CN100580396C - 一种熔融液体温度连续测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种熔融液体温度连续测量方法，包括以下步骤：将定位装置安装在传感器上，所述传感器中的连接管与测温管连接，传感器与定位装置间配合；将定位装置安装在熔融液体的液面上方，所述测温管的封闭端插入拟定深度并浮在被测熔融液体中；当熔融液体液面波动时，所述测温管随着液面波动，所述传感器在所述定位装置中上下移动，测温管插入熔融液体的深度保持不变；测温管的封闭端感知熔融液体温度并发出辐射；接收测温管的封闭端发出的辐射，经分析得到熔融液体的温度。本发明还公开了一种用于实现上述方法的装置。本发明测温成本低、测温精度高，应用在钢水等熔融液体的温度连续测量中。

Description

一种熔融液体温度连续测量方法及装置

技术领域

本发明涉及黑体空腔辐射高温测定，特别涉及一种用于连续测量熔融液体温度的方法及装置。

背景技术

在冶金和玻璃生产等行业中，实现对熔融金属、玻璃等温度的连续测量对调整生产工艺、降低能耗、提高质量有重要意义。

美国专利US5180228公开了一种铁水或钢水温度测量的方法及装置，如图1所示，该技术方案利用黑体空腔辐射测温技术，具体方案为：一端开口的测温管11插入铁水或钢水14中，铁水或钢水14表面漂浮渣13，测温管11上端连接连接管12。工作方式为：测温管11插入铁水或钢水14中，插入深度与测温管11内径之比大于10，此时测温管11接近为一黑体空腔，底端感知铁水或钢水14的温度并发出辐射，接收所述辐射，经过分析得到铁水或钢水14的温度。测温管11使用锆系陶瓷，成本高。为了提高昂贵的测温管11的使用寿命，在所述测温管11外设置了可浮在渣13上的环形保护器15，把渣13与测温管11隔离开来，避免了在测温过程中渣13侵蚀所述测温管11，大大提高了测温管11的使用寿命。上述技术方案实现了对铁水或钢水温度的连续测量，但也有如下不足：1、结构复杂，需要专门配备一个新部件：环形保护器；2、测温精度低，由于是利用黑体空腔技术进行辐射测温，因此对插入液面的深度与测温管的内径之比有要求：通常大于某一特定值，而在整个测温过程中，液面是不断波动的，造成测温管插入深度会随着液面的波动而波动，然而上述技术方案中又是固定测温管的位置，因此，当液面下降时，如炼钢连铸工艺中更换大包时，中间包钢水液面通常会有较大幅度的下降，会出现插入深度不足，此时测温管不能被视为黑体空腔，进而造成测温精度严重下降。

日本专利JP7-12650公开了一种用于熔融金属连续测温的辐射温度计装置，如图2所示，该装置也是利用黑体空腔辐射测温技术，具体技术方案为：该装置包括测温管23及测温探头、分析仪表24。工作方式为：测温管23插入熔池21中的熔融金属22中一定深度，使测温管23接近于一个黑体，测温管23的底端感知熔融金属温度并发出辐射，测温探头接收所述辐射信号，经所述分析仪表24分析后得到熔融金属22的温度。该装置实现了对熔融金属内部温度的连续测量，但也有如下不足：

1、测温管成本高，体现在以下方面：第一，在测温过程中，测温管的位置固定，插入熔融金属的长度有限(测温管满足黑体空腔需要即可)，液面之上的测温管长度较长(尤其是当液面下降时)，而这部分测温管并没有起到测温作用，浪费了这部分测温管，提高了测温成本。第二，为了满足黑体空腔的要求，测温管插入深度与内径之比必须大于某一特定值，而由于模具的限制(测温管越长，所需的内腔模具也就越长，为保证模具强度，模具的直径就必须越大)，此类测温管内腔直径通常比较大，因此插入深度也就比较大，造成测温管总长度比较大。通常使用的测温管长度为1100mm左右，如果采用价格低廉的铝碳材料，重15公斤，而铝碳材料价格为30000元/吨，因此每根测温管的造价约为450元，采用锆系陶瓷的测温管价格更高。第三，熔融液体如钢水表面会有一层侵蚀性很强的渣，因此，测温管往往是在渣线处断裂，使用寿命大大下降。渣线处理手段有两种：一种是加大测温管在渣线位置的壁厚，另一种是强化测温管在渣线位置的材料(加强材料的成本很高)。对于位置固定的测温管，液面渣线波动，且不同应用场合渣线位置不同，所以，测温管若要进行渣线处理，则必须处理很长的范围(比如200mm)才能保证其普适性。测温管壁厚的增大提高了测温管的质量：会从15公斤提高到16公斤，如采用价格低廉的铝碳管，每天更换一根测温管，则每个应用点每年的耗材费用就超过17万元，因此，降低测温的运行成本成了业界急需解决的问题。

2、测温管加工难，由于上述方案中使用的测温管较长，而要在较长的测温管内加工出较小的内径很难，对模具的要求也高。

3、测温精度低，由于是利用黑体空腔技术进行辐射测温，因此对插入液面的深度与测温管的内径之比有要求：通常大于某一特定值，而在整个测温过程中，液面是不断波动的，造成测温管插入深度会随着液面的波动而波动，然而上述技术方案中又是固定测温管的位置，因此，当液面下降时，会出现插入深度不足，此时测温管不能被视为黑体空腔，从而造成测温精度严重下降。

如图3所示，中国专利CN1116593C公开了一种和上述日本专利类似的钢水温度连续测量方法以及测温管。还有较多专利文献公开了和上述技术方案类似的方法和装置，如日本专利平4-166730、俄罗斯专利RU2150091C1、中国专利CN2788937Y和CN101071079A等，但都具有和上述方法及装置相同的不足。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中的上述不足，提供了一种运行成本低、测温精度高的熔融液体温度连续测量方法，还提供了一种成本低、部件加工容易、测温精度高的熔融液体温度连续测量装置。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种熔融液体温度连续测量方法，包括以下步骤：

将定位装置安装在传感器上，所述传感器中的连接管与测温管连接，传感器与定位装置间配合；

将定位装置安装在熔融液体的液面上方，所述测温管的封闭端插入拟定深度并浮在被测熔融液体中；当熔融液体液面波动时，所述测温管随着液面波动，所述传感器在所述定位装置中上下移动，而测温管插入熔融液体的深度保持不变；

测温管的封闭端感知熔融液体温度并发出辐射；

接收测温管的封闭端发出的辐射，经分析得到熔融液体的温度。

作为优选，所述拟定深度与测温管的内径之比大于或等于14。

作为优选，所述测温管在接触熔融液体表面的渣线部分的壁厚大于其它部分的厚度。

作为优选，在测温过程中，所述连接管内通有冷却气体并自上而下流动，并排出。

为实现上述方法，本发明还提出了这样一种熔融液体温度连续测量装置，包括传感器、分析仪表，所述传感器包括一端开口一端封闭的测温管、与测温管连接的连接管、与连接管连接的测温探头；所述测温探头连接分析仪表；所述测量装置还包括定位装置，所述传感器穿过并与所述定位装置间滑动或滚动配合；所述传感器受到的重力G_传满足如下关系：G_传＝F_浮，F_浮为所述测温管的封闭端插入熔融液体为拟定深度时受到的浮力。

作为优选，所述拟定深度与测温管内径之比大于或等于14。

所述测温管在熔融液体表面渣线位置的壁厚大于其它部分的厚度。

作为优选，所述连接管内设有气体通道，所述测温管上设置有排气通道。

作为优选，所述连接管上还设置限位装置。

本发明的基本原理是：通过设计传感器的质量和测温管的长度，从而使测温管插入拟定深度并浮在熔融液体中，插入拟定深度与测温管内径的比例关系满足测温管接近黑体空腔的需要，如比例为14；当液面波动时，通过定位装置去限定传感器只是在竖直方向上随液面的波动而上下移动，而测温管插入熔融液体的深度保持不变，使测温管始终接近于黑体空腔。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、测温管成本低，体现在以下方面：第一，无论液面如何波动，测温管的插入深度保持固定，不会出现过剩的情况(插入深度与测温管内径比例很大时也没有更好的效果)，因此，保证黑体空腔的同时最大限度地减少了液面以下测温管的浪费，从而节省了成本；第二，与传统的位置固定的测温管相比，本发明所述测温管浮在液面之上且液面以上长度固定，因此，只需要伸出液面较短距离(比如150mm)即可满足测温需求，因此，液面以上的测温管成本得以最大限度的减少；第三，测温管总长较短，因此在加工过程中可以把测温管的内径做得很小，相应地又可以缩短测温管的插入液面以下的长度(测温管的插入深度与内径满足一定比例才能使测温管接近黑体空腔)，降低了测温管的质量；第四，所述测温管接触渣线的位置固定，只需要使接触渣线的很短部分的壁厚加大(比如50mm)，降低了测温管的质量，缩减了成本。总体上来说，在保证测温管使用寿命不降低的情况下，测温管的长度可以缩短约50％，测温管整体成本也可缩减约50％。

2、测温管长度短，加工出小的内径容易。

3、测温精度高，由于是使传感器浮在熔融液体中，且其插入熔融液体的深度固定，因此，熔融液体液面的波动不会影响测温管插入熔融液体的深度，从而使测温管始终满足黑体空腔的需要，提高了测温精度。

附图说明

图1是一种现有的铁水或钢水温度测量装置结构示意图；

图2是一种现有的用于熔融金属连续测温的辐射温度计装置的结构示意图；

图3是一种现有的钢水温度连续测量装置的结构示意图；

图4是本发明的一种熔融液体温度连续测量装置的结构示意图；

图5是图4中测量装置的局部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详尽描述。

实施例：

如图4所示，一种熔融液体温度连续测量装置，应用在钢水温度连续测量中，包括传感器、分析仪表6和定位装置8。所述传感器包括测温管3、连接管4和测温探头5。

所述连接管4采用金属材料，用于连接所述测温管3和测温探头5，其中，使用螺栓固定所述连接管4和测温管3。所述连接管4穿过定位装置8并和定位装置8间滑动配合，长度为600mm；为了避免整个传感器进入容器中，也为了避免测温管3的封闭端在钢水2的液面下降时触碰容器的底部而碎裂，所述连接管4上设置有与定位装置8配合使用的限位装置41。如图5所示，连接管4内设有冷却气体通道42，所述连接管4与测温管3之间设有排气通道43。所述定位装置8质量较大，用于限定连接管4在其内部上下运动。

所述测温管3一端开口，一端封闭，采用价格低廉的铝碳材料，长度为500mm，内径为20mm，其侧壁的厚度大于封闭端的厚度：侧壁厚30mm，其中在离封闭端距离为290mm附近处31(测温时接触钢渣1的部分，长度为50mm)的壁厚为70mm，封闭端厚10mm。

通过调整所述连接管4和测温探头5的质量，所述传感器受到的重力G_传满足如下关系：G_传＝F_浮，F_浮为所述测温管3的封闭端插入钢水2为拟定深度290mm时受到的浮力。浮力包括两部分：钢水2和钢渣1对测温管3都产生浮力，但以钢水2产生的浮力为主，本实施例中，传感器的质量为15公斤。

本实施例还揭示了一种钢水温度连续测量方法，包括以下步骤：

将定位装置8安装在连接管4上，所述连接管4的一端连接测温探头5，将测温管3与所述连接管4相连接，所述连接管4与所述定位装置8配合；

将所述定位装置8置放在钢水2液面上方的容器盖7上，所述测温管3的封闭端穿过钢渣1插入钢水2中，测温管3上的壁厚较大部分31接触钢渣1，抵御钢渣1的侵蚀；根据传感器的浮力设计，测温管3插入钢水2到拟定深度290mm并浮在钢水2中，插入深度与内径的比为14.5，此时的测温管3接近于黑体空腔；当钢水2的液面发生波动时，测温管3会随着钢水2液面的波动而上下运动(由于有限位装置41的作用，传感器不会完全进入容器内，测温管3的底端也不会触碰到容器的底部)，连接管4在所述定位装置8中上下运动，但由于上述浮力设计，测温管3插入钢水2的深度始终维持在290mm左右，使所述测温管3接近于黑体空腔；冷却气体9如洁净的氮气从所述连接管4内从上而下流动，并从连接管4与测温管3之间的排气通道43排出，降低了连接管4的温度；

测温管3的封闭端感知钢水2的温度并发出辐射10；

通过冷却气体9的快速流动，降低了所述连接管4的温度，使所述连接管4的热形变极小，从而保证了测温管3的封闭端发出的辐射10能够被测温探头5准确接收，并经所述分析仪表6分析后得到钢水2的温度，实现了对钢水2温度的连续测量。

如上所述，本发明的测温管的长度还不到现有测温管长度的一半，把测温管接触钢渣部分的壁厚做得厚一些，总体质量为7.5公斤，成本约为225元，而连接管可重复利用，这样一来，若每天也是更换一根测温管，每个应用点每年节省的耗材费用就超过8万元，而全中国有900个钢铁行业的应用点，以及远超钢铁应用点数的铝水、铜水等熔融金属温度测量点，可见该技术方案具有很好的市场推广价值。

需要指出的是，上述实施方式不应理解为对本发明保护范围的限制。如，连接管与定位装置间还可以是滚动配合。排气通道还可以是设在测温管上的排气孔。本发明的关键是，通过设计传感器的质量和测温管的长度，使传感器受到的重力等于测温管的封闭端插入到熔融液体中拟定深度时受到的浮力，从而使测温管插入熔融液体的深度固定(使测温管满足黑体空腔的需要)，不会随熔融液体液面的波动而波动，大大降低了测温管的长度和质量，在测温管使用寿命不缩短的情况下，为熔融液体测温节省了一半的耗材费用，而且加工容易、测温精度高。在不脱离本发明精神的情况下，对本发明作出的任何形式的改变均应落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1、一种熔融液体温度连续测量方法，包括以下步骤：

将定位装置安装在传感器上，所述传感器中的连接管与测温管连接，传感器与定位装置间配合；

将定位装置安装在熔融液体的液面上方，所述测温管的封闭端插入拟定深度并浮在被测熔融液体中；当熔融液体液面波动时，所述测温管随着液面波动，所述传感器在所述定位装置中上下移动，测温管插入熔融液体的深度保持不变；

测温管的封闭端感知熔融液体温度并发出辐射；

接收测温管的封闭端发出的辐射，经分析得到熔融液体的温度。

2、根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于：所述拟定深度与测温管的内径之比大于或等于14。

3、根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于：所述测温管在熔融液体表面渣线位置的壁厚大于其它部分的厚度。

4、根据权利要求1或2或3所述的测量方法，其特征在于：在测温过程中，所述连接管内通有冷却气体并自上而下流动，并排出。

5、一种熔融液体温度连续测量装置，包括传感器、分析仪表，所述传感器包括一端开口一端封闭的测温管、与测温管连接的连接管、与连接管连接的测温探头；所述测温探头连接分析仪表；其特征在于：所述测量装置还包括定位装置，所述传感器穿过并与所述定位装置间滑动或滚动配合；所述传感器受到的重力G_传满足如下关系：G_传＝F_浮，F_浮为所述测温管的封闭端插入熔融液体为拟定深度时受到的浮力。

6、根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于：所述拟定深度与测温管内径之比大于或等于14。

7、根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于：所述测温管在熔融液体表面渣线位置的壁厚大于其它部分的厚度。

8、根据权利要求5或6或7所述的测量装置，其特征在于：所述连接管内设有气体通道，所述测温管上设置有排气通道。

9、根据权利要求8所述的测量装置，其特征在于：所述连接管上还设置限位装置。

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