DE2204043A1

DE2204043A1 - Vorrichtung zum Messen der Temperatur geschmolzenen Metalls

Info

Publication number: DE2204043A1
Application number: DE19722204043
Authority: DE
Inventors: Stanislaw Marian London; English Paul Everitt Horsham Sussex Veltze (Großbritannien)
Original assignee: British Iron and Steel Research Association BISRA
Current assignee: British Iron and Steel Research Association BISRA
Priority date: 1971-02-05
Filing date: 1972-01-28
Publication date: 1972-08-17
Also published as: BE778755A; CA943368A; FR2124466B1; US3745834A; IT948971B; GB1373821A; FR2124466A1

Description

Patentanwalt

Kar! A. B r ο s e

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DBr/No - 7Ο5Ο München-Pullach, den 28. Jan. 1972

THE BRITISH IRON AND STEEL REbEAROH ASSOCIATION, 24 Buckingham-Gate, London SW 1, England

Vorrichtung zum Messen der Temperatur geschmolzenen Metalls

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Temperatur geschmolzenen Metalls in einem Gefäß, welches einen lichtübertragenden Bauteil einschließt.

Die Temperaturnessung geschmolzenen Metalls in einem Konverter zur Stahlherstellung wird üblicherweise intermittierend durchgeführt. Es ist wünschenswert, es möglich zu machen, die Temperatur kontinuierlich zu messen, und es sind bereits Vorschläge bekannt geworden, um einen lichtiibertragenden Bauteil, df-ji· sich durch die Wandung des Stahlherstellungsgefäßes erstreckt, zu verwenden und die Temperatur durch Analyse des Lichtes festzustellen, wobei ein Verhältnis-Pyrometer verwendet v/ird.

Mach 'If-Ji"¹ vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur ii'.-;jGung der Temperatur geschmolzenen Metalls in ein-^m G.; faß durch eine Anzahl von im wesentlichen parallelen straülur.'gydurchlässigen Stangen gekennzeichnet, die gegen fr oh-^ Tempera-

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türen widerstandsfähig sind und in ein feuerfestes Material eingebettet sind, so daß die Flächen an einem Ende der Stangen im Betrieb dem geschmolzenen Metall ausgesetzt sind.

Im Betrieb kann die Vorrichtung in der Wandung eines Stahlherstellungsgefäßes sich durch die feuerfestes Auskleidung erstreckend montiert sein. Die Auskleidung ist Beanspruchungen unterworfen, die zu Scherkräften oder Biegemomenten führen können, die auf die Stangen übertragen werden. JFallseine der Stangen springt, wird ihre Fähigkeit, Strahlung zu übertragen, verringert, es wurde jedoch gefunden, daß es die Qualität der Strahlung, die zu dem Verhältnis-Pyrometer übertragen wird, anstelle der Quantität ist, welche wichtig ist, und dass durch Vorsehen von mehr als einer Stange gewährleistet ist, daß der Fehler in der gemessenen Temperatur minimiert wird. Durch Verwendung von mehr als einer Stange ist die Zuverlässigkeit der Vorrichtung somit erheblich verbessert. Vorzugsweise sind mindestens drei derartige Stangen vorgesehen.

Ein Verhältnis-Pyrometer arbeitet nach dem Prinzip, daß das Verhältnis der durch einen heißen Körper auf zwei oder mehr unterschiedlichen Wellenlängen nder über zwei oder mehr verschiedene Wellenbänder ausgesendete Energie einzigartig in Beziehung zu der Temperatur des Körpers gesetzt werden kann. Vorausgesetzt, daß die Emissionsfähigkeit der Oberfläche des heißen Körpers die gleiche bei den beiden 'wollenlängen ist, ist dann die gemessene Temperatur unabhängig von der Emissionsfähigkeit. Gleichfalls wird, falls die zu einem Pyrometer übertragene Strahlung durch irgendwelche Hindernisse gedämpft ist, unter ier Voraussetzung, daß die Dämpfung nicht die Wellenlänge ändert., die gemessene Temperatur nicht beeinflußt.

sö sind dj e Enden der Stangen, weiche den Enden, die dem geschmolzenen fier;all ausgesetzt sind, gegenüberliegen, im Be r ich eines Strahlunfrsübertrager - lementes z<ir Ablenkung der aus ■,'i.riv.-.-r rl er i>t8iu'-eri austretenden Strahlung in Richtung eine;. >:.; i ii.'v-: ) κ α Si; ruh iungfc a Umgänge s angeordnet. Eine flexible

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ötrahlängsführung kann an den Ausgang angeschlossen sein, um die Strahlung zu einem Pyrometer zu leiten. Das Strahlungsübertragerelement kann eine konische Oberfläche mit einem in Richtung des Ausganges abgestumpften Fuß aufweisen, besteht ,jedoch vorzugsweise aus einer Linse.

Um die Wahrscheinlichkeit zu verringern, daß die Stangen brechen oder springen, besteht jede Stange vorzugsweise aus einer Anzahl von Abschnitten, die aneinanderstoßen. Es wurde gefunden, daß, sogar wenn Scherbeanspruchungen auf die Vorrichtung aufgebracht werden, so daß nebeneinanderliegende Stangenabschnitte geringfügig außer Flucht geraten, die Fähigkeit der Vorrichtung zur Temperaturmessung kaum verändert wird. Vorzugsweise sind die Stangenabschnitte einer Stange bezüglich der Dtangenabschnitte einer anderen Stange versetzt angeordnet, so daß, falls die Stangen im Betrieb durch Verschleiß verbraucht werden, die Enden von Stangenabschnitten verschiedener Stangen nicht gleichzeitig dem heißen Metall ausgesetzt sind.

Jede Stange kann in ein feuerfestes Rohr eingepaßt sein, wobei jedes Rohr aus einer Anzahl von Rohrabschnitten, die aneinander liegen, zusammengesetzt ist und für jeden Stangenabschnitt ein Rohrabschnitt vorgesehen ist und wobei jeder Stangenabschnitt bezüglich seines dazugehörigen Rohrabschnittes geringfügig versetzt ist, so daß ein vorstehender Stangenabschnitt einen Dorn bildet, der in einer durch den nächsten Rohrabschnitt gebildeten Fassung aufgenommen wird. Die Stangenabschnitte befinden sich vorzugsweise in dichter Passung in ihren dazugehörigen Rohrabschnitten.

Die Stangen bestehen vorzugsweise aus Saphirstangen und können hoch reflektierende Oberflächen, beispielsweise durch das Überziehen derselben mit einem metallischen Überzug, beispielsweise Platin, aufweisen. Hierdurch werden die Strahlungsverluste durch die Wandungen der Stange verringert. Die Temperatur der mit dem geschmolzenen Metall in Berührung befindlichen Fläche liegt ungefähr zwischen 1570 bis 1630 G. Saphir ist ein zweck-

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dienliches Material für Temperaturen oberhalb 900⁰G. Geschmolzener Quarz kann für Temperaturen zwischen 900°C und 200⁰C Verwendung finden. Yttriumoxyd oder Magnesiumoyyd sind gleichfalls möglicherweise zweckdienliche Materialien.

Sämtliche Stangen sind vorzugsweise von einem feuerfesten äußeren Rohr aufgenommen.

Das Strahlungs-Übertragerelement, beispielsweise eine Linse, ist vorzugsweise· aus Quarz hergestellt, obwohl es auch aus Saphir bestehen kann. Quarz zersetzt sich bei hohen Temperaturen, und folglich sollte das Element in einem Gehäuse mit Durchlässen für ein Kühlmedium angeordnet sein.

Die Vorrichtung kann an einer Lanze montiert sein, die in ein Gefäß eingesetzt wird, anstelle in der Wandung des Gefäßes eingebaut zu sein.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen beispielhaft veranschaulichten Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein teilweise geschnittenes ötahlherstellungsgefäß mit einer in der Wandung angeordneten Vorrichtung nach vorliegender Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 3 und 4- perspektivische Ansichten, die den Zusammenbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung veranschaulichen, und

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Teiles einer weiteren Ausführungsform.

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Ein normaler Sauerstoff-Stahlherstellungskonverter 2 ist mit einem ständigen Futter aus feuerfestem Material 4 und einem Arbeitsfutter aus feuerfesten Steinen 6 in der üblichen Weise ausgekleidet. Eine Vorrichtung 8 zur Temperaturmessung des geschmolzenen Metalles 10 in dem Gefäß 2 ist in der Wandung des Gefäßes 2 angeordnet und erstreckt sich durch einen der Steine 6, der mit einem mittigen Loch ausgebildet ist. Eine flexible Strahlungsführung 12 ist an die Vorrichtung 8 angeschlossen und läuft durch ein Loch 13 in der Außenschale 14 des Gefäßes 2. Das Loch 13 ist außer Flucht zu der Vorrichtung 8 versetzt, um jegliche Gefahr zu verringern, daß geschmolzenes .Metall an der Vorrichtung 8 vorbei herausläuft. Während des Betriebes verschleißt das Arbeitsfutter 6 in üblicher Weise in einer .Form, wie sie durch die gestrichpunkte Ite Linie 16 angedeutet ist, und die Vorrichtung 8 ist in einem Bereich angeordnet, 'wo der Verschleiß konsistent ist und wo sich kein Material ansammelt, um das Ende der Vorrichtung zu verschließen.

Fig. 2 zeigt, daß die Vorrichtung 8 aus einer Anzahl von im wesentlichen parallelen Strahlungs-durchlässigen Stangen 18 besteht, die in feuerfestes Material eingesetzt sind, so daß die flächen 20 an einem Ende der Stangen 18 im Betrieb dem geschmolzenen Metall ausgesetzt sind. Die Stangen 18 sind Saphirstangen, und jede besteht aus einer Anzahl von Stangenabschnitten 22, die aneinanderliegen. Die Fig. 3 und 4 zeigen, daß hier drei Stangen 18 vorgesehen sind und die Stangenabschnitte 22 derart angeordnet sind, daß die Stangenabschnitte 22 einer Stange 18 bezüglich der Stangenabschnitte der anderen Stangen versetzt sind. Die Stangen 18 sind von einem Außenrohr 24 aus feuerfestem Material aufgenommen, welches aus zwei Teilen besteht, um das Zusammenfügen zu erleichtern. Das Rohr 24 ist aus rekristallisierter Tonerde hergestellt.

Jede Stange 18 ist mit reinem Tonerdezement 28 in ihr eigenes feuerfestes Rohr 26 eingepaßt und befestigt, obwohl die

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Stangen 18 in dichter Passung in den feuerfesten Rohren 26 ohne Verwendung von Zement angeordnet sein können. Jedes Rohr.26 besteht aus einer Anzahl von Abschnitten 30 aus rekristallisierter Tonerde, die aneinanderliegen, wobei ein Rohrabschnitt 30 für jeden Stangenabschnitt 22 vorgesehen ist. Fig. 5 zeigt, daß jeder Stangenabschnitt 22 bezüglich seines dazugehörigen Rohrabschnittes 30 geringfügig versetzt ist, so daß vorstehende Stangenabschnitte 22 einen Dorn 32 bilden, der in einer Fassung 34- aufgenommen werden soll, die durch den danebenliegenden Rohrabschnitt 30 gebildet wird. Die Stangenabschnitte 22 haben hochpolierte Endoberflächen 38.

Die Stangen 18 und Rohre 26 sind in Tonerdezement 40 in das äußere feuerfeste Rohr 24- gepackt. Rekristallisierte 'Eonerdestangen 42 sind verwendet, um den überflüssigen Raum in dem Außenrohr 24 zu füllen.

Eine schützende Metallhülle 36 umgibt das äußere feuerfeste Rohr 24 und verhindert jeglichen möglichen Eintritt von "J?eermaterialien von den feuerfesten Steinen 6.

Über das Ende des Außenrohres 24 ist ein schützender Metalldecke 1 44 angeordnet, um die Vorrichtung 8 zu schützen, wenn diese In der Wandung des Gefäßes 2 eingebaut wird. Der Deckel 44 schmilzt sofort, wenn das Gefäß in Betrieb ist.

Die Flächen 46 der Stangen 18, die den Flächen 20 gegenüberliegen, sind nahe an einem Strahlungs-Übertragerelement 48 angeordnet, welches die aus irgendeiner der Stangen 18 austretende Strahlung in Richtung eines einzelnen Strahlungsausganges 50 ablenkt. Die Flächen 46 sind hochpoliert. Das Element 48 ist eine Quarzlinse, die hocbpolierte Oberflächen aufweist.

Der Abstand zwischen der Linse 48 am Ausgang 50 ist gleich der Focuslänge der Linse 48. Der Ausgang 50 ist durch das Ende einer flexiblen Strahlungsfübrung 12 gebildet. Die Führung

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ist von einer bekannten Art mit einem lxchtubertragenden, faseriörmigen Inneren 64-,

5 zeigt eine andere Ausi'ührungsform, die ähnlich der in den Fig. 2 bis 4 veranschaulichten Ausführungsform ist, mit der Ausnahme, daß hier vier derartige Stangen 18 vorgesehen sind.

Im Betrieb wird ein Verhältnis-Pyrometer an die Führung angeschlossen. Die Strahlung von dem geschmolzenen Metall läuft durch die Stangen 18, wird durch die Linse 48 abgelenkt und läuft in die lichtübertragende Faser 64. Die Linse 48 dient dazu, das Licht von jeder der Stangen 18 zu der Führung abzulenken. Die Temperatur des Metalls kann durch Analyse der btrahlen mit dem Verhältnis-Pyrometer gemessen werden. Während das Arbeitsfutter des Gefäßes dem Yerschleiß unterliegt, verschleißt die Vorrichtung gleichfalls, jedoch kann eine derartige Vorrichtung die gesamte Reise überdauern.

Es ist möglich, daß ein kleines, auf die Vorrichtung wirkendes Biegemoment durch die Sockel- und Dornverbindungen zwischen Stangen- und Rohrabschnitten aufgenommen wird, ohne daß die Stangen springen. Eine leichte Neigung zwischen nebeneinanderliegenden Stangenabschnitten 22 verringert kaum die Strahlungsmenge, da die Außenflächen der Stangen reflektierend sind«,

Falls ein Biegemoment oder eine Scherkraft, die auf die Vorrichtung 8 wirkt, dazu führt, daß eine Stange bricht, arbeitet die Vorrichtung trotzdem weiter.

DaS Maß, in dem ein Sprung die Qualität der Strahlung und folglich die gemessene Temperatur ändern kann, hängt von der Menge der Strahlung von dem geschmolzenen Metall ab, die durch den Sprung vernichtet wird, und von der Strahlung von dem Sprung selbst. Falls der Sprung in einem kühlen Bereich ist, wird er die Strahlung dämpfen, aber die Wellenlänge nicht erheblich ändern. Falls der Sprung in einem heißen Bereich ist, wird er sowohl als Dämpfer als auch als Strahlungsquelle

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wirken. Falls der strahlende Sprung bei der gleichen Temperatur wie die dem Metall ausgesetzte Fläche der Stange ist, hat er keine Wirkung auf die Wellenlänge, aber, falls er heiß ist, jedoch bei einer niedrigeren Temperatur als die ausgesetzte Fläche befindlich ist, verringert er die übertragene Strahlung und strahlt selbst bei einer unterschiedlichen 'Temperatur. Der durch die gesprungene Stange hervorgerufene Fehler beträgt folglich ein Minimum, wenn entweder der Sprung bei der Temperatur des geschmolzenen Metalles befindlich ist oder falls der Sprung bei einer niedrigeren Temperatur liegt, und es liegt der Fehler bei einem Maximum irgendwo zwischen diesen beiden Möglichkeiten. Es wurde berechnet, daß, wenn die dein Metall ausgesetzte Stangenfläche bei einer Temperatur von 1600⁰C befindlich ist und wenn ein Sprung in der Stange vorhanden ist, der die von der ausgesetzten Fläche eintreffende Energie vollständig vernichtet und weicher mit einer Emissionsfähigkeit von 1 strahlt, tritt der maximale Fehler bei einer Temperatur des Sprunges zwischen 14-00 C bis 1500 C auf. 'wenn zwei Stangen verwendet werden, von denen eine gesprungen ist, beträgt der maximale Fehler der abgelesenen Temperaturmessung dann ungefähr 30⁰C. Wenn drei. Stangen verwendet werden, von denen eine gesprungen ist, beträgt der maximale Fehler ungefähr 13 C. Wenn vier Stangen verwendet werden, von denen eine gesprungen ist, beträgt der maximale Fehler ungefähr 8⁰C, Falls lediglich eine einzige Stange vorhanden ist, ist die gemessene Temperatur immer gleich der Temperatur des Sprunges.

Durch die Erfindung ist somit eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Messen der Temperatur in einem Stahlherstellungsgefäß geschaffen, mittels derer es möglich ist, eine zweckdienliche Temperaturmessung unabhängig von einer teilweisen Beschädigung zu gewährleisten, die sich aus Kräften ergibt, die im Betrieb zwangsläufig auftreten.

Sämtliche in der Beschreibung erwähnten und in den Zeichnungen erkennbaren technischen Einzelheiten sind für die. Erfindung von Bedeutung.

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Claims

Patentansprüche

1J Vorrichtung zum Messen der Temperatur geschmolzenen fetalls in einem Gefäß einschließlich eines lichtübertragungsteiles, gekennzeichnet durch eine Anzahl von im wesentlichen parallelen, gegen hohe Temperaturen widerstandsfähigen strahlungsdurchlässigen Stangen (18), die in ein feuerfestes Material (24, 26, 40) derart eingesetzt sind, daß die Flächen(20) an einem Ende der Stangen (18) im Betrieb dem geschmolzenen Metall ausgesetzt sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stange (18) aus einer Anzahl von Stangenabschnitten (22) besteht, die aneinander anstoßen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stangenabschnitte(22)einer Stange(18) bezüglich der Stangenabschnitte (22) einer anderen Stange (18) versetzt angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stange (18) in ein feuerfestes Rohr (26) eingepaßt ist, das Rohr(26) aus einer Anzahl von aneinander anliegenden Rohrabschnitten (30) gebildet ist, daß für jeden Stangenabschnitt (22) ein Rohrabschnitt (30) vorgesehen ist und daß jeder Stangenabschnitt (22) bezüglich des dazugehörigen Rohrabschnittes geringfügig versetzt angeordnet ist, so daß ein vorstehender Stangenabschnitt (22) einen Dorn (32) bildet, der in einer Fassung (34) aufgenommen wird, welche durch den danebenliegenden Rohrabschnitt (30) gebildet ist.
5· Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stangen (18) von einem feuerfesten äußeren Rohr (24) aufgenommen sind.

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6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei Stangen (18) vorgesehen sind.
7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stangen (18) Saphir-Stangen sind.
8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die flächen (4-6) der Stangen (18), die von den dem geschmolzenen Metall ausgesetzten Flächen (20) entfernt liegen, im Bereich eines Strahlungs-Ubertragungselernentes (48) zur Ablenkung der von einer der Stangen (18) austretenden Strahlung in Richtung eines einzigen Strahlungsausganges (50) angeordnet sind.
9· Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang(50)durch eine flexible Strahlungsführung (64) gebildet ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekeimt zeichnet durch eine äußere schützende Fietallhülse (36).
11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Vorrichtung (8) durch einen Stein (6) der feuerfesten Auskleidung des Gefäßes (2) erstreckt, wobei der Stein (6) ein mittiges Loch aufweist.
12. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (8) in der Wandung eines Stahlherstellungsgefäßes (2) eingebaut ist.

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