對金屬熔體進行測量和採樣的測量探針的製作方法

2023-05-09 05:48:46 2

專利名稱：對金屬熔體進行測量和採樣的測量探針的製作方法
技術領域：
本發明涉及對金屬熔體進行測量和採樣的測量探針，所述測量探針具有布置在吹管上的測量頭，所述測量頭帶有至少一個溫度傳感器和採樣室，所述採樣室被所述測量頭包圍並具有由石英玻璃管制成的吸入管道，所述吸入管道延伸穿過所述測量頭。
背景技術：
這類測量探針原則上是已知的，並且主要在所謂的轉爐或電弧爐中進行煉鋼的過程中使用。在轉爐(所謂的BOF轉爐-「鹼性氧氣轉爐」的技術術語)中，利用吹管向金屬熔體中吹入氧氣。轉爐具有用耐火材料製成的襯裡，耐火材料能夠理想地承受爐渣造成的腐蝕和吹氧過程中產生的熱量。向轉爐內加入廢金屬和石灰石(氧化鈣)以冷卻熔體和去除磷、 矽和錳。氧氣使碳燃燒以形成一氧化碳和二氧化碳。在存在氧化鈣和氧化鐵的情況下，錳、 矽和磷被氧化並轉化以形成爐渣。由於所述氧化反應是高度放熱的，所以該過程需要被冷卻以便控制熔體的溫度。冷卻是通過在吹煉過程中加入廢金屬和鐵礦石來實現的。吹氧過程本身需要大約15-20分鐘才能完成，與轉爐的尺寸無關，轉爐的尺寸可以是大約70-400 噸。在本文中，調節吹管的氧氣流量以適應轉爐的尺寸和/或熔體的重量。在兩次出鋼之間，裝載、卸載鋼和爐渣(包括測量溫度和採集用於分析熔體的樣品)需要40-60分鐘的時間。整個過程的特點是生產率高，並且生產出來的鋼的雜質含量低。在出鋼階段，將爐傾斜並從而將產品通過出鋼口倒入澆包。在該操作期間，向澆包內加入鐵合金以控制鋼的成分。 氧氣吹管技術的一個重大進步是穿過轉爐底板向熔體加入惰性氣體(通常是氬氣)以便攪動熔體和爐渣。該方法顯著提高了效率，並且降低了鐵損和磷含量。此外，提高了該過程的熱平衡和質量平衡，從而降低了成本。上述在轉爐中使用的測量探針例如參見DE 10 2005 060 492和DE 10 2005 060 493。在電弧爐中，通過在石墨電極尖端和導電的廢金屬裝載物之間產生的電弧的能量來熔化廢金屬。為了將廢金屬裝載到爐內，提起3個電極和爐頂，以便露出填充口。電極根據預先選定的電壓和預先選定的電流來保持電弧，從而提供熔化和氧化所需的能量。電弧爐的內徑約為6-9米，容量為100-200噸鋼。在所述電弧爐中，兩個出鋼階段之間的時間通常為約90-110分鐘。在電弧爐中使用的測量探針例如參見DE 28 45 566,DE 32 03 505或DE 103 60 625。為了監視轉爐或電弧爐中的過程，需要在採樣的過程中完全填充溫度較低的測量探針的採樣室，其中應該防止在樣品中出現氣泡。這種採樣不是始終都很容易的，特別是在轉爐的吹煉過程中，原因如下一方面，鋼熔體的理論密度變化劇烈；另一方面，由於從上方吹入氣體的吹氧過程；另一方面，由於穿過轉爐底板吹入的惰性氣體。此外，工業上趨向於使用僅允許熔體少量過熱的爐(即，在熔體溫度和液線溫度之間只有很小的差別)。

發明內容
因此，本發明的目的是改進現有的測量探針和採樣器，並且使無氣泡採樣變得更容易，即提高樣品質量。優選的是，還簡化把樣品從測量探針中取出的過程。根據本發明，上述目的是通過獨立權利要求的特徵實現的。從屬權利要求中限定了有利的進一步的改進。在金屬熔體中進行測量和採樣的測量探針具有布置在吹管上的測量頭，所述測量頭帶有至少一個溫度傳感器和採樣室，所述採樣室至少部分被所述測量頭包圍並且包括吸入管道，所述吸入管道延伸穿過所述測量頭並優選地由石英玻璃管制成，已經證明，對於上述測量探針來說，如果所述石英玻璃管的伸入所述測量頭內的部分的長度L與所述石英玻璃管的最小直徑D的平方的比值在所述石英玻璃管的伸入所述測量頭內的部分的至少一個位置為L/D2 < 0. 6mm S那麼所述測量探針就能夠採集到優良的、無氣泡的樣品，其中所述比值優選地小於0. 45mm S更優選地小於0. 3mm ^在金屬熔體低過熱的情況下，已經證明低的比值是有利的，例如，在過熱大於100°C時的比值L/D2小於0. 6讓_1，在過熱小於801時的比值L/D2小於0. 3mm1。上述目的還通過一種用於在金屬熔體中進行測量和採樣的測量探針實現，所述測量探針具有布置在吹管上的測量頭，所述測量頭帶有至少一個溫度傳感器和採樣室，所述採樣室至少部分被所述測量頭包圍並且包括吸入管道，所述吸入管道延伸穿過所述測量頭並優選地由石英玻璃管制成，其中，所述測量頭具有小於20mbar (毫巴)的壓差Pg，所述壓差是按照如下方法確定的首先，引導基準氣流通過帶有兩個開口端的管並測量所述管內的壓力P1，然後將所述管的一端插入到測量頭的吸入管道內，引導同一基準氣流通過所述管並測量所述管內的壓力P2,從差值P2-P1確定測量頭的壓差Pg。在本文中，有利的是，測量頭的壓差Pg小於15mbar。這種類型的測量頭還能確保獲得高質量的樣品。特別有利的是，比值L/D2小於0. 6mm \優選小於0. 45mm S並且在上述任一種情況下測量頭的壓差Pg小於20mbar。有利的是，測量頭由從如下群組中選擇的材料製成陶瓷材料，水泥，鋼，鑄造用砂。此外，特別有利的是，採樣室至少部分被用鑄造用砂製成的砂體包圍。此外，可以按照如下方案設計測量頭，即使得採樣室在相互垂直的第一方向和第二方向上的長度大於在與所述第一方向和第二方向都垂直的第三方向上的長度，並且使得吸入管道與所述第三方向垂直地通入所述採樣室。這對應於所謂的扁平採樣室的設計，所述扁平採樣室具有圓形或橢圓形或細長橫截面和與該橫截面垂直地布置的基本上為矩形的較小的橫截面，其中所述較小的橫截面可具有圓角。因此，吸入管道與較大橫截面平行且與較小橫截面垂直地延伸。此外，有利的是，測量頭同時帶有至少一個電化學傳感器以便具有更靈活和多樣的應用和能夠同時測量金屬熔體的更多參數。有利的是，提供使採樣室通氣的可能性。採樣室有利地由兩個半球組成，所述兩個半球可按照已知方式與採樣室的縱軸線平行地分開並且通過它們的邊緣保持在一起，以便當液態金屬流入時允許空氣從採樣室排出，但液態金屬不能從兩個半球之間流出。有利的是，採樣室布置在多孔砂體內以提供通氣功能。所述兩個半球被夾具壓在一起並且所述採樣室被牢固地固定在所述砂體內，使得兩個半球不會因為在浸入熔體時產生的鋼水靜壓力而打開。所述半球的邊緣可設置有例如小孔或溝槽以便使採樣室通氣，由此防止了從採樣室流出的熔體形成毛刺。通常，根據本發明的測量探針從上方浸入到含有金屬熔體的容器內。所述浸入過程通常例如利用自動浸入吹管自動進行。進行測量以後，帶有測量探針的浸入吹管被從含有金屬熔體的容器向旁邊樞轉出來並被扔下。在該過程中，測量探針下落數米。當撞擊到地面上時，樣品未被損壞並且可以容易地從採樣室取出。根據本發明，所述測量探針用於在吹煉過程期間在用於熔化鋼的轉爐內的金屬熔體中進行測量和採樣，或者用於在電弧爐內的金屬熔體中進行測量和採樣。


下面參考附圖通過實例更詳細地描述本發明。在附圖中圖1是轉爐的橫截面的示意圖；圖2是根據本發明具有測量頭的測量探針的示意圖；圖3是根據本發明的測量頭的剖視圖；圖4是對開口管進行的壓力測量的示意圖；圖5是對測量頭進行的壓力測量的示意圖。
具體實施例方式圖1示出了帶有襯裡2的轉爐1。轉爐1含有鋼熔體3，爐渣層4位於鋼熔體3上。 為了煉鋼，通過底板噴嘴5將氬氣穿過轉爐1的底板吹入金屬熔體。通過吹管6從上方吹入氧氣。除了吹管6外，還將所謂的浸入吹管7插入到轉爐1內，所述浸入吹管7在其浸入端上具有測量探針8，測量探針8具有測量頭9。在氧氣正在被吹入的同時，通常在氧氣吹入過程結束之前的大約2分鐘的時候，進行測量過程。這涉及測量溫度和採集用於確定碳含量的樣品。測量結果允許修正吹煉模型以便能夠改變鋼熔體的品質。可以在完成吹氧過程之後進行第二次測量。這通常涉及測量溫度和鋼熔體中的活性氧含量，以及採集用於在實驗室進行分析以便確定鋼的最終成分的樣品。根據氧含量，可以在幾秒鐘內確定鋼中的當前碳含量。此外，可以算出所需的脫氧劑(鋁)的量。圖2所示的測量探針8具有布置在承載管10的浸入端上的測量頭9。為了保護吸入孔和傳感器，測量頭9包括塑料蓋11，該塑料蓋11在通過爐渣4期間被燃燒掉，從而使傳感器系統和吸入孔進入金屬熔體。塑料蓋11可在其內側增設金屬蓋或金屬層，所述金屬蓋或金屬層可由鋼形成並在測量探針所測量的鋼熔體內熔化。測量頭9包括由鑄造用砂製成的砂體12，砂體12包括多個肋13，砂體12藉助這些肋13被壓入到承載管10內以便被牢固地保持住。連接電纜布置在測量頭9的後側端部上並用於將傳感器獲得的信號穿過承載管10和浸入吹管7傳遞到分析裝置。在圖3中以橫截面示意性示出的測量頭9具有作為溫度傳感器的熱電偶15，該熱電偶15被金屬蓋16包圍並且藉助耐火水泥17布置在測量頭9內。在其位於測量頭9內部的後端上，熱電偶15包括用於把熱電偶導線連接到連接電纜上的連接件18。此外，具有採樣室19的採樣器和作為吸入管的石英玻璃管20也布置在測量頭9的砂體12內，該砂體 12是用鑄造用砂製成的。石英玻璃管20從砂體12伸出大約1釐米。石英玻璃管20的外部吸入孔被金屬蓋25 (由鋼製成)封閉，紙板蓋沈布置在金屬蓋25上方，紙板蓋沈在浸入到鋼熔體內時或浸入到鋼熔體內之後被破壞，從而露出石英玻璃管20的外部吸入孔。長度L表示布置在測量頭9的砂體12內的吸入管的位於其進入採樣室19之處和其從砂體12 伸出之處之間的長度。這就是所謂的安裝長度。直徑D表示安裝長度L內的最小直徑。在所示實例中，比值L/D2 = 0. 22mm 1並產生無氣泡樣品，而在根據現有技術的對應探針中，該比值約為1.43mm1。採樣室19藉助砂體12的砂肋21通過壓配合固定在砂體12內。根據圖4所示的示意圖開始在管22內進行壓力測量，管22的兩端是開口的，並且其外徑被合適地設置為允許其滑入石英玻璃管20內。箭頭23表示流動的氣體(優選為空氣)的流動方向，通過壓力計對確定氣體的壓力P:。管22的位於壓力計M和石英玻璃管 20之間的長度約為2釐米，內徑約為4毫米。圖5示出了在執行了根據圖4的測量之後，滑入到石英玻璃管20內的管22的示意圖。隨著再次導入氣體，通過壓力計測量壓力p2。差值P2-P1是測量頭的壓差pg。在各種情況下，在氣體以流量8001/h(升/小時)流過時測量壓力，其中氣體流量是以所謂的「標準升」，即在20°C的室溫和1013hPa(百帕)的標準氣壓下測量的值，為基礎的。在所示實例中確定的壓差小於15mbar。在所述壓差下獲得了質量良好的樣品。
權利要求
1.一種在金屬熔體中進行測量和採樣的測量探針，所述測量探針具有布置在吹管上的測量頭，所述測量頭帶有至少一個溫度傳感器和採樣室，所述採樣室至少部分被所述測量頭包圍並且包括延伸穿過所述測量頭的吸入管道，所述吸入管道包括在所述測量頭內延伸的內部部分並且至少在位於所述內部部分中的一個位置處具有長度L和最小直徑D，其特徵在於，比值L/D2小於0. 6mm1。
2.根據權利要求1所述的測量探針，其特徵在於，所述比值L/D2小於0. 45mm1。
3.根據權利要求2所述的測量探針，其特徵在於，所述比值L/D2小於0. 3mm1。
4.一種用於在金屬熔體中進行測量和採樣的測量探針，所述測量探針具有布置在吹管上的測量頭，所述測量頭帶有至少一個溫度傳感器和採樣室，所述採樣室至少部分被所述測量頭包圍並且包括吸入管道，所述吸入管道延伸穿過所述測量頭，其特徵在於，所述測量頭具有小於20毫巴的壓差Pg，所述壓差是按照如下方法確定的首先，引導基準氣流通過帶有兩個開口端的管並測量所述管內的壓力P1,然後將所述管的一端插入到所述測量頭的吸入管道內，引導同一基準氣流通過所述管並測量所述管內的壓力P2，從差值P2-P1確定所述測量頭的壓差Pg。
5.根據權利要求4所述的測量探針，其特徵在於，所述測量頭的壓差Pg小於15毫巴。
6.根據權利要求1或4所述的測量探針，其特徵在於，所述比值L/D2小於0. 6mm S並且所述測量頭的壓差Pg小於20毫巴。
7.根據權利要求1或4所述的測量探針，其特徵在於，所述比值L/D2小於0. 45mm S並且所述測量頭的壓差Pg小於20毫巴。
8.根據權利要求1或4所述的測量探針，其特徵在於，所述比值L/D2小於0. 3mm S並且所述測量頭的壓差Pg小於20毫巴。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的測量探針，其特徵在於，所述測量頭由從如下群組中選擇的材料製成陶瓷材料，水泥，鋼，鑄造用砂。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的測量探針，其特徵在於，所述吸入管道是用石英玻璃管制成的。
11.根據權利要求1至10中任一項所述的測量探針，其特徵在於，所述採樣室至少部分被由鑄造用砂製成的砂體包圍。
12.根據權利要求1至11中任一項所述的測量探針，其特徵在於，所述採樣室在相互垂直的第一方向和第二方向上的長度大於在與所述第一方向和第二方向都垂直的第三方向上的長度，並且所述吸入管道與所述第三方向垂直地通入所述採樣室。
13.根據權利要求1至12中任一項所述的測量探針，其特徵在於，所述測量頭還帶有至少一個電化學傳感器。
14.根據權利要求1至13中任一項所述的測量探針在吹煉過程期間在用於煉鋼的轉爐中的金屬熔體中進行測量和採樣的應用。
15.根據權利要求1至13中任一項所述的測量探針在電弧爐中的金屬熔體中進行測量和採樣的應用。
全文摘要
本發明涉及一種在金屬熔體中進行測量和採樣的測量探針，所述測量探針具有布置在吹管上的測量頭，所述測量頭帶有至少一個溫度傳感器和採樣室，所述採樣室至少部分被所述測量頭包圍並且包括延伸穿過所述測量頭的吸入管道，所述吸入管道包括在所述測量頭內延伸的內部部分並且至少在位於所述內部部分中的一個位置處具有長度L和最小直徑D，比值L/D2小於0.6mm-1。
文檔編號G01N1/10GK102288740SQ201110151250
公開日2011年12月21日 申請日期2011年6月2日 優先權日2010年6月18日
發明者D·-J·奈葉恩斯, D·拜恩斯 申請人:賀利氏電子耐特國際股份公司