СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЕЙ ЧУГУНА И ШЛАКА В ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

1. Способ измерения уровня (13) поверхности жидкого металла и уровня (14) поверхности шлака в горне (1) металлургической шахтной печи, имеющем наружную стенку (2), снабженную стальным кожухом (4), и летку, при этом кожухом (4) наружной стенки охвачен огнеупорный слой (3), контактирующий с жидким металлом, кожух (4) снабжен на своей наружной поверхности множеством тензометрических датчиков (6) и одним или несколькими термическими датчиками (7), указанные датчики (6, 7) установлены в одну линию в вертикальной плоскости по обе стороны от летки и так, что указанные два типа датчиков чередуются в этой вертикальной плоскости, указанный способ содержит следующие этапы:
- измеряют во множестве точек наружной стенки (2) горна следующие переменные:
- окружную деформацию указанной наружной стенки (2) посредством тензометрических датчиков (6), закрепленных на указанном кожухе (4);
- температуру указанной наружной стенки (2) посредством термометрических датчиков (7), закрепленных на указанном кожухе (4);
- по необходимости измеряют давление по окружности или статическое давление горячего дутья в печи;
- вводят указанные переменные, измеренные в группе точек на наружной стенке горна, в общее уравнение, которое описывает непрерывную окружную деформацию, имеет аналитическое решение и содержит в качестве двух неизвестных величин уровень жидкого металла и общий уровень жидкого металла и шлака, с учетом следующих фиксированных параметров: геометрия шахтной печи; параметры, характеризующие природу материалов, образующих шахтную печь; толщина наружной стенки шахтной печи в каждой точке измерений; плотность жидкого металла и шлака; и
- решают указанное уравнение с получением уровня (13) поверхности жидкого металла и уровня (14) поверхности шлака в горне (1).
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что общее уравнение, которое описывает непрерывную окружную деформацию наружной стенки, в случае с доменной печью выглядит следующим образом:
1
2
где F и F - это константы для конкретной доменной печи на каждой высоте измерений:
,
и
где y это - горизонтальный изгиб (или смещение), измеренный и скорректированный в зависимости от измеренной температуры, x - это вертикальное положение, R - это средний радиус на каждой высоте, t - это толщина стенки на каждой высоте, a v - это коэффициент Пуассона;
остальные члены зависят от давления, приложенного к стенке шахтной печи:
0
- y - это изгиб или смещение на уровне фурм;
- Ψ - это угол деформированной стенки на уровне фурм;
- LT - это нагрузочный член, пропорциональный нагрузке, приложенной к конструкции;
х
выполняют конечное превращение по давлениям Р для учета того факта, что горн доменной печи построен с использованием материалов с разными механическими свойствами, огнеупорного материала и стальной оболочки, и с разными толщинами, различающимися в зависимости от высоты (Е - модуль Юнга материала х):
причем отношение между статическим давлением Р и уровнем h жидкого металла или шлака определяется отношением типа P=ρ.g.h, где ρ - это средняя плотность, a g - это ускорение силы тяжести.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измерения окружной деформации и температуры осуществляют в непрерывном режиме и/или в реальном времени.
4. Наружная стенка (2) горна металлургической шахтной печи, содержащая стальной кожух (4) и летку, причем кожух (4) снабжен устройством измерения уровня (13) поверхности жидкого металла и уровня (14) поверхности шлака в горне (1) печи для осуществления способа измерения уровня (13) поверхности жидкого металла и уровня (14) поверхности шлака в указанном горне, отличающаяся тем, что указанное измерительное устройство содержит множество тензометрических датчиков (6) и один или несколько термометрических датчиков (7), закрепленных на наружной поверхности указанного кожуха (4), при этом датчики (6, 7) установлены в одну линию в вертикальной плоскости по обе стороны от летки так, что указанные два типа датчиков чередуются в этой вертикальной плоскости, и таким образом, чтобы обеспечить возможность измерения тензометрическими датчиками (6) первой переменной, представляющей собой деформацию указанной наружной стенки (2), во множестве точек последней, и измерение термическими датчиками второй переменной, представляющей собой температуру указанной наружной стенки (2), в одной или в нескольких точках последней, так чтобы указанные первая и вторая переменные, измеренные во множестве точек наружной стенки горна, могли быть введены в общее уравнение, которое описывает непрерывную окружную деформацию, имеет аналитическое решение и содержит в качестве двух неизвестных величин уровень жидкого металла и общий уровень жидкого металла-шлака, с учетом следующих фиксированных параметров: геометрия шахтной печи; параметры, характеризующие природу материалов, образующих шахтную печь; толщина наружной стенки шахтной печи в каждой точке измерений; плотность жидкого металла и шлака; и, в конечном счете, чтобы решить указанное общее уравнение с получением значения уровня (13) поверхности жидкого металла и уровня (14) поверхности шлака в горне (1).
5. Стенка по п. 4, отличающаяся тем, что тензометрические элементы (10) приварены к самому указанному кожуху (4), и тем, что тензометрический датчик (6) содержит защитную крышку (11), которая механически закреплена на кожухе (4) и герметичность которой относительно кожуха обеспечена посредством упругой уплотнительной прокладки.
6. Стенка по п. 4, отличающаяся тем, что тензометрический датчик (6) содержит четыре тензометрических элемента (10).
7. Стенка по п. 6, отличающаяся тем, что два тензометрических элемента (10) полностью приварены к кожуху, а два тензометрических элемента не полностью приварены к кожуху, причем эти два последних тензометрических элемента обеспечивают возможность коррекции температуры вследствие расширения свободного конца.
8. Стенка по п. 4, отличающаяся тем, что каждый термический датчик (7) представляет собой платиновый термометр сопротивления.
9. Стенка по п. 4, отличающаяся тем, что измерительное устройство размещено между каналами (9) канального контура охлаждения, установленного на стенке или в стенке.
10. Доменная печь, содержащая горн, снабженный наружной стенкой (2), содержащей кожух (4), снабженный устройством измерения уровня (13) поверхности чугуна и уровня (14) поверхности шлака в горне (1), по любому из пп. 4-9.