CN103308192B - 用于测量熔融金属温度的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于测量熔融金属温度的装置，其具有热电偶和外部保护体，所述热电偶布置在一端封闭的陶瓷管中，所述外部保护体包围所述一端封闭的陶瓷管，在所述一端封闭的陶瓷管和所述外部保护体的内表面之间形成有环形空间，其中，所述外部保护体由如下的混合物制成，按重量计算，所述混合物包括75-90%的氧化铝、2-10%的二氧化硅、7-15%的石墨、0.1-1%的Fe2O3、0.1-1%的K2O+Na2O和0.1-1%的MgO。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于测量熔融金属温度的装置，该装置具有布置在一端封闭的陶瓷管中的热电偶，和包围着该一端封闭的陶瓷管的外部保护体，在该一端封闭的陶瓷管和该外部保护体的内表面之间形成环形空间。
背景技术
GB-A-2193375公开了一种上述类型的装置。该文献描述了热电偶被金属管包围，特别是被钼制的金属管包围。另外，钼制的金属管被氧化物涂层包围。EP558808B1公开了其它的上述类型的装置。该文献描述了填充保护体与热电偶管之间的环形空间的优点。
例如，德国实用新型GM7419633公开了类似的装置。其中描述的装置具有包围着热电偶并且一端封闭的管，该管插入由耐热金属氧化物和石墨制成的保护体中，由此在一端封闭的管和保护体之间形成环形间隙。为了适应通常在熔融金属中进行的高温下的操作，布置在一端封闭的管中的热电偶是由昂贵的材料制成的，例如铂。特别是在对熔融金属进行连续控制所需的连续温度测量中，热电偶在上文描述的装置里面没有得到充分保护，因为反应性气体和/或腐蚀性气体会穿透包围着热电偶的壳，从而会损坏壳和热电偶。基于这个原因，可能有必要多次更换热电偶。受到熔融金属的高温影响，在该装置的保护体内部形成的例如一氧化硅和一氧化碳会穿透包围着热电偶的氧化铝管。在这个过程中，一氧化碳增加了氧化铝管的孔隙率，这会慢慢地损坏氧化铝管。一氧化硅与热电偶导线起反应，这会严重地损坏导线并使得温度测量不正确和无法进行温度测量。
GB-B2193375公开了另一种上述类型的装置。该装置中的热电偶由具有陶瓷涂层的、不可渗透的钼管包围，钼管的一端封闭并且通过陶瓷块嵌入保护体中。钼管非常昂贵且难以制造。为了防止被热力学应力破坏，钼管由多层陶瓷层包围，这些陶瓷层里钼的含量由内到外降低。这些陶瓷层的目的之一是补偿沿着钼管的温度梯度。尽管如此，所述陶瓷层和钼管依然能被例如一氧化碳或一氧化硅等反应性气体损坏。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有更长使用寿命的热电偶的温度测量装置。
通过根据本发明的上述类型的装置来实现该目的，在该装置中，保护体由如下的混合物制成，按重量计算，所述混合物包括75-90%的氧化铝、2-10%的二氧化硅、7-15%的石墨、0.1-1%的Fe2O3、0.1-1%的(K2O+Na2O)和0.1-1%的MgO,以及一些不可避免的杂质（如果有的话）。与由已知材料制成的对应保护体相比，所述材料使得本发明的保护体具有更高的抗压强度和抗弯强度，并且更耐腐蚀和侵蚀。
有利的是，环形空间基本上充满金属氧化物粉末和作为氧还原剂的铝，其中氧还原剂填充环形空间的比例按重量计算为约15％至约70％。所述氧还原剂防止腐蚀性和/或反应性气体（如例如一氧化硅或一氧化碳）到达包围热电偶的一端封闭的管并损坏所述管以及热电偶。在这个过程中，在氧还原剂被氧化时，形成既不腐蚀热电偶也不腐蚀包围热电偶的管的硅和碳。
有利的是，氧还原剂以粉末形式提供，并与金属氧化物粉末混合。这使得氧还原剂均匀地分布在整个环形空间里并确保氧还原剂具有高的有效性。
以棒的形式提供氧还原剂也是可行的，所述棒特别被布置为与一端封闭的管平行。以嵌入金属氧化物中的线、小球和/或颗粒的形式提供氧还原剂也是可行的。另一种在环形空间里容纳氧还原剂的方式是：让还原剂呈管状包围金属氧化物粉末。该管可包括封闭的或设有开口的圆筒形壁。以管状形式布置金属氧化物粉末也是可行的。组合多种形式的氧还原剂也是可行的。在一般情况下，还原剂的形状不限于特定的形状。
但是，为了获得最佳的效果，在整个环形空间的所有部分中都应分布着氧还原剂。要确保氧还原剂不直接连接一端封闭的管和保护体，因为这种连接可能导致形成热桥，热桥会使得一端封闭的管遭受不均匀的热力学应力。通过金属氧化物粉末提供相关的绝缘层。有利的是，设置在环形空间里的金属氧化物粉末由氧化铝、氧化镁、氧化锆、氧化钛中的一种氧化物或多种氧化物的混合物制成。已经证明，使用氧化铝是特别有利的，因为氧化铝非常便宜。
有利的是，相对于环形空间的填充而言，以体积计算，铝的含量占约25%至65%。
此外，有利的是，保护体的材料的密度为2.8至3g/cm3。有利的是，保护体的材料具有仅10至15%的开口孔隙率。有利的是，保护体的材料的混合物的平均粒度小于1毫米。这样提高了例如当测量熔融金属温度的装置在钢水中使用时的耐腐蚀性和耐侵蚀性。
附图说明
下面通过附图更详细地展示本发明的示例性实施例。在图中：
图1是具有氧还原粉末的装置的示意图。
具体实施方式
图1所示的测量熔融金属温度的装置包括热电偶，热电偶以已知的方式布置在此处未示出的陶瓷双管中。热电偶被一端封闭的氧化铝管1包围。热电偶的热焊接位置位于氧化铝管1的封闭端附近，尽可能地接近于正好位于所述封闭端处。
一端封闭的氧化铝管1插入保护体2中，保护体2由如例如氧化铝等耐热金属氧化物和石墨制成。为了插入一端封闭的氧化铝管1，保护体2包括空腔，该空腔沿保护体2的纵向布置并延伸穿过保护体2的远离封闭浸入端的一端。带有热电偶的氧化铝管1通过如此产生的开口插入到保护体2中。空腔的直径比氧化铝管1的直径大大约8-15毫米。这样就在保护体2和带有热电偶的氧化铝管1之间形成了环形空间3。
保护体可由以下混合物制成，按重量计算，所述混合物包括：75-90%的氧化铝（包含MgO和Fe2O3）；4-10%的石墨；4-10%的酚醛树脂（热固性树脂）以加强保护体；和1-7%的硅作为抗氧化剂。在混合这些成分时，对于这种独特的混合物和其它混合物来说，使混合物在温室和90°C之间的温度下干燥。然后，（并非仅在本实例中），使混合物成型、压制混合物并最后加热混合物，其中，在第一加热步骤后，在保护体的外表面上喷涂一层例如约0.25毫米的水溶液釉料（例如带有用作熔点降低成分的Na2O和K2O的硼硅酸盐）。釉料防止材料在烧制和使用（预加热）期间脱碳。然后，在高达900°C的温度下烧制混合物。在烧制过程中，硅发生反应以形成SiO2，不可避免的杂质发生反应以形成Fe2O3、K2O、Na2O和MgO。
例如，按重量计算，最终制成的保护体包括约82%的Al2O3、约6%的SiO2、约11%的石墨形式的碳、约0.4%的Fe2O3、约0.3%的K2O+Na2O，和约0.3%的MgO。
保护体在室温下的抗压强度为约40-50兆帕，在室温下的抗弯强度为约6-9兆帕，在1450℃下的抗弯强度为10-15兆帕。保护体的材料的密度为约2.8至3g/cm3，开口孔隙率为约10至15%。由于其耐腐蚀和耐侵蚀性，保护体具有比已知的保护体更长的使用寿命，并且当在钢水中使用时具有高的稳定性。
环形空间3可用氧化铝粉末和铝粉末的混合物填充，其中铝粉末所占填充物的比例按体积计算为大约40-50%。还原剂也可以以铝棒的形式存在，铝棒布置为与包含热电偶的氧化铝管1大致平行。所述铝棒嵌入在铝氧化物粉末中。以任何其他方式布置铝棒也是可以的，但是对于还原效果而言，把铝棒布置成与氧化铝管1平行是最有效的。还原剂以线、小球和/或颗粒的形式布置于氧化铝粉末中，或者作为布置成包围着氧化铝粉末的铝管，都是可行的。
当测量熔融金属温度的装置在熔融金属中（如例如在钢水中）被加热时，起氧还原作用的铝会融化。因为熔融的铝立即渗入到在氧化铝粉末中形成的空隙内并从而不能向下移动，所以防止了熔融的铝向下流入保护体2的封闭末端。
Claims (26)
1.一种测量熔融金属温度的装置，所述装置具有热电偶和外部保护体，所述热电偶布置在一端封闭的陶瓷管中，所述外部保护体包围所述一端封闭的陶瓷管，在所述一端封闭的陶瓷管和所述外部保护体的内表面之间形成有环形空间，
其特征在于，所述外部保护体由如下的混合物制成，按重量计算，所述混合物包括75-90％的氧化铝、2-10％的二氧化硅、7-15％的石墨、0.1-1％的Fe2O3、0.1-1％的K2O+Na2O和0.1-1％的MgO。
2.如权利要求1所述的测量熔融金属温度的装置，其特征在于，
所述环形空间充满金属氧化物粉末和作为氧还原剂的铝，其中所述作为氧还原剂的铝填充所述环形空间的比例按重量计算为15％至70％。
3.如权利要求2所述的测量熔融金属温度的装置，其特征在于，
所述作为氧还原剂的铝以粉末形式提供，并与所述金属氧化物粉末混合。
4.如权利要求2或3所述的测量熔融金属温度的装置，其特征在于，
所述金属氧化物粉末由氧化铝、氧化镁、氧化锆、氧化钛中的一种氧化物或多种氧化物制成。
5.如权利要求4所述的测量熔融金属温度的装置，其特征在于，
所述金属氧化物粉末由氧化铝制成。
6.如权利要求1-3中任一项所述的测量熔融金属温度的装置，其特征在于，
所述外部保护体的密度是2.8至3g/cm3。
7.如权利要求4所述的测量熔融金属温度的装置，其特征在于，
所述外部保护体的密度是2.8至3g/cm3。
8.如权利要求5所述的测量熔融金属温度的装置，其特征在于，
所述外部保护体的密度是2.8至3g/cm3。
9.如权利要求1-3中任一项所述的测量熔融金属温度的装置，其特征在于，
所述外部保护体具有10至15％的开口孔隙率。
10.如权利要求4所述的测量熔融金属温度的装置，其特征在于，
所述外部保护体具有10至15％的开口孔隙率。
11.如权利要求5所述的测量熔融金属温度的装置，其特征在于，
所述外部保护体具有10至15％的开口孔隙率。
12.如权利要求6所述的测量熔融金属温度的装置，其特征在于，
所述外部保护体具有10至15％的开口孔隙率。
13.如权利要求7所述的测量熔融金属温度的装置，其特征在于，
所述外部保护体具有10至15％的开口孔隙率。
14.如权利要求8所述的测量熔融金属温度的装置，其特征在于，
所述外部保护体具有10至15％的开口孔隙率。
15.如权利要求1-3中任一项所述的测量熔融金属温度的装置，其特征在于，
所述外部保护体的材料的混合物的平均粒度小于1毫米。
16.如权利要求4所述的测量熔融金属温度的装置，其特征在于，
所述外部保护体的材料的混合物的平均粒度小于1毫米。
17.如权利要求5所述的测量熔融金属温度的装置，其特征在于，
所述外部保护体的材料的混合物的平均粒度小于1毫米。
18.如权利要求6所述的测量熔融金属温度的装置，其特征在于，
所述外部保护体的材料的混合物的平均粒度小于1毫米。
19.如权利要求7所述的测量熔融金属温度的装置，其特征在于，
所述外部保护体的材料的混合物的平均粒度小于1毫米。
20.如权利要求8所述的测量熔融金属温度的装置，其特征在于，
所述外部保护体的材料的混合物的平均粒度小于1毫米。
21.如权利要求9所述的测量熔融金属温度的装置，其特征在于，
所述外部保护体的材料的混合物的平均粒度小于1毫米。
22.如权利要求10所述的测量熔融金属温度的装置，其特征在于，
所述外部保护体的材料的混合物的平均粒度小于1毫米。
23.如权利要求11所述的测量熔融金属温度的装置，其特征在于，
所述外部保护体的材料的混合物的平均粒度小于1毫米。
24.如权利要求12所述的测量熔融金属温度的装置，其特征在于，
所述外部保护体的材料的混合物的平均粒度小于1毫米。
25.如权利要求13所述的测量熔融金属温度的装置，其特征在于，
所述外部保护体的材料的混合物的平均粒度小于1毫米。
26.如权利要求14所述的测量熔融金属温度的装置，其特征在于，
所述外部保护体的材料的混合物的平均粒度小于1毫米。
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