TWI657234B - 用於測量熔融金屬池溫度的裝置及方法、耐火材料製成的套管及止動桿、組裝及拆卸套管的方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係有關於一種用於測量一金屬池之溫度的裝置,包含一套管和一光學頭,還有關於一種將套管和光學頭結合在一起或拆卸的方法,還有關於一種套管,且最後有關於一種用於測量一熔融金屬池之溫度的方法。藉由本裝置,可保持該測量區域中心定位,並在降低因從耐火材料製成的該套管排放之氣體所造成的測量干擾的同時,使安裝和拆卸呈現更容易。

Description

用於測量熔融金屬池溫度的裝置及方法、耐火材料製成的套管及止動桿、組裝及拆卸套管的方法
本發明是在連續溫度測量領域中。更特定地,本發明係有關於在熔融金屬的連續鑄造期間,熔融金屬的連續溫度測量。具體而言,關鍵是要控制此溫度以確保鑄造金屬的最佳品質。
為此,一包含一由耐火材料製成之套管的裝置是非常普遍的,該套管浸入該熔融金屬池,並耦合到溫度感測器。主要使用兩種類型的感測器,也就是使用B型熱電偶或由貴金屬合金製成的熱電偶感測器,和紅外線光學感測器。前者的缺陷是由於極端使用條件下,它們過早老化。必須執行該等感測器的頻繁更換,而這代表了不可忽略的成本。紅外線光學感測器,也被稱為光學高溫計,相對於熱電偶,具有更長的使用壽命,同時只要保持在該套管內部中測量區域的中心定位,可提供一段時間的精確和穩定溫度測量。
國際專利申請第WO-A2-03/029771號揭露一由耐火材料製成之一光學高溫計和一套管的組裝,該套管浸入一熔融金屬池,以便在此測量溫度。該高溫計及該保護的套管被固定,以保持在該套管內部中測量區域的中心定位,儘管對該組裝的衝擊和振動可能是一議題。在使用這種裝置會遇到的顯著問題是因該耐火材料排放的氣體成分,藉由凝結在該光學鏡頭上,會干擾測量。藉由明智地選擇耐火材料的成分,也控制在該耐火管內部中的空氣,這些氣體成分的影響可以降低。在專利申請第WO-A2-03/029771號中,提出另一種解決方案是使用一由耐火材料製成的第二管,該第二管不可滲透氣體,並配置在該套管中之該腔室的內部。這後者解決方案相關聯更複雜裝置的成本增加可以很容易地想像,而該管厚度必須不超過5mm,以避免增加測量系統的反應時間,並且該管的設置必須盡可能接近於在該套管中的腔室。然而,有關於所使用的固定工具,沒有提供細部的應用。
專利第EP-B1-1893959號同樣揭露一使用一光學高溫計的測量裝置,該光學高溫計包含一由耐火材料製成的套管,該套管被浸入熔融金屬。這套管藉由一導管的方式中心定位,並藉由設置有翼螺帽之關節鎖桿的方式支撐該套管在一固定座上。然後該裝置必須設置在一冷卻外殼中。此裝置的缺點很多:具體而言,在鎖緊該螺帽期間,其被要求支撐由耐火材料製成的該套管。同樣地,在更換該套管期間,其發生在使用15至 24小時的時間後-在替換該餵槽的同一時間-還不足以鬆開該翼螺帽來轉動該桿,以釋放該套管。具體而言,事先從所依靠的座上提起該套筒是必要的。對於操作者而言,處理這種熱的耐火材料是危險的。此外,一桿和翼螺帽之系統會冒著曝露於極端溫度條件和腐蝕性空氣的風險。最後,測量區域的中心定位也取決於該套管的放置。該套管藉由滑過該套管之內部腔室的測量頭之引導管來中心定位,也藉由在該座上該套管的放置來中心定位。從而該放置取決於該套管製造過程中的外部尺寸和公差。因此,當其被替換時,測量區域可能會被移動,進而造成較低地精確測量的結果。
本發明的目的係解決這些缺點(組裝、拆卸、保持測量區域中心定位的難度,耐火材料製成之套管藉由氣體成分排放造成的測量干擾)。為此目的,本發明的主題係一種用於測量一熔融金屬池溫度的裝置,包含:a)一至少部分地由耐火材料製成的套管(8),且具有:一設置至少一個切口(14)的開口末端,一閉合末端,一縱軸,一沿該套管縱軸從該開口末端延伸到該閉合末端的內孔(17),一與該套管(8)之開口末端隔開的該內孔(17)之入口部分(18),該內孔在該入口部分(18)之長度方向中被凹槽(15) 穿過,該等凹槽與在該開口末端中的至少一個切口(14)成角度地偏移,該凹槽(15)被設計來引導一中空卡銷桿(4)頭部的插銷(7)進入該內孔的一阻擋部分(16),該阻擋部分具有一比該內孔(17)最小橫截面大的橫截面,和一足夠的高度以允許該卡銷桿(4)的插銷(7),繞著該套管之縱軸,相對於該套管作相對旋轉,及b)一光學頭,包含:卡銷桿(4),該卡銷桿具有一設置插銷(7)的末端,及另一容納被一防護窗(12)閉合之鏡頭架(3)和一高溫計鏡頭(2)的末端,該卡銷桿(4)的中間部分配置在藉由一鎖定組件(6)支持之一彈簧(11)的中心,該鎖定組件:可以自由地繞著該卡銷桿(4)旋轉,被固定到用於拉伸該彈簧(11)的工具(9),被固定到用於繞著該卡銷桿(4)旋轉的工具,及具有至少一個椿(21),用以被收納於該套管(8)中至少一個切口(14)內,該鎖定組件(6)轉動:從一起始位置,該鎖定組件的椿(21)在該起始位置與在該套管(8)中的切口(14)成一直線,且該卡銷桿(4)的插銷(7)在該起始位置與該等凹槽(15)成一直線,到一與該起始位置角度地偏移的位置,該卡銷桿(4)的插銷(7)在該位置是在該內孔的阻擋部分(16) 中,且該插銷與凹槽(15)的位置偏移。
因此,藉由將該光學頭結合到該套管(8),首先藉由該套管相對於該光學頭的一相對旋轉運動達到固定並緊接地中心定位。這只需一位操作者就夠了。藉由沿該套管縱軸進行其旋轉運動,該鎖定組件(6)的椿(21)藉由旋轉一起被帶起。進而,該鎖定組件(6)的旋轉帶動與其相固定的該用於拉伸彈簧的工具(9)-例如操縱桿(9)-如此可令操作者目測到固定已經達成。在第二步驟中,操作者藉由操縱桿(9)部分地釋放在該該彈簧(11)中的張力。因而藉由控制加熱過程中夾緊力的變化,來產生在固定中的彈性。具體地,如加熱的結果,因為耐火材料和金屬的膨脹係數不同引起額外的張力。彈簧的存在提供一定的彈性,此彈性比從專利第EP-B1-1893959號的極剛性系統大得多。
該裝置另一個不可忽視的優點是,它可以迅速地在高溫下被拆卸,而不需要觸摸該套管。在15至24小時的測量時間後,在更換餵槽期間,常規要更換該套管。一程序的有效方法是在該餵槽上拆卸該裝置,並讓該套管落入需要被更換的該餵槽。本發明使得這一步驟很容易、快速、且對該操作者無危險性。具體來說,操作者所要做的是降低該操縱桿,然後旋轉該操縱桿以使該套管不結合,但不需觸摸該套管。
本發明還包含一個或多個如下的特徵:在該卡銷桿(4)上的插銷(7)數目是一個或多個,但較佳地是三個插銷(7),從而確保該套管(8)被最佳地保 持。凹槽的最小數目是一個。
在該鏡頭架之壁中的橫向通道(13)允許氣體(例如氬氣)的通過,該氣體在該防護窗(12)下掃過,藉由凝結在該防護窗(12)上,防止該耐火材料或灰塵射出的任何氣體干擾光學測量。
一通風管(25)連接到該卡銷桿(4)的末端,以便改善由該套管射出之煙霧的疏散。在該鏡頭架之壁中來自橫向通道(13)的氣體繼續盡可能移動到該管的末端,然後上升通過該凹槽(15)和該切口(14),從該套管一起帶著灰塵和煙霧。可以藉由螺紋或連動來連接。該通風管也可以與該卡銷桿(4)是一件式。
而與該套管上方末端間隔開的該內孔之入口部分(18)係由一金屬嵌件組成,該金屬嵌件具有一與該套管縱軸同軸設置的孔。另一種方法是製造沒有金屬嵌件的套管。
自由地繞著該卡銷桿(4)旋轉並固定在該鎖定組件(6)的環(19)係設置於該彈簧上方,從而改善該凸輪操縱桿的移動平順。該凸輪可有效地直接在該彈簧上承重。
在該入口部分(18)中的孔是截頭圓錐體,且該鎖定組件(6)具有一圓錐體末端。使具有該套管之光學頭的連動變得容易。
用於拉伸該彈簧的該工具係一凸輪操縱桿,該凸輪操縱桿是一快速、實用的工具,用於拉伸該彈簧。也可藉由一Enerpack型(液壓致動器)或一螺帽/螺 栓系統來影響拉伸。
最後兩個特徵組合允許優化測量區域的中心定位。此中心定位僅取決於該金屬零件的加工,該金屬零件的製造公差是低的。此外,所有與該耐火材料和該金屬元件不同膨脹係數相關聯的拉伸藉由該彈簧來平衡。
較佳地,設計成引導該插銷的該凹槽(15),也作為用於疏散氣體成分的通道,該氣體成分是在由耐火材料製成的該套管被帶到高溫時所射出的。到達該防護窗(12)之該氣體和灰塵的量因而減少了。如上所述,該測量窗口也可藉由氣體的注入而被清掃,較佳地氬氣,這將防止任何因在該防護窗上凝結的沉積來干擾測量。安裝一通風管提供了此過程的一額外改善。第6圖顯示一具有一通風管(25)的裝置。
本發明的進一步課題係根據本發明之一套管至少部分如上述說明以耐火材料製成,及一種組裝一套管和一光學頭在一起與拆卸的方法。如上述說明,此優點是更容易使用和增加安全性。
1‧‧‧光纖與測量纜線的入口
2‧‧‧高溫計的鏡頭
3‧‧‧鏡頭架
4‧‧‧卡銷桿
5‧‧‧支架
6‧‧‧鎖定組件(鎖定錐)
7‧‧‧卡銷桿的插銷
8‧‧‧保護套管
9‧‧‧用於拉伸光學頭之彈簧的工具(操縱桿)
10‧‧‧金屬嵌件
11‧‧‧彈簧
12‧‧‧防護窗
13‧‧‧氣體入口通道
14‧‧‧切口
15‧‧‧凹槽
16‧‧‧內孔的阻擋部分
17‧‧‧內孔
18‧‧‧入口部分(內孔(17)的入口部分,該入口部分與套管(8)的開口末端隔開)
19‧‧‧環
20‧‧‧鎖定錐的突起
21‧‧‧鎖定錐的椿
22‧‧‧螺帽
23‧‧‧螺栓
24‧‧‧手柄
25‧‧‧通風管
第1a、1b圖顯示根據本發明一個特定實施例的一測量裝置,第1b圖是第1a圖上部區域的放大。
第2圖顯示另一個實施例。
第3圖中顯示在水平面上通過該套管的剖面。
第4圖中顯示在垂直面上通過該套管的剖面。
第5圖顯示安裝和移除該套管的順序。
第6圖顯示一具有一通風管的裝置。
第1a、1b圖顯示根據本發明一個特定實施例的一測量裝置,第1b圖是第1a圖上部區域的放大。該等圖顯示一裝置,包含:一該高溫計的鏡頭(2),該鏡頭配置在一鏡頭架(3)中,該鏡頭架藉由穿過在該鏡頭架(3)壁中之該等橫向通道(13)的氣體通過來冷卻。該等橫向通道(13)在該防護窗(12)下運送這種氣體,並確保持續的清掃,防止任何氣體或灰塵凝結在該防護窗(12)上。
一中空卡銷桿(4),該中空卡銷桿具有一設置有兩個插銷(7)的末端,且另一末端收納該鏡頭架(3)和該高溫計鏡頭(2)。該中間部分是配置在一彈簧(11)的中心,該彈簧藉由一可自由地繞著該卡銷桿(4)旋轉的鎖定組件(6)來支持,而該鎖定組件(6)可藉由鎖定錐構成;該彈簧(11)被保持在該鎖定錐(6)和一固定到該卡銷桿(4)的環(19)之間,該鎖定錐(6)具有:
1.在其上半部中,平行於該卡銷桿(4)的軸線並用螺帽輔助而固定於一雙凸輪操縱桿(9)的兩個相對突起(20),
2.在其下半部中,設計成被收納在該套管(8)中的該等切口(14)內的兩個相對椿(21),該鎖定錐(6)轉動: 從一起始位置,該鎖定錐的椿(21)在該起始位置與在該套管(8)中的切口(14)成一直線,且該卡銷桿(4)的插銷(7)在該起始位置與該等凹槽(15)成一直線,到一與該起始位置角度偏移的位置,該卡銷桿(4)的插銷(7)在該位置是在該阻擋部分(16)中,且該插銷與該等凹槽(15)的位置偏移。
3.在其中間部分中,一保持該彈簧(11)的端緣。
一雙凸輪操縱桿(9),該雙凸輪操縱桿經由該鎖定錐(6)的突起(20)固定到該鎖定錐(6),承靠在該環(19)。藉由轉動該操縱桿向上,該鎖定錐(6)被降低,並釋放該彈簧(11)的壓縮,該彈簧較佳地是由鎳鉻合金製成,以承受高的使用溫度。
一套管(8),該套管至少部分地由耐火材料製成,選擇該耐火材料的成分以便在高溫下減少氣體產生。該耐火材料較佳地至少部分由氧化鋁-石墨製成。
一金屬嵌件(10),該金屬嵌件收納在該套管(8)的上半部中,較佳地並分隔一用於接納該卡銷桿(4)之下方末端的截頭圓錐體入口。
在如上所述的實施例中,該拉伸工具和該用於繞著該卡銷桿(4)旋轉的工具是同一個:用來轉動該鎖定錐(6)的雙凸輪操縱桿(9)。第2圖顯示另一個實施例:一螺帽(22)/螺栓(23)系統,該螺帽/螺栓系統用於拉伸,和連接到兩個手柄(24)以轉動該鎖定錐(6)。
在第3圖中顯示在水平面上通過該套管的剖面,且在第4圖中顯示在垂直面上通過該套管(8)的剖 面,可看出二個垂直穿過該金屬嵌件的凹槽(15)。以這種方式,這些凹槽允許該卡銷桿(4)的二個插銷(7)通過進入。該等插銷(7)到達該金屬嵌件(10)的下方而在該內孔之阻擋部分(16)中,該阻擋部分具有一比該內孔(17)最小橫截面大的橫截面且具有一足夠的高度以允許該卡銷桿(4)之插銷(7)旋轉。因此該插銷(7)可達到四分之一圈旋轉,從而固定該卡銷桿(4)。
該等凹槽(15)也可用於疏散由該耐火材料射出的氣體。例如以文氏系統(Venturi system)方式,藉由在該套管(8)中產生一負壓來改善氣體的疏散。然後該氣體將被吸出離開該出口。
第5圖顯示安裝和移除該套管(8)的順序(a到f):位置(a)中,操作者藉由使該鎖定錐(6)的椿(21)帶入在該套管(8)上半部中相對應的該等切口(14)來插入該套管(8)。然後,該卡銷桿(4)的插銷(7)在該金屬嵌件中通過進入該凹槽(15),其中該等插銷與相對於該鎖定錐的椿(21)成四分之一轉的偏移。當該鎖定錐(6)的椿(21)在該等切口(14)中時,該卡銷桿(4)的插銷(7)已通過超越該金屬嵌件,並通過進入該內孔的阻擋部分(16),該阻擋部分具有一比該內孔(17)最小橫截面大的橫截面。藉由轉過四分之一轉(位置b),該卡銷桿(4)的固定起作用,然後該操作者可以釋放該套管(8)。這旋轉運動導致該鎖定錐(6)和進而該操縱桿(9)經由該鎖定錐該的椿(21)轉過四分之一轉。
然後該操作者垂直地提高此操縱桿(位置c),從而降低該鎖定錐(6),該鎖定錐頂住該金屬嵌件。藉由提高該操縱桿,該彈簧(11)部分地鬆弛,並因此更有彈性,且可以抵銷由於耐火材料和金屬不同膨脹係數所引起的額外拉伸。
該測量裝置已準備好被使用。然後,即足以將該組裝移到一餵槽上。
位置(d)顯示該裝置在運作中,且套管(8)底部是熱的。
當隨後必須更換由耐火材料製成的該套管(8)時,所有需要的是執行該操縱桿(9)的反向移動。也就是說,降低該操縱桿(位置e),然後執行四分之一轉(位置f),從而釋放插入該餵槽中的保護套管(8)。
本發明的進一步主題是一種用於測量一熔融金屬池之溫度的方法,包含以下步驟:藉由該套管的旋轉,組裝如請求項7至10中所定義的套管,導致如請求項1中所定義之用於拉伸該光學頭彈簧的該工具旋轉,解壓縮該彈簧,把該組裝放置在該熔融金屬池中,測量溫度。
應當注意的是,用於在該光學頭上組裝該套管的方法可用於在一固定桿上之一止動桿的組裝。
因而該止動桿具有以下特徵: 一至少設置一個切口的開口末端,一閉合末端,一縱軸,一沿該止動桿縱軸從該開口末端延伸到該閉合末端的內孔,一與該止動桿之開口末端隔開的該內孔之入口部分,該內孔在該入口部分之長度方向中被凹槽穿過,該等凹槽與在該開口末端中的至少一個切口成角度地偏移,該等凹槽被設計來引導一卡銷桿頭部的該等插銷,較佳地是三個,進入一用於阻擋該內孔的部分,該阻擋部分具有一比該內孔最小橫截面大的橫截面,和一足夠的高度以允許該卡銷桿的插銷,繞著該止動桿之縱軸,相對於該止動桿旋轉。
這樣的止動桿可使用於一如上所述用以固定該裝置的系統,其中打算用來測量溫度的該等元件可選擇性地刪去。
第6圖顯示根據請求項6的一裝置。該通風管與該卡銷桿(4)連動,並用一螺栓輔助保持。該通風管的腔室在其下半部擴口,以避免該通風管輕微錯位的情況,該通風管避免該高溫計的範圍到達該套管的底部。

Claims (14)

  1. 一種用於測量熔融金屬池溫度的裝置,包含:a)一套管(8),其至少部分地由耐火材料製成,且具有:一設置至少一切口(14)的開口末端,一閉合末端,一縱軸,一沿該套管縱軸從該開口末端延伸到該閉合末端的內孔(17),一與該套管(8)之開口末端隔開的該內孔(17)之入口部分(18),該內孔在該入口部分(18)之長度方向中被複數凹槽(15)穿過,該等凹槽與在該開口末端中的至少一個切口(14)成角度地偏移,該等凹槽(15)被設計成引導一中空的卡銷桿(4)之頭部的插銷(7)進入該內孔的一阻擋部分(16),該阻擋部分具有一比該內孔(17)最小橫截面大的橫截面,以及足夠的高度以允許該卡銷桿(4)的插銷(7)繞著該套管之縱軸相對於該套管相對旋轉,及b)一光學頭,包含:該卡銷桿(4),其具有設置有插銷(7)的一端,及可容納被防護窗(12)和高溫計鏡頭(2)所閉合之鏡頭架(3)的另一末端,其中插銷較佳的是有三個,該卡銷桿(4)的中間部分設置在藉由一鎖定組件(6)所支持之彈簧(11)的中間,該鎖定組件:可自由地繞著該卡銷桿(4)旋轉,被固定到用於拉伸該光學頭之彈簧(11)的工具(9),被固定到可繞著該卡銷桿(4)旋轉的工具,及具有至少一個椿(21),可收納於該套管(8)中的至少一切口(14)內,該鎖定組件(6)轉動:從一起始位置,該鎖定組件的椿(21)在該起始位置與在該套管(8)中的切口(14)成一直線,且該卡銷桿(4)的插銷(7)在該起始位置與該等凹槽(15)成一直線,到一與該起始位置角度地偏移的位置,該卡銷桿(4)的插銷(7)在該位置是在該內孔的阻擋部分(16)中,且該插銷與該等凹槽(15)的位置偏移。
  2. 如請求項1之裝置,其中該鏡頭架具有一包含允許氣體通過之橫向通道(13)的壁,氣體通過可使該高溫計的鏡頭冷卻,並清掃整個該防護窗。
  3. 如請求項1之裝置,其中在該入口部分(18)中與該套管末端隔開的該內孔是截頭圓錐體。
  4. 如請求項1之裝置,其中該鎖定組件的末端是圓錐體。
  5. 如請求項1之裝置,其中用於拉伸該彈簧的工具和用於使該鎖定組件旋轉的工具是一凸輪操縱桿,較佳地是一雙凸輪操縱桿。
  6. 如請求項1至5中任一項之裝置,其中一通風管(25)與該卡銷桿(4)連動。
  7. 一種至少部分地由耐火材料製成的套管,具有:一至少設置一個切口(14)的開口末端,一閉合末端,一縱軸,一沿該套管縱軸從該開口末端延伸到該閉合末端的內孔(17),一與該套管(8)之開口末端隔開之該內孔(17)的入口部分(18),該內孔在該入口部分(18)之長度方向中被複數凹槽(15)穿過,該等凹槽與在該開口末端中的至少一個切口(14)成角度地偏移,該等凹槽(15)被設計來引導一卡銷桿(4)頭部的插銷(7)進入該內孔的一阻擋部分(16),該阻擋部分具有一比該內孔(17)最小橫截面大的橫截面,和一足夠的高度以允許該卡銷桿(4)的插銷(7),繞著該套管之縱軸,相對於該套管作相對旋轉。
  8. 如請求項7之至少部分地由耐火材料製成的套管,其中設置一單一切口(14)。
  9. 如請求項7或8之套管,其只由耐火材料製成。
  10. 如請求項7或8之套管,其中在該入口部分(18)中與該套管末端隔開的該內孔是截頭圓錐體。
  11. 一種將如請求項7至10所述的套管安裝到如請求項1所述之光學頭的方法,包含以下步驟:將該光學頭裝配到該套管,藉由旋轉該套管,導致用於拉伸該光學頭之彈簧的工具旋轉,以固定該套管,解壓縮該彈簧。
  12. 一種將如請求項7至10所述的套管從如請求項1所述之光學頭拆卸的方法,包含以下步驟:壓縮該彈簧,轉動用於拉伸該光學頭之彈簧的工具,使其返回到其起始位置,從而導致該套管的分離,鬆開該套管。
  13. 一種用於測量一熔融金屬池之溫度的方法,包含以下步驟:藉由旋轉如請求項7至10所述的套管,導致如請求項1所述之用於拉伸該光學頭之彈簧的工具旋轉,以組裝該套管,解壓縮該彈簧,把該組裝件放置在該熔融金屬池中,測量溫度。
  14. 一種由耐火材料製成的止動桿,具有:一設置有至少一切口的開口末端,一閉合末端,一縱軸,一沿該止動桿縱軸從該開口末端延伸到該閉合末端的內孔,一與該止動桿之開口末端隔開的該內孔之入口部分,該內孔在該入口部分之長度方向中被複數凹槽(15)穿過,該等凹槽與在該開口末端中的至少一個切口成角度地偏移,該等凹槽被設計來引導一卡銷桿頭部的插銷,較佳的是三個插銷,進入一用於阻擋該內孔的部分,該部分具有一比該內孔最小橫截面大的橫截面,和一足夠的高度以允許該卡銷桿的插銷,繞著該止動桿之縱軸,相對於該止動桿作旋轉。
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