【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开内容涉及火法冶金工艺和监测，并且，具体地，涉及耐火喷枪组件和耐火喷枪管。
技术介绍
1、在不同的火法冶金工艺中，及时测定熔融材料的化学成分对于实现有效的过程控制至关重要。通常，需要特定构成元素的定量测定，以通知操作参数调整，进而获得具有期望的成分或特性的产品。然而，火法冶金工艺固有的苛刻条件，包括高温，使熔融材料的直接成分测量变得困难。这在钢铁工业中尤其如此，其中为1500℃或更高温度的量级的熔融材料流是常见的。
2、多种方法可用于具有高熔点的熔融材料的成分测量。例如，最简单的方法涉及从熔融材料熔池中采集样品，使样品冷却或淬火，费力地制备样品用于分析，并且最后，使用离线实验室设备分析成分。该方法的一个缺点是样品采集与成分测定之间的时间延迟(从几分钟到几小时)，该时间延迟不可避免地发生。此外，由于该方法的离线性质，熔融材料的实时和/或连续的成分测量是不可能的，并且因此操作员必须根据具体应用来选择离散的时间点进行测量。
3、为了获得对具有高熔点的熔融材料的更连续的成分测量，可以使用各种间接感测装置。间接感测涉及测量与直接成分测量相比不太复杂地获得的性质，诸如熔融材料的温度、氧活度或废气成分，并且使用已知的材料关系来将这种间接测量的性质往回与熔融材料的成分相关联。间接方法在准确性方面受到限制。例如，一些间接方法，诸如温度测量，仅与受温度严重影响的选定元素或化合物的测量相关。此外，依赖于一些假设(例如热力学平衡的假设)，可能会导致计算成分的误差(例如通过忽略动力学的影响)。
4、因此，为了提供熔
5、为了解决这个问题，一些libs方法涉及将喷枪插入到通常填充有惰性气体的熔体中，并引导激光脉冲穿过喷枪。在将喷枪插入到熔体中时，通常在喷枪中存在刚好足够的压力来平衡熔融材料在测量点处的静压力，同时保持熔体的表面相对静止。在相对静止的表面上的成分测量简化了libs测量，但引入了其他冶金问题。主要地，熔融材料(特别是金属)通常是异质的，包括各种小球、夹杂物等。因此，停滞表面的测量仍然可能无法代表主体熔体，尤其是在熔池停滞的情况下。
6、为此，于2005年6月21日授予卢卡斯等人的、专利号为6,909,505的美国专利描述了“起泡方法”，该方法包括将喷枪的末端插入到熔融材料中(在炉渣下方)，使气体流动通过喷枪以在该喷枪的端部处起泡、进入熔融材料中，并且然后，通过libs测量气泡的内表面上的成分。因此，起泡方法提供了用于获得熔融材料的实时的、在线的成分测量的方法。虽然起泡方法引入了其自身的挑战，诸如来自气泡的随机波动引起在检测器处接收到的等离子体发射光的波动，但从冶金学的角度来看，起泡方法被认为是优越的，因为测量表面不断地被来自主体熔体的新材料更新。该起泡方法对于熔融的铝、锌、铅和其他低熔点金属是有效的，该其他低熔点金属通常具有高达1000℃的熔化温度。
7、用于实时的、连续的libs成分测量的现有喷枪，诸如在起泡方法中使用的那些喷枪，在高温下经受严重的不利条件，包括低机械强度、插入到熔体中期间的热冲击、熔融材料和/或炉渣的腐蚀、以及熔融条件下的化学反应性。例如，这种喷枪通常由诸如矾土之类的多孔陶瓷制造，该多孔陶瓷表现出耐腐蚀性和耐热冲击性。然而，由于多孔陶瓷的孔径可以在6nm至500μm之间变化，这些喷枪通常是可渗透的，这是有问题的，特别是在要进行灵敏的libs测量的情况下。其他已知的喷枪由熔融石英或sialon ii制造，这两者都不足以在高温下耐腐蚀和耐热冲击。而其他已知的喷枪需要附加的冷却机构来承受高温，这存在安全隐患并且因此是不期望的。
8、提供该背景信息是为了揭示申请人认为可能相关的信息。这不一定旨在承认，也不应该被解释为承认，任何前述信息构成现有技术或形成相关领域中的一般公知常识的一部分。
技术实现思路
1、下面呈现了本文描述的总体专利技术构思的简化概述，以提供对本公开内容的一些方面的基本理解。该概述并不是本公开内容的广泛综述。该概述不旨在限制本公开内容的实施例的关键的或重要的元素，或不旨在将它们的范围限定在超出由以下描述和权利要求明确地或隐含地描述的范围之外。
2、存在对于耐火喷枪组件和耐火喷枪管的需要，该耐火喷枪组件和耐火喷枪管克服已知技术的一些缺点，或者至少提供对已知技术的有用替代方案。因此，本公开内容的一些方面提供了耐火喷枪组件和耐火喷枪管的示例。
3、根据一个方面，提供了耐火喷枪组件，该耐火喷枪组件与光学传感系统一起使用以光学地探测熔体。耐火喷枪组件包括浸入管和延伸管，该浸入管具有浸入末端，该浸入末端可浸入熔体内，延伸管联接在浸入管的相反端部处，以形成纵向延伸的复合管，在该纵向延伸的复合管中限定了光学路径，该光学路径用于与光学传感系统进行光学对准。纵向延伸的复合管在使用中可注入有惰性气体，以经由浸入末端在熔体内形成浸入后熔体表面，以便在所述浸入后熔体表面暴露于所述惰性气体时，经由所述光学路径光学地探测所述浸入后熔体表面。耐火喷枪组件还包括护罩，该护罩纵向地包围纵向延伸的复合管，以在护罩与纵向延伸的复合管之间限定包围体积。延伸管与浸入管的相反端部的联接部被包围在包围体积内，而浸入末端从护罩纵向地延伸以浸入熔体内。包围体积可注入有惰性气体，以减轻经由联接部对纵向延伸的复合管和浸入后熔体表面的流体污染。
4、在一个实施例中，护罩同轴地包围纵向延伸的复合管。
5、在一个实施例中，护罩朝向浸入末端纵向地延伸超出联接部至少一英寸。
6、在一个实施例中，护罩朝向浸入末端纵向地延伸超出联接部至少两英寸。
7、在一个实施例中，浸入管和延伸管具有相似的热膨胀系数。
8、在一个实施例中，浸入管是耐腐蚀和耐热冲击的，以在至少1500℃的温度保持结构完整性，而延伸管由相对更低的耐腐蚀性和耐热冲击性限定。
9、在一个实施例中，浸入管的相反端部紧密地接收在延伸管的联接端部内，或延伸管的联接端部紧密地接收在浸入管的相反端部内。
10、在一个实施例中，浸入管包括无孔陶瓷圆柱体。
11、在一个实施例中，无孔陶瓷圆柱体由材料中的任一种制造：氮化硼；具有至少40％二氧化锆(氧化锆)的氮化硼；氧化锆硅酸盐氮化硼(zsbn)，其包括在氮化硼和本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种耐火喷枪组件，所述耐火喷枪组件用于与光学传感系统一起使用以光学地探测熔体，所述耐火喷枪组件包括：
2.根据权利要求1所述的耐火喷枪组件，其中，所述护罩同轴地包围所述纵向延伸的复合管。
3.根据权利要求1或2所述的耐火喷枪组件，其中，所述护罩朝向所述浸入末端纵向地延伸超出所述联接部至少一英寸。
4.根据权利要求3所述的耐火喷枪组件，其中，所述护罩朝向所述浸入末端纵向地延伸超出所述联接部至少两英寸。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的耐火喷枪组件，其中，所述浸入管和所述延伸管具有相似的热膨胀系数。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的耐火喷枪组件，其中，所述浸入管是耐腐蚀和耐热冲击的，以在至少1500℃的温度保持结构完整性，而所述延伸管由相对更低的耐腐蚀性和耐热冲击性限定。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的耐火喷枪组件，其中，所述浸入管的所述相反端部紧密地接收在所述延伸管的联接端部内，或所述延伸管的联接端部紧密地接收在所述浸入管的所述相反端部内。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的耐火
9.根据权利要求8所述的耐火喷枪组件，其中，所述无孔陶瓷圆柱体由以下材料中的任一种制造：氮化硼；具有至少40％二氧化锆(氧化锆)的氮化硼；或氧化锆硅酸盐氮化硼(ZSBN)，其包括在氮化硼和硼硅酸盐玻璃的基质中的大致45％氧化锆。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的耐火喷枪组件，其中，至少所述浸入管的所述浸入末端包括陶瓷圆柱体，所述陶瓷圆柱体涂覆有绝缘无孔陶瓷层。
11.根据权利要求10所述的耐火喷枪组件，其中，所述陶瓷圆柱体包括氧化铝(矾土)。
12.根据权利要求10或11所述的耐火喷枪组件，其中，所述绝缘无孔陶瓷层由以下材料中的任一种制造：氮化硼；具有至少40％氧化锆的氮化硼；或ZSBN，其包括在氮化硼和硼硅酸盐玻璃的基质中的大致45％氧化锆。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的耐火喷枪组件，其中，所述延伸管包括金属圆柱体，所述金属圆柱体由以下金属中的任意一种或多种制造：钼、铬、铱、铌、锇、钨、钽或其合金。
14.根据权利要求1至12中任一项所述的耐火喷枪组件，其中，所述延伸管包括无孔陶瓷圆柱体，所述无孔陶瓷圆柱体由以下材料中的任意一种或两种制造：SiAlON，或SiAlONII。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的耐火喷枪组件，其中，所述纵向延伸的复合管还包括联接器，所述联接器在所述浸入管和所述延伸管之间的所述联接部处，其中，所述联接器由以下材料中的任意一种或两种制造：硼硅酸盐，或硼酸钙。
16.根据权利要求1至14中任一项所述的耐火喷枪组件，其中，所述纵向延伸的复合管还包括联接器，所述联接器在所述浸入管和所述延伸管之间的所述联接部处，其中，所述联接器包括一个或多个套圈，所述浸入管的端部和所述延伸管的端部能够被接收在所述一个或多个套圈中，使得所述一个或多个套圈形成覆盖所述联接部的绝缘护套。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的耐火喷枪组件，其中，所述延伸管能够在两个或更多个热循环中重复使用，而所述浸入管能够用一个或多个替代浸入管替换。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的耐火喷枪组件，其中，所述包围体积内的所述惰性气体被加压，以朝向所述熔体释放，从而减少熔体表面氧化。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的耐火喷枪组件，其中，所述惰性气体包括氩气。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的耐火喷枪组件，其中，所述光学传感系统包括激光诱导击穿光谱(LIBS)系统，光学测量包括LIBS成分测量，并且所述光学路径终止于光学窗口、与所述LIBS系统光学对准。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的耐火喷枪组件，其中，所述熔体包括至少部分熔融的铁、钢、镍、铜、铂或其合金。
22.一种耐火喷枪管，所述耐火喷枪管用于光学地探测熔体，所述耐火喷枪管包括：
23.根据权利要求22所述的耐火喷枪管，其中，所述浸入管可释放地联接到所述延伸管，以被至少一个替代浸入管替换。
24.根据权利要求22或23所述的耐火喷枪管，其中，所述无孔陶瓷包括以下材料中的任意一种或多种：氮化硼；具有至少40％二氧化锆(氧化锆)的氮化硼；或氧化锆硅酸盐氮化硼(ZSBN)，其包括在氮化硼和硼硅酸盐玻璃的基质中的大致45％氧化锆。
25.根据权利要求22至24中任一项所述的耐火喷枪管，其中，所述延伸管由金属制造。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种耐火喷枪组件，所述耐火喷枪组件用于与光学传感系统一起使用以光学地探测熔体，所述耐火喷枪组件包括：
2.根据权利要求1所述的耐火喷枪组件，其中，所述护罩同轴地包围所述纵向延伸的复合管。
3.根据权利要求1或2所述的耐火喷枪组件，其中，所述护罩朝向所述浸入末端纵向地延伸超出所述联接部至少一英寸。
4.根据权利要求3所述的耐火喷枪组件，其中，所述护罩朝向所述浸入末端纵向地延伸超出所述联接部至少两英寸。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的耐火喷枪组件，其中，所述浸入管和所述延伸管具有相似的热膨胀系数。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的耐火喷枪组件，其中，所述浸入管是耐腐蚀和耐热冲击的，以在至少1500℃的温度保持结构完整性，而所述延伸管由相对更低的耐腐蚀性和耐热冲击性限定。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的耐火喷枪组件，其中，所述浸入管的所述相反端部紧密地接收在所述延伸管的联接端部内，或所述延伸管的联接端部紧密地接收在所述浸入管的所述相反端部内。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的耐火喷枪组件，其中，所述浸入管包括无孔陶瓷圆柱体。
9.根据权利要求8所述的耐火喷枪组件，其中，所述无孔陶瓷圆柱体由以下材料中的任一种制造：氮化硼；具有至少40％二氧化锆(氧化锆)的氮化硼；或氧化锆硅酸盐氮化硼(zsbn)，其包括在氮化硼和硼硅酸盐玻璃的基质中的大致45％氧化锆。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的耐火喷枪组件，其中，至少所述浸入管的所述浸入末端包括陶瓷圆柱体，所述陶瓷圆柱体涂覆有绝缘无孔陶瓷层。
11.根据权利要求10所述的耐火喷枪组件，其中，所述陶瓷圆柱体包括氧化铝(矾土)。
12.根据权利要求10或11所述的耐火喷枪组件，其中，所述绝缘无孔陶瓷层由以下材料中的任一种制造：氮化硼；具有至少40％氧化锆的氮化硼；或zsbn，其包括在氮化硼和硼硅酸盐玻璃的基质中的大致45％氧化锆。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的耐火喷枪组件，其中，所述延伸管包括金属圆柱体，所述金属圆柱体由以下金属中的任意一种或多种制造：钼、铬、铱、铌、锇、钨、钽或其合金。
14.根据权利要求1至12中任一项所述的耐火喷枪组件，其中，所述延伸管包括无孔陶瓷圆柱体，所述无孔陶瓷圆柱体由以下材料中的任意一种或两种制造：sialon，或sialonii。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的耐火喷枪组件，其中，所述纵向延伸的复合管还包括联接器，所述联接器在所述浸入管和所述延伸管之间的所述联接部处，其中，所述联接器由以下材料中的任意一种...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·莫罗，A·哈梅尔，M·萨布萨比，
申请(专利权)人：加拿大国家研究委员会，
类型：发明
国别省市：
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