CN102460098B

CN102460098B - 插入式探头

Info

Publication number: CN102460098B
Application number: CN201080024812.XA
Authority: CN
Inventors: 德里·拜恩斯
Original assignee: Heraeus Electro Nite International NV
Current assignee: Heraeus Electro Nite International NV
Priority date: 2009-06-05
Filing date: 2010-06-01
Publication date: 2015-03-18
Anticipated expiration: 2030-06-01
Also published as: UA105526C2; RU2502064C2; CN101907587A; RU2011154098A; CN102460098A; CA2761415C; US20120082183A1; MX341496B; EP2438415A1; WO2010139453A1; US9116054B2; MX2011012880A; EP2438415B1; DE102009059780B4; CA2761415A1; AR076793A1; DE102009059780A1

Abstract

本发明涉及一种插入式探头，用于通过热分析确定由钢水中采集的试样的相变过程，该插入式探头具有测量头，该测量头具有浸入端，在该测量头中设有采样室和热电偶，采样室具有流入孔，热电偶以其热焊点伸入到采样室中，测量头还具有用于热电偶信号线的电线导引件，其中，电线导引件在测量头的与浸入端相对设置的一端经由排出口从该测量头引出，并且其中，浸入端和排出口之间的直线形成测量头的纵轴；其中，垂直于上述纵轴分别形成经由热焊点以及经由距离浸入端最远设置的流入孔部分的虚拟平面；并且，或者a)测量头在浸入端和距离该浸入端最远设置的平面之间的密度最小为6g/cm³；或者b)测量头在浸入端和一辅助平面之间的密度最小为6.5g/cm³，该辅助平面与上述距离浸入端最远设置的平面至少相隔10mm，并且平行于该距离浸入端最远设置的平面。

Description

插入式探头

技术领域

本发明涉及一种插入式探头，用于通过热分析确定由钢水中采集的试样的相变过程，该插入式探头具有测量头，该测量头具有浸入端，在该测量头中设有采样室和热电偶，采样室具有流入孔，热电偶以其热焊点伸入到采样室中，测量头还具有用于热电偶信号线的电线导引件，其中，电线导引件在测量头的与浸入端相对设置的一端经由排出口从该测量头引出，并且其中，浸入端和排出口之间的直线形成测量头的纵轴。

背景技术

例如文献US 3,463,005公开了这种类型的探头。这里公开的探头从信号线上的较高位置处下放到金属液中。为了保证稳定性，测量头具有纸板管，该纸板管设置在测量头的与浸入端相反的一端上，通过该纸板管导引信号线。在探头的浸入端上设有热电偶。另一个热电偶从侧面设置在由耐火材料制成的腔室中，并且用于测定液相曲线。US 4,881,824公开了另一种插入式探头。该插入式探头在其前端具有热点偶，而在侧面具有试样采集室。US 5,275,488公开了一种类似的插入式探头。在该探头中，由测量头伸出的热电偶设置在浸入端上。该热电偶受到金属件(Metallstreben)的保护，该金属件构成位于探头浸入端上的隔离罩。

例如US 4,842,418或US 5,577,841公开了这样的浸入式探头，该浸入式探头借助于支撑管浸入到熔液中，该支撑管可以插置在所谓的吹管上。这里公开的装置分别在各自的前侧上具有采样室。DE3919362 A1公开另一种浸入式探头。在此，于支撑管中设有用于测量液相温度的采样室。

CN 201041556 Y公开了一种用于测定转炉中钢水的碳含量的传感器。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种改善的插入式探头，用以实现精确的测量，特别在转炉中实现精确的测量。

上述目的通过权利要求1的插入式探头来实现。具有优势的技术方案在从属权利要求中给出。根据本发明，测量头在其浸入端与这样的平面之间的密度最小为7g/cm³，该平面于浸入端和排出口之间垂直切割上述直线；流入孔通到该平面和浸入端之间，或通到浸入端上；测量头的整体密度小于7g/cm³；优选，垂直于上述纵轴分别形成经由热焊点以及经由距离浸入端最远设置的流入孔部分的虚拟平面；并且，或者a)测量头在浸入端和距离该浸入端最远设置的平面之间的密度最小为7g/cm³；或者b)测量头在浸入端和一辅助平面之间的密度为7g/cm³，该辅助平面与上述距离浸入端最远设置的平面至少相隔10mm，并且平行于该距离浸入端最远设置的平面；综上，探头能够于垂直位置上穿透位于金属液上的熔渣，并且垂直浸入到金属液中。上述辅助平面优选设置在距离浸入端最远设置的平面和浸入端之间。

利用本发明的插入式探头实现了，通过测量液相温度对转炉(BOF-Kessel)中钢水的碳含量进行分析。这一点可以在转炉中的鼓泡过程中进行。同时能够测量钢水的温度。通过在鼓泡过程中进行测量的技术方案可以使整个处理过程实现优化，从而防止在熔液中吹入过多的气泡。对此，探头近乎垂直地侵入到钢水中。测量头可以由多个沿着浸入方向前后设置的钢结构体构成。

测量头为一个主要由金属、优选由钢制成的本体，该本体在浸入端和电线导出口之间延伸。除了金属本体之外，测量头还包括热电偶、采样室和流入孔的体积和材料。流入孔形成为管。金属本体的形状由其轮廓来限定，其中，采样室的流入孔和信号线的导出口要密封设置。

具有优势的是，流入孔的直径至少是采样室的直径的三分之一，并且最大等于采样室的直径。

辅助平面与上述距离浸入端最远设置的平面的间隔适宜为至少20mm，特别至少为30mm。该辅助平面优选位于浸入端和距离浸入端最远设置的平面之间。由此使插入式探头的重心距离测量头的浸入端相对较远。

优选热电偶大体上平行于纵轴、并以其热焊点沿着浸入端的方向延伸。此外还适宜地使热电偶通过透气材料固定在采样室中。适宜地，电线导引件与排出口经由透气材料与采样室形成同样透气性连接，由此几乎不能妨碍气体从采样室排除；特别的优势还在于，在排出口上设有优选与直线同轴延伸的管，该管优选为金属管，通过该管导引信号线。在此，金属管特别沿着测量头的纵轴方向延伸。由此用于进一步使测量探头在插入过程中得到稳定，以及持久保护信号线不过早在钢水中遭到破坏。

另外还适宜地，流入孔在其外侧具有保护盖，该保护盖由金属制成；或者，保护盖由金属与纸板或由金属与纸片组成的复合材料制成。由此防止在流入孔到达金属液的浴镜下方之前材料提前进入到采样室中。保护板由钢制成，优选保护板的厚度最大为0.5mm；同样，保护板可以由锌与纸板或由锌与纸片组成的复合材料制成。优选流入孔由石英玻璃制成。在流入孔中可以设置脱氧介质。这里作为适宜的材料例如可以采用铝。

根据本发明的插入式探头的另一优选结构方案，测量头主要由金属、优选由钢制成。可替换地，测量头还可以由铸件成型。在此，特别采用铸铁或灰口铸铁。在以这种方式构成的测量头中还可以集成有其它元件，诸如热电偶、采样室等。即使是在钢水中，前述材料也能够实现测量头的持久的结构稳定性，从而使流入到采样室的钢水凝固，并且能够完成可靠且可复制的测量。具有优势的方式是，采样体的容积至少为450cm³。与根据本发明构成的测量头的整体密度相结合可以确保使测量头能够在液态钢水中保持足够长久的功能可靠性。

当测量头浸入到钢水中时，钢水经由流入孔流入到测量头的采样室中。采样室的空间必须这样选择，即，能够确保实现熔融金属的快速冷却。因为经过平均时间8-10秒之后，测量头和计算电子装置之间的连接导线会被融掉，所以必须在这段时间内实现采样室中液态金属的可再生凝固，从而实现所需要的测量。特别的优势在于，采样室这样构成，即，采样室的容积在7和50cm³之间。具有优势的是，当采样室具有排气口时，能够确保实现采样室中液态钢水的均匀流入。由钢水中排挤出的气体可以经由排气口离开采样室，并由此为随后流入的钢水留出空间。具有优势的方式是，将排气口设置在本发明的测量头的顶侧。在一个特别优选的结构方案中，排气口由设置在信号线和金属管之间的缝隙形成。在此，金属管保护信号线不会过早地被熔渣和/或钢水损坏。

根据本发明的一个优选实施方案，测量头的整体密度小于7g/cm³。在此仅考虑测量头的体积和重量。

根据本发明的又一具有优势的实施方案，插入式探头的浸入到钢水和熔渣中的部分的整体密度小于7g/cm³。在该实施方案的变换中，测量头还包括至少部分围绕住信号线的金属管和一部分信号线，这些部分随着一起浸入到钢水和熔渣中。在本发明该实施方案的一个优选变换中，包括测量头以及50cm长、平均电线密度为1.6g/cm³的信号线的整体密度小于7g/cm³。因此，根据本发明该实施例中的整体密度不仅包括插入式探头的测量头，还包括一定长度的信号线。对于长为0.5m的信号线来说，测量头的优选测量位置在钢水表面以下约20cm处。对于测量头的定位还需要考虑到在熔渣内部的电线在钢水上的浮力。熔渣厚度通常约30cm。对此根据本发明，对于小于7g/cm³的整体密度的计算还需要考虑到插入式探头的浸入到钢水和/或熔渣中的部分。在该实施方案的变换中，测量头还包括至少部分围绕住信号线的金属管。信号线离开金属管的位置就是电线导出口。

插入式探头还具有其它的温度传感器，采用该温度传感器可以独立测量浴温。该温度传感器可以首选设置在测量头的与浸入端相反的一端上。

附图说明

接下来，结合附图对本发明进行示例性说明。图中示出了：

图1为插入式探头插入到转炉中的连接示意图；

图2为贯穿本发明插入式探头的测量头的截面图；

图3为本发明插入式探头的另一实施例的示意图；

图4为本发明的另一种具有前流入孔的插入式探头的示意图；

图5为本发明的具有辅助平面的插入式探头的示意图；

图6为本发明的又一种具有前流入孔的插入式探头的示意图；

以及

图7为本发明的再一种插入式探头的示意图。

具体实施方式

在图1的示意图中，在转炉1上方几米的位置上设有下投装置2，该下投装置用作是插入式探头3的存储设备。插入式探头3自动从存储设备中释放出来，该插入式探头沿着导引件4进入到转炉1中，而且，该插入式探头在穿透位于钢水之上的熔渣层6之后又浸入到位于该转炉内的钢水5中。在该附图中示出了鼓泡管7，通过该鼓泡管将氧气吹入到钢水中。插入式探头3与信号线8连接，通过该信号线可以将测量信号传递给计算机。信号线8贯穿金属管9。金属管9防止信号线8过早地受到熔渣或钢水5的损坏。

图2示出了一种插入式传感器，该插入式传感器具有由钢制成的测量头10。该测量头10具有采样室11，该采样室具有热电偶12。在采样室11的上方示出了与信号线8连接的热电偶导线13。通过该热电偶导线13还将另一个设置在测量头10外侧的热电偶14与信号线8连接。采样室11的流入孔15终止于背向测量头11的浸入端16的一侧上，从而，在测量头10浸入到钢水5中之后试样才从上方流入到采样室11中。在流入孔15中设有作为脱氧介质17的薄铝片。在浸入端16和设置在流入孔15顶端上的平面18之间，测量头10的密度为7.0g/cm³。流入孔15主要由弯曲的石英玻璃管构成。平面18延伸经过流入孔15的外侧开口19，该外侧开口设有在该图中未示出的保护盖，该保护盖由大约0.2至0.4mm厚的钢板制成，在保护盖的外侧上具有薄纸板层。

在图3中示出了一种类似的插入式探头。与图2的插入式探头的区别在于，在图3所示的测量头10′中，采样室11′的流入孔20设置在侧面。流入孔20的外侧开口被保护盖21封住，该保护盖由镀有纸板层的、厚度为0.4mm的钢板制成。平面18′延伸经过流入孔20的顶边。在图2和3中，延伸经由各自流入孔15；20顶部的虚拟平面18；18′远离于浸入端16并形成为在该图中未示出的、延伸经由各个探头的热焊点的虚拟平面。

在图4所示的本发明插入式探头的实施例中，与图2和3相对地，测量头10″设有这样的流入孔22，该流入孔从采样室11″一直通到测量头10″的浸入端16中。在此，延伸经由热电偶12的热焊点的虚拟平面18″与密度分布的确定有关。虚拟平面18″和图4所示插入式探头的浸入端16之间的密度约为7.0g/cm³。在图3所示的实施例中，虚拟平面18′和浸入端16之间密度约为7.1g/cm³。

图5所示的实施例原理上与图3所示的实施例类似，其这样构成，辅助平面23和测量头10′的浸入端16之间的密度约为7.4g/cm³，其中，测量头10′的材料主要由钢构成。辅助平面23设置在虚拟平面18′下方(沿着浸入端16的方向)约15mm处。

测量头的整体密度分别约小于6g/cm³。测量头分别约10cm长，最大直径同样约为10cm。金属管9分别约为45cm长。信号线长度取决于使用条件，一般情况下或者为15m、或者为26m、也或者为35m。

在上方、也就是远离于浸入端16，在采样室11；11′；11″；11″′上设有耐火材料24，热电偶12固定在该耐火材料中。

一般情况下，可以在测量头10；10′；10″；10″′上、于外侧设置仅在图6中示出的保护盖30。该保护盖在确定密度时忽略不计。

耐火材料24(例如铸造用砂或水泥)是透气的，但是对于金属液是密封的，从而使气体可以从采样室强行穿过耐火材料24。然后，气体可以通过金属管9排放到外界中。如图5、6所示，采样室11；11′；11″；11″′在侧面受到绝缘材料25的限定。在绝缘材料25和测量头10；10′；10″；10″′的钢材料之间形成一条大约1mm宽的缝隙26。保护板21还可以由更薄(约0.2mm厚)的钢板制成，并且在钢板外侧上具有纸板层、纸片层或锌镀层。

图6中所示的插入式探头大体上与前述探头类似。采样室11″′设置在测量头10″′的浸入端上。流入孔33的直径大约是采样室11″′的直径的三分之二。该流入孔被金属盖32密封并且借助于铸造用砂28固定在测量头10″′上，其中，铸造用砂包围住采样室11″′的长度的绝大部分，并且包围在金属体的外部。在采样室11″′中设有脱氧铝块27。邻近采样室11″′设有第二热电偶14，该第二热电偶被金属盖31罩住。两个热电偶12；14在各自反向一端分别与连接器36连接，通过连接器实现与热电偶导线13的连接。在测量头10″′的金属体的两个部分之间设有用于采样室11″′的排气孔35。排气孔确保实现无气泡试样。排气孔可以构成单独的孔，还可以构成金属体两个单独的部分之间的环绕的缝隙。在这种条件下，两个部分例如由螺栓29固定在一起。测量头10″′的前部非常重。在浸入端和平面34之间，测量头的密度为7g/cm³，测量头10″′的整体密度为6.7g/cm³。

图7中再次示出了图3所示的测量头10′。与测量头10′相对应地，本发明这里要强调的是，测量头的整体密度从较远的平面37算起。该方案的初衷是，还有一部分电线8也随着一起浸入到钢水中，因此在计算测量头的整体密度时必须要考虑到这一点。根据本发明，测量头浸入到液态钢表面以下约20cm处，并在此进行测量。如已经所示，由此使钢水经由流入孔19、20、22流入到采样室11′中。可能产生的气体可以通过信号线8和金属管9之间的耐火材料24而经由排出口从测量头排出。在此重要的是，排出口设置在高于采样室的流入孔19、20、22的位置上。在本发明的范围内，“高于”的含义指的是排出口以及流入孔沿着测量头纵轴的不同设置方式。因此，流入孔这样设置在测量头中，即，在根据实际应用条件使测量头浸入到钢水中的情况下，首先使钢水流入到流入孔中，和/或通过流入孔使采样室填满。

本发明的具有优势的实施例示出了：由整个插入式探头的浸入到钢水和熔渣中的部分的质量和体积所形成的整体密度小于7g/cm³。在该实施例变换中，测量头还包括一部分信号线8以及至少部分围绕住信号线8的金属管9，这是因为插入式探头的这些组成部分也随之一起浸入到钢水和熔渣中。

根据实际经验，液态钢水上的熔渣的厚度约为30cm。特别具有优势的是，使电线长度为50cm、与之对应的熔渣厚度约30cm以及电线密度约为1.6g/cm³和采样位置约为20cm处，共同纳入到对测量头的整体密度的计算中。在该实施例的具有优势的变换中，提供了这样一种插入式探头，其整体密度小于7g/cm³，该整体密度的计算包括测量头、电线密度为1.6g/cm³的50cm长的信号线8、以及至少部分围绕住信号线8的金属管9。因此可以确保实现：测量头可靠地且可复制地浸入到钢水中，从而相应地用于对熔液性能进行测量。据此，在该实施例中，插入式探头浸入到钢水和/或熔渣中的部分的整体密度小于7g/cm³。在该实施例中，测量头还包括至少部分围绕住信号线的金属管9。信号线8离开金属管9的位置是电线导出口。在图7所示的实施例中，电线导出口还同时表示为排出口、也称为排气孔。

Claims

1.一种插入式探头，用于通过热分析确定由钢水中采集的试样的相变过程，所述插入式探头具有测量头，该测量头具有浸入端，在该测量头中设有采样室和热电偶，所述采样室具有流入孔，所述热电偶以其热焊点伸入到采样室中，所述测量头还具有用于热电偶信号线的电线导引件，其中，所述电线导引件在测量头的与浸入端相对设置的一端经由排出口从该测量头引出，并且其中，所述浸入端和所述排出口之间的直线形成所述测量头的纵轴，其特征在于，所述测量头在其浸入端与这样的平面之间的密度最小为7g/cm³，该平面于所述浸入端和所述排出口之间垂直切割所述直线；所述流入孔通到所述平面和所述浸入端之间，或通到所述浸入端上；所述测量头的整体密度小于7g/cm³，其中，所述热电偶大体上平行于所述纵轴、并以其热焊点沿着所述浸入端的方向延伸，并且所述热电偶通过透气材料固定在所述采样室中。

2.一种插入式探头，用于通过热分析确定由钢水中采集的试样的相变过程，所述插入式探头具有测量头，该测量头具有浸入端，在该测量头中设有采样室和热电偶，所述采样室具有流入孔，所述热电偶以其热焊点伸入到采样室中，所述测量头还具有用于热电偶信号线的电线导引件，其中，所述电线导引件在测量头的与浸入端相对设置的一端经由排出口从该测量头引出，并且其中，所述浸入端和所述排出口之间的直线形成所述测量头的纵轴，其特征在于，所述测量头在其浸入端与这样的平面之间的密度最小为7g/cm³，该平面于所述浸入端和所述排出口之间垂直切割所述直线；所述流入孔通到所述平面和所述浸入端之间，或通到所述浸入端上；所述测量头的包括至少部分围绕住信号线的金属管和一部分信号线在内的整体密度小于7g/cm³，其中，所述热电偶大体上平行于所述纵轴、并以其热焊点沿着所述浸入端的方向延伸，并且所述热电偶通过透气材料固定在所述采样室中。

3.根据权利要求1或2所述的插入式探头，其特征在于，垂直于所述纵轴分别形成经由热焊点以及经由距离浸入端最远设置的流入孔部分的虚拟平面，所述测量头在所述浸入端和距离该浸入端最远设置的平面之间的密度最小为7g/cm³。

4.根据权利要求1或2所述的插入式探头，其特征在于，所述流入孔的直径至少是所述采样室的直径的三分之一，并且最大等于所述采样室的直径。

5.根据权利要求1或2所述的插入式探头，其特征在于，所述电线导引件与所述排出口经由所述透气材料与所述采样室形成透气性连接。

6.根据权利要求1所述的插入式探头，其特征在于，在所述排出口上设有与所述直线同轴延伸的管，通过所述管导引所述信号线。

7.根据权利要求2所述的插入式探头，其特征在于，在所述排出口上设有与所述直线同轴延伸的金属管，通过所述金属管导引所述信号线。

8.根据权利要求1或2所述的插入式探头，其特征在于，所述流入孔在其外侧具有保护盖，所述保护盖由金属制成；或者，所述保护盖由金属与纸板或由金属与纸片组成的复合材料制成。

9.根据权利要求8所述的插入式探头，其特征在于，所述保护盖由钢制成，所述保护盖的厚度最大为0.5mm；或者，所述保护盖由锌与纸板或由锌与纸片组成的复合材料制成。

10.根据权利要求1或2所述的插入式探头，其特征在于，所述流入孔由石英玻璃制成，其中，在所述流入孔中设置脱氧介质。

11.根据权利要求1或2所述的插入式探头，其特征在于，所述插入式探头还具有其它的温度传感器，所述温度传感器设置在所述测量头的与所述浸入端相反的一端上。

12.根据权利要求2所述的插入式探头，其特征在于，包括在小于7g/cm³的测量头的整体密度中的一部分信号线在操作所述插入式探头的过程中浸入到钢水中，以及浸入到位于钢水之上的熔渣层中。

13.根据权利要求2或12所述的插入式探头，其特征在于，包括在小于7g/cm³的测量头的整体密度中的信号线部分的长度为50cm，平均电线密度为1.6g/cm³。