拉格光柵176在爐具100的操作期間定位在出料塊120內(nèi)或鄰近出料塊120的特定點處。光纖164為傳感器線纜，傳感器線纜將收發(fā)器162聯(lián)接到布拉格光柵176上，布拉格光柵176操作為熱傳感器。各個布拉格光柵176均調(diào)節(jié)成用以在爐具100的操作期間，在期待的溫度狀況下反射不同波長范圍的輻射。在本實施例中，相關(guān)的溫度范圍可范圍從室溫至200°C以上。在其它實施例中，應(yīng)用至較高的溫度是可能的。選擇光纖164且形成布 拉格光柵176來允許感測穿過所期望的范圍的溫度。為了確定各個布拉格光柵176的位置處的溫度,控制器160操作光學(xué)收發(fā)器162來穿過對應(yīng)于布拉格光柵176的波長范圍將福射傳送至光纖164中。通過布拉格光柵176反射回一些傳送的輻射。反射的輻射的布拉格波長可用于確定布拉格光柵176的測量位置處的溫度。在一些實施例中，這可通過使用查找表或公式來完成，查找表或公式指出各個反射的布拉格波長的對應(yīng)溫度。在其它實施例中，這可通過將反射的布拉格波長與對應(yīng)的已知溫度下的先前已知的相同布拉格光柵176的布拉格波長相比較來完成，或通過其它方法來完成。參照圖6B，在一些實施例中，即使在光纖164的端部沿軸向自由地移動時，一個或多個光纖164也可能對應(yīng)變敏感。因此，可選地使用包括應(yīng)變消除組件165的備選光纖164b。各個應(yīng)變消除組件165均包括殼體167，光纖164b的一部分收納在殼體167中。在殼體167內(nèi)的兩個間隔開的測量位置175，177處將光纖164b固定到殼體167上。測量位置175與測量位置177之間的光纖164b的部分179具有大于測量位置175與測量位置177之間的距離的長度，以便部分179包括一些松弛部，且減小或防止了部分179中的應(yīng)變。布拉格光柵176形成在該部分179中，從而總體上減小或防止了光纖164b上的應(yīng)變影響布拉格光柵176的操作。在各種實施例中，帶有應(yīng)變消除組件的光纖可在導(dǎo)管中使用，或在沒有導(dǎo)管的情況下使用。接下來將對圖3進行參照。在參考標(biāo)號176處示出了導(dǎo)管150內(nèi)的各種布拉格光柵176的位置。基本上，各個布拉格光柵176均操作為獨立的溫度傳感器。使用帶有整體結(jié)合的布拉格光柵溫度傳感器的光纖164允許相對較大數(shù)量的傳感器定位在出料塊120內(nèi)。在爐具100的操作期間，可通過控制器160來獨立地確定各個布拉格光柵176處的溫度?？苫谝粋€或多個布拉格光柵176處的溫度來限定各種不可接受的溫度狀況。如果任何不可接受的溫度狀況出現(xiàn)，則控制器160可編程為用以指出該狀況或用以自動地觸發(fā)爐具100的操作中的變化，如使得爐具100停機或一些其它動作。布拉格光柵176a_176c定位成鄰近壁耐火材料127 (圖2)的斜面區(qū)域146，在許多情況下，壁耐火材料127的斜面區(qū)域146表現(xiàn)出比耐火材料126 (圖2)的其它區(qū)域更大的磨損。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，監(jiān)測鄰近壁耐火材料127(圖2)的斜面區(qū)域146的出料塊的熱面132 (圖2)上的溫度提供了斜面區(qū)域耐火材料的過度磨損的所期望的早期指示。接下來對圖7進行參照，圖7示出了冷卻系統(tǒng)166。水泵168泵送水穿過管170，管170是在銅出料塊120內(nèi)沿出料通道122的長度且鄰近熱面132的鑄件。熱交換器169在水循環(huán)時從水中除去熱。來自于熔融金屬和熔渣的熱穿透過壁耐火材料127 (圖2)和出料通道耐火材料128至銅出料塊120，在該處，由于銅的高導(dǎo)熱率，故熱容易地通過出料塊120擴散。水冷卻系統(tǒng)166從出料塊120除去熱，冷卻銅出料塊120和鄰近的耐火材料126兩者。圖7和其它圖中所示出的冷卻系統(tǒng)166和相比較于冷卻元件(如出料塊120)中的典型冷卻系統(tǒng)相對簡化。在一些實施例中，冷卻系統(tǒng)166可包含用以冷卻熱面132或出料通道122的若干管。參照圖8，熱感測系統(tǒng)172 (圖4)可用于監(jiān)測出料塊120內(nèi)、出料塊120的表面處和出料塊120附近的大量位置或測量位置處的溫度?？杀O(jiān)測該處溫度的一些測量位置包括
權(quán)利要求
1.一種用于感測升溫反應(yīng)器中的熱狀況的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 安裝在所述反應(yīng)器內(nèi)的冷卻元件； 安裝到所述冷卻元件上的傳感器線纜； 沿所述傳感器線纜的長度定位的兩個或多個熱傳感器；以及 聯(lián)接到所述傳感器線纜上來接收來自于所述熱傳感器的信息的控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器線纜沿路徑安裝到所述冷卻元件上，并且其中所述熱傳感器沿所述路徑定位在所選測量位置處。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱傳感器為電阻溫度裝置，并且所述傳感器線纜將所述熱傳感器電性地聯(lián)接到所述控制器上來允許所述控制器與所述傳感器通信。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱傳感器為熱電偶，并且所述傳感器線纜將所述熱傳感器電性地聯(lián)接到所述控制器上來允許所述控制器與所述傳感器通信。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器線纜為光纖，并且所述熱傳感器為形成在所述光纖中的布拉格光柵。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括用于減小所述光纖的一個或多個對應(yīng)部分上的應(yīng)變的一個或多個應(yīng)變消除組件，并且其中一個或多個所述布拉格光柵形成在所述光纖的對應(yīng)部分中。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器線纜為光纖，并且所述熱傳感器提供電信號，并且其中各個熱傳感器均通過變換器聯(lián)接到所述傳感器線纜上。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至權(quán)利要求7中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述反應(yīng)器為冶金反應(yīng)器，并且其中至少一些所述熱傳感器定位成用以監(jiān)測鄰近所述冷卻元件的所述反應(yīng)器的構(gòu)件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻元件為出料塊。
10.根據(jù)權(quán)利要求I至權(quán)利要求7中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述反應(yīng)器為具有出料塊的冶金反應(yīng)器，并且其中至少一些所述熱傳感器定位成用以監(jiān)測所述出料塊。
11.根據(jù)權(quán)利要求I至權(quán)利要求7中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述反應(yīng)器為鋁電解槽，并且其中至少一些所述熱傳感器定位成用以監(jiān)測所述鋁電解槽的構(gòu)件。
12.根據(jù)權(quán)利要求I至權(quán)利要求7中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述反應(yīng)器包括側(cè)板，并且其中至少一些所述熱傳感器定位成用以監(jiān)測所述側(cè)板的溫度。
13.根據(jù)權(quán)利要求I至權(quán)利要求7中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述反應(yīng)器為玻璃反應(yīng)器，并且其中至少一些所述熱傳感器定位成用以監(jiān)測鄰近所述冷卻元件的所述反應(yīng)器的構(gòu)件。
14.根據(jù)權(quán)利要求I至權(quán)利要求7中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述反應(yīng)器為感應(yīng)爐具，并且至少一些所述熱傳感器定位成用以監(jiān)測鄰近所述冷卻元件的所述感應(yīng)爐具的構(gòu)件。
15.根據(jù)權(quán)利要求I至權(quán)利要求7中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述反應(yīng)器為包括廢氣煙道的燃燒室，并且其中至少一些所述熱傳感器定位成用以監(jiān)測所述燃燒室和所述廢氣煙道的溫度。
16.一種用于感測升溫反應(yīng)器中的熱狀況的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 熱保護性元件； 傳感器線纜； 沿所述傳感器線纜的長度定位且定位成用以監(jiān)測所述熱保護性元件的兩個或多個熱傳感器；以及 聯(lián)接到所述傳感器線纜上來接收來自于所述熱傳感器的信息的控制器。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征有于，所述反應(yīng)器具有冷卻元件，并且其中至少一些所述熱傳感器定位成用以監(jiān)測鄰近所述冷卻元件處的熱狀況。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征有于，所述反應(yīng)器具有冷卻元件，并且其中至少一些所述熱傳感器定位成用以監(jiān)測鄰近所述冷卻元內(nèi)的熱狀況。
19.根據(jù)權(quán)利要求16至權(quán)利要求18中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，至少一些所述熱傳感器安裝在所述熱保護性元件內(nèi)。
20.根據(jù)權(quán)利要求16至權(quán)利要求18中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，至少一些所述熱傳感器安裝成鄰近所述熱保護性元件。
21.根據(jù)權(quán)利要求16至權(quán)利要求20中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱保護性元件為耐火襯層。
22.根據(jù)權(quán)利要求16至權(quán)利要求21中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述反應(yīng)器為具有出料塊的冶金反應(yīng)器，并且其中至少一些所述熱傳感器定位成用以監(jiān)測鄰近所述出料塊的所述反應(yīng)器的構(gòu)件。
23.根據(jù)權(quán)利要求16至權(quán)利要求21中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述反應(yīng)器為具有出料塊的冶金反應(yīng)器，并且其中至少一些所述熱傳感器定位成用以監(jiān)測所述出料塊。
24.根據(jù)權(quán)利要求16至權(quán)利要求21中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述反應(yīng)器為具有冷卻元件的玻璃反應(yīng)器，并且其中至少一些所述熱傳感器定位成用以監(jiān)測鄰近所述冷卻元件的所述反應(yīng)器的構(gòu)件。
25.根據(jù)權(quán)利要求16至權(quán)利要求21中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述反應(yīng)器為具有冷卻元件的感應(yīng)爐具，并且至少一些所述熱傳感器定位成用以監(jiān)測鄰近所述冷卻元件的所述反應(yīng)器的構(gòu)件。
26.根據(jù)權(quán)利要求16至權(quán)利要求21中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述反應(yīng)器為具有冷卻元件的玻璃反應(yīng)器，并且其中至少一些所述熱傳感器定位成用以監(jiān)測所述冷卻元件。
27.一種用于感測升溫反應(yīng)器中的熱狀況的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 具有第一端和第二端的光纖； 輻射源，其聯(lián)接到所述光纖的第一端上來用于將輻射傳送到所述光纖中； 用于感測從所述光纖內(nèi)反射的輻射的輻射傳感器； 控制器，其聯(lián)接到所述輻射傳感器上來感測從所述光纖內(nèi)反射的輻射，且構(gòu)造成用以基于所述感測的輻射來測量所述反應(yīng)器內(nèi)的某一位置處的溫度。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括出料塊，其中所述光纖安裝到所述出料塊上。
29.根據(jù)權(quán)利要求27或權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括安裝到所述出料塊上的導(dǎo)管，其中所述光纖定位在所述導(dǎo)管內(nèi)，并且其中所述光纖的第二端能夠在所述導(dǎo)管內(nèi)滑動。
30.根據(jù)權(quán)利要求27至權(quán)利要求29中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖包括一個或多個布拉格光柵，其中所述輻射傳感器構(gòu)造成用以檢測從其中一個所述布拉格光柵反射的布拉格波長的輻射，并且其中所述控制器構(gòu)造成用以在所述布拉格光柵定位處的所述區(qū)中測量所述反應(yīng)器中的溫度。
31.根據(jù)權(quán)利要求27至權(quán)利要求30中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖包括沿所述光纖的長度間隔開的多個布拉格光柵，其中各個所述布拉格光柵均調(diào)節(jié)成用以響應(yīng)于不同溫度狀況反射不同范圍的波長，并且其中所述控制器構(gòu)造成用以通過控制所述輻射源來傳送對應(yīng)于所述特定布拉格光柵的輻射且響應(yīng)于通過所述輻射傳感器感測到的布拉格波長來測量所述特定布拉格光柵的位置處的溫度。
32.根據(jù)權(quán)利要求27至權(quán)利要求31中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括聯(lián)接到所述控制器上的輸出裝置，以便向操作人員呈現(xiàn)所述測量溫度。
33.根據(jù)權(quán)利要求30至權(quán)利要求32中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括用于減小所述光纖的一個或多個對應(yīng)部分上的應(yīng)變的一個或多個應(yīng)變消除組件，并且其中一個或多個所述布拉格光柵形成在所述光纖的對應(yīng)部分中。
34.一種冶金爐具，其包括 具有側(cè)板的殼； 安裝在所述側(cè)板中的出料塊，所述出料塊具有冷面、熱面和出料通道； 襯在鄰近所述熱面的所述側(cè)板的內(nèi)側(cè)上的壁耐火材料； 安裝到所述冶金爐具上的光纖； 用于將輻射傳送到所述光纖中的輻射源； 用于感測從所述光纖內(nèi)反射的輻射的輻射傳感器；以及 控制器，其聯(lián)接到所述輻射傳感器上，且用于基于通過所述輻射傳感器感測到的輻射來估計所述冶金爐具的至少一個位置中的溫度。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的冶金爐具,其特征在于,所述光纖包括至少一個布拉格光柵，并且其中所述光學(xué)傳感器適于感測通過其中一個所述布拉格光柵反射的布拉格波長的輻射。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述冶金爐具還包括用于減小所述光纖的一個或多個對應(yīng)部分上的應(yīng)變的一個或多個應(yīng)變消除組件，并且其中一個或多個所述布拉格光柵形成在所述光纖的對應(yīng)部分中。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的冶金爐具，其特征在于，所述布拉格光柵定位在選自由以下構(gòu)成的組中的測量位置中 所述熱面與所述壁耐火材料之間； 所述壁耐火材料內(nèi)；以及 鄰近所述熱面的所述出料塊內(nèi)。
38.根據(jù)權(quán)利要求35所述的冶金爐具，其特征在于，所述冶金爐具還包括襯在所述出料通道上的出料通道耐火材料，并且其中所述布拉格光柵定位在選自由以下構(gòu)成的組中的測量位置中 所述出料通道耐火材料內(nèi)； 所述出料塊的表面與所述出料通道耐火材料之間；以及 鄰近所述出料通道耐火材料的所述出料塊內(nèi)。
39.根據(jù)權(quán)利要求35所述的冶金爐具，其特征在于，所述冶金爐具還包括用于冷卻所述出料塊的冷卻系統(tǒng)，其中所述冷卻系統(tǒng)包括嵌入所述出料塊內(nèi)的一個或多個冷卻管，并且其中所述布拉格光柵定位在選自由以下構(gòu)成的組中的測量位置中 鄰近其中一個所述冷卻管； 其中一個所述冷卻管內(nèi)； 帶有大體上定位在所述布拉格光柵與所述出料通道之間的冷卻管的所述出料塊內(nèi)；以及 帶有大體上定位在所述布拉格光柵與所述熱面之間的冷卻管的所述出料塊內(nèi)。
40.根據(jù)權(quán)利要求34至權(quán)利要求39中任一項所述的冶金爐具，其特征在于，所述光纖安裝在導(dǎo)管內(nèi)。
41.根據(jù)權(quán)利要求34至權(quán)利要求40中任一項所述的冶金爐具，其特征在于，所述冶金爐具還包括輸出裝置，所述輸出裝置聯(lián)接到所述控制器上，以便基于所述感測的波長呈現(xiàn)溫度讀數(shù)。
42.一種感測冶金爐具中的熱狀況的方法，所述方法包括 將出料塊設(shè)在所述冶金爐具的壁中； 將光纖至少部分地安裝在所述冶金爐具內(nèi)； 將輻射傳送到所述光纖中； 感測來自于所述光纖的反射信號；以及 基于所述反射信號測量沿所述光纖的長度的某一測量位置處的所述溫度。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于，安裝所述光纖包括 將導(dǎo)管安裝在所述出料塊上來容納所述光纖，以及 將所述光纖安裝在所述導(dǎo)管內(nèi)。
44.根據(jù)權(quán)利要求42或權(quán)利要求43所述的方法，其特征在于，安裝所述光纖包括在將所述光纖安裝到所述出料塊上之后，則將所述出料塊安裝在所述冶金爐具的壁中。
45.根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于，安裝所述光纖包括 將引出線安裝在導(dǎo)管內(nèi)； 將所述導(dǎo)管安裝到所述出料塊上；以及 通過以下步驟來將所述光纖安裝在所述導(dǎo)管內(nèi) 將所述光纖聯(lián)接到所述引出線上；以及 將所述光纖拉入所述導(dǎo)管中。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在將引出線與所述導(dǎo)管安裝好之后，使所述導(dǎo)管彎曲成適于安裝到所述出料塊上的形狀。
47.根據(jù)權(quán)利要求42至權(quán)利要求46中任一項所述的方法，其特征在于，所述光纖包括沿所述光纖的長度間隔開的多個布拉格光柵，并且其中 將輻射傳送到所述光纖中包括傳送具有對應(yīng)于特定布拉格光柵的波長范圍的輻射；以及 感測反射信號包括識別布拉格波長的所述反射的輻射。
48.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其特征在于，所述方法還包括呈現(xiàn)所述測量的溫度。
49.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其特征在于，所述方法還包括將所述測量的溫度與所述特定布拉格光柵的測量位置一起呈現(xiàn)。
50.一種感測升溫反應(yīng)器中的多個測量位置處的溫度的方法，所述方法包括 將光纖安裝在所述反應(yīng)器中，其中所述光纖包括多個布拉格光柵； 將處于對應(yīng)于一些或所有的所述布拉格光柵的波長范圍下的輻射傳送到所述光纖中； 選擇其中一個所述測量位置處的特定布拉格光柵； 感測通過所選的布拉格光柵反射的輻射； 基于所述感測的輻射的波長來確定針對對應(yīng)于所選的布拉格光柵的測量位置的溫度；以及 重復(fù)選擇布拉格光柵、感測對應(yīng)于所選的布拉格光柵的反射的福射和確定針對對應(yīng)于所選的布拉格光柵的測量位置的溫度的所述步驟。
51.一種感測升溫反應(yīng)器中的多個測量位置處的溫度的方法，所述方法包括 將光纖安裝在所述反應(yīng)器中，其中所述光纖包括多個布拉格光柵； 選擇其中一個所述測量位置處的特定布拉格光柵； 將處于對應(yīng)于所選的布拉格光柵的波長范圍下的福射傳送到所述光纖中； 感測通過所選的布拉格光柵反射的輻射； 基于所述感測的輻射的波長來確定溫度；以及 重復(fù)選擇布拉格光柵、傳送輻射、感測反射的輻射和確定針對各個所述測量位置的溫度的所述步驟。
52.根據(jù)權(quán)利要求50或權(quán)利要求51所述的方法，其特征在于，安裝所述光纖包括將至少一個所述布拉格光柵定位在所述反應(yīng)器中的所選位置中。
53.根據(jù)權(quán)利要求50、權(quán)利要求51或權(quán)利要求52所述的方法，其特征在于，所述方法還包括選擇所述光纖，使得所述布拉格光柵間隔開，使得當(dāng)所述光纖安裝在所述反應(yīng)器中時，至少一個所述布拉格光柵定位在所選位置中。
54.根據(jù)權(quán)利要求50或權(quán)利要求51所述的方法，其特征在于，安裝所述光纖包括將多個所述布拉格光柵定位在所述反應(yīng)器中的所選位置中。
55.根據(jù)權(quán)利要求50至權(quán)利要求54中任一項所述的方法，其特征在于，所述反應(yīng)器包括具有熱面和壁耐火材料的出料塊，并且其中安裝所述光纖包括將至少一個所述布拉格光柵定位在選自由以下構(gòu)成的組中的測量位置中 所述熱面與所述壁耐火材料之間； 所述壁耐火材料內(nèi)；以及 鄰近所述熱面的所述出料塊內(nèi)。
56.根據(jù)權(quán)利要求50至權(quán)利要求53中任一項所述的方法，其特征在于，所述反應(yīng)器包括具有襯有出料通道耐火材料的出料通道的出料塊，并且其中安裝所述光纖包括將至少一個所述布拉格光柵定位在選自由以下構(gòu)成的組中的測量位置中所述出料通道耐火材料內(nèi)； 所述出料塊的表面與所述出料通道耐火材料之間；以及 鄰近所述出料通道耐火材料的所述出料塊內(nèi)。
57.根據(jù)權(quán)利要求50至權(quán)利要求53中任一項所述的方法，其特征在于，所述反應(yīng)器包括具有嵌入所述出料塊內(nèi)的冷卻系統(tǒng)的出料塊，其中所述冷卻系統(tǒng)包括一個或多個冷卻管，并且其中安裝所述光纖包括將至少一個所述布拉格光柵定位在選自由以下構(gòu)成的組中的測量位置中 鄰近其中一個所述冷卻管處； 其中一個所述冷卻管內(nèi)； 帶有大體上定位在所述布拉格光柵與所述出料通道之間的冷卻管的所述出料塊內(nèi)；以及 帶有大體上定位在所述布拉格光柵與所述熱面之間的冷卻管的所述出料塊內(nèi)。
58.一種用于感測材料處理組件中的熱狀況的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 受到升溫的構(gòu)件； 安裝到所述構(gòu)件上的傳感器線纜； 沿所述傳感器線纜的長度定位的兩個或多個熱傳感器；以及 聯(lián)接到所述傳感器線纜上來接收來自于所述熱傳感器的信息的控制器。
59.根據(jù)權(quán)利要求58所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述材料處理組件為升溫反應(yīng)器，并且所述構(gòu)件為所述反應(yīng)器的冷卻元件。
60.根據(jù)權(quán)利要求58至權(quán)利要求59中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述反應(yīng)器包括頂板，并且其中至少一些所述熱傳感器定位成用以監(jiān)測所述頂板的溫度。
61.根據(jù)權(quán)利要求59所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述升溫反應(yīng)器為冶金爐具，并且所述構(gòu)件為出料塊。
62.根據(jù)權(quán)利要求58所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述材料處理組件為升溫反應(yīng)器，并且所述構(gòu)件為所述反應(yīng)器的熱保護性元件。
63.根據(jù)權(quán)利要求58所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述材料處理組件為玻璃爐具，并且所述構(gòu)件為所述玻璃爐具的冷卻元件。
64.根據(jù)權(quán)利要求58所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述材料處理組件為感應(yīng)爐具，并且所述構(gòu)件為所述感應(yīng)爐具的冷卻元件。
65.根據(jù)權(quán)利要求58所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述材料處理組件為金屬成型組件，并且所述構(gòu)件為冷卻元件。
66.根據(jù)權(quán)利要求65所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述材料處理組件為連續(xù)鑄造組件，并且所述構(gòu)件為冷卻的模具。
67.根據(jù)權(quán)利要求58所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述構(gòu)件為冷卻元件。
68.根據(jù)權(quán)利要求58所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述構(gòu)件受到破壞和衰退中的至少一個。
69.根據(jù)權(quán)利要求58所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述構(gòu)件鄰近受到破壞的元件。
70.根據(jù)權(quán)利要求58至權(quán)利要求69中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器線纜沿路徑安裝到所述構(gòu)件上，并且其中所述熱傳感器沿所述路徑定位在所選的測量位置處。
71.根據(jù)權(quán)利要求58至權(quán)利要求70中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱傳感器為電阻溫度裝置，并且所述傳感器線纜將所述熱傳感器電性地聯(lián)接到所述控制器上來允許所述控制器與所述傳感器通信。
72.根據(jù)權(quán)利要求58至權(quán)利要求70中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱傳感器為熱電偶，并且所述傳感器線纜將所述熱傳感器電性地聯(lián)接到所述控制器上來允許所述控制器與所述傳感器通信。
73.73.根據(jù)權(quán)利要求58至權(quán)利要求70中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器線纜為光纖，并且所述熱傳感器為形成在所述光纖中的布拉格光柵。
74.根據(jù)權(quán)利要求58至權(quán)利要求70中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器線纜為光纖，并且所述熱傳感器提供電信號，并且其中各個熱傳感器均通過變換器聯(lián)接到所述傳感器線纜上。
75.一種用于感測材料處理組件中的熱狀況的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 具有第一端和第二端的光纖； 輻射源，其聯(lián)接到所述光纖的第一端上來用于將輻射傳送到所述光纖中； 用于感測從所述光纖內(nèi)反射的輻射的輻射傳感器； 控制器，其聯(lián)接到所述輻射傳感器上來感測從所述光纖內(nèi)反射的輻射，且構(gòu)造成用以基于所述感測的輻射來測量所述材料處理組件內(nèi)的某一位置處的溫度。
全文摘要
描述了用于監(jiān)測此種材料處理組件中的熱狀況的熱感測系統(tǒng)和方法的各種實施例。熱感測系統(tǒng)包括傳感器線纜，傳感器線纜結(jié)合一個或多個熱傳感器或聯(lián)接到一個或多個熱傳感器上。傳感器線纜定位在組件中，且熱傳感器提供溫度測量。在各種實施例中，傳感器線纜和熱傳感器可為光學(xué)裝置或電氣裝置。
文檔編號G01K7/16GK102834686SQ201080063949
公開日2012年12月19日 申請日期2010年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者T.格里特森, P.沙林, R.麥羅斯蒂 申請人:哈茨有限公司