CN101118186A - 一种高温连续测温系统及测温管的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高温连续测温系统及测温管的制造方法，高温连续测温系统包括测温管、光接收探头和信号分析仪，测温管包括烧结在一起的外层和内层。测温管通过以下方法制得：准备一芯棒、小号橡皮模具和大号橡皮模具；将内层材料填充在芯棒和小号橡皮模具之间；将内层材料压实成型，加工成内层胚；取下小号橡皮模具，将外层材料填充在内层胚和大号橡皮模具之间，压实成型，加工成测温管胚；将测温管胚置于200－300℃的环境下进行硬化，然后在800－1200℃的非氧化气氛中烧结，得到测温管。它主要应用在钢水测温领域。本发明具有加工工艺先进、测温准确、响应时间短、稳定性高、成本低、使用效果好的优点。

Description

一种高温连续测温系统及测温管的制造方法

技术领域

本发明涉及一种高温连续测温系统及测温管的制造方法，它主要应用在钢水连续测温领域。

背景技术

在现有的钢水连续测温领域，公开号为1333455A的中国专利提出了一种采用复合管来代替单管的技术方案，在这个装置中，测温管分为外管和内管。外管和内管都是采用一端开口一端封闭的形式，外管一般采用铝碳材料，内管采用纯度比较高的AL₂O₃材料。外管与被测高温钢水直接接触，内管套在外管中。由于外管的铝碳材料在高温下会产生二氧化硅、一氧化硅、碳化硅等挥发物，而内管基本不产生挥发物，这样内管就可以屏蔽外管由于高温挥发产生的挥发物。因为测量光路在内管内部，因此测量光路不受影响。但是这种装置的结构决定了热传导性比较差，所以存在响应时间长、温度测量精度较低的问题，而且这种内、外管组合而成的测温管的成本较高，在急冷急热环境下较容易出现内管热震破裂而无法工作的情况。这种装置在制造过程中需要分别对外管和内管进行加工，然后进行较复杂的内、外管装配，工艺复杂繁琐。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构设计合理、热传导性好、结构稳定、成本较低、使用效果好的高温连续测温系统。

本发明所要解决的技术问题还是提供一种加工工艺先进简捷，材料应用合理，产品测温准确、响应时间短，加工稳定性高的测温管的制造方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是该高温连续测温系统，包括测温管、光接收探头和信号分析仪，测温管一端封闭、一端开口，其结构特点是：测温管包括烧结在一起的外层和内层。

本发明所述的内层为无碳无硅层。

本发明所述的内层的长度不短于测温管内径的10倍。

本发明所述的内层的长度小于外层的长度。

本发明所述的无碳无硅层的材料的配方和重量百分比含量为：60-90％的镁铝尖晶石，2-20％的轻烧AL₂O₃，1-6％的石墨，2-6％的烧结助剂，5-8％的酚醛树脂。

本发明所述的配方和重量百分比含量的优选为：70-80％的镁铝尖晶石，5-15％的轻烧AL₂O₃，3-6％的石墨，4-6％的烧结助剂，7-8％的酚醛树脂。

本发明所述的烧结助剂为碳化硼、长石、粘土粉、玻璃熔块中的一种或几种。

本发明所述的内层的厚度为3至7mm。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案还是一种测温管的制造方法，其步骤为：

a、准备一芯棒、小号模具和大号模具；

b、将内层材料填充在芯棒和小号模具之间；

c、将内层材料压实成型，加工成内层胚；

d、取下小号模具，将外层材料填充在内层胚和大号模具之间，压实成型，加工成测温管胚；

e、将测温管胚置于200--300℃的环境下进行硬化；

f、将测温管胚在800--1200℃的非氧化气氛中进行烧结，得到测温管。

本发明所述的内层材料为无碳无硅材料。

本发明所述的外层材料为铝碳、镁碳和锆碳中的一种。

本发明所述的内层胚的厚度为3至7mm。

本发明所述的压实成型为等静压成型，压力为80--150MPa。

本发明与现有技术相比具有以下优点和效果：本发明的测温管采用“单管双层”技术，能够缩短响应时间，提高热传导效率，提高测量精度，而且在急冷急热环境下可以保持结构性能稳定；由于本发明的内层采用特定的无碳无硅层，与现有技术中使用的内、外双管方案相比较大地降低了成本；该无碳无硅层在高温下基本不挥发，对光路没有影响，能够有效提高测量精度；本发明的制造方法，整个测温管一次加工成型，不需要分开加工，加工工艺容易控制，加工步骤合理、简捷，产品质量稳定性好；由于设置了硬化步骤，使得产品不会在加工过程中出现变形，利用本发明测温管制成的高温连续测温系统具有成本低，质量稳定，连续测温性好，能很好的实现在线测温，测量精度高。

附图说明

图1为高温连续测温系统的工作状态示意图。

图2为测温管的结构示意图。

图3为内层胚的加工示意图。

图4为测温管胚的加工示意图。

图5为实施例2的测温管的结构示意图。

图6为实施例2的加工示意图。

图7为测温管的另一种形态的示意图。

具体实施方式

以下实施例对本发明的结构、功能和应用等情况做了进一步的说明，是本发明几种比较好的应用形式，但是本发明的范围并不局限在以下的实施例。

实施例1

如图1、2所示，本实施例的以下部分描述了一种高温连续测温系统：包括测温管1、光接收探头5、电缆6和信号分析仪7，测温管1包括烧结在一起的内层3和外层4，外层4由常规的铝碳材料组成，也可以采用常规的锆碳材料或镁碳材料，内层3为无碳无硅层，无碳无硅层的配方及重量百分比分别为：镁铝尖晶石85％，轻烧AL₂O₃2％，石墨1％，碳化硼5％，粘土粉1％，酚醛树脂6％。内层3的厚度为4mm。测温管1与光接收探头5相连接，光接收探头5和信号分析仪7通过电缆6相连接。

本实施例的以下部分描述了测温管的制造方法，如图3、4所示，其步骤为：

首先准备芯棒11、大号橡皮模具10、小号橡皮模具9，将包括重量百分比分别为85％的镁铝尖晶石，2％的轻烧AL₂O₃，1％的石墨，5％的碳化硼，1％的粘土粉，6％的酚醛树脂混合均匀，加工成泥状，然后将泥状物填充在芯棒11和小号橡皮模具9之间的空隙中，空隙的形状和大小是根据想要得到的内层的形状和大小来确定的，再在110MPa的压力下进行等静压成型，加工成内层胚7。取下小号橡皮模具9，然后将铝碳材料填充在内层胚7和大号橡皮模具10之间的空隙中，空隙的形状和大小是根据想要得到的外层的形状和大小来确定的，在110MPa的压力下进行等静压成型，取下芯棒11和大号橡皮模具10，加工成测温管胚8。然后将测温管胚8在工作温度为200℃的批式炉中硬化，然后在非氧化气氛中，在900℃的温度下进行烧结，得到测温管1。

实施例2

如图5所示，本实施例的测温管1以外的部分与实施例1完全相同，不再累述。区别在于测温管1，测温管1包括烧结在一起的内层3和外层4，外层4由常规的铝碳材料组成，也可以采用常规的锆碳材料或镁碳材料，内层3为无碳无硅层，无碳无硅层的配方及重量百分比分别为：72％的镁铝尖晶石，15％的轻烧AL2O3，5％的石墨，1％的粘土，2％的长石，5％的酚醛树脂。内层3的厚度为5mm。内层3与外层4不等长，内层3的的长度小于外层4的长度，因为根据已知的技术，测温管1插入钢水的深度一般在10倍内径和15倍内径之间，所以内层3的长度一般大于测温管1内径的10倍。

本实施例的以下部分描述了测温管的制造方法，如图6所示，其步骤为：

首先准备双节芯棒12、大号橡皮模具10、小号橡皮模具9，将包括重量百分比分别为72％的镁铝尖晶石，15％的轻烧AL₂O₃，5％的石墨，1％的粘土，2％的长石，5％的酚醛树脂混合均匀，加工成泥状。然后将泥状物填充在双节芯棒12和小号橡皮模具9之间的空隙中，空隙的形状和大小是根据想要得到的内层的形状和大小来确定的，再在90MPa的压力下进行等静压成型，加工成内层胚7，取下小号橡皮模具9，然后将铝碳材料填充在内层胚7、双节芯棒12和大号橡皮模具10之间的空隙中，空隙的形状和大小是根据想要得到的外层的形状和大小来确定的，在90MPa的压力下进行等静压成型，取下双节芯棒12和大号橡皮模具10，加工成测温管胚8。然后将测温管胚8在工作温度为250℃的批式炉中硬化，然后在非氧化气氛中，在1100℃的温度下进行烧结，得到测温管1。

实施例3

本实施例的高温连续测温系统的结构与实施例1的高温连续测温系统相同，与实施例1的区别在于本实施例的内层的配方及重量百分比为：70％的镁铝尖晶石，15％的轻烧AL₂O₃，4％的石墨，2％的碳化硼，2％的玻璃熔块，1％的长石，6％的酚醛树脂。内层3的厚度为3mm。

本实施例的以下部分描述了测温管的制造方法，如图3、4所示，其步骤为：

首先准备芯棒11、大号橡皮模具10、小号橡皮模具9，将包括重量百分比分别为70％的镁铝尖晶石，15％的轻烧AL₂O₃，4％的石墨，2％的碳化硼，2％的玻璃熔块，1％的长石，6％的酚醛树脂混合均匀，加工成泥状。然后将泥状物填充在芯棒11和小号橡皮模具9之间的空隙中，空隙的形状和大小是根据想要得到的内层的形状和大小来确定的，再在130MPa的压力下进行等静压成型，加工成内层胚7，取下小号橡皮模具9，然后将铝碳材料填充在内层胚7和大号橡皮模具10之间的空隙中，空隙的形状和大小是根据想要得到的外层的形状和大小来确定的，在130MPa的压力下进行等静压成型，取下芯棒11和大号橡皮模具10，加工成测温管胚8。然后将测温管胚8在工作温度为300℃的批式炉中硬化，然后在非氧化气氛中，在1200℃的温度下进行烧结，得到测温管1。

实施例4

本实施例的高温连续测温系统的结构与实施例1的高温连续测温系统相同，与实施例1的区别在于本实施例的内层的配方及重量百分比为：70％的镁铝尖晶石，15％的轻烧AL₂O₃，3％的石墨，3％的长石，2％的玻璃熔块，7％的酚醛树脂。内层3的厚度为7mm。

本实施例的以下部分描述了测温管的制造方法，如图3、4所示，其步骤为：

首先准备芯棒11、大号橡皮模具10、小号橡皮模具9，将包括重量百分比分别为70％的镁铝尖晶石，15％的轻烧AL₂O₃，3％的石墨，3％的长石，2％的玻璃熔块，7％的酚醛树脂混合均匀，加工成泥状。然后将泥状物填充在芯棒11和小号橡皮模具9之间的空隙中，空隙的形状和大小是根据想要得到的内层的形状和大小来确定的，再在100MPa的压力下进行等静压成型，加工成内层胚7，取下小号橡皮模具9，然后将锆碳材料填充在内层胚7和大号橡皮模具10之间的空隙中，空隙的形状和大小是根据想要得到的外层的形状和大小来确定的，在100MPa的压力下进行等静压成型，取下芯棒11和大号橡皮模具10，加工成测温管胚8。然后将测温管胚8在工作温度为270℃的批式炉中硬化，然后在非氧化气氛中，在800℃的温度下进行烧结，得到测温管1。

实施例5

本实施例的高温连续测温系统的结构与实施例1的高温连续测温系统相同，与实施例1的区别在于本实施例的内层的配方及重量百分比为：65％的镁铝尖晶石，19％的轻烧AL₂O₃，3％的石墨，6％的玻璃熔块，7％的酚醛树脂。内层3的厚度为6mm。

本实施例的以下部分描述了测温管的制造方法，如图3、4所示，其步骤为：

首先准备芯棒11、大号橡皮模具10、小号橡皮模具9，将包括重量百分比分别为65％的镁铝尖晶石，19％的轻烧AL₂O₃，3％的石墨，6％的玻璃熔块，7％的酚醛树脂混合均匀，加工成泥状。然后将泥状物填充在芯棒11和小号橡皮模具9之间的空隙中，空隙的形状和大小是根据想要得到的内层的形状和大小来确定的，再在80MPa的压力下进行等静压成型，加工成内层胚7，取下小号橡皮模具9，然后将锆碳材料填充在内层胚7和大号橡皮模具10之间的空隙中，空隙的形状和大小是根据想要得到的外层的形状和大小来确定的，在80MPa的压力下进行等静压成型，取下芯棒11和大号橡皮模具10，加工成测温管胚8。然后将测温管胚8在工作温度为280℃的批式炉中硬化，然后在非氧化气氛中，在1150℃的温度下进行烧结，得到测温管1。

实施例6

本实施例的高温连续测温系统的结构与实施例1的高温连续测温系统相同，与实施例1的区别在于本实施例的内层的配方及重量百分比为：75％的镁铝尖晶石，10％的轻烧AL₂O₃，6％的石墨，1％的玻璃熔块，2％的长石，6％的酚醛树脂。内层3的厚度为6mm。

本实施例的以下部分描述了测温管的制造方法，如图3、4所示，其步骤为：

首先准备芯棒11、大号橡皮模具10、小号橡皮模具9，将包括重量百分比分别为75％的镁铝尖晶石，10％的轻烧AL₂O₃，6％的石墨，1％的玻璃熔块，2％的长石，6％的酚醛树脂混合均匀，加工成泥状。然后将泥状物填充在芯棒11和小号橡皮模具9之间的空隙中，空隙的形状和大小是根据想要得到的内层的形状和大小来确定的，再在150MPa的压力下进行等静压成型，加工成内层胚7，取下小号橡皮模具9，然后将镁碳材料填充在内层胚7和大号橡皮模具10之间的空隙中，空隙的形状和大小是根据想要得到的外层的形状和大小来确定的，在150MPa的压力下进行等静压成型，取下芯棒11和大号橡皮模具10，加工成测温管胚8。然后将测温管胚8在工作温度为220℃的批式炉中硬化，然后在非氧化气氛中，在1000℃的温度下进行烧结，得到测温管1。

实施例7

本实施例的高温连续测温系统的结构与实施例1的高温连续测温系统相同，与实施例1的区别在于本实施例的内层的配方及重量百分比为：80％的镁铝尖晶石，10％的轻烧AL₂O₃，2％的石墨，1％的粘土，1％的玻璃熔块，6％的酚醛树脂。内层3的厚度为5mm。

本实施例的以下部分描述了测温管的制造方法，如图3、4所示，其步骤为：

首先准备芯棒11、大号橡皮模具10、小号橡皮模具9，将包括重量百分比分别为80％的镁铝尖晶石，10％的轻烧AL₂O₃，2％的石墨，1％的粘土，1％的玻璃熔块，6％的酚醛树脂混合均匀，加工成泥状。然后将泥状物填充在芯棒11和小号橡皮模具9之间的空隙中，空隙的形状和大小是根据想要得到的内层的形状和大小来确定的，再在140MPa的压力下进行等静压成型，加工成内层胚7，取下小号橡皮模具9，然后将镁碳材料填充在内层胚7和大号橡皮模具10之间的空隙中，空隙的形状和大小是根据想要得到的外层的形状和大小来确定的，在140MPa的压力下进行等静压成型，取下芯棒11和大号橡皮模具10，加工成测温管胚8。然后将测温管胚8在工作温度为240℃的批式炉中硬化，然后在非氧化气氛中，在850℃的温度下进行烧结，得到测温管1。

实施例8

本实施例的高温连续测温系统的结构与实施例1的高温连续测温系统相同，与实施例1的区别在于本实施例的内层的配方及重量百分比为：88％的镁铝尖晶石，4％的轻烧AL₂O₃，1％的石墨，1％的碳化硼，1％的长石，5％的酚醛树脂。内层3的厚度为4mm。

本实施例的以下部分描述了测温管的制造方法，如图3、4所示，其步骤为：

首先准备芯棒11、大号橡皮模具10、小号橡皮模具9，将包括重量百分比分别为88％的镁铝尖晶石，4％的轻烧AL₂O₃，1％的石墨，1％的碳化硼，1％的长石，5％的酚醛树脂混合均匀，加工成泥状。然后将泥状物填充在芯棒11和小号橡皮模具9之间的空隙中，空隙的形状和大小是根据想要得到的内层的形状和大小来确定的，再在120MPa的压力下进行等静压成型，加工成内层胚7，取下小号橡皮模具9，然后将铝碳材料填充在内层胚7和大号橡皮模具10之间的空隙中，空隙的形状和大小是根据想要得到的外层的形状和大小来确定的，在120MPa的压力下进行等静压成型，取下芯棒11和大号橡皮模具10，加工成测温管胚8。然后将测温管胚8在工作温度为260℃的批式炉中硬化，然后在非氧化气氛中，在950℃的温度下进行烧结，得到测温管1。

实施例9

本实施例的高温连续测温系统的结构与实施例1的高温连续测温系统相同，与实施例1的区别在于本实施例的内层的配方及重量百分比为：62％的镁铝尖晶石，20％的轻烧AL₂O₃，6％的石墨，2％的玻璃熔块，2％的长石，8％的酚醛树脂。内层3的厚度为5mm。

本实施例的以下部分描述了测温管的制造方法，如图3、4所示，其步骤为：

首先准备芯棒11、大号橡皮模具10、小号橡皮模具9，将包括重量百分比分别为62％的镁铝尖晶石，20％的轻烧AL₂O₃，6％的石墨，2％的玻璃熔块，2％的长石，8％的酚醛树脂混合均匀，加工成泥状。然后将泥状物填充在芯棒11和小号橡皮模具9之间的空隙中，空隙的形状和大小是根据想要得到的内层的形状和大小来确定的，再在85MPa的压力下进行等静压成型，加工成内层胚7，取下小号橡皮模具9，然后将镁碳材料填充在内层胚7和大号橡皮模具10之间的空隙中，空隙的形状和大小是根据想要得到的外层的形状和大小来确定的，在85MPa的压力下进行等静压成型，取下芯棒11和大号橡皮模具10，加工成测温管胚8。外层材料为然后将测温管胚8在工作温度为210℃的批式炉中硬化，然后在非氧化气氛中，在1000℃的温度下进行烧结，得到测温管1。

实施例10

本实施例的高温连续测温系统的结构与实施例1的高温连续测温系统相同，与实施例1的区别在于本实施例的内层的配方及重量百分比为：90％的镁铝尖晶石，2％的轻烧AL₂O₃，1％的石墨，1％的粘土，1％的长石，5％的酚醛树脂。内层3的厚度为6mm。

本实施例的以下部分描述了测温管的制造方法，如图3、4所示，其步骤为：

首先准备芯棒11、大号橡皮模具10、小号橡皮模具9，将包括重量百分比分别为90％的镁铝尖晶石，2％的轻烧AL₂O₃，1％的石墨，1％的粘土，1％的长石，5％的酚醛树脂混合均匀，加工成泥状。然后将泥状物填充在芯棒11和小号橡皮模具9之间的空隙中，空隙的形状和大小是根据想要得到的内层的形状和大小来确定的，再在145MPa的压力下进行等静压成型，加工成内层胚7，取下小号橡皮模具9，然后将锆碳材料填充在内层胚7和大号橡皮模具10之间的空隙中，空隙的形状和大小是根据想要得到的外层的形状和大小来确定的，在145MPa的压力下进行等静压成型，取下芯棒11和大号橡皮模具10，加工成测温管胚8。然后将测温管胚8在工作温度为290℃的批式炉中硬化，然后在非氧化气氛中，在1100℃的温度下进行烧结，得到测温管1。

需要说明的是，1、本发明中提到的“无碳无硅层”并不代表真正意义上的无碳无硅，是因为碳的含量比较少，而且结合其它物质的配比，碳很少挥发，所以在耐火材料工业行业一般称之为“无碳无硅层”，实际上，它是一种“低碳无硅层”。事实上，只要在1500℃左右的高温环境下，能不产生挥发物或挥发物较少且可以保持性状稳定的耐火材料，都可以应用到本发明中。2、在加工过程中，经过等静压的内层胚7与烧结后的内层3的厚度基本上是相同的，硬化和烧结的工艺对内层的厚度并没有造成影响。在等静压过程中，由于填料密度的不均匀可能会造成外层4和内层3的界限不平滑，内层3的厚度不均匀，如图7所示，但是这种不均匀很不明显，相对与内层的厚度来说可以忽略不计。对本发明的目的和效果都不会产生影响。3、本发明的外层材料，铝碳、镁碳和锆碳之间可以相互替换使用，也可以混合使用。

本发明的高温连续测温系统工作时，将测温管1插入待测钢水中，插入的深度不小于测温管1内径的10倍，最好能达到测温管1内径的15倍及以上，感知钢水的温度，发出光辐射，光接收探头5接收该光辐射，经电缆6传入信号分析仪7进行分析，从而得到被测钢水的温度，完成测温。

上述实施方式不应理解为对本发明保护范围的限制。本发明的关键是：测量管采用“单管双层”的技术，内、外层烧结在一起，内层采用不产生或基本不产生挥发物的材料，可以有效屏蔽外层挥发物质对光路的干扰。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 (14)

1.一种高温连续测温系统，包括测温管、光接收探头和信号分析仪，测温管一端封闭、一端开口，其特征是：测温管包括烧结在一起的外层和内层。

2.根据权利要求1所述的高温连续测温系统，其特征是：所述的内层为无碳无硅层。

3.根据权利要求1所述的高温连续测温系统，其特征是：所述的内层的长度小于外层的长度。

4.根据权利要求2所述的高温连续测温系统，其特征是：所述的无碳无硅层的材料的配方和重量百分比含量为：60-90％的镁铝尖晶石，2-20％的轻烧AL₂O₃，1-6％的石墨，2-6％的烧结助剂，5-8％的酚醛树脂。

5.根据权利要求4所述的高温连续测温系统，其特征是：所述的配方和重量百分比含量的优选为：70-80％的镁铝尖晶石，5-15％的轻烧AL₂O₃，3-6％的石墨，4-6％的烧结助剂，7-8％的酚醛树脂。

6.根据权利要求4或5所述的高温连续测温系统，其特征是：所述的烧结助剂为碳化硼、长石、粘土粉、玻璃熔块中的一种或几种。

7.根据权利要求1或2或4所述的高温连续测温系统，其特征是：所述的内层的厚度为3至7mm。

8.一种测温管的制造方法，其步骤为：

a、准备一芯棒、小号模具和大号模具；

b、将内层材料填充在芯棒和小号模具之间；

c、将内层材料压实成型，加工成内层胚；

d、取下小号模具，将外层材料填充在内层胚和大号模具之间，压实成型，加工成测温管胚；

e、将测温管胚置于200--300℃的环境下进行硬化；

f、将测温管胚在800--1200℃的非氧化气氛中进行烧结，得到测温管。

9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征是：所述的内层材料为无碳无硅材料。

10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征是：所述的无碳无硅材料的组分和重量百分比为：60-90％的镁铝尖晶石，2-20％的轻烧AL₂O₃，1-6％的石墨，2-6％的烧结助剂，5-8％的酚醛树脂；

11.根据权利要求10所述的制造方法，其特征是：所述的组分和重量百分比的优选为：70-80％的镁铝尖晶石，5-15％的轻烧AL₂O₃，3-6％的石墨，4-6％的烧结助剂，7-8％的酚醛树脂。

12.根据权利要求10或11所述的制造方法，其特征是：所述的烧结助剂为碳化硼、长石、粘土粉，玻璃熔块中的一种或几种。

13.根据权利要求8所述的制造方法，其特征是：所述的内层胚的厚度为3至7mm。

14.根据权利要求8所述的制造方法，其特征是：所述的压实成型为等静压成型，压力为80--150MPa。

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