CN106133489A - 连续温度测量装置和包括该连续温度测量装置的rh设备 - Google Patents

Abstract

公开了一种在炼铁厂的钢形成过程中执行真空除气的Ruhrstahl‑Heraeus(RH)过程中所使用的连续温度测量装置和包括该连续温度测量装置的RH设备。所述RH设备包括：形成在真空容器的下容器处的传感器孔；连续温度测量装置，其安装在传感器孔上并包括光‑温度转换器、光引导杆、光纤、连接器、主保护管、柔性耐热管和接头，光‑温度转换器基于所接收的光测量温度，光引导杆接收来自测量目标的光，光纤将由光引导杆接收的光传送到光‑温度转换器，连接器在保持光纤的直线度的同时将光纤连接到光引导杆，主保护管围绕光引导杆的外周面，柔性耐热管保护光纤，接头连接到柔性耐热管且设置有冷却气体喷射管；以及冷却气体供应单元，其向冷却气体喷射管供应冷却气体。

Description

连续温度测量装置和包括该连续温度测量装置的RH设备

技术领域

本发明涉及连续温度传感器和包括所述连续温度传感器的Ruhrstahl-Heraeus(RH)设备，所述连续温度传感器使用于主要在钢厂中执行真空除气的RH过程中。

背景技术

真空容器和附加物内的真空水平和温度是执行真空除气过程的RH设备的重要控制因素。

尽管在一批次中利用热电偶通过温度传感器或者复合传感器能够获得用于温度的连续测量和控制的各种信息，但是温度传感器或者复合传感器在连续提供关于熔融钢的信息方面具有局限性。

参照美国专利No.6,235,084(在2001年5月22日公布)，RH设备的温度通常利用暴露到大气的钢包的上表面上的矛状物借助温度测量元件(热电偶)来测量。然而，在此情况下，由于利用一次性传感器来进行温度测量，因此温度被断断续续地测量，由此使得难以实现连续温度管理。

韩国专利No.0816634(在2008年3月18日公布)公开了一种通过在保护主体内安置热电偶来长时间地测量温度的方法。然而，此方法需要具有像传感器的长的长度的昂贵铂热电偶，由于高价的保护管而产生成本，当热电偶被浸入到待被测量的熔融物中时热平衡花费长时间，从而造成不期望的响应特性，并且由于真空除气过程的特征而使得恶化现象快速地发展，其中重复进行热电偶的浸入和取回，由此使得难以长时间地使用热电偶。

美国专利公开No.2007-0268477(在2007年11月22日公布)公开了这样一种方法，其中，能够通过将光纤浸入熔融金属中来进行连续温度测量，同时校正因辐射热产生的测量仪器的误差。光纤直接接触熔融钢的内部，同时避免熔渣漂浮在熔融金属上，由此能够进行熔融金属的温度测量。在此方法中，由于浸入的光纤可能会失去，因此，光纤的连续浸入通过供应光纤的供给器来进行。此外，此方法可能遭遇由热辐射造成的问题。

发明内容

技术问题

本发明的问题在于提供一种连续温度测量装置和包括所述连续温度测量装置的RH设备，所述连续温度测量装置能够以低成本连续地测量温度并且能够有效地测量RH设备中熔融钢的温度。

解决问题的方案

所述问题由独立权利要求中描述的发明来解决。优选实施例在从属权利要求中公开。

根据本发明的一个方面，一种连续温度测量装置包括：光-温度转换器，所述光-温度转换器基于所接收的光来测量温度；光引导杆，所述光引导杆接收来自测量目标的光；光纤，所述光纤将由所述光引导杆接收的光传送至所述光-温度转换器；连接器，所述连接器在保持所述光纤的直线度的同时将所述光纤连接到所述光引导杆；主保护管，所述主保护管围绕所述光引导杆的外周面；以及柔性耐热管，所述柔性耐热管保护所述光纤。

优选地，所述连续温度测量装置还包括：辅助保护管，所述辅助保护管围绕所述主保护管的外周面，并且在所述主保护管和所述辅助保护管之间形成冷却气体通道；以及接头，所述接头连接到所述柔性耐热管并且设置有冷却气体喷射管。能够有利的是，所述冷却气体喷射管相对于朝向所述光引导杆的方向以钝角倾斜。所述连续温度测量装置还可以包括固定构件，所述固定构件连接在所述主保护管和所述辅助保护管之间从而保持所述主保护管和所述辅助保护管的直线度，并且所述固定构件具有连通凹口，冷却气体流动通过所述连通凹口。

还优选的是，所述光引导杆设置有突起并且所述主保护管设置有用于止挡所述突起的止挡件，从而使得所述光引导杆不与所述主保护管分离。所述主保护管能够被分成两个联接部分，从而使得所述突起的每侧抵接于在联接时形成所述止挡件的每个主保护管部分。

所述连续温度测量装置还可以包括热电耦，所述热电耦具有形成在所述连接器上的温度测量接合部。温度升高可导致误差。所述热电耦能够用于校正此误差。

根据本发明的另一方面，一种用于执行熔融金属的真空除气过程的RH设备包括：传感器孔，所述传感器孔形成在真空容器的下容器处；连续温度测量装置，所述连续温度测量装置安装在所述传感器孔上，并且包括光-温度转换器、光引导杆、光纤、连接器、主保护管、柔性耐热管以及接头，所述光-温度转换器基于所接收的光测量温度，所述光引导杆接收来自测量目标的光，所述光纤将由所述光引导杆接收的光传送到所述光-温度转换器，所述连接器在保持所述光纤的直线度的同时将所述光纤连接到所述光引导杆，所述主保护管围绕所述光引导杆的外周面，所述柔性耐热管保护所述光纤，所述接头连接到所述柔性耐热管并且设置有冷却气体喷射管；以及冷却气体供应单元，所述冷却气体供应单元向所述冷却气体喷射管供应冷却气体。

所述RH设备优选地包括：凸缘管，所述凸缘管从所述传感器孔延伸；以及外凸缘管，所述外凸缘管围绕所述主保护管的外周面，在所述主保护管和所述外凸缘管之间形成冷却气体通道，并且所述外凸缘管联接到所述凸缘管，其中所述冷却气体被供应在所述凸缘管和所述外凸缘管之间。此外，能够有利的是，所述RH设备还包括热屏蔽板，所述热屏蔽板用于屏蔽辐射热且位于所述凸缘管和所述外凸缘管的下方。

还优选的是，所述传感器孔形成为测量上升管和下降管之间的区域中的温度。所述传感器孔能够形成在距所述下容器的底部100mm至300mm的高度处。

所述光引导杆的光接收端能够被放置在距耐火材料100mm至200mm的距离内。

本发明的有益效果

根据本发明的实施例，连续温度测量装置能够连续地测量熔融金属的温度，并且能够不是一次性地而是连续长时间地使用。

此外，所述RH设备使得可以连续且稳定地确定熔融金属的温度，由此实现有效的过程管理。

附图说明

阅读下面结合附图对下列实施例的详细说明，本发明的以上和其它方面、特征以及优点将变得清楚，附图中：

图1是根据本发明的一个实施例的连续温度测量装置的视图；

图2是根据本发明的所述实施例的连续温度测量装置的附接到主保护管的固定构件的剖面图；

图3是根据本发明的所述实施例的连续温度测量装置的固定构件的前视图；

图4是常用RH设备的示意图；

图5是根据本发明的一个实施例的RH设备的示意图；以及

图6是根据本发明的所述实施例的RH设备中的辅助保护管的内部结构的视图。

具体实施方式

下文说明和权利要求书中使用的术语应该被解释为具有与它们在说明书和相关技术的背景下的含义一致的含义，并且不应该如常用词典中所定义的那样在理想化的或者极度形式的意义上进行解释。另外，说明书中的公开内容以及图中所示的构造仅仅是本发明的示例性实施例并且不覆盖本发明的所有技术思想。因此，应理解的是，这样的实施例可以由在本申请被提交时的各种等同物和修改例来替代。

本发明涉及一种能够连续地测量高温测量目标(诸如熔融金属)的温度的连续温度测量装置，并且总体上涉及能够在Ruhrstahl Heraeus(RH)设备中使用的连续温度测量装置。

图1是根据本发明的一个实施例的连续温度测量装置的视图。

参照图1，根据本发明的一个实施例的连续温度测量装置包括：光-温度转换器110，所述光-温度转换器基于所接收的光来测量温度；光引导杆120，所述光引导杆接收来自测量目标的光；光纤130，所述光纤将由光引导杆120接收的光传送至光-温度转换器；连接器140，光纤130在保持笔直状态的同时通过所述连接器连接到光引导杆120；主保护管150，所述主保护管围绕光引导杆120的外周面；以及保护光纤的柔性耐热管160。

光-温度转换器110可以包括辐射高温计和显示器，辐射高温计接收光以由此产生电信号，显示器显示所测量的温度。

根据本发明的连续温度测量装置通过光学方法来测量温度。然而，由于钢包中漂浮的熔渣，因此难以以光学方法从钢包的上方测量温度。通过光纤与熔融金属的直接接触以接收光来测量温度的方法在相关技术说明中提到的美国专利公开No.2007-0268477中公开，其中，光纤被浸入熔融金属中并且因此被消耗，由此使得成本增加。

然而，由于如在真空除气过程中的压力减小使得熔融钢在热处理时暴露于真空容器的内部，因此本发明通过从暴露于压力减小的大气的熔融钢接收光能够去除不必要的过程，诸如光纤的连续浸入。

此外，由于光纤虽然具有优良的柔性但具有弱的机械特性，因此，在安装或者高温耐久性方面有利的是，光纤在直接连接到光-温度转换器的同时通过分离构件被连接到测量侧的真空容器以用于光接收。

本发明提供了利用具有优良透光率的光引导杆和光纤而便于在真空容器内接收光的结构。

根据本发明，光引导杆120设置有从其外周面突出的突起122，并且主保护管150设置有用于止挡突起122的止挡件123，使得光引导杆120不与主保护管150分离。光引导杆120用于引导光并且可以由在高温下不变形的透明材料形成。例如，光引导杆120可以由石英、蓝宝石、耐热玻璃、透明合成树脂等形成。

尽管已采用诸如夹持固定件、粘结剂之类的各种手段来固定光引导杆120，但突起122被形成在光引导杆120的光滑表面上，并且用于止挡突起122的止挡件123设置到主保护管150上，由此提供用于防漏的期望结构。

如图1中所示，为了构造具有这样结构的主保护管150，主保护管150可以形成有主保护管150被分成左右两部分的结构，左右两部分彼此联接，其中止挡件122在左右两部分之间放置在中央。

由于因在RH设备的使用条件下的压力减小或者熔融钢的吹出而可能从光引导杆120产生大的振动，因而主保护管150围绕光引导杆120的外周面以保护光引导杆120，由此加强光引导杆120。

尽管在诸如RH设备等真空容器中的温度测量期间可能带来由于随着压力减小而造成的压力差的问题，但是这样的问题能够通过从外部连续地引入冷却气体而得以解决。

为此，根据本发明的连续温度测量装置可以包括接头170，接头170连接到柔性耐热管并且设置有冷却气体喷射管172。

此外，冷却气体喷射管172可以相对于朝向光引导杆120的方向以钝角倾斜，使得接头170可以沿朝向光引导杆120的方向引入冷却气体。即，冷却气体喷射管172被构造成允许所引入的冷却气体沿朝向光引导杆120但不朝向光-温度转换器110的方向平滑地流动，由此在没有压降的情况下供应冷却气体。

另外，利用接头170的这种冷却气体供应结构可以因室温的或低温的冷却气体而防止高温熔融钢直接损坏光引导杆120或者使光引导杆120变形。

主保护管150可以被插入到辅助保护管180中，使得冷却气体可以流入主保护管150和辅助保护管180之间的空间中。即，主保护管150的外表面和辅助保护管180的内表面被分离成距彼此预定的距离，使得冷却气体能够流入主保护管150的外表面和辅助保护管180的内表面之间的空间中。

为此，连续温度测量装置还可以包括连接主保护管150和辅助保护管180的固定构件190从而保持主保护管150和辅助保护管180的直线度，并且所述固定构件具有连通凹口，冷却气体流动通过该连通凹口。

如上所述，主保护管150用于保护光引导杆120从而防止光引导杆120因振动而损坏。然而，由于主保护管150安置在辅助保护管180内从而在主保护管150和辅助保护管180之间形成冷却气体通道，因而需要能够将主保护管150紧紧地固定到辅助保护管180的固定构件190。

图2示出了固定构件190附接到主保护管150的状态，并且图3是固定构件190的前视图。

固定构件190将主保护管150连接到辅助保护管180。如图3所示，固定构件190的内周面附接到主保护管150，并且固定构件190的外周面可以包括附接到辅助保护管180的内表面上的接触表面192和与辅助保护管180的内表面分离的非接触表面194。

固定构件190的内周面也可以包括附接到主保护管150的外周面上的接触表面和不附接到主保护管150的外周面上的非接触表面。可选地，固定构件190还可以构造成以下形状，其中：其内周面附接到主保护管150，其外周面附接到辅助保护管180，并且穿过所述固定构件形成有通孔，冷却气体流动通过该通孔。

再参照图1，连续温度测量装置包括连接器140，所述连接器将光引导杆120连接到光纤130并且用于保持不具有刚度的光纤130的直线度。

可以使用FC连接器作为连接器140。FC连接器可以通过填充环氧树脂来形成，并且可能由于在通常使用于150摄氏度的温度下的环氧树脂暴露于高温环境时的光接收而产生测量温度的偏差。

因此，可以将独立的热电耦142附接到连接器140。温度升高可能导致误差。热电耦能够用于校正此误差。

更详细地，在连接器上形成有热电耦的温度测量接合部，并且热电耦测量装置通过将补偿引线延伸到柔性耐热管160中而附加地设置到光-温度转换器110，由此使得可以监控连接器140的温度升高并且应对温度测量环境中的变化。

接下来，将描述包括上述连续温度测量装置的RH设备。

图4是常用RH设备的示意图。

由于在高炉中熔融铁矿石来制备的熔融铁具有高的碳含量，因此在钢形成过程中通过将熔融铁浸入到炼钢炉中并且用纯氧气体发泡而将熔融铁中的碳移除到预定含量(大约0.04％)。碳含量被减小到预定水平的熔融铁被称为熔融钢。

在炼钢炉过程之后，将熔融钢供给到RH设备中。在RH设备中，熔融钢在真空下被剧烈地搅拌，使得熔融钢的组分和温度变得均匀并且剩余的气体组分被从熔融钢移除。之后，把熔融钢供给到连续的铸造过程中。

用于执行真空除气过程的RH设备包括：真空容器10，所述真空容器包括上容器12和下容器14；钢包20，所述钢包放置在真空容器10的下方并且存储熔融钢；上升管30，存储在钢包20中的熔融钢借助真空容器内减小的压力而通过所述上升管被抽吸到真空容器10中；以及下降管40，真空容器内的熔融钢通过所述下降管被排到钢包20中。

在真空容器10中形成排气端口16，排气泵连接到所述排气端口。

RH设备使熔融钢通过两个循环管循环，这两个循环管包括上升管和下降管，存储在钢包20中的熔融钢借助真空容器10内减小的压力通过上升管被抽吸到真空容器10中，真空容器内的熔融钢通过下降管被排到钢包中。RH设备通过设置到上升管30中的喷嘴吹送氩气，以降低熔融钢的表观比重，由此造成真空容器10内的熔融钢的高度差，并且RH设备在压力减小的大气中降低熔融钢内的气相分子的局部压力，以由此执行除气过程。

图5是根据本发明的一个实施例的RH设备的示意图，并且图6是根据本发明的所述实施例的RH设备中的辅助保护管的内部结构的视图。

根据本发明的所述实施例的RH设备包括：传感器孔15，所述传感器孔形成在真空容器10的下容器14处；连续温度测量装置100，所述连续温度测量装置安装在传感器孔上并且包括光-温度转换器、光引导杆120、光纤、连接器140、主保护管150、柔性耐热管以及接头，所述光-温度转换器基于所接收的光测量温度，所述光引导杆(在图6中位于主保护管的内侧)接收来自测量目标的光，所述光纤将由光引导杆120接收的光传送到光-温度转换器，所述连接器将光纤连接到光引导杆120从而保持光纤的直线度，所述主保护管围绕光引导杆120的外周面，所述柔性耐热管保护光纤，所述接头连接到柔性耐热管并且设置有冷却气体喷射管；以及冷却气体供应单元(未示出)，所述冷却气体供应单元向冷却气体喷射管供应冷却气体。

根据本发明的所述实施例的RH设备还包括辅助保护管180，所述辅助保护管包括凸缘管182和外凸缘管184，凸缘管182从传感器孔延伸，外凸缘管184围绕主保护管150的外周面，并且在主保护管150和外凸缘管184之间形成有冷却气体通道，而且所述外凸缘管联接到凸缘管。

此外，主保护管150通过固定构件190固定到辅助保护管180的内部。固定构件190设置有连通凹口，冷却气体(由虚线示出)可以流动通过所述连通凹口。

根据本发明的所述实施例的RH设备还可以包括热屏蔽板185，所述热屏蔽板屏蔽辐射热，并且位于凸缘管182和外凸缘管184的下方。

由于安装在传感器孔中的连续温度测量装置暴露于高温熔融钢和钢包中的熔渣，因此用于屏蔽辐射热的热屏蔽板185可以安置在凸缘管182和外凸缘管184的下方，由此防止连续温度测量装置的过热。

传感器孔15可以形成为使得能测量上升管和下降管之间的区域中的温度。此外，传感器孔15可以形成在距下容器14的底部100mm至300mm的高度处。

在传感器孔15形成在距下容器14的底部小于100mm的高度处的情况下，熔融钢在被完全处理之后下落到钢包中，并且从真空容器的上侧和内侧落下的浮渣可能被堆积在真空容器的下部(在此压力已恢复)处。此时，堆积在真空容器的下部处的一些浮渣熔接在传感器孔15上或者封闭传感器孔15而遮挡光，由此造成钢包的连续使用问题。

另一方面，在传感器孔15形成在距下容器14的底部大于300mm的高度处的情况下，熔融钢在被处理时未到达传感器孔，由此造成熔融钢被不精确地接收。

传感器孔15的布置中的另一个重要因素是传感器孔15和浸管之间的相关性。运载气体用于抽吸两个浸管中的熔融钢，这两个浸管包括被交替地使用的上升管和下降管，并且浸管周围的耐火材料的熔炼损耗由于运载气体和熔融钢的抽吸而变得严重。然而，由于根据本发明的连续温度测量装置安装在下容器的耐火材料内，因此耐火材料的熔炼损耗可能导致光引导杆的暴露，这可能由于光引导杆在高温下的变形而造成测量温度的偏差。因而，传感器孔可以安置在上升管和下降管之间的区域中。

当连续温度测量装置100被安装在耐火材料内时，期望的是，光引导杆的光接收端被放置在距耐火材料100mm至200mm的距离内。然而，当光引导杆的光接收端被放置成太靠近熔融钢时，由于真空容器的耐火材料的侵蚀，因此石英条可能直接暴露于熔融钢，由此因高温变形而造成测量偏差。另一方面，当光引导杆的光接收端在下容器中被放置得太深时，光引导杆不能够接收来自熔融钢的光。

在根据本发明的RH设备中，自熔融钢辐射的光通过光引导杆和柔性耐热管中的光纤被传送到光-温度转换器，并且在光-温度转换器中被读取为温度值。从冷却气体供应单元供应的冷却气体通过与柔性耐热管的一部分连接的接头而朝光源的方向被引入，在主保护管和辅助保护管之间穿过，并且保护光引导杆不受熔融钢和熔融钢的高温的影响。此外，形成在光引导杆上的突起和安装在主保护管中的止挡件可以防止光引导杆在减小的压力下被抽吸到真空容器中。

尽管已提供了一些实施例来示例本发明，但对本领域的技术人员而言将清楚的是，这些实施例仅以示意的方式给出，并且在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以形成各种修改和等同实施例。因而，本发明的范围应该仅由所附的权利要求书及其等同物限定。

Claims (13)

1.一种连续温度测量装置，包括：

光-温度转换器，所述光-温度转换器基于所接收的光来测量温度；

光引导杆，所述光引导杆接收来自测量目标的光；

光纤，所述光纤将由所述光引导杆接收的光传送至所述光-温度转换器；

连接器，所述连接器在保持所述光纤的直线度的同时将所述光纤连接到所述光引导杆；

主保护管，所述主保护管围绕所述光引导杆的外周面；以及

柔性耐热管，所述柔性耐热管保护所述光纤。

2.根据权利要求1所述的连续温度测量装置，还包括：

辅助保护管，所述辅助保护管围绕所述主保护管的外周面，并且在所述主保护管和所述辅助保护管之间形成冷却气体通道；以及

接头，所述接头连接到所述柔性耐热管并且设置有冷却气体喷射管。

3.根据权利要求2所述的连续温度测量装置，其中所述冷却气体喷射管相对于朝向所述光引导杆的方向以钝角倾斜。

4.根据权利要求2所述的连续温度测量装置，还包括：

固定构件，所述固定构件连接在所述主保护管和所述辅助保护管之间，从而保持所述主保护管和所述辅助保护管的直线度，并且所述固定构件具有连通凹口，冷却气体流动通过所述连通凹口。

5.根据权利要求1所述的连续温度测量装置，其中所述光引导杆设置有突起并且所述主保护管设置有用于止挡所述突起的止挡件，从而使得所述光引导杆不与所述主保护管分离。

6.根据权利要求5所述的连续温度测量装置，其中所述主保护管被分成两个联接部分，从而使得所述突起的每侧抵接于在联接时形成所述止挡件的每个主保护管部分。

7.根据权利要求1所述的连续温度测量装置，还包括：

热电耦，所述热电耦具有形成在所述连接器上的温度测量接合部。

8.一种用于执行熔融金属的真空除气过程的RH设备，所述RH设备包括：

传感器孔，所述传感器孔形成在真空容器的下容器处；

连续温度测量装置，所述连续温度测量装置安装在所述传感器孔中，所述连续温度测量装置包括光-温度转换器、光引导杆、光纤、连接器、主保护管、柔性耐热管以及接头，所述光-温度转换器基于所接收的光测量温度，所述光引导杆接收来自测量目标的光，所述光纤将由所述光引导杆接收的光传送到所述光-温度转换器，所述连接器在保持所述光纤的直线度的同时将所述光纤连接到所述光引导杆，所述主保护管围绕所述光引导杆的外周面，所述柔性耐热管保护所述光纤，所述接头连接到所述柔性耐热管并且设置有冷却气体喷射管；以及

冷却气体供应单元，所述冷却气体供应单元向所述冷却气体喷射管供应冷却气体。

9.根据权利要求8所述的RH设备，还包括：

凸缘管，所述凸缘管从所述传感器孔延伸；以及

外凸缘管，所述外凸缘管围绕所述主保护管的外周面，在所述主保护管和所述外凸缘管之间形成冷却气体通道，并且所述外凸缘管联接到所述凸缘管，

其中所述冷却气体被供应到所述凸缘管和所述外凸缘管之间。

10.根据权利要求9所述的RH设备，还包括：

热屏蔽板，所述热屏蔽板用于屏蔽辐射热且位于所述凸缘管和所述外凸缘管的下方。

11.根据权利要求8所述的RH设备，其中所述传感器孔形成为测量上升管和下降管之间的区域中的温度。

12.根据权利要求8所述的RH设备，其中所述传感器孔形成在距所述下容器的底部100mm至300mm的高度处。

13.根据权利要求8所述的RH设备，其中所述光引导杆的光接收端被放置在距耐火材料100mm至200mm的距离内。