CN201089774Y - 一种五功能转炉副枪用复合探头 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了五功能转炉副枪用复合探头，其包括钢水测温、取样、结晶定碳、测氧和钢水液面测量部件，其中：液面测量电极(2)、测温元件(3)、测氧传感器(4)、钢水取样器(5)、钢管(12)和探头耐火座(13)挤压装进外套管(11)内腔中的左部，且由外罩保护；定碳定位座(6)、钢水进入管(7)、结晶定碳熔池(8)、测碳元件(14)和保护管(15)挤压装进外套管内腔中的中部；通往计算机的信号输出插件(10)装在外套管内腔中的右部。本实用新型功能较多，有利于生产优质品种钢材，特别是对冶炼精品和科技含量钢种提供快速精确的在线检测；有利于降低炼钢成本、缩短冶炼时间、节能降耗，不污染环境，属环保节能产品。

Description

一种五功能转炉副枪用复合探头

技术领域

本实用新型涉及转炉炼钢测量领域，特别是涉及一种转炉副枪用复合探头。

背景技术

计算机在线快速分析技术正在迅速发展，随着计算机技术在转炉炼钢中的广泛应用，对转炉炉内的冶金物理化学反应参数的采集，提出了更高、更多、更新的要求。在转炉炼钢过程中的各种冶金物理化学反应都是以秒的速度在进行，尤其是转炉吹炼过程中和终点的碳温双命中率及钢水液面测量参数，完全取决于转炉副枪用复合探头的采集功能和采集数据的稳定性及可靠性。目前国内外转炉副枪用复合探头主要有两种功能型号：一种型号是TCS，即包括钢水测温(T)、钢水取样(S)、钢水结晶定碳(C)三种数据采集功能；第二种是TOS，即包括钢水测温(T)、钢水取样(S)、钢水测氧(O)三种数据采集功能。

TCS复合探头和TOS复合探头的功能是有限的。在转炉中使用复合探头进行动态测量的过程中，需要在同一时间、同一条件下，配备相关的计算机分析系统，并同时包括TSOCL(即钢水测温、钢水取样、钢水测氧、钢水结晶定碳和钢水液面测量)五项数据采集功能，目前国内外市场所使用的转炉副枪用复合探头满足不了以上功能要求。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种五功能转炉副枪用复合探头，该复合探头包括钢水测温、钢水取样、钢水测氧、钢水结晶定碳和钢水液面测量五项数据采集功能，能够满足转炉中动态测量的需要。

本实用新型所采用的技术方案是：包括钢水测温、取样、结晶定碳和测氧部件，还包括钢水液面测量部件。这些部件中：液面测量电极、测温元件、测氧传感器、钢水取样器、钢管和探头耐火座挤压装进外套管内腔中的左部，且由外罩保护；定碳定位座、钢水进入管、结晶定碳熔池、测碳元件和保护管挤压装进外套管内腔中的中部；信号输出插件装在外套管内腔中的右部。

本实用新型采用五功能一体化设计，五功能各组件均采用集成方式，然后由独立的分组件再集成一体化的整体组件。本实用新型的设计优化了五功能转炉副枪用复合探头的结构，提高了该复合探头的精度，保证了其质量。

本实用新型与现有技术相比，还具有以下优点：

1、功能多，测量的复合参数多，测量的重复性好，响应时间快，采样时间在20秒以内，钢水成份检测技术水平高，适应大型计算机系统的运算速度和响应时间，精确度高。

2、有利于生产优质品种钢材，特别是对冶炼精品和科技含量钢种，提供快速精确的在线检测。有利于我国炼钢从炼粗钢向精品钢的快速转变。

3、有利于降低炼钢成本、缩短冶炼时间、提高经济效益。

4、有利于节能降耗，不污染环境，属环保节能产品。

附图说明

图1是五功能转炉副枪用复合探头结构示意图。

图1各部件序号表示：1.钢保护帽；2.液面测量电极；3.测温元件；4.测氧传感器；5.钢水取样盒；6.定碳定位座；7.钢水进入管；8.结晶定碳熔池；9.固定管；10.信号输出塑料插件；11.外管套；12.钢管；13.探头耐火座；14.测碳元件；15.保护管；16.中套管；17.内套管；18.套管；19.尾管。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步说明，但不限定本实用新型。

本实用新型的结构及型态设计，以及功能部件安装连接位置如图1所示：包括钢水测温、取样、结晶定碳和测氧部件，还包括钢水液面测量部件。这些部件中：液面测量电极2、测温元件3、测氧传感器4、钢水取样器5、钢管12和探头耐火座13为一体设计的五功能转炉副枪用复合探头头部主要部件，挤压装进外套管11内腔中的左部，且由外罩保护。定碳定位座6、钢水进入管7、结晶定碳熔池8、测碳元件14和保护管15为一体设计的结晶定碳组件，将其挤压装进外套管11内腔中的中部。通往计算机的信号输出插件10装在外套管11内腔中的右部。

上述的测温元件3、测氧传感器4、钢水取样盒5、液面电极都可以安放在同一个钢管12内，这样便于在同样的条件下进行五种数据的采集，确保了采集数据的稳定性和可靠性。

上述的探头耐火座13设有几个插孔，这些插孔分别与液面测量电极2、测温元件3、测氧传感器4和钢水取样盒5对应相连。探头耐火座13与钢管12固定套连，该钢管可由水泥粘接在外管套11的内壁上。其中：液面测量电极2，功能是测量钢水液面用，材质是钢棒。测温元件3为温度测量热电偶，其包括测温热电偶和补偿导线，测温元件3的功能是测量钢水温度用，测温热电偶的材质是铂铑热电偶丝。测氧传感器4，其包括氧电池、氧电极金属管、氧信号线，其功能是测量钢水的氧含量，其材质可以是锆陶瓷。钢水取样盒5，功能是取钢水样块用，材质是钢板。钢管12和探头耐火座13一起可以保护液面测量电极2、测温元件3、测氧传感器4和钢水取样盒5不被烧蚀。定碳定位座6和探头耐火座13均可以由树脂砂烧制而成。

上述的定碳定位座6可由水泥粘接在结晶定碳熔池8的左端头上。定碳定位座6是固定测碳元件14的基座，二者可由水泥粘接。测碳元件14伸入结晶定碳熔池8的内腔中；测碳元件14由定碳热电偶丝和石英管组成，定碳热电偶丝装入石英管中。结晶定碳熔池8材质是钢管，其套入保护管15。保护管15的材质为黄板纸。

上述的钢水进入管7呈漏斗状，其管体依次穿过外管套11、中套管16、保护管15，且由水泥粘接；其进口处与外管套11持平，出口处则与结晶定碳熔池8的内腔连通，这样钢水就可以由钢水进入管7进入结晶定碳熔池8。

上述的信号输出插件10装在固定管9的端头上，用钢钉定位。固定管9的左部分固定在内套管17中，固定管9的右部分伸入套管18的孔中。内套管17与位于外管套11内腔中的中套管16套连。外管套11与中套管16之间、中套管16与内套管17之间、内套管17与固定管9之间均采用钢钉定位。保护管15采用钢钉定位在中套管16的左部内腔中，套管18采用钢钉定位在外管套11的右部内腔中。固定管9、中套管16、内套管17的功能是对信号输出插件10进行定位。信号输出插件10的材质为聚炳稀塑料，其引出线为圆孔设计，导线从孔中穿过并经过固定。

固定管9、外管套11、保护管15、中套管16、内套管17、套管18和尾管19的材质均为黄板纸，或依据实际需要采用其它材料制成。

上述的外罩是钢保护帽1，其在对抗热冲击及保护复合探头头部起着重要作用，常规的探头没有这种设计；其由水泥粘接在外管套11的左端头上。在外管套11的右端头上装有尾管19，用钢钉定位。尾管19可以防治钢渣进入。

下面简述本实用新型的各组件的工作原理。

1.钢水温度测量组件(以T来表示)：

该测温组件包括测温元件3和石英管。工作原理：当测温热电偶进入钢水后，该热电偶的热端与冷端产生温差电动势，温差电动势经补偿线传至计算机进行运算并转换成数字温度信号显示。该温度测量组件的测温范围在1250℃～1800℃，温度测量值稳定可靠、重复性好。

目前市场上的产品将热电偶元件直接放于耐火头中，制作过程复杂，产品质量控制准度大，成品率低。

2.钢水取样组件(以S来表示)：

该组件包括钢水取样盒5、石英管、钢保护帽1。工作原理：当复合探头进入钢水后，钢保护帽1熔化，此时钢水取样盒5进入钢水约400mm，钢水产生正向压力，钢水在正压的作用下进入冷态的钢水取样盒5，并在几秒钟内冷却固化成固态钢。复合探头从钢水中取出后，打开钢水取样盒5，从中取出钢样块进行化验分析。

本组件结构稳定可靠、取样率高。目前市场上的钢水取器采用单独结构设计，影响测成率，并且采用高价值耐材包裹，增加了成本。

3.钢水氧活度测量组件(以0来表示)：

该组件包括测氧传感器4、钢保护帽1。工作原理：测氧传感器4的氧电池上装有Cr基参比电极，当钢保护帽1熔化后，测氧传感器4的氧电池接触钢水，氧化锆电池产生氧浓差扩散与平衡。氧电池与钢水氧分压发生变化时产生氧电势，并由导线输出至计算机进行运算，显示计算出氧含量的参数值。本实用新型是将氧传感器置于树脂砂与金属管中进行固化，在钢水中不受钢水高温烧蚀，保证了测成率和提高了测量精度。

目前市场上的产品，氧电池没有本设计，直接将氧电池置于耐火头中，在高温钢水中易受损，影响测成率和测量精度。本实用新型的氧正极回路采用一体化设计，确保信号回路的可靠性和稳定性。常规的氧正极回路采用分离设计，正极回路与保护钢帽分离。

4.钢水结晶定碳测量组件(以C来表示)：

本组件采用组件式锥型钢水进口设计，包括钢水进入管7、结晶定碳熔池8、测碳元件14。工作原理：当该复合探头插入钢水熔池后，结晶定碳熔池8进入钢水，钢水进入熔池后，由液态变为固态。此时，测碳元件14依据结晶液相线定碳原理开始测量。其模拟量信号传输到计算机进行AD转换，在计算机上显示数字碳含量值。

钢水结晶定碳是利用钢水液相线与凝固温度的关系式来进行测碳的。钢水进入管7为漏斗状，增加了钢水进口压力和流量，钢水能够快速进入结晶定碳熔池8，确保结晶定碳熔池8的钢水的进入量，对于提高结晶定碳的测成率有着重要作用。目前市场上的产品采用直石英管，在同样压力情况下比锥管钢水流量要小，影响测成率。

5.钢水液面测量组件(以L来表示)：

本组件采用电极式液面测量组件，包括液面测量电极2和钢管12(钢管12是金属保护管具有液面正电极)，即两个金属导体。

工作原理：当该复合探头插入钢水熔池后，钢保护帽1被熔化。两个液面测量电极2和钢管12在开路的条件下不发送信号，当该液面测量电极2和钢管12接触钢水后，形成短路信号，并由液面测量电极2和钢管12将短路信号发送至计算机，计算机上就能显示出钢水液面值。

本组件，采样值稳定可靠。目前市场上的产品，液面探头需单独一支探头测量，增加了炼钢成本。

本实用新型的功能按钢厂工艺需求，可分别组装为TCSSL、TOSSL、TCS、TOS、TS等复合探头产品。以满足冶炼品种钢的需求。

五功能复合探头测量工作过程：炼钢操作工依据工艺程序，启动计算机探头测量程序，探头按设定值插入钢水中，此时，测温、测氧、测碳、测液面、取样5个参数同时进行数据采集，并将数据信息传给计算机。计算机同步跟踪信息并进行分析处理，当数据信息符合要求时，计算机自动锁定有效数据，经计算分别显示：温度值、碳值、氧含量值。全过程时间20秒内完成。探头从钢水中提出后，再取出钢样送至化验室进行分析。

Claims (9)

1.一种五功能转炉副枪用复合探头，包括钢水测温、取样、结晶定碳和测氧部件，其特征是还包括钢水液面测量部件，这些部件中：液面测量电极(2)、测温元件(3)、测氧传感器(4)、钢水取样器(5)、钢管(12)和探头耐火座(13)挤压装进外套管(11)内腔中的左部，且由外罩保护；定碳定位座(6)、钢水进入管(7)、结晶定碳熔池(8)、测碳元件(14)和保护管(15)挤压装进外套管(11)内腔中的中部；通往计算机的信号输出插件(10)装在外套管(11)内腔中的右部。

2.如权利要求1所述的一种五功能转炉副枪用复合探头，其特征在于：液面测量电极(2)、测温元件(3)、测氧传感器(4)和钢水取样盒(5)分别与探头耐火座(13)的插孔相连，探头耐火座(13)与钢管(12)固定套连，该钢管由水泥粘接在外管套(11)的内壁上。

3.如权利要求1所述的一种五功能转炉副枪用复合探头，其特征在于：定碳定位座(6)由水泥粘接在结晶定碳熔池(8)的左端头上；定碳定位座(6)是固定测碳元件(14)的基座，二者由水泥粘接；测碳元件(14)伸入结晶定碳熔池(8)的内腔中，结晶定碳熔池(8)套入保护管(15)。

4.如权利要求3所述的一种五功能转炉副枪用复合探头，其特征在于：测碳元件(14)由定碳热电偶丝和石英管组成，定碳热电偶丝装入石英管中。

5.如权利要求1所述的一种五功能转炉副枪用复合探头，其特征在于：呈漏斗状的钢水进入管(7)，其管体依次穿过外管套(11)、中套管(16)、保护管(15)，且由水泥粘接；其进口处与外管套(11)持平；其出口处与结晶定碳熔池(8)的内腔连通。

6.如权利要求1所述的一种五功能转炉副枪用复合探头，其特征在于：信号输出插件(10)装在固定管(9)的端头上，用钢钉定位；固定管(9)的左部分固定在内套管(17)中，固定管(9)的右部分伸入套管(18)的孔中；内套管(17)与位于外管套(11)内腔中的中套管(16)套连。

7.如权利要求6所述的一种五功能转炉副枪用复合探头，其特征在于：外管套(11)与中套管(16)之间、中套管(16)与内套管(17)之间、内套管(17)与固定管(9)之间均采用钢钉定位，保护管(15)采用钢钉定位在中套管(16)的左部内腔中，套管(18)采用钢钉定位在外管套(11)的右部内腔中。

8.如权利要求1所述的一种五功能转炉副枪用复合探头，其特征在于：外罩是钢保护帽(1)，其由水泥粘接在外管套(11)的左端头上。

9.如权利要求1所述的一种五功能转炉副枪用复合探头，其特征在于：在外管套(11)的右端头上装有尾管(19)，采用钢钉定位。

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