專利名稱：對(duì)金屬熔體進(jìn)行測(cè)量和采樣的測(cè)量探針的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)金屬熔體進(jìn)行測(cè)量和采樣的測(cè)量探針，所述測(cè)量探針具有布置在吹管上的測(cè)量頭，所述測(cè)量頭帶有至少一個(gè)溫度傳感器和采樣室，所述采樣室被所述測(cè)量頭包圍并具有由石英玻璃管制成的吸入管道，所述吸入管道延伸穿過(guò)所述測(cè)量頭。
背景技術(shù)：
這類測(cè)量探針原則上是已知的，并且主要在所謂的轉(zhuǎn)爐或電弧爐中進(jìn)行煉鋼的過(guò)程中使用。在轉(zhuǎn)爐(所謂的BOF轉(zhuǎn)爐-“堿性氧氣轉(zhuǎn)爐”的技術(shù)術(shù)語(yǔ))中，利用吹管向金屬熔體中吹入氧氣。轉(zhuǎn)爐具有用耐火材料制成的襯里，耐火材料能夠理想地承受爐渣造成的腐蝕和吹氧過(guò)程中產(chǎn)生的熱量。向轉(zhuǎn)爐內(nèi)加入廢金屬和石灰石(氧化鈣)以冷卻熔體和去除磷、 硅和錳。氧氣使碳燃燒以形成一氧化碳和二氧化碳。在存在氧化鈣和氧化鐵的情況下，錳、 硅和磷被氧化并轉(zhuǎn)化以形成爐渣。由于所述氧化反應(yīng)是高度放熱的，所以該過(guò)程需要被冷卻以便控制熔體的溫度。冷卻是通過(guò)在吹煉過(guò)程中加入廢金屬和鐵礦石來(lái)實(shí)現(xiàn)的。吹氧過(guò)程本身需要大約15-20分鐘才能完成，與轉(zhuǎn)爐的尺寸無(wú)關(guān)，轉(zhuǎn)爐的尺寸可以是大約70-400 噸。在本文中，調(diào)節(jié)吹管的氧氣流量以適應(yīng)轉(zhuǎn)爐的尺寸和/或熔體的重量。在兩次出鋼之間，裝載、卸載鋼和爐渣(包括測(cè)量溫度和采集用于分析熔體的樣品)需要40-60分鐘的時(shí)間。整個(gè)過(guò)程的特點(diǎn)是生產(chǎn)率高，并且生產(chǎn)出來(lái)的鋼的雜質(zhì)含量低。在出鋼階段，將爐傾斜并從而將產(chǎn)品通過(guò)出鋼口倒入澆包。在該操作期間，向澆包內(nèi)加入鐵合金以控制鋼的成分。 氧氣吹管技術(shù)的一個(gè)重大進(jìn)步是穿過(guò)轉(zhuǎn)爐底板向熔體加入惰性氣體(通常是氬氣)以便攪動(dòng)熔體和爐渣。該方法顯著提高了效率，并且降低了鐵損和磷含量。此外，提高了該過(guò)程的熱平衡和質(zhì)量平衡，從而降低了成本。上述在轉(zhuǎn)爐中使用的測(cè)量探針例如參見DE 10 2005 060 492和DE 10 2005 060 493。在電弧爐中，通過(guò)在石墨電極尖端和導(dǎo)電的廢金屬裝載物之間產(chǎn)生的電弧的能量來(lái)熔化廢金屬。為了將廢金屬裝載到爐內(nèi)，提起3個(gè)電極和爐頂，以便露出填充口。電極根據(jù)預(yù)先選定的電壓和預(yù)先選定的電流來(lái)保持電弧，從而提供熔化和氧化所需的能量。電弧爐的內(nèi)徑約為6-9米，容量為100-200噸鋼。在所述電弧爐中，兩個(gè)出鋼階段之間的時(shí)間通常為約90-110分鐘。在電弧爐中使用的測(cè)量探針例如參見DE 28 45 566,DE 32 03 505或DE 103 60 625。為了監(jiān)視轉(zhuǎn)爐或電弧爐中的過(guò)程，需要在采樣的過(guò)程中完全填充溫度較低的測(cè)量探針的采樣室，其中應(yīng)該防止在樣品中出現(xiàn)氣泡。這種采樣不是始終都很容易的，特別是在轉(zhuǎn)爐的吹煉過(guò)程中，原因如下一方面，鋼熔體的理論密度變化劇烈；另一方面，由于從上方吹入氣體的吹氧過(guò)程；另一方面，由于穿過(guò)轉(zhuǎn)爐底板吹入的惰性氣體。此外，工業(yè)上趨向于使用僅允許熔體少量過(guò)熱的爐(即，在熔體溫度和液線溫度之間只有很小的差別)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是改進(jìn)現(xiàn)有的測(cè)量探針和采樣器，并且使無(wú)氣泡采樣變得更容易，即提高樣品質(zhì)量。優(yōu)選的是，還簡(jiǎn)化把樣品從測(cè)量探針中取出的過(guò)程。根據(jù)本發(fā)明，上述目的是通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求的特征實(shí)現(xiàn)的。從屬權(quán)利要求中限定了有利的進(jìn)一步的改進(jìn)。在金屬熔體中進(jìn)行測(cè)量和采樣的測(cè)量探針具有布置在吹管上的測(cè)量頭，所述測(cè)量頭帶有至少一個(gè)溫度傳感器和采樣室，所述采樣室至少部分被所述測(cè)量頭包圍并且包括吸入管道，所述吸入管道延伸穿過(guò)所述測(cè)量頭并優(yōu)選地由石英玻璃管制成，已經(jīng)證明，對(duì)于上述測(cè)量探針來(lái)說(shuō)，如果所述石英玻璃管的伸入所述測(cè)量頭內(nèi)的部分的長(zhǎng)度L與所述石英玻璃管的最小直徑D的平方的比值在所述石英玻璃管的伸入所述測(cè)量頭內(nèi)的部分的至少一個(gè)位置為L(zhǎng)/D2 < 0. 6mm S那么所述測(cè)量探針就能夠采集到優(yōu)良的、無(wú)氣泡的樣品，其中所述比值優(yōu)選地小于0. 45mm S更優(yōu)選地小于0. 3mm ^在金屬熔體低過(guò)熱的情況下，已經(jīng)證明低的比值是有利的，例如，在過(guò)熱大于100°C時(shí)的比值L/D2小于0. 6讓_1，在過(guò)熱小于801時(shí)的比值L/D2小于0. 3mm1。上述目的還通過(guò)一種用于在金屬熔體中進(jìn)行測(cè)量和采樣的測(cè)量探針實(shí)現(xiàn)，所述測(cè)量探針具有布置在吹管上的測(cè)量頭，所述測(cè)量頭帶有至少一個(gè)溫度傳感器和采樣室，所述采樣室至少部分被所述測(cè)量頭包圍并且包括吸入管道，所述吸入管道延伸穿過(guò)所述測(cè)量頭并優(yōu)選地由石英玻璃管制成，其中，所述測(cè)量頭具有小于20mbar (毫巴)的壓差Pg，所述壓差是按照如下方法確定的首先，引導(dǎo)基準(zhǔn)氣流通過(guò)帶有兩個(gè)開口端的管并測(cè)量所述管內(nèi)的壓力P1，然后將所述管的一端插入到測(cè)量頭的吸入管道內(nèi)，引導(dǎo)同一基準(zhǔn)氣流通過(guò)所述管并測(cè)量所述管內(nèi)的壓力P2,從差值P2-P1確定測(cè)量頭的壓差Pg。在本文中，有利的是，測(cè)量頭的壓差Pg小于15mbar。這種類型的測(cè)量頭還能確保獲得高質(zhì)量的樣品。特別有利的是，比值L/D2小于0. 6mm \優(yōu)選小于0. 45mm S并且在上述任一種情況下測(cè)量頭的壓差Pg小于20mbar。有利的是，測(cè)量頭由從如下群組中選擇的材料制成陶瓷材料，水泥，鋼，鑄造用砂。此外，特別有利的是，采樣室至少部分被用鑄造用砂制成的砂體包圍。此外，可以按照如下方案設(shè)計(jì)測(cè)量頭，即使得采樣室在相互垂直的第一方向和第二方向上的長(zhǎng)度大于在與所述第一方向和第二方向都垂直的第三方向上的長(zhǎng)度，并且使得吸入管道與所述第三方向垂直地通入所述采樣室。這對(duì)應(yīng)于所謂的扁平采樣室的設(shè)計(jì)，所述扁平采樣室具有圓形或橢圓形或細(xì)長(zhǎng)橫截面和與該橫截面垂直地布置的基本上為矩形的較小的橫截面，其中所述較小的橫截面可具有圓角。因此，吸入管道與較大橫截面平行且與較小橫截面垂直地延伸。此外，有利的是，測(cè)量頭同時(shí)帶有至少一個(gè)電化學(xué)傳感器以便具有更靈活和多樣的應(yīng)用和能夠同時(shí)測(cè)量金屬熔體的更多參數(shù)。有利的是，提供使采樣室通氣的可能性。采樣室有利地由兩個(gè)半球組成，所述兩個(gè)半球可按照已知方式與采樣室的縱軸線平行地分開并且通過(guò)它們的邊緣保持在一起，以便當(dāng)液態(tài)金屬流入時(shí)允許空氣從采樣室排出，但液態(tài)金屬不能從兩個(gè)半球之間流出。有利的是，采樣室布置在多孔砂體內(nèi)以提供通氣功能。所述兩個(gè)半球被夾具壓在一起并且所述采樣室被牢固地固定在所述砂體內(nèi)，使得兩個(gè)半球不會(huì)因?yàn)樵诮肴垠w時(shí)產(chǎn)生的鋼水靜壓力而打開。所述半球的邊緣可設(shè)置有例如小孔或溝槽以便使采樣室通氣，由此防止了從采樣室流出的熔體形成毛刺。通常，根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量探針從上方浸入到含有金屬熔體的容器內(nèi)。所述浸入過(guò)程通常例如利用自動(dòng)浸入吹管自動(dòng)進(jìn)行。進(jìn)行測(cè)量以后，帶有測(cè)量探針的浸入吹管被從含有金屬熔體的容器向旁邊樞轉(zhuǎn)出來(lái)并被扔下。在該過(guò)程中，測(cè)量探針下落數(shù)米。當(dāng)撞擊到地面上時(shí)，樣品未被損壞并且可以容易地從采樣室取出。根據(jù)本發(fā)明，所述測(cè)量探針用于在吹煉過(guò)程期間在用于熔化鋼的轉(zhuǎn)爐內(nèi)的金屬熔體中進(jìn)行測(cè)量和采樣，或者用于在電弧爐內(nèi)的金屬熔體中進(jìn)行測(cè)量和采樣。


下面參考附圖通過(guò)實(shí)例更詳細(xì)地描述本發(fā)明。在附圖中圖1是轉(zhuǎn)爐的橫截面的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明具有測(cè)量頭的測(cè)量探針的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量頭的剖視圖；圖4是對(duì)開口管進(jìn)行的壓力測(cè)量的示意圖；圖5是對(duì)測(cè)量頭進(jìn)行的壓力測(cè)量的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出了帶有襯里2的轉(zhuǎn)爐1。轉(zhuǎn)爐1含有鋼熔體3，爐渣層4位于鋼熔體3上。 為了煉鋼，通過(guò)底板噴嘴5將氬氣穿過(guò)轉(zhuǎn)爐1的底板吹入金屬熔體。通過(guò)吹管6從上方吹入氧氣。除了吹管6外，還將所謂的浸入吹管7插入到轉(zhuǎn)爐1內(nèi)，所述浸入吹管7在其浸入端上具有測(cè)量探針8，測(cè)量探針8具有測(cè)量頭9。在氧氣正在被吹入的同時(shí)，通常在氧氣吹入過(guò)程結(jié)束之前的大約2分鐘的時(shí)候，進(jìn)行測(cè)量過(guò)程。這涉及測(cè)量溫度和采集用于確定碳含量的樣品。測(cè)量結(jié)果允許修正吹煉模型以便能夠改變鋼熔體的品質(zhì)?？梢栽谕瓿纱笛踹^(guò)程之后進(jìn)行第二次測(cè)量。這通常涉及測(cè)量溫度和鋼熔體中的活性氧含量，以及采集用于在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析以便確定鋼的最終成分的樣品。根據(jù)氧含量，可以在幾秒鐘內(nèi)確定鋼中的當(dāng)前碳含量。此外，可以算出所需的脫氧劑(鋁)的量。圖2所示的測(cè)量探針8具有布置在承載管10的浸入端上的測(cè)量頭9。為了保護(hù)吸入孔和傳感器，測(cè)量頭9包括塑料蓋11，該塑料蓋11在通過(guò)爐渣4期間被燃燒掉，從而使傳感器系統(tǒng)和吸入孔進(jìn)入金屬熔體。塑料蓋11可在其內(nèi)側(cè)增設(shè)金屬蓋或金屬層，所述金屬蓋或金屬層可由鋼形成并在測(cè)量探針?biāo)鶞y(cè)量的鋼熔體內(nèi)熔化。測(cè)量頭9包括由鑄造用砂制成的砂體12，砂體12包括多個(gè)肋13，砂體12借助這些肋13被壓入到承載管10內(nèi)以便被牢固地保持住。連接電纜布置在測(cè)量頭9的后側(cè)端部上并用于將傳感器獲得的信號(hào)穿過(guò)承載管10和浸入吹管7傳遞到分析裝置。在圖3中以橫截面示意性示出的測(cè)量頭9具有作為溫度傳感器的熱電偶15，該熱電偶15被金屬蓋16包圍并且借助耐火水泥17布置在測(cè)量頭9內(nèi)。在其位于測(cè)量頭9內(nèi)部的后端上，熱電偶15包括用于把熱電偶導(dǎo)線連接到連接電纜上的連接件18。此外，具有采樣室19的采樣器和作為吸入管的石英玻璃管20也布置在測(cè)量頭9的砂體12內(nèi)，該砂體 12是用鑄造用砂制成的。石英玻璃管20從砂體12伸出大約1厘米。石英玻璃管20的外部吸入孔被金屬蓋25 (由鋼制成)封閉，紙板蓋沈布置在金屬蓋25上方，紙板蓋沈在浸入到鋼熔體內(nèi)時(shí)或浸入到鋼熔體內(nèi)之后被破壞，從而露出石英玻璃管20的外部吸入孔。長(zhǎng)度L表示布置在測(cè)量頭9的砂體12內(nèi)的吸入管的位于其進(jìn)入采樣室19之處和其從砂體12 伸出之處之間的長(zhǎng)度。這就是所謂的安裝長(zhǎng)度。直徑D表示安裝長(zhǎng)度L內(nèi)的最小直徑。在所示實(shí)例中，比值L/D2 = 0. 22mm 1并產(chǎn)生無(wú)氣泡樣品，而在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的對(duì)應(yīng)探針中，該比值約為1.43mm1。采樣室19借助砂體12的砂肋21通過(guò)壓配合固定在砂體12內(nèi)。根據(jù)圖4所示的示意圖開始在管22內(nèi)進(jìn)行壓力測(cè)量，管22的兩端是開口的，并且其外徑被合適地設(shè)置為允許其滑入石英玻璃管20內(nèi)。箭頭23表示流動(dòng)的氣體(優(yōu)選為空氣)的流動(dòng)方向，通過(guò)壓力計(jì)對(duì)確定氣體的壓力P:。管22的位于壓力計(jì)M和石英玻璃管 20之間的長(zhǎng)度約為2厘米，內(nèi)徑約為4毫米。圖5示出了在執(zhí)行了根據(jù)圖4的測(cè)量之后，滑入到石英玻璃管20內(nèi)的管22的示意圖。隨著再次導(dǎo)入氣體，通過(guò)壓力計(jì)測(cè)量壓力p2。差值P2-P1是測(cè)量頭的壓差pg。在各種情況下，在氣體以流量8001/h(升/小時(shí))流過(guò)時(shí)測(cè)量壓力，其中氣體流量是以所謂的“標(biāo)準(zhǔn)升”，即在20°C的室溫和1013hPa(百帕)的標(biāo)準(zhǔn)氣壓下測(cè)量的值，為基礎(chǔ)的。在所示實(shí)例中確定的壓差小于15mbar。在所述壓差下獲得了質(zhì)量良好的樣品。
權(quán)利要求
1.一種在金屬熔體中進(jìn)行測(cè)量和采樣的測(cè)量探針，所述測(cè)量探針具有布置在吹管上的測(cè)量頭，所述測(cè)量頭帶有至少一個(gè)溫度傳感器和采樣室，所述采樣室至少部分被所述測(cè)量頭包圍并且包括延伸穿過(guò)所述測(cè)量頭的吸入管道，所述吸入管道包括在所述測(cè)量頭內(nèi)延伸的內(nèi)部部分并且至少在位于所述內(nèi)部部分中的一個(gè)位置處具有長(zhǎng)度L和最小直徑D，其特征在于，比值L/D2小于0. 6mm1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量探針，其特征在于，所述比值L/D2小于0. 45mm1。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)量探針，其特征在于，所述比值L/D2小于0. 3mm1。
4.一種用于在金屬熔體中進(jìn)行測(cè)量和采樣的測(cè)量探針，所述測(cè)量探針具有布置在吹管上的測(cè)量頭，所述測(cè)量頭帶有至少一個(gè)溫度傳感器和采樣室，所述采樣室至少部分被所述測(cè)量頭包圍并且包括吸入管道，所述吸入管道延伸穿過(guò)所述測(cè)量頭，其特征在于，所述測(cè)量頭具有小于20毫巴的壓差Pg，所述壓差是按照如下方法確定的首先，引導(dǎo)基準(zhǔn)氣流通過(guò)帶有兩個(gè)開口端的管并測(cè)量所述管內(nèi)的壓力P1,然后將所述管的一端插入到所述測(cè)量頭的吸入管道內(nèi)，引導(dǎo)同一基準(zhǔn)氣流通過(guò)所述管并測(cè)量所述管內(nèi)的壓力P2，從差值P2-P1確定所述測(cè)量頭的壓差Pg。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測(cè)量探針，其特征在于，所述測(cè)量頭的壓差Pg小于15毫巴。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的測(cè)量探針，其特征在于，所述比值L/D2小于0. 6mm S并且所述測(cè)量頭的壓差Pg小于20毫巴。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的測(cè)量探針，其特征在于，所述比值L/D2小于0. 45mm S并且所述測(cè)量頭的壓差Pg小于20毫巴。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的測(cè)量探針，其特征在于，所述比值L/D2小于0. 3mm S并且所述測(cè)量頭的壓差Pg小于20毫巴。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的測(cè)量探針，其特征在于，所述測(cè)量頭由從如下群組中選擇的材料制成陶瓷材料，水泥，鋼，鑄造用砂。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的測(cè)量探針，其特征在于，所述吸入管道是用石英玻璃管制成的。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的測(cè)量探針，其特征在于，所述采樣室至少部分被由鑄造用砂制成的砂體包圍。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的測(cè)量探針，其特征在于，所述采樣室在相互垂直的第一方向和第二方向上的長(zhǎng)度大于在與所述第一方向和第二方向都垂直的第三方向上的長(zhǎng)度，并且所述吸入管道與所述第三方向垂直地通入所述采樣室。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的測(cè)量探針，其特征在于，所述測(cè)量頭還帶有至少一個(gè)電化學(xué)傳感器。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的測(cè)量探針在吹煉過(guò)程期間在用于煉鋼的轉(zhuǎn)爐中的金屬熔體中進(jìn)行測(cè)量和采樣的應(yīng)用。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的測(cè)量探針在電弧爐中的金屬熔體中進(jìn)行測(cè)量和采樣的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在金屬熔體中進(jìn)行測(cè)量和采樣的測(cè)量探針，所述測(cè)量探針具有布置在吹管上的測(cè)量頭，所述測(cè)量頭帶有至少一個(gè)溫度傳感器和采樣室，所述采樣室至少部分被所述測(cè)量頭包圍并且包括延伸穿過(guò)所述測(cè)量頭的吸入管道，所述吸入管道包括在所述測(cè)量頭內(nèi)延伸的內(nèi)部部分并且至少在位于所述內(nèi)部部分中的一個(gè)位置處具有長(zhǎng)度L和最小直徑D，比值L/D2小于0.6mm-1。
文檔編號(hào)G01N1/10GK102288740SQ201110151250
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者D·-J·奈葉恩斯, D·拜恩斯 申請(qǐng)人:賀利氏電子耐特國(guó)際股份公司