TWI689362B - 一種具有測溫功能的透氣式塞棒 - Google Patents

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Abstract

本發明公開了一種具有測溫功能的透氣式塞棒，屬於冶金連鑄技術領域。該塞棒包括棒身、棒頭、測溫單元、連接管和排氣通道；該棒身為中空結構，棒身的上端與連接管相連接，棒身的下端連接棒頭；該測溫單元用於測量鋼水溫度，測溫單元的開口端與棒頭相連接並與棒身內腔相連通，測溫單元的封閉端由棒頭的下端伸出並露出棒頭；該排氣通道的入口端與棒身或棒頭的內腔相連通，排氣通道的出口端與棒頭的外表面相接並與外界相連通。該塞棒用於連鑄工藝中，通過設計測溫單元及排氣通道，能夠快速測量連鑄中間包出口處上水口附近的鋼水溫度，同時排氣通道的設計能夠實現吹氬防上水口堵塞和去除鋼水中夾渣，並具有排出塞棒內腔煙氣清潔測溫光路的功能。

Description

一種具有測溫功能的透氣式塞棒
本發明屬於冶金連鑄技術領域，具體是關於一種具有測溫功能的透氣式塞棒。
連鑄是鋼鐵生產的關鍵工藝，其將液態鋼水轉變為鑄坯。控流和測溫一直是連鑄生產中的兩個關鍵問題。
鋼水從連鑄中間包流出經上水口進入連鑄結晶器開始凝固，中間包出口處的鋼水溫度是整個中間包內對鋼水過熱度和凝固品質控制最有指導意義的溫度。
結晶器內鋼水的液位是影響鑄坯品質的關鍵參數，由流出中間包的鋼水流量進行控制。該鋼水流量是通過控制塞棒與上水口之間的間隙進行控制的。
在連鑄的澆鑄過程中，鋼水中通常會含有夾渣物，尤其是如高鋁鋼一樣的鎮靜鋼，夾渣物含量較高。夾渣物的危害在於： 一方面，鋼水中的夾渣物易在塞棒底端的上水口處富集，當夾渣物富集過多時，將堵塞水口，影響鋼水流量的控制，通常採用在塞棒底端吹氬氣的方式防堵塞； 另一方面，夾渣物若隨鋼水進入結晶器，並隨鋼水凝固成鑄坯時，將成為鑄坯的缺陷，塞棒底端吹氬氣將有助於夾渣物上浮，便於去除夾渣。因此，連鑄中間包出口測溫、上水口處的防堵塞、鋼水中夾渣物的去除都是需要解決的問題。
為解決測溫問題，中國專利CN1936524A和CN101337273A中研究人員在不透氣的塞棒內裝入熱電偶或紅外測溫探頭，實現溫度測量，該技術方案存在著兩個問題： 一是，塞棒的棒頭為防沖刷都做成厚壁結構，導致測溫回應滯後嚴重，難以滿足工藝控制要求； 二是，該技術方案只能針對不含透氣孔的塞棒，當含有透氣孔時，棒頭將因吹氬氣而冷卻，無法測出鋼水溫度。
綜上所述，現有技術方案難以在控流的同時解決連鑄中間包出口的測溫、上水口處的防堵塞和夾渣物去除的問題。
本發明的目的在於提供一種測溫功能的透氣式塞棒，通過在塞棒中設計感溫元件及排氣通道，能夠在控制鋼水流量的同時實現中間包出口的快速測溫、上水口處的防堵塞和去除夾渣物的功能。同時排氣通道的設計能夠實現塞棒內腔產生煙氣的排除，清潔測溫光路的功能。
為實現上述目的，本發明所採用的技術方案如下：一種具有測溫功能的透氣式塞棒，其特徵在於：該塞棒包括棒身、棒頭、測溫單元、連接管和排氣通道；其中：該棒身為中空結構，棒身的上 端與連接管相連接，棒身的下端連接棒頭；該測溫單元用於測量鋼水溫度，其為一端封閉另一端開口的管狀結構，測溫單元的開口端與該棒頭相連接並與該棒身的內腔相連通，測溫單元的封閉端由棒頭的下端伸出並露出該棒頭；該排氣通道為多個，該排氣通道的入口端與該棒身的內腔或該棒頭的內腔相連通，該排氣通道的出口端與該棒頭的外表面相接並與外界相連通。
該排氣通道環繞該測溫單元分佈；該排氣通道的入口端位於該測溫單元的開口端以上，即該排氣通道的入口端到該測溫單元的開口端的距離L2
Figure 108110259-A0101-12-0003-3
0mm，L2優選為20~250mm。
該排氣通道的出口端到該測溫單元的外表面的距離L3
Figure 108110259-A0101-12-0003-4
5mm。
該測溫單元為黑體空腔式測溫感測器，該測溫單元的壁厚為2.0~10.0mm，內徑為10.0~30.0mm；該測溫單元露出該棒頭的部分的長度L1與該測溫單元的內徑Φ0的比值L1/Φ0=1.0~15.0，優選為1.0~10.0；該測溫單元作為溫度感測器插入鋼水中，當其被鋼水加熱並達到熱平衡時基於黑體空腔原理能夠感知鋼水溫度並發出穩定的熱輻射能。
該測溫單元的壁厚為2.0~10.0mm，內徑為10.0~30.0mm；該測溫單元露出該棒頭的部分的長度L1與該測溫單元的內徑Φ0的比值L1/Φ0=1.0~15.0，優選為1.0~10.0。
該測溫單元露出該棒頭的長度為10.0mm~150.0mm，優選為20.0mm~100.0mm。
該測溫單元為金屬陶瓷管，具體為Mo-ZrO2、W-ZrO2或Mo-W-ZrO2。
該棒身與連接管的連接方式為：連接管伸入棒身的內腔上部，並通過定位連接螺母將連接管與棒身固定連接。
該測溫單元、棒身、棒頭與連接管為同軸，該連接管、棒身的內部、棒頭的內部與排氣通道組成通風結構。
本發明的優點和有益效果如下：1、本發明提供的塞棒，適用於連鑄中鋼水澆鑄過程需要吹氬氣的情況，可實現中間包出口鋼水流量的控制和中間包出口上水口處的鋼水連續快速測溫，同時實現吹氬氣防堵塞、除夾渣和排出塞棒內腔煙氣清潔測溫光路的功能；2、本發明測溫單元採用特定材質後，使得測溫單元的壁厚減薄，將薄壁的測溫單元複合於棒頭的底部實現對中間包出口處上水口附近鋼水溫度的連續快速測量；3、本發明設置排氣通道，一方面從該排氣通道吹氬氣排除塞棒內腔煙氣清潔測溫光路，另一方面從排氣通道吹出的氬氣能夠阻止夾雜物在上水口處富集防堵塞，並促進鋼水中的夾雜物上浮。
1‧‧‧測溫單元
2‧‧‧棒頭
3‧‧‧棒身
4‧‧‧定位連接螺母
5‧‧‧連接管
6‧‧‧排氣通道
7‧‧‧中間包
8‧‧‧上水口
9‧‧‧鋼水
圖1為本發明具有測溫功能的透氣式塞棒的結構示意圖；圖2為本發明具有測溫功能的透氣式塞棒的使用過程示意圖。
下面結合附圖和實施例對本發明做進一步描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。
本發明為一種具有測溫功能的透氣式塞棒，如圖1所示。該塞棒包括棒身3、棒頭2、測溫單元1、連接管5和排氣通道6；該棒身3為中空結構，連接管5伸入棒身的上端並通過定位連接螺母4與棒身固定連接，棒身3的下端連接棒頭2；該測溫單元1為一端封閉另一端開口的管狀結構，測溫單元1的開口端與該棒頭2相連接並與該棒身的內腔相連通，測溫單元1的封閉端由該棒頭的下端伸出並露出該棒頭；測溫時，鋼水9對該測溫單元1進行加熱，其基於黑體空腔測溫原理發出穩定的熱輻射能。
該棒頭結構如圖1，棒頭的上部開有內腔，測溫單元1的開口端通過棒頭內腔與棒身的內腔相連通。
該測溫單元1為黑體空腔式測溫感測器，該測溫單元作為溫度感測器插入鋼水中，當其被鋼水加熱並達到熱平衡時基於黑體空腔原理能夠感知鋼水溫度並發出穩定的熱輻射能，由光電探測器系統接收熱輻射並轉換為電信號，經前置放大器放大送給信號處理器，以單片機為核心的信號處理器根據線上黑體理論確定鋼水的實際溫度並進行顯示。
現有技術中棒頭和黑體空腔鋼水測溫感測器一般採用鋁碳、鎂碳或鋯碳等含碳耐火材料製成，本發明中的棒頭仍採用鋁碳、鎂碳或鋯碳等含碳耐火材料製成，測溫單元1則為採用金屬陶瓷製成的管狀結構，材質具體可選擇Mo-ZrO2、W-ZrO2或Mo-W-ZrO2，其中：金屬與陶瓷含量的 體積比為0.6~1.5；本發明材質的測溫單元較棒頭所用的鋁碳、鎂碳、鋯碳等含碳耐火材料具有更高的強度、更高緻密性和更高的抗沖刷性能，其可以用較薄的壁厚滿足中間包出口的上水口處長時間的抗沖刷侵蝕壽命要求，測溫單元1的薄壁結構是實現快速連續測溫的基礎。
本發明中測溫單元的壁厚優選為2.0~10.0mm，優選為2.5~7.0mm，例如為：2.5mm、3.0mm、6.0mm、7.0mm。
該棒頭2與該棒身3可以為相同的材質，也可為不同的材質，例如棒頭和棒身都為鋁碳材料，或棒頭為鎂碳材料、棒身為鋁碳材料。
該棒頭2與該棒身3可以採用一體成型。
該排氣通道為多個，環繞測溫單元1分佈，優選為均勻分佈，優選地，排氣通道6的數量可以為2、5、9、30、100、150等。
連鑄過程中，塞棒內腔會在高溫作用下產生煙氣，所產生的煙氣將遮擋測溫光路。本發明中在塞棒的結構設計中將該測溫單元1、棒頭2、棒身3與連接管5設計為同軸，以保證測溫光路的對中，且該連接管5、排氣通道6、棒身3的內部與棒頭2的內部相連通組成通風結構。該設計在吹氬氣防堵塞和去除夾渣的同時可以將塞棒內腔產生的煙氣排除清潔測溫光路。
本發明排氣通道的開設需要考慮儘量減小吹氬氣對測溫單元溫度場的影響。
基於上述目的，本發明採用的具體措施如下：該排氣通道6的入口端與棒身3的內腔或棒頭2的內腔相連通，排氣通道6的出口端與棒頭2的外表面相接並與外界相連通，排氣通道優選為 放射狀設置。
該排氣通道6的入口端位於該測溫單元1的開口端以上，即該排氣通道6的入口端到該測溫單元1的開口端的距離L2>0mm，L2優選為20~250mm，例如為20mm、50mm、80mm、150mm、200mm。優選方案中，排氣通道6的入口端與測溫單元1的開口端之間保持一定距離，可以減少吹氬氣對測溫單元溫度場的影響。
該排氣通道6的出口端到該測溫單元1的外表面的距離L3
Figure 108110259-A0101-12-0007-6
5mm，例如5mm、10mm、15mm、30mm。排氣通道6的出口端與測溫單元1之間保持一定距離，可以減小吹氬氣流過排氣通道對測溫單元1溫度場的影響。
本發明中測溫單元1露出該棒頭2的長度為10.0mm~150.0mm，優選為20.0~100.0mm，例如為：20.0mm、30.5mm、50.7mm、80.0mm、100.0mm。
為進一步保證測溫的準確性，測溫單元1的長度與直徑的比值需要滿足一定條件，以滿足黑體空腔測溫原理的等溫密閉條件。本發明將該測溫單元1露出該棒頭2的部分的長度L1與該測溫單元1的內徑Φ0的比值限定為L1/Φ0=1.0~15.0，優選為1.0~10.0，例如L1/Φ0為：1.5、2.1、2.8、6.5、8.3、9.1、10.0。
該測溫單元的內徑為10~30mm，優選為15mm~25mm，例如為：15.0mm、17.5mm、22.0mm、25.0mm。
本發明上述塞棒的使用過程如圖2所示，使用過程中，該具有測溫功能的塞棒安裝於連鑄中間包7的出口的上水口8上方，測溫探頭 (未示出)通過接收測溫單元1發出的熱輻射能經計算分析後得到鋼水溫度；通過控制棒頭2與上水口8之間的距離實現鋼水流量的控制；通過從棒身3和棒頭2上設置的排氣通道6吹出Ar阻礙夾渣物在上水口處富集防堵塞，並促進鋼水中的夾雜物上浮，同時將塞棒內腔產生的煙氣排除清潔測溫光路。
1‧‧‧測溫單元
2‧‧‧棒頭
3‧‧‧棒身
4‧‧‧定位連接螺母
5‧‧‧連接管
6‧‧‧排氣通道

Claims (6)

  1. 一種具有測溫功能的透氣式塞棒，其特徵在於：該塞棒包括棒身(3)、棒頭(2)、測溫單元(1)、連接管(5)和排氣通道(6)；其中：該棒身(3)為中空結構，棒身的上端與連接管(5)相連接，棒身(3)的下端連接棒頭(2)；該測溫單元(1)用於測量鋼水溫度，其為一端封閉另一端開口的管狀結構，測溫單元(1)的開口端與該棒頭(2)相連接並與該棒身(3)的內腔相連通，測溫單元(1)的封閉端由棒頭(2)的下端伸出並露出該棒頭(2)；該排氣通道(6)為多個，該排氣通道(6)的入口端與該棒身(3)或該棒頭(2)的內腔相連通，該排氣通道(6)的出口端與該棒頭(2)的外表面相接並與外界相連通；該排氣通道(6)環繞該測溫單元(1)分佈；該排氣通道(6)的入口端位於該測溫單元(1)的開口端以上，即該排氣通道(6)的入口端到該測溫單元(1)的開口端的距離L2為20~250mm；該排氣通道(6)的出口端到該測溫單元(1)的外表面的距離L3
    Figure 108110259-A0305-02-0011-1
    5mm；該測溫單元(1)露出該棒頭(2)的部分的長度L1與該測溫單元(1)的內徑Φ0的比值L1/Φ0=1.0~15.0；該測溫單元(1)露出該棒頭(2)的長度為10.0mm~150.0mm。
  2. 如請求項1所述的具有測溫功能的透氣式塞棒，其中：該測溫單元(1)為黑體空腔式測溫感測器，該測溫單元(1)的壁厚為2.0~10.0mm，內徑為10.0~30.0mm；該測溫單元(1)露出該棒頭(2)的部分的長度L1與該測溫單元(1)的內徑Φ0的比值L1/Φ0為1.0~10.0；該測溫單元作為溫 度感測器插入鋼水中，當其被鋼水加熱並達到熱平衡時基於黑體空腔原理能夠感知鋼水溫度並發出穩定的熱輻射能。
  3. 如請求項1所述的具有測溫功能的透氣式塞棒，其中：該測溫單元(1)露出該棒頭(2)的長度為20.0mm~100.0mm。
  4. 如請求項1所述的具有測溫功能的透氣式塞棒，其中：該測溫單元(1)為金屬陶瓷管，其材質為Mo-ZrO2、W-ZrO2或Mo-W-ZrO2。
  5. 如請求項1所述的具有測溫功能的透氣式塞棒，其中：該棒身(3)與該連接管(5)的連接方式為：連接管伸入棒身的內腔上部，並通過定位連接螺母(4)將連接管與棒身固定連接。
  6. 如請求項1所述的具有測溫功能的透氣式塞棒，其中：該測溫單元(1)、棒身(3)、棒頭(2)與連接管(5)為同軸，該連接管(5)、棒身(3)的內部、棒頭(2)的內部與排氣通道(6)組成通風結構。
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