CN102308191A - 温度测量装置 - Google Patents

Abstract

一种用于熔融金属的温度测量装置，包括具有第一端和相对的第二端的透气塞、具有闭合端的外保护套、具有闭合端的内保护管和布置在内保护管内部的热电偶。外保护套从所述塞的第一端延伸出来，以及内保护管布置在外保护套内部。透气塞包括实质上耐火的材料，以及外保护套基本上由实质上耐火的金属氧化物和石墨组成。热电偶的一个接点靠近内保护管的闭合端。

Description

温度测量装置

技术领域

本发明涉及一种测量金属熔融物温度的装置，更具体地讲，涉及通过冶金容器或器皿的壁来连续测量熔融金属温度的装置。本发明还涉及这些容器或器皿中的透气冲洗塞的使用。

背景技术

透气冲洗塞(porous purging plug)在炼钢时具有关键作用。一个或多个透气冲洗塞可替换地安装在钢包或其他冶金器皿的底部。在该器皿中，进行各种高温化学过程，其中由于诸如氩气之类的惰性气体被传输通过透气冲洗塞，用于对熔融金属进行冲洗，所以所述透气冲洗塞很关键。通常，在塞周围引起钢涡流的冲洗气体会产生气泡，从而导致在塞上聚集金属。金属聚集会引起塞的化学腐蚀，而连续清洗塞上的钢会引起物理腐蚀。因此，冲洗塞的最上部分在冶金过程中通常被严重磨损。从而，当冲洗塞的高度缩小到最小允许程度时，就必须定期地用一个新冲洗塞来替换。这种传统的冲洗塞对于用在炼钢中的器皿来说是非常不可靠的部件。

从现有技术中通常还知道在冶金器皿的壁上使用或布置热电偶装置。在常规布置中，由于热电偶装置用于的熔融金属环境，所以热电偶装置很容易遭受化学和机械损坏。而且，对于热电偶装置来说，要达到与金属熔融物平衡的温度可能需要花费相对较长的时间，因此不能快速和有效地进行熔融物的测量。

发明内容

因此，期望提供一种用于金属熔融物的更加耐用和实用的温度测量装置。申请人发现连同温度测量元件一起提供透气冲洗塞的装置尤其有利，这是因为从冲洗塞注入的气体可以用作保护温度测量元件的附加手段。申请人还发现布置在冶金器皿的凹陷部分中的温度测量装置尤其有利，这是因为在凹陷部分中固化的金属可以保护温度测量装置不受机械和化学损害。

简单地说，本发明旨在提供一种用于熔融金属的温度测量装置，其包括透气塞，具有第一端和相对的第二端；具有闭合端的外保护套；具有闭合端的内保护管；以及布置在内保护管内部的热电偶。外保护套从透气塞的第一端延伸出来，以及内保护管布置在外保护套内部。透气塞包括实质上耐火的材料，以及外保护套基本上由实质上耐火的金属氧化物和石墨组成。热电偶的一个接点靠近内保护管的闭合端。

另一方面，本发明旨在提供一种用于熔融金属的容器，其包括用于熔融金属从该容器中流出的出口以及固定在该容器的壁上的温度测量装置。所述温度测量装置包括固定在该容器的壁上的塞、具有闭合端的外保护套、具有闭合端的内保护管、和布置在内保护管内部的热电偶。所述塞具有第一端和相对的第二端，以及内保护管布置在外保护套的内部。所述塞包括实质上耐火的材料，以及外保护套基本上由实质上耐火的金属氧化物和石墨组成。外保护套从所述塞的第一端延伸出来并且伸入到所述容器的壁的凹陷部分中。外保护套的闭合端布置在所述凹陷部分中。所述热电偶的一个接点靠近内保护管的闭合端。

附图说明

当结合附图阅读时，将更容易理解本发明的以上概述和下面的详细描述。为了说明本发明，附图中显示了当前优选的实施例。然而，应当理解，本发明不限于所示出的精确布置和手段。在附图中：

图1是用于熔融金属的容器的示意性侧面截面图，该容器具有布置在容器的底壁上的根据本发明实施例的温度测量装置；

图2是根据本发明的一个实施例的温度测量装置的示意性透视图；

图3是根据图2的实施例的温度测量装置的示意性纵向截面图；

图4是根据图2的实施例的温度测量装置的另一纵向截面图，

其示出了插入在该温度测量装置内的热电偶；

图5是根据本发明的另一个实施例的具有用于温度测量装置的凹陷的用于熔融金属的容器的壁的一部分的示意性侧面截面图；

图6是根据本发明的再一个实施例的温度测量装置的部分截面图；

图6A是图6所示的温度测量装置的圆圈部分A的放大截面图；

图7是根据本发明的再一个实施例的温度测量装置的部分截面图；以及

图7A是图7所示的温度测量装置的圆圈部分A的放大截面图。

具体实施方式

参照图1-5，示出了用于连续测量熔融金属温度的温度测量装置10。在图1所示的一个实施例中，温度测量装置10穿过冶金器皿12的底壁而固定在冶金器皿12上。冶金器皿12可以是用于熔融金属的任何合适的容器，其通常用在炼钢过程中，用于将熔融金属传输到熔化、提炼、钢包冶金和铸造操作。优选地，冶金器皿12是具有底壁14和通常为管状的侧壁16的钢包。管状侧壁16从底壁14向上并且围绕底壁14延伸。冶金器皿12还包括用于使熔融金属从器皿12流出以及从器皿12中去除熔融金属的出口13。优选地，出口13形成在器皿12的底壁14上并且设有用于控制熔融金属流出的机械结构，诸如塞杆(未示出)或者滑动闸门(未示出)。

参照图1和图5，冶金器皿12优选地包括耐火材料。具体地讲，冶金器皿12可以包括在其内部具有耐火材料衬里20的金属壳18。优选地，耐火衬里20包括耐火砌体材料。然而，所属领域的技术人员应当理解，可以使用能够充分抵抗熔融金属渗透、抗腐蚀和抗热剥落的任何耐火材料。可以用防火砂浆使温度测量装置10穿过冶金器皿12的壁而得到固定，并且可以通过金属盖(未示出)将温度测量装置10保持在适当的位置上，所述金属盖用螺栓固定在或者采用其他方式固定在器皿12的金属壳18的外表面上。

本发明的温度测量装置10优选地固定在器皿12的底壁14或者侧壁16上。参照图2-4，温度测量装置10包括塞22、具有闭合端24a的外保护套24、具有闭合端26a的内保护管26、和布置在内保护管26内部的热电偶28。热电偶28的一个热接点29靠近内保护管26的闭合端26a，如图4所示。

参照图3，塞22优选地具有第一端22a、相对的第二端22b和形成于第一端22a和第二端22b之间的锥形透气主体23。具体地讲，塞22的主体23从第二端22b向第一端22a逐渐变细或者变窄，并且通常形成为截头圆锥体的形状，在安装状态下其较小的截头端指向冶金器皿12的内部。塞22的透气主体23包括实质上耐火的材料，并且适配在器皿12的底壁14或侧壁16上的开口中，如图1和图5所示。优选地，塞22的耐火材料包括铝土、镁土和可铸的铝尖晶石(尤其是可铸的镁铝尖晶石)材料中的一种或多种。然而，所属领域的技术人员应当理解，塞22可以由具有足够高的热强度并且提供充分的抗熔融金属渗透、抗腐蚀和抗热剥落的任何合适的耐火材料制成。而且，塞22的主体23装配在金属外壳30上或者至少被金属外壳30部分包围。优选地，外壳30包括钢或铁。由于塞22的耐火材料，所以塞22的主体23上直接暴露于熔融金属的任何部分都具有不粘表面，该不粘表面具有高度的抗腐蚀性并且极其不易附着熔渣和熔融金属。

参照图3-4，外保护套24固定在形成于塞22的第一端22a上的圆筒凹陷46内。外保护套24的长度从塞22的第一端22a向上延伸出来，从而外保护套24的闭合端24a是远端。外保护套24固定在塞22内的部分具有通常为圆筒形的形状，而从塞22延伸出来的外保护套24的绝大部分具有通常为圆锥形的形状。具体地讲，外保护套24的主体从靠近塞22的第一端22a的位置向闭合端24a逐渐变细或变窄，从而在安装状态下闭合端24a是指向或延伸到冶金器皿12内部的锥形端。

内保护管26布置在外保护套24内部，从而内保护管26也从塞22的第一端22a朝向外保护套24的闭合端24a向上延伸。优选地，内保护管26是单一或单体铝土管。可选地，内保护管26可以是双管形式或者作为多个单独管段存在。

外保护套24是基本上由实质上耐火的金属氧化物和石墨形成的导热的耐火主体，从而外保护套24可以充分抵抗熔融金属(尤其是熔融钢)的侵蚀，并且适于长期使用。更优选地，外保护套24基本上由氧化铝和石墨组成，其中氧化铝占耐火材料重量的大约20％至大约80％，而石墨占耐火材料重量的大约5％至大约60％。所属领域的技术人员应当理解，外保护套24还可以包含石墨形式以外的其他形式的碳，和/或可以包含其他适当的耐火氧化物。

在内保护管26布置在外保护套24中的情况下，在这二者之间形成中间间隔34，可以在该中间间隔34中布置绝缘材料和氧还原材料。绝缘材料优选地包括诸如氧化铝之类的氧化物，而氧还原材料优选地包括诸如铝的基底金属。

参照图6和图7，绝缘材料和氧还原材料可以采用粉末混合物的形式或者采用由粉末混合物形成的紧实管37的形式。根据后一实施例，粉末混合物管37以第一间隔36包围内保护管26，如图6A和7A所示。可选地，或者附加地，粉末混合物管可以以第二间隔38被外保护套24包围，如图6A所示。根据另一实施例，如图7-7A所示，粉末混合物管37的整个外表面基本上与外保护套24的整个内表面接合。由于粉末混合物管37相对于内保护管26和外保护套24中的任意一个或者二者是可移动的，因此温度测量装置10的整体构造补偿了热应力，并且温度测量装置10不易破裂。所属领域的技术人员应当理解，可以使用绝缘材料和氧还原材料的任意适合的构造，诸如使用嵌入到作为填充材料的绝缘材料中的杆状、线状、丸状或者微粒形式的氧还原材料。

如上所述，塞22的主体23布置或固定在器皿12的底壁14或者侧壁16上。参照图5，根据本发明的优选实施例，底壁14或侧壁16包括布置温度测量装置10的凹陷部分40。优选地，凹陷部分40形成于器皿12的底壁14上。具体地，凹陷部分40形成于器皿12的耐火衬里20上。

根据该实施例，在塞22固定在器皿14的壁中的情况下，塞22的主体23固定在耐火衬里20中，而温度测量装置10的外保护套24延伸到凹陷部分40的开口区域40a中。从而，装置10的感测部分44，包括热电偶28的热接点29、内保护管26的闭合端26a和外保护套24的闭合端24a，位于开口区域40a内并且被凹陷部分40的壁42包围。

在冶金器皿12的使用和操作期间，包含于器皿12中的熔融金属可以自由地流入器皿12的凹陷部分40中，从而包围温度测量装置10的感测部分44。热电偶28受到绝缘材料、氧还原材料、内保护管26和外保护套24的保护，从而保持避开熔融金属环境的恶劣腐蚀性的机械和化学条件。而且，在感测部分44延伸到凹陷部分40中的情况下，感测部分44与包含于器皿12内的熔融金属保持热平衡。而且，在器皿12的操作停止之后，已经流入凹陷部分40的开口区域40a内的熔融金属在此固化。因此，当对器皿12进行排放时，即使在器皿12被完全排干之后，固化的金属也仍然保持在凹陷部分40中，包围装置10的感测部分44。固化的金属将保护感测部分44，尤其是，保护热电偶28免受机械和化学损坏，直至器皿12被再次填充下一炉熔融金属为止。

根据另一实施例，本发明的温度测量装置10被构造为通过和经由塞22将惰性气体引入熔融金属。具体地讲，在塞22的第二端22b，塞22的透气主体23(优选地，在压力之下)通过气体输入管道32与惰性气体源35接触。惰性气体通过气体输入管道32被引入塞22的主体23中。通过塞22的透气主体23的透气特性，塞22的透气主体23被配置为将惰性气体通过孔从塞22的第一端22a注入到熔融金属中。如在此所述，术语“透气主体”包括具有允许气体从第二端22b处的气体源通过主体流到第一端22a处的熔融金属的孔或通道的任意主体。例如，透气主体可以由自然透气材料制成或者可以在其中形成或钻有小直径的气孔或通道。

包围塞22的金属外壳30有助于塞22和惰性气体源35通过金属外壳30和处于塞22的第二端22b处的气体输入管道32之间的连接进行的连接。因此，惰性气体从气体输入管道32流入并且从塞22的第二端22b开始通过透气塞主体23的孔，并且从塞22的相对的第一端22a注入熔融金属中。金属外壳30和惰性气体源35之间的连接还有利于引导和保护热电偶28的连接。

优选地，惰性气体是氮气或氩气。然而，所属领域的技术人员应当理解，可以使用具有足够惰性的任意气体。惰性气体以足够的压力和密度通过塞22被注入到熔融金属中，以产生惰性气体的微气泡，但是注入的惰性气体不会引起不希望的熔融金属外流。惰性气体的微气泡与包含于熔融金属内的内含物和微内含物接触，并且一旦接触，气泡就引起熔融金属中的内含物和微内含物相对快速地上升并且迁移至熔融金属的表面。

注入的惰性气体的气泡还引起在塞22的第一端22a处及其周围的熔融金属的移动。更具体地讲，注入的惰性气体在装置10的感测部分44周围，尤其是在热电偶28周围，导致熔融金属的涡流，从而在感测部分44的区域导致熔融金属温度的均匀化。因此，气泡引起熔融金属和感测部分44(具体是指热电偶28)之间的热平衡，从而导致更准确的温度测量。具体地讲，因为包括热电偶28的感测部分44与凹陷部分40中的熔融金属靠近或者直接接触，所以能够实现熔融金属的温度的均匀化，以及温度测量装置10能够很快速地达到其与熔融金属的平衡温度，从而可以很快速地以及有效地执行熔融金属的温度测量。注入的惰性气体气泡还有助于熔融金属的化学组分的均匀化。

为了即使在器皿12的转移操作期间也能够进行连续的温度测量，优选地连同温度测量装置10一起使用将数据信号发送至测量仪表(未示出)的无线数据接收器(未示出)。

在制备温度测量装置10期间，由碳化合材料来等压压制外保护套24，然后利用诸如耐火混凝土之类的耐火材料将外保护套24束缚至金属外壳30中。具体地讲，外保护套24上具有圆筒形形状的部分被耐火混凝土固定在塞22的第一端22a的圆柱形凹陷46内，从而外保护套24的锥形闭合端24a从塞22的第一端22a延伸出来。然后，热电偶28和内保护管26经由在塞22上形成的相应开口15被插入外保护套24的内部。

所属领域的技术人员应当理解，在不脱离上述实施例的广泛的发明思想的情况下可以对它们进行改变。因此，可以理解的是，本发明不限于所公开的特定实施例，而是旨在涵盖由所附权利要求限定的本发明的思想和范围内的各种变型。

Claims (20)

1.一种用于熔融金属的温度测量装置，包括：透气塞，具有第一端和相对的第二端；外保护套，具有闭合端，该外保护套从所述透气塞的第一端延伸出来；内保护管，具有闭合端，该内保护管布置在所述外保护套的内部；以及热电偶，布置在所述内保护管的内部，

其中所述透气塞包括实质上耐火的材料，以及所述外保护套基本上由实质上耐火的金属氧化物和石墨组成；以及

其中所述热电偶的一个接点靠近所述内保护管的闭合端。

2.根据权利要求1所述的温度测量装置，其中所述外保护套的金属氧化物包括氧化铝。

3.根据权利要求1所述的温度测量装置，其中所述内保护管包括铝土。

4.根据权利要求1所述的温度测量装置，其中所述透气塞至少部分地装在金属外壳中。

5.根据权利要求1所述的温度测量装置，其中所述透气塞的第二端与惰性气体源接触，以及所述透气塞被构造为将惰性气体从所述透气塞的第一端注入熔融金属，所注入的惰性气体引起处于所述透气塞的第一端的熔融金属的移动。

6.根据权利要求5所述的温度测量装置，其中所述金属外壳在所述透气塞的第二端处连接至惰性气体源。

7.根据权利要求1所述的温度测量装置，其中所述透气塞的耐火材料包括来自由铝土、镁土和尖晶石组成的组中的一种或多种材料。

8.根据权利要求7所述的温度测量装置，其中尖晶石是镁铝尖晶石。

9.根据权利要求1所述的温度测量装置，其中所述内保护管和所述外保护套之间形成中间间隔，绝缘材料和氧还原材料布置在中间间隔中，绝缘材料和氧还原材料采用粉末混合物和形成管的粉末混合物之一的形式，粉末混合物管以一定间隔包围内保护管，和/或粉末混合物管以一定间隔被外保护套包围。

10.根据权利要求9所述的温度测量装置，其中粉末混合物管的整个外表面实质上与所述外保护套的整个内表面接合。

11.根据权利要求10所述的温度测量装置，其中所述绝缘材料包括氧化物，以及所述氧还原材料包括基底金属。

12.根据权利要求11所述的温度测量装置，其中所述绝缘材料包括氧化铝，以及所述基底金属包括铝。

13.一种用于熔融金属的容器，其包括熔融金属从容器流出的出口和固定在容器壁上的温度测量装置，其中所述温度测量装置包括：

塞，其固定在容器壁上，并且具有第一端和相对的第二端；具有闭合端的外保护套；具有闭合端的内保护管，该内保护管布置在外保护套内部；以及热电偶，布置在内保护管内部，

其中所述塞包括实质上耐火的材料，以及所述外保护套基本上由实质上耐火的金属氧化物和石墨组成，所述外保护套从所述塞的第一端延伸出来并且伸入所述容器的壁的凹陷部分中，所述外保护套的闭合端布置在所述凹陷部分中；以及

其中所述热电偶的一个接点靠近所述内保护管的闭合端。

14.根据权利要求13所述的容器，其中所述容器内衬有耐火材料，所述凹陷部分形成于耐火内衬材料中并且被构造为接收流动的熔融金属。

15.根据权利要求13所述的容器，其中所述外保护套的金属氧化物包括氧化铝。

16.根据权利要求13所述的容器，其中所述内保护管包括铝土。

17.根据权利要求13所述的容器，其中所述塞包括透气主体，该透气主体至少部分地装在金属外壳中。

18.根据权利要求17所述的容器，其中所述塞的第二端与惰性气体源接触，以及所述塞的透气主体被构造为将惰性气体从所述塞的第一端注入熔融金属，所注入的惰性气体引起所述塞的第一端处的熔融金属的移动。

19.根据权利要求13所述的容器，其中所述塞的耐火材料包括来自由铝土、镁土和尖晶石组成的组中的一种或多种材料。

20.根据权利要求19所述的容器，其中所述尖晶石是镁铝尖晶石。

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