CN205263009U - 一种炉前钢种液固相线温度快速检测装置 - Google Patents

Abstract

一种炉前钢种液固相线温度快速检测装置，属于冶金工业检测技术领域。该装置包括，传感器、测枪、测枪接口电缆、凝固过程测温仪、测枪支架；测枪(2)和测量接口电缆(3)相连，测枪接口电缆(3)和凝固过程测温仪(4)相连。检测步骤包括：在传感器和测枪分析情况下准备好装置，然后连通传感器和测枪，接下来人工通过测枪将传感器插入到钢水中一定时间，再通过测枪将传感器从钢水中拔出，仪器会实时测得传感器中钢水凝固过程中的温度，并适时识别出液相线温度和固相线温度。优点在于，装置结构简单，操作方便，实用性强。

Description

一种炉前钢种液固相线温度快速检测装置

技术领域

本实用新型属于冶金工业检测技术领域，特别提供了一种炉前钢种液固相线温度快速检测装置。

背景技术

钢种液相线温度和固相线温度是冶炼和铸造的两个重要工艺参数(液相线温度是钢种在单一液相与液固混合相的临界转变温度，固相线温度是钢种在液固混合相和单一固相的临界转变温度)，对于保证熔炼和铸造产品质量、节约生产能耗、减少污染排放意义重大。

在熔炼和铸造时，需要将钢材加热到液相线温度以上进行熔炼，然后在某个温度出钢进行铸造。钢水过热度(钢水温度高出液相线温度的部分)既不能太高，又不能太低。如果过高，会增加熔炼和铸造时间，浪费熔炼加热所需的能源，增加污染物的排放，使铸坯中心偏析加重或者坯壳较薄而出现裂纹；如果过过热度过低，钢水易被夹杂物污染，同时易使水口发生堵塞甚至冻结(岑永权,季文豪.连铸钢水过热度对铸坯凝固的影响.上海金属.1999,21(6):21‐24)。在连铸轻压下工艺中，为了更好地确定凝固区附近轻压下的位置，需要准确获得连铸坯的固相线温度。因此，确定液相线温度和固相线温度是熔炼和铸造的重要工作。

液相线和固相线温度的确定方法有公式法、实验室热分析法。分别简述如下：

1.公式法

目前生产现场所使用的方法主要是公式法，即使用以各元素含量为自变量的多项式公式来分别计算液相线温度和固相线温度。然而公式通常只能适应一定的牌号；而且对于给定的牌号，又只能适应一定的成分范围；还存在由于各元素成分测量值的误差而造成的计算误差，有时误差很大。

文献(武拥军，钢的液相线温度的计算，2002,14(6):6-9)报道了4种液相线计算公式，前三种分别对于一般钢种、碳素钢和特殊钢，后一种是该文献作者的改进型公式，这些它们在各自适应范围内的精度分别为-15～5度，4度，精度良好(该文献未给出具体精度值)，-4～2度。

文献(冯科，韩志伟，王勇，毛敬华,碳钢实际固相线温度的理论预测及回归分析,铸造技术2007,28(7):937-939)报道了一种用于碳钢的固相线温度计算公式，此公式和文献(侯志慧,张艳良,崔日荣,45钢生产实践,天津冶金,2007,6:4-6)用来计算45钢(一种碳钢)的公式不同。文献(候志慧,张艳良,崔日荣,45钢生产实践,天津冶金,2007,6:4-6)的公式和文献(蔡开科,连续铸钢,北京:科学出版社,1990:264)的第一个公式相同，文献(蔡开科,连续铸钢,北京:科学出版社,1990:264)还有第二个公式，也是计算固相线温度的公式。本发明人通过计算发现，用此三个公式来计算45号钢固相线温度的结果差别很大。对于45钢下限成分钢种(C0.42％，Si0.17％，Mn0.5％，P0％，S0％，Cu0％，Cr0％Ni0％)，固相线温度分别为1416.5度，1356.1度，1431.6度，三者最多相差75.5度；对于上限成分钢种(C0.5％，Si0.37％，Mn0.8％，P0.035％，S0.035％，Cr0.25％，Ni0.25％，Cu0.25％)，固相线温度分别为1333.5度，1306.1度，1374.4度，三者最多相差68.2度；对于平均成份钢种(C0.46％，Si0.27％，Mn0.65％，P0.0175％，S0.0175％，Cr0.125％，Ni0.125％，Cu0.125％)，固相线温度分别为1431.6度，1375度，1403度，三者最多相差71度。

文献(K.Gryc,B.Smetana,K.Janiszewski,etal.Thermalanalysisresultsandthetheoreticaldeterminationofsolidusandliquidustemperaturesforthegrainorientedelectricalsteel,SolidStatePhenomena,2015,vol226:209-214)报道采用了13种液相线温度计算公式和2种固相线温度计算公式分别计算同一种特殊钢的液相线温度和固相线温度。计算结果表明：以热分析法测量结果为基准，13个液相线公式的计算偏差从0～-118度不等；2个固相线计算公式的计算偏差为分别为3和-48度。

除上述文献外，本发明人曾在生产工具钢和模具钢的特钢生产现场调研，工艺人员指出，对于同一品种，由于公式选择不同，在计算液相线温度时，计算值彼此相差几十度甚至一百多度，这种情况，对于新品种更为常见。而在另一个生产弹簧钢和线材的特钢生产现场，工艺人员也指出，用于公式选择不同，固相线温度的计算值相差很大；即便是用同一公式计算，固相线温度至少存在20度的偏差，这一偏差使得连铸轻压下的工艺趋于保守。

从以上文献和现场调研可以看到，目前提供给现场使用的液相线温度和固相线温度公式，还存在着适用性和精度问题，难以满足生产现场日益增长的工艺要求。

2.实验室热分析法

与公式法形成对照的是实验室热分析法(P.K.Gallagher,Handbookofthermalanalysisandcalorimetry,PrinciplesandPractice,Elsevier,1998)。实验室热分析法，是使用实验室热分析设备，如DTA(差热分析)/DSC(差分扫描量热)/DirectTA(直接热分析)设备来测量液相线温度和固相线温度的方法，通常是由科研单位使用。这类方法的优点是测量精度比较高(K.Gryc,B.Smetana,K.Janiszewski,etal.Thermalanalysisresultsandthetheoreticaldeterminationofsolidusandliquidustemperaturesforthegrainorientedelectricalsteel,SolidStatePhenomena,2015,vol226:209-214)，不足之处是设备购买、使用和维护的成本比较高(设备30～50万人民币；设备需要专门的设备操作人员；操作人员会担心设备的耐高温部件因加热到高温而加速老化或损坏，一般不接受液相线温度在1450度或以上钢种的测试)，而且测量一次液相线或固相线温度花费的时间比较长，常常需要2～4小时或更长时间，而且还不算由生产现场和科研单位之间传递样本所需的时间(通常需要2～3天)。对于时间比较紧要的场合，比如现场生产快速摸索新牌号工艺，或者对现有牌号出现质量问题后快速复查等等，实验室热分析法显得太缓慢。

综上所述，公式法计算快但依赖于牌号和元素含量、实验室热分析法准确但测量时间长。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种炉前钢种液固相线温度的快速检测装置。

本发明的装置包括传感器1、测枪2、测枪接口电缆3、凝固过程测温仪4、测枪支架5组成；测枪2和测量接口电缆3相连，测枪接口电缆3和凝固过程测温仪4相连，如图1所示。

传感器1由保护帽10，取样石英管11，耐火泥头盖封装水泥12，耐火泥头盖13，耐火泥头14，耐火水泥15，纸管16，补偿线支撑架17，负极补偿线18，正极补偿线19，负极偶丝20，正极偶丝21，石英管22组成；保护帽10和耐火泥头盖封装水泥12相连，耐火泥头盖封装水泥12和耐火泥头盖13相连；耐火泥头盖封装水泥12和耐火泥头盖13嵌入在耐火泥头14的下端的圆柱孔中；耐火泥头盖封装水泥12和耐火泥头盖13中的中央嵌有一个取样石英管11；耐火泥头14的上端的外侧嵌有纸管16；内侧嵌有补偿线支撑架17和耐火水泥15；补偿线支撑架17内嵌有正极补偿线19和负极补偿线18，分别和正极偶丝21和负极偶丝20相连；正极偶丝21和负极偶丝封装在石英管22(为U形)内；耐火水泥15用于固定石英管22及正极偶丝21和负极偶丝20，并且和耐火泥头盖13合在一起形成一个称为取样室的空腔；取样室用于盛放钢水样本，如图2所示。

传感器1是消耗式部件，在不测量时，传感器单独放置在地面8上，不与其他部件连接；当测量时，操作者6首先将传感器1和测枪2连接在一起，再手持测枪2将传感器2插入到熔炼炉9中；在这个过程中，传感器1的正极补偿线19和负极补偿线18和测枪2的测枪枪头23的正负极分别相连；

测枪2由测枪头23，测枪体24，测枪手柄25组成，测枪体23和测枪体相连，测枪体和测枪手柄25相连；测枪2的测枪枪头23有两根引出线，引出线和测枪接口电缆3的一端相连，如图3所示；

凝固过程测温仪4由测枪信号接口26，测量板27，主板28，触摸屏29，电源滤波器30，保险丝31，开关32，指示灯33，测量板电源34，主板电源35，网口36，第一USB口37，第二USB口38，主板固定架39，触摸屏固定架40，前面板41，后面板42，左侧板43，右侧板44，上盖板45，底板46，皮带把手47，脚垫48组成；前面板41、左侧板43、右侧板44、底板46组合起来形成一个长方体框架，框架通过焊接连结在一起，上面板45和后面板42分别通过螺钉和此长方体框架连接在一起；测枪信号接口26、网口36、保险丝31、电源滤波器30通过螺钉固定在后面板42上，开关32、指示灯33、第一USB口37、第二USB口38通过螺钉固定在右侧板44上，测量板电源34、测量板27通过螺钉固定在底板46上，皮带把手47通过螺钉固定在上面板45上，主板电源35、主板28通过螺钉固定在主板固定架39上，主板固定架39的两边通过螺钉固定在左侧板43和右侧板44上，触摸屏29通过螺钉固定在触摸屏固定架40上，触摸屏固定架40的两边通过螺钉固定在左侧板43和右侧板44上；角垫48的材质是塑料，位于底板46下面，通过螺钉和底板46连接在一起；角垫48用于支撑凝固过程测温仪4在仪器支架7上，并使它和支架7绝缘，如图4和图5所示；

当传感器2插入到熔炼炉9的钢水过程中时，传感器的保护帽10先碰头渣层，会逐步融化；当传感器插入到钢水中一定深度时，不带渣的钢水会通过石英管22陆续进入到取样室中；当等待一定的时间后，取样室会取满钢水；然后当传感器从钢水中拔离时，取样室中的钢水会逐步冷却；在这个过程中，取样室中的热电偶一直会输出反映钢水温度的电压信号，通过测枪2，及测量接口电缆3输入到凝固过程测温仪4中；凝固过程测温仪4实时计算出和电压信号相应的实时钢水温度，并以曲线的形式显示在屏幕上；在测量过程中，会根据曲线特征计算出钢水液相线温度和钢水固相线温度，如图6所示。

采用本实用新型装置的检测方法包括如下步骤：

1.确保测枪2和凝固过程测温仪4已通过测枪接口电缆3连接在一起；凝固过程测温仪4已上电启动完毕，仪器出现测温软件画面，软件上的准备、测试、结束这三个指示灯都不亮；准备好若干支传感器1，此时传感器1和测枪2处于分离状态；

2.取一支传感器1，操作者8将传感器1和测枪2连接在一起，观察凝固过程测温仪4上的准备指示灯亮；如果显示已准备好，意味着传感器1、测枪2和凝固过程测温仪4的电路已连接在一起；否则，反复检查各部件，必要时，更换新的传感器1，或者其他部件，直到凝固过程测温仪4上的准备指示灯变亮；

3.操作者6将带传感器1的测枪2移动到熔炼炉9前，确定好插入位置；然后保持测枪和竖直方向成一定倾斜角，快速将传感器1插入到熔炼炉9的钢水中，使传感器没入钢水表面以下预定深度(此插入过程的时间为插入时间)，并保持一定时间(此过程的时间的插入后保持时间)；

4.保持传感器1和竖直方向的偏角，操作者6快速拔出传感器1(此过程的时间为拔出时间)，并使传感器1一直和测枪2处于连接状态并等待预定时间(此过程时间为拔出后保持时间)；最后从测枪2上拔下传感器1；

5.在经过插入阶段、插入后保持阶段、拔出阶段和拔出后等待阶段的过程中，凝固过程测温仪4自动测量测量到钢水所对应钢种的液相线温度和固相线温度；按照合金相图原理，钢水液相线温度是凝固曲线出现第一个平台时的温度，钢水固相线温度是凝固曲线出现第二个平台时的温度。

本实用新型的优点在于，装置结构简单，操作方便，实用性强。

附图说明

本实用新型的测量装置如图1～6所示。

图1为炉前钢种液固相线温度的快速检测装置。其中，传感器1，测枪2，测枪接口电缆3，凝固过程测温仪4，测枪支架5，测枪操作者6，仪器支架7，地面8，熔炼炉9；

图2为传感器示意。其中，保护帽10，取样石英管11，耐火泥头盖封装水泥12，耐火泥头盖13，耐火泥头14，耐火水泥15，纸管16，补偿线支撑架17，负极补偿线18，正极补偿线19，负极偶丝20，正极偶丝21，石英管22；

图3为测枪示意图。其中，测枪头23，测枪体24，测枪手柄25；

图4为凝固过程测温仪的侧视图。其中，测量板27，主板28，触摸屏29，电源滤波器开关32，指示灯33，测量板电源34，主板电源35，USB口37，USB口38，主板固定架39，触摸显示屏固定架40，前面板41，后面板42，左侧板43，右侧板44，上盖板45，盖板46，皮带把手47。

图5为凝固过程测温仪的后视图。其中，测枪信号接口26，30，保险丝31，网口36，脚垫48。

图6为凝固过程温度测量曲线图。

具体实施方式

本实用新型的装置包括传感器1、测枪2、测枪接口电缆3、凝固过程测温仪4、测枪支架5；测枪2和测量接口电缆3相连，测枪接口电缆3和凝固过程测温仪4相连，如图1所示。

传感器1由保护帽10，取样石英管11，耐火泥头盖封装水泥12，耐火泥头盖13，耐火泥头14，耐火水泥15，纸管16，补偿线支撑架17，负极补偿线18，正极补偿线19，负极偶丝20，正极偶丝21，石英管22组成；保护帽10和耐火泥头盖封装水泥12相连，耐火泥头盖封装水泥12和耐火泥头盖13相连；耐火泥头盖封装水泥12和耐火泥头盖13嵌入在耐火泥头14的下端的圆柱孔中；耐火泥头盖封装水泥12和耐火泥头盖13中的中央嵌有一个取样石英管11；耐火泥头14的上端的外侧嵌有纸管16；内侧嵌有补偿线支撑架17和耐火水泥15；补偿线支撑架17内嵌有正极补偿线19和负极补偿线18，分别和正极偶丝21和负极偶丝20相连；正极偶丝21和负极偶丝封装在石英管22(为U形)内；耐火水泥15用于固定石英管22及正极偶丝21和负极偶丝20，并且和耐火泥头盖13合在一起形成一个称为取样室的空腔；取样室用于盛放钢水样本，如图2所示。

首先准备好本发明所述装置,如图1所示，使它位于冶炼冷作模具钢Cr12Mo1v1的精炼炉旁，接下来按如下步骤操作：

1.确保测枪2和凝固过程测温仪4已通过测枪接口电缆3连接在一起；凝固过程测温仪4已上电启动完毕，仪器出现测温软件画面，软件上的准备、测试、结束这三个指示灯都不亮；准备好若干支传感器1，此时传感器1和测枪2处于分离状态；

2.取一支传感器1，操作者8将传感器1和测枪2连接在一起，观察凝固过程测温仪4上的准备指示灯亮。如果显示已准备好，意味着传感器1、测枪2和凝固过程测温仪4的电路已连接在一起；否则，反复检查各部件，必要时，更换新的传感器1，或者其他部件，直到凝固过程测温仪4上的准备指示灯变亮；

3.操作者6将带传感器1的测枪2移动到熔炼炉9前，确定好插入位置，然后保持测枪和竖直方向成30°倾斜角，快速将传感器1插入到熔炼炉9的钢水中，使传感器没入钢水表面以下30cm深度(插入时间约为1s)，并保持9s；

4.保持传感器1和竖直方向的偏角，操作者6快速拔出传感器1(拔出时间为1s)，并使传感器1一直和测枪2处于连接状态并等待预定时间180s；最后从测枪2上拔下传感器1；

5.在经过插入阶段、插入后保持阶段、拔出阶段和拔出后等待阶段的过程中，凝固过程测温仪4自动测量测量到钢水所对应钢种的液相线温度和固相线温度；根据合金相图原理，钢水液相线温度是凝固曲线出现第一个平台时的温度为1390℃，钢水固相线温度是凝固曲线出现第二个平台时的温度为1233℃，如图6所示；另外，该实测值和ProCAST数据库中给出的1393℃(液相线温度)和1231℃(固相线温度)是一致的。

Claims (3)

1.一种炉前钢种液固相线温度快速检测装置，其特征在于，包括，传感器、测枪、测枪接口电缆、凝固过程测温仪、测枪支架；测枪(2)和测量接口电缆(3)相连，测枪接口电缆(3)和凝固过程测温仪(4)相连；

传感器(1)由保护帽(10)，取样石英管(11)，耐火泥头盖封装水泥(12)，耐火泥头盖(13)，耐火泥头(14)，耐火水泥(15)，纸管(16)，补偿线支撑架(17)，负极补偿线(18)，正极补偿线(19)，负极偶丝(20)，正极偶丝(21)，石英管(22)组成；保护帽(10)和耐火泥头盖封装水泥(12)相连，耐火泥头盖封装水泥(12)和耐火泥头盖(13)相连；耐火泥头盖封装水泥(12)和耐火泥头盖(13)嵌入在耐火泥头(14)的下端的圆柱孔中；耐火泥头盖封装水泥(12)和耐火泥头盖(13)中的中央嵌有一个取样石英管(11)；耐火泥头(14)的上端的外侧嵌有纸管(16)，内侧嵌有补偿线支撑架(17)和耐火水泥(15)；补偿线支撑架(17)内嵌有正极补偿线(19)和负极补偿线(18)，分别和正极偶丝(21)和负极偶丝(20)相连；正极偶丝(21)和负极偶丝封装在石英管(22)内；耐火水泥(15)用于固定石英管(22)及正极偶丝(21)和负极偶丝(20)，并且和耐火泥头盖(13)合在一起形成一个称为取样室的空腔。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述的测枪(2)由测枪头(23)，测枪体(24)，测枪手柄(25)组成，测枪体(23)和测枪体相连，测枪体和测枪手柄(25)相连；测枪(2)的测枪枪头(23)有两根引出线，引出线和测枪接口电缆(3)的一端相连。

3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述的凝固过程测温仪(4)由测枪信号接口(26)，测量板(27)，主板(28)，触摸屏(29)，电源滤波器(30)，保险丝(31)，开关(32)，指示灯(33)，测量板电源(34)，主板电源(35)，网口(36)，第一USB口(37)，第二USB口(38)，主板固定架(39)，触摸屏固定架(40)，前面板(41)，后面板(42)，左侧板(43)，右侧板(44)，上盖板(45)，底板(46)，皮带把手(47)，脚垫(48)组成；前面板(41)、左侧板(43)、右侧板(44)、底板(46)组合起来形成一个长方体框架，长方体框架通过焊接连结在一起；上面板(45)和后面板(42)分别通过螺钉和此长方体框架连接在一起；测枪信号接口(26)、网口(36)、保险丝(31)、电源滤波器(30)通过螺钉固定在后面板(42)上，开关(32)、指示灯(33)、第一USB口(37)、第二USB口(38)通过螺钉固定在右侧板(44)上，测量板电源(34)、测量板(27)通过螺钉固定在底板(46)上，皮带把手(47)通过螺钉固定在上面板(45)上，主板电源(35)、主板(28)通过螺钉固定在主板固定架(39)上，主板固定架(39)的两边通过螺钉固定在左侧板(43)和右侧板(44)上，触摸屏(29)通过螺钉固定在触摸屏固定架(40)上，触摸屏固定架(40)的两边通过螺钉固定在左侧板(43)和右侧板(44)上；角垫(48)的材质是塑料，位于底板(46)下面，通过螺钉和底板(46)连接在一起。