FR2739930A1

FR2739930A1 - Probe head for mounting in a pyrometer rod for liquid metal measurements

Info

Publication number: FR2739930A1
Application number: FR9511912A
Authority: FR
Inventors: Laurent Dulac
Original assignee: SOLED IND
Current assignee: SOLED IND
Priority date: 1995-10-11
Filing date: 1995-10-11
Publication date: 1997-04-18
Anticipated expiration: 2001-10-11
Also published as: FR2739930B3

Abstract

The probe head includes measuring elements(1,2) mounted inside a metallic tubular body(B) filled with a refractory cement(4). the measuring elements project from a first end(5) of the body designed to be plunged into a liquid metal bath. The tubular body(B) is surrounded by an envelope(6) through which extends the end(5) so as to establish contact with the metal bath and to close a circuit connected to the other end of the body(B) fitted with a support(7) containing electrical contacts. The tubular body(B) is formed in two parts(8,9), that is a bath part(8) and a probe part(9). These two parts are thermally separated from each other, and an electrical connection(L) is made between the exterior surface of the part(8) and a terminal(10), situated above the support(7), by means of a wire conductor(11).

Description

TETE DE SONDE, EN PARTICULIER POUR ETRE MONTEE A
L'EXTREMITE D' UNE CANNE PYROMETRIQUE. PROBE HEAD, PARTICULARLY TO BE MOUNTED AT
THE END OF A PYROMETRIC ROD.

L'invention est relative à une tête de sonde pour effectuer des mesures dans un bain de métal en fusion, en particulier une mesure d'activité d'oxygène et/ou une mesure de température. The invention relates to a probe head for carrying out measurements in a bath of molten metal, in particular a measurement of oxygen activity and / or a measurement of temperature.

La tête de sonde visée par l'invention est du genre de celles qui comprennent des éléments de mesure, en particulier une cellule électrochimique et/ou un thermocouple, montés à l'intérieur d'un corps tubulaire métallique rempli de ciment réfractaire ou matière équivalente, enrobant en partie les éléments de mesure qui font saillie, suivant une direction parallèle à l'axe du corps tubulaire, au-delà d'une première extrémité de ce corps tubulaire destinée à être plongée dans le métal en fusion, le corps tubulaire étant entouré sur une partie de sa longueur par une enveloppe, généralement en sable de fonderie, dont il déborde par sa première extrémité pour établir un contact avec le bain de métal et fermer un circuit raccordé à l'autre extrémité du corps tubulaire, cette autre extrémité étant munie d'un support, généralement en matière plastique, équipé d'organes de contact électrique. The probe head targeted by the invention is of the type which includes measuring elements, in particular an electrochemical cell and / or a thermocouple, mounted inside a metallic tubular body filled with refractory cement or equivalent material. , partially coating the measuring elements which project, in a direction parallel to the axis of the tubular body, beyond a first end of this tubular body intended to be immersed in the molten metal, the tubular body being surrounded over part of its length by an envelope, generally made of foundry sand, of which it overflows by its first end to establish contact with the metal bath and to close a circuit connected to the other end of the tubular body, this other end being provided with a support, generally made of plastic, equipped with electrical contact members.

Habituellement, cette tête de sonde est montée à l'extrémité d'une canne pyrométrique comportant un circuit de mesure. Usually, this probe head is mounted at the end of a pyrometric rod comprising a measurement circuit.

Bien que le support en matière plastique, ou matière équivalente se trouve à l'opposé de l'extrémité de la tête de sonde plongée dans le bain de métal en fusion, il est souhaitable d'améliorer la protection de ce support contre la chaleur. En outre, lorsqu'un thermocouple est prévu, comme c'est généralement le cas, les jonctions froides du thermocouple se trouvent au voisinage du support en matière plastique et doivent être également protégées au maximum de la chaleur pour une mesure satisfaisante
L'invention a pour but, surtout, de fournir une tête de sonde qui assure une meilleure protection contre la chaleur des parties de cette tête pour lesquelles il convient d'éviter une trop forte montée en température.Although the plastic support, or equivalent material is located opposite the end of the probe head immersed in the molten metal bath, it is desirable to improve the protection of this support against heat. Furthermore, when a thermocouple is provided, as is generally the case, the cold junctions of the thermocouple are located in the vicinity of the plastic support and must also be protected as much as possible from heat for a satisfactory measurement.
The object of the invention is, above all, to provide a probe head which provides better protection against heat of the parts of this head for which it is necessary to avoid too high a temperature rise.

L'invention a également pour but de fournir une sonde qui, tout en assurant une meilleure protection thermique de certaines parties, reste d'une construction simple, robuste et économique et permette un montage aisé des différents éléments de la tête de sonde. The invention also aims to provide a probe which, while ensuring better thermal protection of certain parts, remains of a simple, robust and economical construction and allows easy mounting of the various elements of the probe head.

Pour résoudre ce problème, selon l'invention, le corps tubulaire métallique de la tête de sonde est réalisé en au moins deux parties, à savoir une partie contact bain et une partie corps de sonde, ces deux parties étant séparées thermiquement l'une de l'autre, et une liaison électrique est prévue à l'extérieur de ces deux parties, entre au moins la partie contact bain et une borne de raccordement prévue sur le support, cette liaison électrique étant située radialement à l'extérieur d'une zone de séparation thermique des deux parties du corps. To solve this problem, according to the invention, the metal tubular body of the probe head is made of at least two parts, namely a bath contact part and a probe body part, these two parts being thermally separated one of the other, and an electrical connection is provided outside these two parts, between at least the bath contact part and a connection terminal provided on the support, this electrical connection being located radially outside a zone thermal separation of the two parts of the body.

De préférence, une liaison électrique est assurée également entre la surface extérieure des deux parties du corps par le fil conducteur. Généralement, deux fils conducteurs sont prévus, par exemple diamétralement opposés. Preferably, an electrical connection is also provided between the outer surface of the two parts of the body by the conductive wire. Generally, two conductive wires are provided, for example diametrically opposite.

Le fil conducteur de liaison est avantageusement un fil aplati, en particulier en acier. The connecting conductive wire is advantageously a flattened wire, in particular steel.

De préférence le fil de liaison électrique s'étend sensiblement parallèlement à l'axe du corps tubulaire depuis une zone de la partie contact bain située au voisinage de la zone de séparation des deux parties du corps tubulaire, jusqu'au support . De préférence encore, les deux parties du corps tubulaire ont même diamètre extérieur et, généralement, même diamètre intérieur. Preferably the electrical connection wire extends substantially parallel to the axis of the tubular body from an area of the bath contact part located in the vicinity of the area of separation of the two parts of the tubular body, up to the support. More preferably, the two parts of the tubular body have the same outside diameter and, generally, the same inside diameter.

La partie contact bain a une longueur axiale plus faible que la partie corps de sonde, notamment inférieure au tiers de la longueur de la partie corps de sonde. The bath contact part has a shorter axial length than the probe body part, in particular less than a third of the length of the probe body part.

Selon une première possibilité, l'espace entre les deux parties de corps tubulaire est comblé par le ciment réfractaire situé à l'intérieur du corps tubulaire. According to a first possibility, the space between the two parts of tubular body is filled with the refractory cement located inside the tubular body.

Selon une autre possibilité, la tête de sonde comporte une pièce en céramique présentant sensiblement à mi-longueur une collerette propre à se loger dans l'espace compris entre les deux parties de corps, cette pièce en céramique présentant en outre deux tronçons cylindriques en saillie axialement de part et d'autre de la collerette pour assurer un centrage des deux parties de corps tubulaire. According to another possibility, the probe head comprises a ceramic part having substantially at mid-length a collar suitable for being housed in the space between the two body parts, this ceramic part further having two projecting cylindrical sections axially on either side of the flange to ensure centering of the two parts of the tubular body.

De préférence, la pièce en céramique comporte un logement d'axe parallèle à celui du corps tubulaire, pour recevoir la cellule électrochimique. Preferably, the ceramic part comprises a housing with an axis parallel to that of the tubular body, to receive the electrochemical cell.

Selon une autre possibilité l'espace compris entre les deux parties de corps tubulaire est comblé par le sable de fonderie entourant extérieurement le corps tubulaire. According to another possibility, the space between the two parts of the tubular body is filled with the foundry sand externally surrounding the tubular body.

L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autre dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'exemples de réalisation décrits avec références au dessin ci-annexé, mais qui ne sont nullement limitatifs. The invention consists, apart from the arrangements set out above, of a certain number of other arrangements which will be more explicitly discussed below in connection with exemplary embodiments described with reference to the attached drawing, but which are in no way limiting.

La figure 1, de ce dessin, représente partiellement en coupe verticale axiale, et partiellement en extérieur, une tête de sonde conforme à l'invention. Figure 1 of this drawing partially shows in axial vertical section, and partially outside, a probe head according to the invention.

La figure 2 représente, semblablement à la figure 1 avec certaines parties enlevées, une variante de réalisation de la tête de sonde selon l'invention. Figure 2 shows, similarly to Figure 1 with some parts removed, an alternative embodiment of the probe head according to the invention.

La figure 3 est une vue en perspective d'un détail de la figure 2, à plus grande celle. Figure 3 is a perspective view of a detail of Figure 2, to a larger one.

La figure 4, enfin, montre en coupe verticale axiale une autre variante de réalisation de la tête de sonde selon l'invention. FIG. 4, finally, shows in axial vertical section another alternative embodiment of the probe head according to the invention.

En se reportant à la figure 1, on peut voir une tête de sonde T destinée à être montée à l'extrémité d'une canne pyrométrique C sommairement représentée. La tête de sonde T est prévue pour effectuer des mesures dans un bain de métal en fusion, notamment un bain d'acier. Dans l'exemple représenté, la tête T est prévue pour une mesure de l'activité d'oxygène par une cellule électrochimique 1 se présentant, extérieurement, sous la forme d'un doigt de gant, et pour une mesure de température à l'aide d'un thermocouple 2 dont les jonctions chaudes sont installées dans un tube en quartz 3 en forme de U. Les éléments de mesure constitués par la cellule 1 et le thermocouple 2 sont montés à l'intérieur d'un corps tubulaire métallique B rempli de ciment réfractaire 4, ou matière équivalente, enrobant en partie la cellule 1 et le thermocouple 2.Ces éléments de mesure font saillie, suivant une direction parallèle à l'axe A du corps tubulaire B, au-delà d'une première extrémité 5 de ce corps B destinée à être plongée dans le métal en fusion. Referring to Figure 1, one can see a probe head T intended to be mounted at the end of a pyrometric rod C summarily shown. The probe head T is intended to carry out measurements in a bath of molten metal, in particular a steel bath. In the example shown, the head T is provided for a measurement of the oxygen activity by an electrochemical cell 1 appearing, externally, in the form of a thermowell, and for a temperature measurement at using a thermocouple 2, the hot junctions of which are installed in a U-shaped quartz tube 3. The measuring elements constituted by the cell 1 and the thermocouple 2 are mounted inside a metallic tubular body B filled of refractory cement 4, or equivalent material, partially coating the cell 1 and the thermocouple 2. These measuring elements protrude, in a direction parallel to the axis A of the tubular body B, beyond a first end 5 of this body B intended to be immersed in the molten metal.

Comme visible d'après la figure 1, le thermocouple fait saillie par la partie recourbée du U, dont les deux branches parallèles sont pour leur majeure partie noyées dans le ciment réfractaire 4. As visible from FIG. 1, the thermocouple protrudes through the curved part of the U, the two parallel branches of which are for the most part embedded in the refractory cement 4.

Les parties en saillie de la cellule 1 et du thermocouple 2 sont protégées par un capuchon métallique P, propre à fondre dans le bain de métal après traversée de la couche de laitier qui surnage. The projecting parts of cell 1 and thermocouple 2 are protected by a metal cap P, suitable for melting in the metal bath after crossing the layer of slag which floats.

Le corps tubulaire B est entouré extérieurement sur une partie de sa longueur par une enveloppe 6, généralement en sable de fonderie, dont il déborde par sa première extrémité 5 pour établir un contact avec le bain de métal en fusion et fermer un circuit raccorde à un organe de contact électrique ou borne 10 prévu sur un support en matière plastique 7. Ce support 7 est monté à l'extrémité du corps B éloignée de la première extrémité 5. The tubular body B is surrounded externally over a part of its length by an envelope 6, generally made of foundry sand, from which it overflows by its first end 5 to establish contact with the molten metal bath and close a circuit connected to a electrical contact member or terminal 10 provided on a plastic support 7. This support 7 is mounted at the end of the body B remote from the first end 5.

Le support 7 comporte également des contacts (non visibles) reliés au circuit du thermocouple 2, de sorte que le support 7 constitue un connecteur pour la jonction à un circuit de mesure de la canne pyrométrique C. La connexion électrique s'effectue lorsque la tête de mesure T est assemblée mécaniquement à la canne C.The support 7 also includes contacts (not visible) connected to the thermocouple 2 circuit, so that the support 7 constitutes a connector for connection to a measurement circuit of the pyrometric rod C. The electrical connection is made when the head T is mechanically assembled with rod C.

Le corps tubulaire métallique B est réalisé en au moins deux parties, à savoir une partie contact bain 8 et une partie corps de sonde 9, ces deux parties étant séparées thermiquement l'une de l'autre. The metallic tubular body B is made of at least two parts, namely a bath contact part 8 and a probe body part 9, these two parts being thermally separated from each other.

Les deux parties 8 et 9 sont constituées par deux tronçons de tube, en particulier en acier, et peuvent avoir un diamètre extérieur différent et un diamètre intérieur différent. Les extrémités de chaque tronçon 8, 9 sont situées dans des plans orthogonaux à l'axe A du corps tubulaire. Les extrémités en regard de la partie 8 et de la partie 9 sont écartées lune de l'autre et séparées par une zone j. La partie contact bain 8 a une longueur axiale inférieure à celle de la partie 9, en particulier inférieure au tiers de la longueur de la partie 9. The two parts 8 and 9 consist of two sections of tube, in particular steel, and may have a different outside diameter and a different inside diameter. The ends of each section 8, 9 are located in planes orthogonal to the axis A of the tubular body. The opposite ends of part 8 and part 9 are spaced apart from one another and separated by a zone j. The bath contact part 8 has an axial length less than that of the part 9, in particular less than a third of the length of the part 9.

Une liaison électrique L est assurée entre la surface extérieure de la partie contact bain 8 et la borne 10 du support 7, par au moins un fil conducteur 11, cette liaison électrique L étant située radialement à l'extérieur de la zone de séparation thermique j. La liaison électrique
L est assurée également entre la surface extérieure de la partie 8 et la surface extérieure de la partie 9.Des points de soudure sont réalisés entre le fil 11 et les parties 8 et 9.An electrical connection L is provided between the exterior surface of the bath contact part 8 and the terminal 10 of the support 7, by at least one conductive wire 11, this electrical connection L being located radially outside the thermal separation zone j . The electrical connection
L is also provided between the outer surface of the part 8 and the outer surface of the part 9. Welding spots are produced between the wire 11 and the parts 8 and 9.

Le fil de liaison électrique 11 est avantageusement un fil aplati, en particulier en acier, qui s'étend en continu jusqu'au support 7 et qui est recourbé vers l'intérieur du support 7, creux, selon une section (non visible sur le dessin)formant la section utile de la borne 10. Cette borne 10 est ainsi constituée par une partie du fil conducteur 11. The electrical connection wire 11 is advantageously a flattened wire, in particular steel, which extends continuously to the support 7 and which is bent inwardly of the support 7, hollow, in a section (not visible on the drawing) forming the useful section of terminal 10. This terminal 10 is thus formed by a part of the conductive wire 11.

De préférence, deux fils 11, sensiblement diamétralement opposés, sont prévus sur la tête de sonde T. Preferably, two wires 11, substantially diametrically opposite, are provided on the probe head T.

Chaque fil de liaison électrique 11 s'étend sensiblement parallèlement à l'axe A du corps tubulaire depuis une zone 12, de la partie 8, située au voisinage de la zone de séparation j, jusqu'au support 7.Each electrical connection wire 11 extends substantially parallel to the axis A of the tubular body from a zone 12, from the part 8, located in the vicinity of the separation zone j, up to the support 7.

Selon une première possibilité, illustrée sur la figure 1, la zone j entre les deux parties 8, 9 est comblée par le ciment réfractaire 4 situé à l'intérieur du corps B. According to a first possibility, illustrated in FIG. 1, the area j between the two parts 8, 9 is filled with the refractory cement 4 located inside the body B.

La conductivité thermique du ciment réfractaire est nettement plus faible que celle de l'acier de sorte que la transmission de chaleur entre la partie 8 et la partie 9 se trouve considérablement freinée.The thermal conductivity of refractory cement is significantly lower than that of steel so that the heat transmission between part 8 and part 9 is considerably slowed down.

Selon une autre possibilité illustrée sur les figures 2 et 3, la tête de sonde T comporte une pièce en céramique 13, de forme générale circulaire, présentant sensiblement à mi-longueur une collerette 14, en saillie radiale, propre à se loger dans la zone j comprise entre les parties 8 et 9. Le diamètre extérieur de la collerette 14 est égal à celui des parties 8 et 9, tandis que la longueur axiale de cette collerette 14 correspond à la longueur souhaitée pour la zone j. La pièce en céramique 13 présente deux tronçons cylindriques 15, 16, formant une seule pièce avec la collerette 14, en saillie axialement de part et d'autre de cette collerette. Le diamètre extérieur des tronçons 15 et 16 est égal au diamètre intérieur des parties 8 et 9 et permet d'assurer un centrage de l'ensemble. According to another possibility illustrated in FIGS. 2 and 3, the probe head T comprises a ceramic part 13, of generally circular shape, presenting substantially at mid-length a flange 14, in radial projection, suitable for being housed in the area j included between parts 8 and 9. The outside diameter of the flange 14 is equal to that of parts 8 and 9, while the axial length of this flange 14 corresponds to the desired length for zone j. The ceramic piece 13 has two cylindrical sections 15, 16, forming a single piece with the collar 14, projecting axially on either side of this collar. The outside diameter of the sections 15 and 16 is equal to the inside diameter of the parts 8 and 9 and makes it possible to ensure centering of the assembly.

La pièce en céramique 13 comporte un passage central 17 circulaire dans lequel fait saillie une protubérance 18 de forme prismatique à section rectangulaire, de génératrices parallèles à l'axe de la collerette 14. Cette protubérance 18 comporte un logement cylindrique 19 débouchant à chaque extrémité, d'axe parallèle à celui de la collerette, et propre à recevoir la cellule électrochimique 1 qui déborde de part et d'autre de ce logement 19. Le thermocouple 3 est disposé avec ses branches parallèles à l'intérieur du passage 17, de part et d'autre de la protubérance 18. The ceramic part 13 has a circular central passage 17 in which protrudes a protrusion 18 of prismatic shape with rectangular section, of generatrices parallel to the axis of the flange 14. This protrusion 18 comprises a cylindrical housing 19 opening at each end, with an axis parallel to that of the collar, and suitable for receiving the electrochemical cell 1 which projects on either side of this housing 19. The thermocouple 3 is arranged with its parallel branches inside the passage 17, on the and other of the protuberance 18.

Pour le montage, après avoir mis en place le thermocouple 3 et la cellule 1 dans la pièce 13, et après avoir installé les parties 8 et 9 sur les tronçons 15 et 16, on remplit la tête de sonde avec le ciment réfractaire 4, comme illustré sur la figure 2. La collerette 14 constitue une barrière thermique entre les parties 8 et 9 car la conductivité thermique de la céramique est elle aussi nettement inférieure à celle de l'acier. For assembly, after having installed the thermocouple 3 and the cell 1 in room 13, and after having installed parts 8 and 9 on sections 15 and 16, the probe head is filled with refractory cement 4, as illustrated in FIG. 2. The flange 14 constitutes a thermal barrier between the parts 8 and 9 because the thermal conductivity of the ceramic is also much lower than that of steel.

Il est à noter que la pièce en céramique 13 facilite le montage de 1' ensemble et permet un positionnement précis des différents éléments. La pièce en céramique 13 permet d'assurer le maintien d'un écart supérieur à 1 mm, nécessaire pour un bon fonctionnement, entre le tube en quartz 3 du thermocouple et la cellule électrochimique 1. It should be noted that the ceramic part 13 facilitates assembly of the assembly and allows precise positioning of the different elements. The ceramic part 13 makes it possible to maintain a distance greater than 1 mm, necessary for proper operation, between the quartz tube 3 of the thermocouple and the electrochemical cell 1.

Selon une troisième possibilité, illustrée sur la figure 4, la zone j comprise entre les deux parties 8, 9 de corps tubulaire est comblée par le sable de fonderie 6 entourant extérieurement le corps B. La conductivité thermique du sable est aussi nettement inférieure à celle de l'acier des parties 8 et 9 de sorte qu'une bonne séparation thermique est assurée. According to a third possibility, illustrated in FIG. 4, the zone j between the two parts 8, 9 of tubular body is filled with foundry sand 6 externally surrounding the body B. The thermal conductivity of the sand is also significantly lower than that steel of parts 8 and 9 so that good thermal separation is ensured.

Quelle que soit la réalisation adoptée, l'invention permet d'isoler thermiquement la partie corps de sonde 9 de la partie contact bain 8 pour réduire la transmission de chaleur vers la zone des jonctions froides du thermocouple 2 et la zone du support 7. Whatever the embodiment adopted, the invention makes it possible to thermally isolate the body part of the probe 9 from the bath contact part 8 to reduce the transmission of heat to the area of the cold junctions of the thermocouple 2 and the area of the support 7.

Claims

1. probe head for carrying out measurements in a bath of molten metal, in particular a measurement of oxygen activity and / or a measurement of temperature, and intended to be mounted at the end of a pyrometric rod, this probe head comprising measuring elements, such as an electrochemical cell (1) and / or a thermocouple (2), mounted inside a metallic tubular body (B) filled with refractory cement (4), or equivalent material, partially coating the measuring elements which project, in a direction parallel to the axis (A) of the tubular body, beyond a first end (5) of this tubular body intended to be immersed in the molten metal, the tubular body (B) being surrounded over a part of its length by an envelope (6), generally made of foundry sand, from which it overflows by its first end (5) to establish contact with the bath of metal and close a circuit connected to the other ext part of the tubular body, provided with a support (7) equipped with electrical contact members, characterized in that the metallic tubular body (B) is made of at least two parts (8, 9), namely a part bath contact (8) and a probe body part (9), these two parts being thermally separated (j) from each other, and that an electrical connection (L) is ensured between the external surface of the part bath contact (8) and a terminal (10) located on the support (7) by at least one conductive wire (11).

2. probe head according to claim 1, characterized in that an electrical connection is ensured between the outer surface of the two parts (8, 9) of the tubular body (B) by the conductive wire or wires (11), this electrical connection being located radially outside the thermal separation zone (j).

3. probe head according to claim 1 or 2, characterized in that the connecting wire (11) between the two parts (8, 9) of the tubular body is a flattened wire, in particular steel.

4. probe head according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical connection wire (11) extends substantially parallel to the axis of the tubular body (B) from a zone (12) of the part bath contact (8) located in the vicinity of the separation zone (j) of the two parts (8, 9) up to the support (7)

5. probe head according to one of the preceding claims, characterized in that the two parts (8, 9) of the tubular body (B) have the same outside diameter.

6. probe head according to one of the preceding claims, characterized in that the bath contact part (8) has an axial length less than one third of the length of the probe body part (9).

7. probe head according to one of the preceding claims, characterized in that the separation zone (j) between the two parts (8, 9) of the tubular body (B) is filled with refractory cement (4) located inside the tubular body (B).

8. probe head according to one of claims 1 to 6, characterized in that it comprises a ceramic part (13) having substantially at mid-length a collar (14) projecting radially suitable for being housed in the area of separation (j) between the two body parts (8, 9), this ceramic part (13) having two cylindrical sections (15, 16) projecting axially on either side of the flange (14) to ensure centering of the two parts (8, 9) of the tubular body.

9. probe head according to claim 8, characterized in that the ceramic part (13) comprises a housing (19) with an axis parallel to that of the tubular body (B) for receiving the electrochemical cell (1).

10. probe head according to one of claims 1 to 6, characterized in that the separation zone (j) between the two parts (8, 9) of tubular body is filled with foundry sand (6) externally surrounding the tubular body (B).