專利名稱：一種五功能轉(zhuǎn)爐副槍用復(fù)合探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及轉(zhuǎn)爐煉鋼測量領(lǐng)域，特別是涉及一種轉(zhuǎn)爐副槍用復(fù)合探頭。
技術(shù)背景計(jì)算機(jī)在線快速分析技術(shù)正在迅速發(fā)展，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在轉(zhuǎn)爐煉鋼中的廣泛應(yīng)用，對(duì) 轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)的冶金物理化學(xué)反應(yīng)參數(shù)的釆集，提出了更高、更多、更新的要求。在轉(zhuǎn)爐煉鋼過 程中的各種冶金物理化學(xué)反應(yīng)都是以秒的速度在進(jìn)行，尤其是轉(zhuǎn)爐吹煉過程中和終點(diǎn)的碳溫 雙命中率及鋼水液面測量參數(shù)，完全取決于轉(zhuǎn)爐副槍用復(fù)合探頭的采集功能和釆集數(shù)據(jù)的穩(wěn) 定性及可靠性。目前國內(nèi)外轉(zhuǎn)爐副槍用復(fù)合探頭主要有兩種功能型號(hào) 一種型號(hào)是TCS，即包括鋼水測溫(T)、鋼水取樣(S)、鋼水結(jié)晶定碳(C)三種數(shù)據(jù)采集功能；第二種是T0S， 即包括鋼水測溫(T)、鋼水取樣(S)、鋼水測氧(0)三種數(shù)據(jù)采集功能。TCS復(fù)合探頭和T0S復(fù)合探頭的功能是有限的。在轉(zhuǎn)爐中使用復(fù)合探頭進(jìn)行動(dòng)態(tài)測量的過 程中，需要在同一時(shí)間、同一條件下，配備相關(guān)的計(jì)算機(jī)分析系統(tǒng)，并同時(shí)包括TS0CL (即 鋼水測溫、鋼水取樣、鋼水測氧、鋼水結(jié)晶定碳和鋼水液面測量)五項(xiàng)數(shù)據(jù)采集功能，目前 國內(nèi)外市場所使用的轉(zhuǎn)爐副槍用復(fù)合探頭滿足不了以上功能要求。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種五功能轉(zhuǎn)爐副槍用復(fù)合探頭，該復(fù)合探頭 包括鋼水測溫、鋼水取樣、鋼水測氧、鋼水結(jié)晶定碳和鋼水液面測量五項(xiàng)數(shù)據(jù)采集功能，能 夠滿足轉(zhuǎn)爐中動(dòng)態(tài)測量的需要。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是包括鋼水測溫、取樣、結(jié)晶定碳和測氧部件，還包括 鋼水液面測量部件。這些部件中液面測量電極、測溫元件、測氧傳感器、鋼水取樣器、鋼 管和探頭耐火座擠壓裝進(jìn)外套管內(nèi)腔中的左部，且由外罩保護(hù)；定碳定位座、鋼水進(jìn)入管、 結(jié)晶定碳熔池、測碳元件和保護(hù)管擠壓裝進(jìn)外套管內(nèi)腔中的中部；信號(hào)輸出插件裝在外套管 內(nèi)腔中的右部。本實(shí)用新型采用五功能一體化設(shè)計(jì)，五功能各組件均采用集成方式，然后由獨(dú)立的分組 件再集成一體化的整體組件。本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)優(yōu)化了五功能轉(zhuǎn)爐副槍用復(fù)合探頭的結(jié)構(gòu)， 提高了該復(fù)合探頭的精度，保證了其質(zhì)量。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，還具有以下優(yōu)點(diǎn)1、 功能多，測量的復(fù)合參數(shù)多，測量的重復(fù)性好，響應(yīng)時(shí)間快，采樣時(shí)間在20秒以內(nèi)， 鋼水成份檢測技術(shù)水平高，適應(yīng)大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)算速度和響應(yīng)時(shí)間，精確度高。2、 有利于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)品種鋼材，特別是對(duì)冶煉精品和科技含量鋼種，提供快速精確的在線 檢測。有利于我國煉鋼從煉粗鋼向精品鋼的快速轉(zhuǎn)變。3、 有利于降低煉鋼成本、縮短冶煉時(shí)間、提高經(jīng)濟(jì)效益。4、有利于節(jié)能降耗，不污染環(huán)境，屬環(huán)保節(jié)能產(chǎn)品。

圖1是五功能轉(zhuǎn)爐副槍用復(fù)合探頭結(jié)構(gòu)示意圖。圖l各部件序號(hào)表示1.鋼保護(hù)帽；2.液面測量電極；3.測溫元件；4.測氧傳感器 5.鋼水取樣盒；6.定碳定位座；7.鋼水進(jìn)入管；8.結(jié)晶定碳熔池9.固定管；10.信號(hào) 輸出塑料插件；11.外管套；12.鋼管；13.探頭耐火座；14.測碳元件；15.保護(hù)管；16. 中套管；17.內(nèi)套管；18.套管；19.尾管。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，但不限定本實(shí)用新型。本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)及型態(tài)設(shè)計(jì)，以及功能部件安裝連接位置如圖l所示包括鋼水測溫、 取樣、結(jié)晶定碳和測氧部件，還包括鋼水液面測量部件。這些部件中液面測量電極2、測溫元件3、測氧傳感器4、鋼水取樣器5、鋼管12和探頭耐火座13為一體設(shè)計(jì)的五功能轉(zhuǎn)爐 副槍用復(fù)合探頭頭部主要部件，擠壓裝進(jìn)外套管ll內(nèi)腔中的左部，且由外罩保護(hù)。定碳定位 座6、鋼水進(jìn)入管7、結(jié)晶定碳熔池8、測碳元件14和保護(hù)管15為一體設(shè)計(jì)的結(jié)晶定碳組件， 將其擠壓裝進(jìn)外套管11內(nèi)腔中的屮部。通往計(jì)算機(jī)的信號(hào)輸出插件10裝在外套管11內(nèi)腔中 的右部。上述的測溫元件3、測氧傳感器4、鋼水取樣盒5、液面電極都可以安放在同一個(gè)鋼管12 內(nèi)，這樣便于在同樣的條件下進(jìn)行五種數(shù)據(jù)的采集，確保了采集數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可靠性。上述的探頭耐火座13設(shè)有幾個(gè)插孔，這些插孔分別與液面測量電極2、測溫元件3、測 氧傳感器4和鋼水取樣盒5對(duì)應(yīng)相連。探頭耐火座13與鋼管12固定套連，該鋼管可由水泥 粘接在外管套ii的內(nèi)壁上。其中液面測量電極2，功能是測量鋼水液面用，材質(zhì)是鋼棒。 測溫元件3為溫度測量熱電偶，其包括測溫?zé)犭娕己脱a(bǔ)償導(dǎo)線，測溫元件3的功能是測量鋼 水溫度用，測溫?zé)犭娕嫉牟馁|(zhì)是鉑銠熱電偶絲。測氧傳感器4，其包括氧電池、氧電極金屬 管、氧信號(hào)線，其功能是測量鋼水的氧含量，其材質(zhì)可以是鋯陶瓷。鋼水取樣盒5，功能是 取鋼水樣塊用，材質(zhì)是鋼板。鋼管12和探頭耐火座13 —起可以保護(hù)液面測量電極2、測溫 元件3、測氧傳感器4和鋼水取樣盒5不被燒蝕。定碳定位座6和探頭耐火座13均可以由樹 脂砂燒制而成。上述的定碳定位座6可由水泥粘接在結(jié)晶定碳熔池8的左端頭上。定碳定位座6是固定 測碳元件14的基座，二者可由水泥粘接。測碳元件14伸入結(jié)晶定碳熔池8的內(nèi)腔中；觀喊 元件14由定碳熱電偶絲和石英管組成，定碳熱電偶絲裝入石英管中。結(jié)晶定碳熔池8材質(zhì)是 鋼管，其套入保護(hù)管15。保護(hù)管15的材質(zhì)為黃板紙。上述的鋼水進(jìn)入管7呈漏斗狀，其管體依次穿過外管套ll、中套管16、保護(hù)管15，且由 水泥粘接；其進(jìn)口處與外管套ll持平，出口處則與結(jié)晶定碳熔池8的內(nèi)腔連通，這樣鋼水就可以由鋼水進(jìn)入管7進(jìn)入結(jié)晶定碳熔池8。上述的信號(hào)輸出插件10裝在固定管9的端頭上，用鋼釘定位。固定管9的左部分固定在 內(nèi)套管17中，固定管9的右部分伸入套管18的孔中。內(nèi)套管17與位于外管套11內(nèi)腔中的 中套管16套連。外管套11與中套管16之間、中套管16與內(nèi)套管17之間、內(nèi)套管17與固 定管9之間均采用鋼釘定位。保護(hù)管15采用鋼釘定位在中套管16的左部內(nèi)腔中，套管18采 用鋼釘定位在外管套11的右部內(nèi)腔中。固定管9、中套管16、內(nèi)套管17的功能是對(duì)信號(hào)輸 出插件10進(jìn)行定位。信號(hào)輸出插件10的材質(zhì)為聚炳稀塑料，其引出線為圓孔設(shè)計(jì)，導(dǎo)線從 孔中穿過并經(jīng)過固定。固定管9、外管套11、保護(hù)管15、中套管16、內(nèi)套管17、套管18和尾管19的材質(zhì)均為 黃板紙，或依據(jù)實(shí)際需要采用其它材料制成。上述的外罩是鋼保護(hù)帽l，其在對(duì)抗熱沖擊及保護(hù)復(fù)合探頭頭部起著重要作用，常規(guī)的探 頭沒有這種設(shè)計(jì)；其由水泥粘接在外管套11的左端頭上。在外管套11的右端頭上裝有尾管 19，用鋼釘定位。尾管19可以防治鋼渣進(jìn)入。下面簡述本實(shí)用新型的各組件的工作原理。1. 鋼水溫度測量組件(以T來表示)該測溫組件包括測溫元件3和石英管。工作原理當(dāng)測溫?zé)犭娕歼M(jìn)入鋼水后，該熱電偶 的熱端與冷端產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢，溫差電動(dòng)勢經(jīng)補(bǔ)償線傳至計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算并轉(zhuǎn)換成數(shù)字溫度 信號(hào)顯示。該溫度測量組件的測溫范圍在1250'C 180(TC，溫度測量值穩(wěn)定可靠、重復(fù)性好。目前市場上的產(chǎn)品將熱電偶元件直接放于耐火頭中，制作過程復(fù)雜，產(chǎn)品質(zhì)量控制準(zhǔn)度 大，成品率低。2. 鋼水取樣組件(以S來表示)該組件包括鋼水取樣盒5、石英管、鋼保護(hù)帽l。工作原理當(dāng)復(fù)合探頭進(jìn)入鋼水后，鋼 保護(hù)帽l熔化，此時(shí)鋼水取樣盒5進(jìn)入鋼水約400mni，鋼水產(chǎn)生正向壓力，鋼水在正壓的作 用下進(jìn)入冷態(tài)的鋼水取樣盒5，并在幾秒鐘內(nèi)冷卻固化成固態(tài)鋼。復(fù)合探頭從鋼水中取出后， 打開鋼水取樣盒5，從中取出鋼樣塊進(jìn)行化驗(yàn)分析。本組件結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠、取樣率高。目前市場上的鋼水取器采用單獨(dú)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，影響測成 率，并且采用高價(jià)值耐材包裹，增加了成本。3. 鋼水氧活度測量組件(以0來表示)該組件包括測氧傳感器4、鋼保護(hù)帽1。工作原理測氧傳感器4的氧電池上裝有Cr基 參比電極，當(dāng)鋼保護(hù)帽l熔化后，測氧傳感器4的氧電池接觸鋼水，氧化鋯電池產(chǎn)生氧濃差 擴(kuò)散與平衡。氧電池與鋼水氧分壓發(fā)生變化時(shí)產(chǎn)生氧電勢，并由導(dǎo)線輸出至計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算， 顯示計(jì)算出氧含量的參數(shù)值。本實(shí)用新型是將氧傳感器置于樹脂砂與金屬管中進(jìn)行固化，在 鋼水中不受鋼水高溫?zé)g，保證了測成率和提高了測量精度。目前市場上的產(chǎn)品，氧電池沒有本設(shè)計(jì)，直接將氧電池置于耐火頭中，在高溫鋼水中易受損，影響測成率和測量精度。本實(shí)用新型的氧正極回路采用一體化設(shè)計(jì)，確保信號(hào)回路的 可靠性和穩(wěn)定性。常規(guī)的氧正極回路采用分離設(shè)計(jì)，正極回路與保護(hù)鋼帽分離。4. 鋼水結(jié)晶定碳測量組件(以C來表示)本組件采用組件式錐型鋼水進(jìn)口設(shè)計(jì)，包括鋼水進(jìn)入管7、結(jié)晶定碳熔池8、測碳元件14。工作原理當(dāng)該復(fù)合探頭插入鋼水熔池后，結(jié)晶定碳熔池8進(jìn)入鋼水，鋼水進(jìn)入熔池后，由 液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)。此時(shí)，測碳元件14依據(jù)結(jié)晶液相線定碳原理開始測量。其模擬量信號(hào)傳輸?shù)?計(jì)算機(jī)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，在計(jì)算機(jī)上顯示數(shù)字碳含量值。鋼水結(jié)晶定碳是利用鋼水液相線與凝固溫度的關(guān)系式來進(jìn)行測碳的。鋼水進(jìn)入管7為漏 斗狀，增加了鋼水進(jìn)口壓力和流量，鋼水能夠快速進(jìn)入結(jié)晶定碳熔池8，確保結(jié)晶定碳熔池8 的鋼水的進(jìn)入量，對(duì)于提高結(jié)晶定碳的測成率有著重要作用。目前市場上的產(chǎn)品采用直石英 管，在同樣壓力情況下比錐管鋼水流量要小，影響測成率。5. 鋼水液面測量組件(以L來表示)本組件采用電極式液面測量組件，包括液面測量電極2和鋼管12 (鋼管12是金屬保護(hù)管 具有液面正電極)，即兩個(gè)金屬導(dǎo)體。工作原理當(dāng)該復(fù)合探頭插入鋼水熔池后，鋼保護(hù)帽l被熔化。兩個(gè)液面測量電極2和 鋼管12在開路的條件下不發(fā)送信號(hào)，當(dāng)該液面測量電極2和鋼管12接觸鋼水后，形成短路 信號(hào)，并由液面測量電極2和鋼管12將短路信號(hào)發(fā)送至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)上就能顯示出鋼水液 面值。本組件，采樣值穩(wěn)定可靠。目前市場上的產(chǎn)品，液面探頭需單獨(dú)一支探頭測量，增加了 煉鋼成本。本實(shí)用新型的功能按鋼廠工藝需求，可分別組裝為TCSSL、 T0SSL、 TCS、 T0S、 TS等復(fù)合 探頭產(chǎn)品。以滿足冶煉品種鋼的需求。五功能復(fù)合探頭測量工作過程煉鋼操作工依據(jù)工藝程序，啟動(dòng)計(jì)算機(jī)探頭測量程序， 探頭按設(shè)定值插入鋼水中，此時(shí)，測溫、測氧、測碳、測液面、取樣5個(gè)參數(shù)同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù) 采集，并將數(shù)據(jù)信息傳給計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)同步跟蹤信息并進(jìn)行分析處理，當(dāng)數(shù)據(jù)信息符合要 求時(shí)，計(jì)算機(jī)自動(dòng)鎖定有效數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算分別顯示溫度值、碳值、氧含量值。全過程時(shí)間 20秒內(nèi)完成。探頭從鋼水中提出后，再取出鋼樣送至化驗(yàn)室進(jìn)行分析。
權(quán)利要求1. 一種五功能轉(zhuǎn)爐副槍用復(fù)合探頭，包括鋼水測溫、取樣、結(jié)晶定碳和測氧部件，其特征是還包括鋼水液面測量部件，這些部件中液面測量電極(2)、測溫元件(3)、測氧傳感器(4)、鋼水取樣器(5)、鋼管(12)和探頭耐火座(13)擠壓裝進(jìn)外套管(11)內(nèi)腔中的左部，且由外罩保護(hù)；定碳定位座(6)、鋼水進(jìn)入管(7)、結(jié)晶定碳熔池(8)、測碳元件(14)和保護(hù)管(15)擠壓裝進(jìn)外套管(11)內(nèi)腔中的中部；通往計(jì)算機(jī)的信號(hào)輸出插件(10)裝在外套管(11)內(nèi)腔中的右部。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種五功能轉(zhuǎn)爐副槍用復(fù)合探頭，其特征在于液面測量電極(2)、 測溫元件(3)、測氧傳感器(4)和鋼水取樣盒(5)分別與探頭耐火座(13)的插孔相連， 探頭耐火座(13)與鋼管(12)固定套連，該鋼管由水泥粘接在外管套(11)的內(nèi)壁上。
3. 如權(quán)利要求l所述的一種五功能轉(zhuǎn)爐副槍用復(fù)合探頭，其特征在于定碳定位座(6) 由水泥粘接在結(jié)晶定碳熔池(8)的左端頭上；定碳定位座(6)是固定測碳元件(14)的基 座，二者由水泥粘接；測碳元件(14)伸入結(jié)晶定碳熔池(8)的內(nèi)腔中，結(jié)晶定碳熔池(8) 套入保護(hù)管(15)。
4. 如權(quán)利要求3所述的一種五功能轉(zhuǎn)爐副槍用復(fù)合探頭，其特征在于測碳元件(14) 由定碳熱電偶絲和石英管組成，定碳熱電偶絲裝入石英管中。
5. 如權(quán)利要求l所述的一種五功能轉(zhuǎn)爐副槍用復(fù)合探頭，其特征在于呈漏斗狀的鋼水 進(jìn)入管(7)，其管體依次穿過外管套(11)、中套管(16)、保護(hù)管(15)，且由水泥粘接；其 進(jìn)口處與外管套(11)持平；其出口處與結(jié)晶定碳熔池(8)的內(nèi)腔連通。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種五功能轉(zhuǎn)爐副槍用復(fù)合探頭，其特征在于:信號(hào)輸出插件(丄O)裝在固定管(9)的端頭上，用鋼釘定位；固定管(9)的左部分固定在內(nèi)套管(17)中，固 定管(9)的右部分伸入套管(18)的孔中；內(nèi)套管(17)與位于外管套(11)內(nèi)腔中的中套 管(16)套連。
7. 如權(quán)利要求6所述的一種五功能轉(zhuǎn)爐副槍用復(fù)合探頭，其特征在于外管套(11)與中套管(16)之間、中套管(16)與內(nèi)套管(17)之間、內(nèi)套管(17)與固定管(9)之間均 采用鋼釘定位，保護(hù)管(15)采用鋼釘定位在中套管(16)的左部內(nèi)腔中，套管(18)采用 鋼釘定位在外管套(11)的右部內(nèi)腔中。
8. 如權(quán)利要求1所述的一種五功能轉(zhuǎn)爐副槍用復(fù)合探頭，其特征在于外罩是鋼保護(hù)帽 (1)，其由水泥粘接在外管套(11)的左端頭上。
9. 如權(quán)利要求l所述的一種五功能轉(zhuǎn)爐副槍用復(fù)合探頭，其特征在于在外管套(11)的右端頭上裝有尾管(19)，采用鋼釘定位。
專利摘要本實(shí)用新型提供了五功能轉(zhuǎn)爐副槍用復(fù)合探頭，其包括鋼水測溫、取樣、結(jié)晶定碳、測氧和鋼水液面測量部件，其中液面測量電極(2)、測溫元件(3)、測氧傳感器(4)、鋼水取樣器(5)、鋼管(12)和探頭耐火座(13)擠壓裝進(jìn)外套管(11)內(nèi)腔中的左部，且由外罩保護(hù)；定碳定位座(6)、鋼水進(jìn)入管(7)、結(jié)晶定碳熔池(8)、測碳元件(14)和保護(hù)管(15)擠壓裝進(jìn)外套管內(nèi)腔中的中部；通往計(jì)算機(jī)的信號(hào)輸出插件(10)裝在外套管內(nèi)腔中的右部。本實(shí)用新型功能較多，有利于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)品種鋼材，特別是對(duì)冶煉精品和科技含量鋼種提供快速精確的在線檢測；有利于降低煉鋼成本、縮短冶煉時(shí)間、節(jié)能降耗，不污染環(huán)境，屬環(huán)保節(jié)能產(chǎn)品。
文檔編號(hào)C21C5/46GK201089774SQ20072008610
公開日2008年7月23日 申請(qǐng)日期2007年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月24日
發(fā)明者付登喜, 黃永進(jìn) 申請(qǐng)人:黃永進(jìn);付登喜