本發(fā)明涉及一種落入式傳感器測(cè)量頭部，其具有前置浴熱電偶和反充凝固室。根據(jù)本發(fā)明的落入式傳感器允許對(duì)熔融金屬的浴溫和液態(tài)溫度進(jìn)行快速且精確的測(cè)量。

在煉鋼過(guò)程期間，氧氣與溶解在鋼鐵中的碳組合以去除碳，同時(shí)提供來(lái)自燃燒過(guò)程的熱。當(dāng)碳含量以及熔融金屬溫度是已知的時(shí)候，熔爐操作者可決定額外精煉的程度或結(jié)束這個(gè)過(guò)程。因此，具有關(guān)于液體金屬的溫度和碳含量?jī)烧叩目捎眯畔⑹怯欣摹?/p>

第3,559,452號(hào)美國(guó)專利案描述在轉(zhuǎn)爐過(guò)程期間鋼水中的碳確定的實(shí)用性和術(shù)語(yǔ)。慣例是采用一次性浸入式傳感器，例如第5,577,841號(hào)美國(guó)專利案中所公開的，所述傳感器附接到金屬支承槍，并由操作者手動(dòng)操控以獲得溫度和熱分析信息。在許多情況下，迅速接近鋼處理容器的內(nèi)部以便用一次性浸沒(méi)式測(cè)量傳感器接觸熔融金屬并因此確定金屬的溫度和碳含量嚴(yán)重受限。

已經(jīng)構(gòu)造出適用于轉(zhuǎn)爐過(guò)程的大型機(jī)械輔助槍，例如第4,141,249號(hào)美國(guó)專利案中所描述的那些，以浸入被專門設(shè)計(jì)成附接到這些輔助槍的多功能傳感器探頭，例如第2013/0098173號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)公開案中所描述的那些。然而，用輔助槍修改現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐需要較大的資金支出。一旦安裝好，在典型鋼鐵廠的工業(yè)環(huán)境中就難以進(jìn)行此設(shè)備的持續(xù)維護(hù)，從而增加了每次測(cè)量的成本。所有這些支出都是低成本鋼鐵生產(chǎn)的障礙。

已經(jīng)研發(fā)出落入式或拋入式裝置以避免輔助槍的較大資金投資。從在熔融金屬表面正上方的接近端口使這種測(cè)量裝置落入容器。這些裝置沿著將熱電偶輸出中繼到提供關(guān)于所實(shí)現(xiàn)的處理程度的數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程儀表的信號(hào)電纜移動(dòng)，由此使得操作者能夠判斷所需要的進(jìn)一步的程度。此類用于溫度測(cè)量或熱分析的裝置在第3,357,598號(hào)美國(guó)專利案和第3,463,005號(hào)美國(guó)專利案中描述。

從常規(guī)的落入式裝置獲得一致且可靠的熔融金屬傳感器信息的一個(gè)困難是確保已下落傳感器進(jìn)入鋼液，并在足以獲得所要測(cè)量值的持續(xù)時(shí)間內(nèi)保持浸沒(méi)。確切地說(shuō)，在精煉過(guò)程期間，大量熔渣浮在鋼水的頂部上，并且阻礙已下落裝置穿過(guò)礦渣層到熔融金屬中。如果鋼水的排出體積明顯大于被設(shè)計(jì)成浸入其中的落入式傳感器的部分的重量，那么傳感器將漂浮，而不是浸入。作用于浸入鋼水的物體的浮力將在向上方向上起作用，由此產(chǎn)生部分或完全在鋼液上方的漂浮位置。

傳統(tǒng)的認(rèn)識(shí)是當(dāng)熱電偶或到熱穩(wěn)定室的開口未被取向成最佳接觸鋼水時(shí)，這些傳感器的隨機(jī)下落在一些情況下可產(chǎn)生誤差。例如第3,574,598號(hào)美國(guó)專利案中所公開的側(cè)延伸熱電偶或例如第3,463,005號(hào)美國(guó)專利案所公開的側(cè)開放熱穩(wěn)定室可背對(duì)金屬，并因此經(jīng)歷由因?yàn)槠《鸬挠邢奕廴诮饘俳佑|、部分填充或完全未填充所導(dǎo)致的誤差。

在cn201041556中，到熱穩(wěn)定室的開口被定位成與浸入端相對(duì)。室由樹脂砂構(gòu)成，并被指定成軸向定位。由于它具有在它的內(nèi)壁上的凝固室的液體金屬，并且它的外壁直接暴露于熔槽，所以它將具有冷卻已經(jīng)進(jìn)入入口的金屬的低效熱容量。在凝固室未完全隔熱的情況下，熔融金屬槽可充當(dāng)熱泵，由此加熱室中的凝固質(zhì)量塊的液相并產(chǎn)生液態(tài)測(cè)量誤差。這些誤差的數(shù)目和量值在熔融金屬過(guò)熱增加時(shí)增加。在常規(guī)的感測(cè)中，通過(guò)在采樣時(shí)的熔融金屬的溫度和在它開始凝固時(shí)檢測(cè)到的溫度的差異確定過(guò)熱。當(dāng)室的一部分存在于主測(cè)量頭部的外部且與槽成熱連通時(shí)，它經(jīng)受了來(lái)自熔融金屬池的直接加熱，這大大降低了室材料的冷卻能力。電纜的出口通過(guò)金屬環(huán)而被固定到金屬頭部，但是在它的橫向移動(dòng)中不受限，這可在某些取向上損壞樹脂砂凝固室。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，這些裝置的改進(jìn)通常依賴于與液體熔渣的體積密度和鋼液的體積密度有關(guān)的裝置的體積密度，以便輔助裝置下降穿過(guò)熔渣到鋼中，同時(shí)提供朝向所要浸入方向的某一取向。本文中使用的體積密度意指總體密度，包含整個(gè)浸入裝置內(nèi)的傳感器組件和任何空隙以及對(duì)應(yīng)它浸沒(méi)的長(zhǎng)度的信號(hào)電纜。逐漸發(fā)展出第9,116,054號(hào)美國(guó)專利案中所示的每一配置中的多個(gè)橫截面，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)選的取向。也就是說(shuō)，只要測(cè)量頭部的稠密部分具有大于7g/cm3的表觀密度(確保測(cè)量元件的浸入需要)，總體積密度就可小于7g/cm3。由于鋼液的密度是固體鋼的約90％，所以需要感測(cè)元件的無(wú)大空隙截面的前部來(lái)提供此取向。因此，測(cè)量元件被定位在距離傳感器的前部表面一定距離處。然而，感測(cè)元件的確切位置是在前部表面處，這有利于最長(zhǎng)時(shí)間地暴露于待測(cè)量的鋼。

另外，有時(shí)，當(dāng)取向是正確的時(shí)候，也就是說(shuō)，當(dāng)將溫度傳感器放在金屬中時(shí)，并且在用液體金屬填充的熱穩(wěn)定室的情況下，有可能沒(méi)有獲得精確且可靠的測(cè)量值。第5,033,320號(hào)美國(guó)專利案描述冷卻室的質(zhì)量與凝固速率的必需關(guān)系以獲得精確的熱穩(wěn)定信息。盡管可在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到浴溫，但是凝固金屬需要更長(zhǎng)時(shí)間以達(dá)到融合釋放的潛熱和冷卻質(zhì)量的排熱之間的穩(wěn)定的熱平衡，并因此獲得液態(tài)高原期。從落入式傳感器釋放開始，拖尾信號(hào)電纜連續(xù)燃燒。有可能損壞拖尾信號(hào)電纜，從而在獲得具有更長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間的液態(tài)高原期之前前進(jìn)到故障狀態(tài)，例如經(jīng)歷高浴溫的故障狀態(tài)，并因此無(wú)法獲得所要測(cè)量值。這在本領(lǐng)域中并不新鮮。在先前裝置中已經(jīng)采用各種隔離性和保護(hù)性策略以通過(guò)用具有耐火材料的導(dǎo)管或紙板包圍離開測(cè)量頭部的信號(hào)電纜的一部分來(lái)延遲信號(hào)電纜的毀壞，例如在第3,374,122號(hào)美國(guó)專利案中。

盡管這種延遲是暫時(shí)的，但是第4,881,824號(hào)美國(guó)專利案提出當(dāng)測(cè)量頭部在它背對(duì)浸入端的端部上具有可調(diào)整紙板管狀浮標(biāo)，且引導(dǎo)信號(hào)電纜穿過(guò)此導(dǎo)管時(shí)，此類布置提供對(duì)信號(hào)電纜的充分保護(hù)以獲得所要測(cè)量值。同時(shí)，低密度材料還充當(dāng)平衡力，從而將測(cè)量頭部取向成并將它穩(wěn)定在面朝下的位置。確切地說(shuō)，第4,881,824號(hào)美國(guó)專利案的溫度和采樣裝置不具有凝固室，但是示出了“延伸”。根據(jù)第4,881,824號(hào)美國(guó)專利案的說(shuō)明書，低密度浮標(biāo)可沿著管的長(zhǎng)度調(diào)整，以確保傳感器將獲得適當(dāng)?shù)慕肷疃龋⑶腋?biāo)將使探頭維持在大體上筆直的位置，以免使引線觸碰熔融金屬的表面，這可損壞所述線。浮標(biāo)防止管傾斜。一旦浮標(biāo)遇到熔化物或熔渣，它將傾向于“校正”管。在浸入期間，可熔性連桿將熔化，并釋放將利用金屬線漂浮到表面上的艙，這允許樣品模具的獲取。

然而，實(shí)際上，熔渣體積在不同熱的范圍內(nèi)并在煉鋼過(guò)程期間變化，由此去除具有可調(diào)整浮標(biāo)的任何優(yōu)勢(shì)或原因。此延伸不是出于排出測(cè)量頭部的目的。單獨(dú)軟管是采樣器的通氣口，并且被設(shè)計(jì)成與測(cè)量頭部分離。第4,881,824號(hào)美國(guó)專利案的圖式(在說(shuō)明書中不存在尺寸)的簡(jiǎn)單比較示出了金屬部分比浮標(biāo)厚。即使浮標(biāo)沒(méi)有重量，但是組合也將不小于熔渣的密度，所述密度的值在所述說(shuō)明書中被低估。金屬部分具有比測(cè)量頭部更大的體積。

盡管浮標(biāo)應(yīng)該將傳感器元件中的測(cè)量裝置取向成向下位置，同時(shí)為拖尾信號(hào)電纜提供保護(hù)，但是這僅在單密度流體中如此。在通常的煉鋼容器中，其中在中間處理步驟處大約15％的氧化鐵包含于熔渣中，密度將為約3g/cm³，而鋼將具有接近7g/cm³的密度。裝備有浮標(biāo)的裝置的前部容積密度仍小于鋼液，但大于熔渣。附接到相對(duì)的浸入端的易浮材料應(yīng)該將傳感器取向在第一密度較低的液體層內(nèi)，但是浮標(biāo)的數(shù)量將不會(huì)迫使具有較低密度的測(cè)量頭部將其自身浸沒(méi)在第二密度較高的液體下方。

已發(fā)現(xiàn)，已下落傳感器的下落動(dòng)量對(duì)將測(cè)量元件定位在鋼鐵內(nèi)和填充碳室來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。一旦碳室填滿，就必須依賴于這個(gè)原位密度，也就是包含已填充凝固室的測(cè)量頭部密度，以在適合于確定浴溫的時(shí)間內(nèi)延遲傳感器的漂浮。經(jīng)適當(dāng)填充的凝固室可輸送正確的液態(tài)測(cè)量值，即使當(dāng)部分浸沒(méi)在液體金屬中時(shí)。

對(duì)落入式測(cè)量探頭的遞增改進(jìn)已經(jīng)去除了多個(gè)預(yù)期的故障模式。然而，這些技術(shù)中的多個(gè)僅適用于在轉(zhuǎn)爐過(guò)程結(jié)束時(shí)所利用的落入式裝置。這個(gè)教示內(nèi)容具有誤導(dǎo)性。在過(guò)程結(jié)束之后，即在吹塑過(guò)程期間，最需要測(cè)量溫度和碳含量。此時(shí)可實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程的調(diào)整。在中間測(cè)量時(shí)間，也就是在吹塑期間，存在許多條件，這增加了落入式傳感器穿過(guò)并傳遞到在合適深度處的金屬中以便獲取可靠測(cè)量值的難度。除了幾個(gè)先前提及的裝置之外，常規(guī)裝置中的大多數(shù)不存在解決了使用落入式傳感器以進(jìn)行“吹塑”測(cè)量的難題的改進(jìn)。

在脫碳快結(jié)束時(shí)，轉(zhuǎn)變成熔渣的氧化鐵的量增加，并因此減小黏度，從而實(shí)現(xiàn)更小的阻力、由乳化氣體的釋放導(dǎo)致的熔渣體積的減小，以及在吹塑結(jié)束時(shí)的液體的調(diào)平。所有這些益處并不可用于在吹塑時(shí)下落的那些傳感器。傳感器必須穿過(guò)的較大體積的熔渣和更加黏稠的熔渣延遲熱電偶對(duì)于鋼的暴露，并延遲凝固室的開放。先前采用的浮標(biāo)可阻礙測(cè)量頭部穿過(guò)熔渣。延遲穿過(guò)熔渣促使熔渣凍結(jié)到傳感器的金屬組件上，并因此增加表觀體積且降低體積密度。這個(gè)以及在吹塑期間大大增加的金屬表面的擾流將降低直立穩(wěn)定性，無(wú)論有沒(méi)有平衡浮標(biāo)。所要浸沒(méi)位置的保持受到嚴(yán)重?fù)p害。

本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種有成本效益的落入式傳感器，其在吹塑過(guò)程期間和在吹塑過(guò)程結(jié)束之前用于煉鋼容器中以提供浴溫和熱穩(wěn)定溫度。更具體地說(shuō)，為了改正常規(guī)裝置的不足并將落入式傳感器的實(shí)用性擴(kuò)展到“吹塑”測(cè)量，本發(fā)明利用簡(jiǎn)單的建構(gòu)以最大化總體測(cè)量頭部密度。根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量頭部還包含凝固室，其與熔槽和測(cè)量頭部的質(zhì)量塊兩者熱隔絕，由此產(chǎn)生冷卻質(zhì)量與采樣質(zhì)量的經(jīng)改進(jìn)比率，并因此促進(jìn)減少實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定液態(tài)高原期的時(shí)間。測(cè)量頭部的所有外表面被設(shè)計(jì)成最大化下降動(dòng)量，并且所有內(nèi)部空間經(jīng)最大化以在浸沒(méi)后最小化測(cè)量頭部的漂浮傾向。此外，本發(fā)明的測(cè)量頭部不利用浮標(biāo)。

在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明針對(duì)一種落入式探頭，其用于通過(guò)熔融金屬的樣品的熱分析確定相位改變，所述落入式探頭包含測(cè)量頭部、被布置在測(cè)量頭部?jī)?nèi)的樣品室，和具有到樣品室的入口開口的入口管。測(cè)量頭部包含為浸入端的第一端和具有端面的相對(duì)的第二端。測(cè)量頭部的主體由第一半主體和被配置成沿著分型線與第一半主體配合的第二半主體形成。樣品室與測(cè)量頭部的冷卻質(zhì)量塊熱隔絕，并且包含第一熱電偶，所述第一熱電偶具有包封在金屬壁內(nèi)的第一熱接合部。金屬壁具有2.5mm或更小的厚度。入口開口具有直徑dinlet，并且與測(cè)量頭部的第二端的端面間隔至少的距離。當(dāng)樣品室用熔融金屬的樣品填充時(shí)，容納在樣品室中的金屬的質(zhì)量與樣品室的金屬壁的質(zhì)量的比率大于2.6且小于6。

如下文中所描述的從屬權(quán)利要求包括優(yōu)選實(shí)施例。它的優(yōu)勢(shì)如下：在第一和第二半主體的配合配置中，在浸入端處的每一半主體的側(cè)軸和測(cè)量頭部的分型線相距一角度。入口開口的dinlet優(yōu)選地是15mm或更小。此外，落入式探頭可包括第二熱電偶，所述第二熱電偶具有在測(cè)量頭部的浸入端處的第二熱接合部。它還具有優(yōu)勢(shì)：落入式探頭包括從測(cè)量頭部的第二端出來(lái)的延伸管和延伸穿過(guò)延伸管并在出口開口處從其離開的信號(hào)電纜。延伸管可由選自由以下組成的群組的材料制成：金屬、塑料、橡膠、紙質(zhì)材料和紡織材料。在優(yōu)選的落入式探頭中，第一和第二半主體中的一個(gè)包含至少一個(gè)凹陷部，第一和第二半主體中的另一個(gè)包含至少一個(gè)突起隆脊，所述隆脊被配置成適配到至少一個(gè)凹陷部?jī)?nèi)。另外，第一和第二半主體可由鑄鐵制成。落入式探頭可進(jìn)一步包括附接到浸入端的封蓋。封蓋可由高密度聚合物制成。有利的是，樣品室具有底層和頂層，這兩者都由選自由以下組成的群組的材料構(gòu)成：樹脂砂、耐火粘固劑和陶瓷。入口管可由石英制成。如果落入式探頭進(jìn)一步包括定位在入口管內(nèi)的脫氧劑，那么它具有優(yōu)勢(shì)。優(yōu)選地，脫氧劑是鋁。另外，優(yōu)選的是，落入式探頭進(jìn)一步包括覆蓋入口開口的封蓋。封蓋可由鋼制成。

當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，將更好的理解上述概述以及本發(fā)明的以下詳細(xì)描述。出于說(shuō)明本發(fā)明的目的，附圖中示出了目前優(yōu)選的實(shí)施例。然而，應(yīng)理解，本發(fā)明不限于所示的精確布置和工具。

在附圖中：

-圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的測(cè)量頭部的一半的前正視圖；

-圖2是圖1中所示的測(cè)量頭部的一半的側(cè)視圖；

-圖2a是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的測(cè)量頭部的前正視圖；

-圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的測(cè)量裝置的應(yīng)用的總體示意圖；

-圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的測(cè)量頭部的凝固室組合件的前正視圖；以及

-圖5是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的測(cè)量頭部的一半前正視圖；以及

-圖6是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的測(cè)量頭部的一半的前橫截面圖。

本發(fā)明涉及一種落入式探頭3，其用于通過(guò)從鋼水槽獲得的樣品的熱分析確定相位改變。在使用時(shí)，如圖3中所示，下落裝置2被布置成在包含鋼水5的轉(zhuǎn)爐1的上方幾米處。下落裝置2是其中存儲(chǔ)落入式探頭3并且可在適當(dāng)時(shí)間分配探頭3的料斗型裝置。在使用時(shí)，落入式探頭3從存儲(chǔ)處自動(dòng)釋放，并下降穿過(guò)導(dǎo)引件4到冶金熔化容器中，例如轉(zhuǎn)爐1。落入式探頭3，且更具體地說(shuō)，落入式探頭3的測(cè)量頭部10，在穿過(guò)和穿入處于鋼水5上方的熔渣層6之后插入到鋼水5中。參考圖3，氧氣優(yōu)選地通過(guò)吹槍7而被吹到鋼水5中。落入式探頭3連接到信號(hào)電纜8，測(cè)量信號(hào)通過(guò)所述信號(hào)電纜8可通向合適的儀表(未示出)。在使用時(shí)，信號(hào)電纜8保持附接到分配器2和儀表。

在一個(gè)實(shí)施例中，如圖1中所示，本發(fā)明涉及一種測(cè)量裝置，且更具體地說(shuō)，涉及一種落入式探頭3，其具有測(cè)量頭部10，所述測(cè)量頭部10包括至少兩個(gè)部分或配合半部11和延伸管9。更具體地說(shuō)，測(cè)量頭部10的主體包含第一半主體11和被配置成沿著分型線46與第一半主體配合的第二半主體11(見圖2)。在測(cè)量頭部10的配對(duì)或組裝配置中，第一和第二半部11接合以使得它們的橫軸與測(cè)量頭部10的分型線46與延伸管9成一角度。因而，在組裝配置中，測(cè)量頭部10的外部42具有相對(duì)于分型線46的錐形形狀，以使得存在從測(cè)量頭部10的分型線46到測(cè)量頭部10的外表面42的拔模斜度(優(yōu)選地為約5°，且更具體地說(shuō)，為5°)。更具體地說(shuō)，在測(cè)量頭部10的第一端(即，浸入端)10a處，外表面42相對(duì)于測(cè)量頭部10的水平面p成約5°的角度，且更具體地說(shuō)，成5°的角度(見圖2a)。通過(guò)使用在第一和第二半部中的一個(gè)上提供的至少一個(gè)突起隆脊12，兩個(gè)半部相對(duì)于彼此的位置是固定的，所述突起隆脊12適配到在第一和第二半部11中的另一個(gè)的相對(duì)側(cè)面中形成的至少一個(gè)對(duì)應(yīng)的凹陷部中。優(yōu)選地，簡(jiǎn)單的粘合劑將兩個(gè)半部11粘合在一起，但是將理解，可替代地或另外采用其它緊固機(jī)構(gòu)，例如夾具、螺釘、環(huán)等等。優(yōu)選地，兩個(gè)半部11由鑄鐵制成。

測(cè)量頭部10優(yōu)選地包含為浸入端的第一端10a和具有端面15(在本文中也被稱作端面)的相對(duì)的第二端10b。軟墊封蓋16優(yōu)選地附接到浸入端10a。軟墊封蓋16優(yōu)選地由高密度聚合物制成。延伸管9在與浸入端10a相對(duì)的端面15處從測(cè)量頭部出來(lái)。引導(dǎo)信號(hào)電纜8穿過(guò)延伸管9并在出口開口9a處從其離開。延伸管9保護(hù)信號(hào)電纜8不會(huì)因?yàn)槿墼?或鋼水5而早早損壞。信號(hào)電纜8優(yōu)選地通過(guò)至少一個(gè)加壓夾13而固持在組裝測(cè)量頭部10內(nèi)。延伸管9可由例如鋼的金屬制成，或由塑料、橡膠、紙質(zhì)材料或紡織材料制成。優(yōu)選地，延伸管9由金屬制成。延伸管9可為堅(jiān)硬的或彈性的。

在測(cè)量頭部10內(nèi)組裝的是凝固室組合件19(在本文中也被稱作樣品室組合件)，如圖1和4中所示。樣品室組合件19優(yōu)選地包含凝固室20(在本文中也被稱作樣品室)。樣品室20是熱穩(wěn)定樣品室(即，樣品室20與測(cè)量頭部10的質(zhì)量塊熱隔絕)。樣品室20優(yōu)選地被布置成與測(cè)量頭部10的浸入端10a相對(duì)。為了將樣品室20與測(cè)量頭部10的冷卻質(zhì)量塊熱隔絕，室20包括單獨(dú)的金屬室壁26。更優(yōu)選地，室壁是管狀金屬壁26。優(yōu)選地，室壁26獨(dú)立于測(cè)量頭部10，并且包封第一熱電偶23，所述第一熱電偶23經(jīng)定位以測(cè)量熔融金屬樣品的凝固溫度。更具體地說(shuō)，第一熱電偶元件23的第一熱接合部23a伸出到樣品室20的內(nèi)部中，并且被包封在樣品室20的金屬壁26內(nèi)。優(yōu)選地，壁26具有2.5mm的最大厚度。

樣品室20優(yōu)選地具有底層24。樣品室20還優(yōu)選地具有頂層25。樣品室20還優(yōu)選地具有位于底層24下方的室熱電元件外殼21。樣品室20還優(yōu)選地具有定位在底層24上的墊圈44。室熱電元件外殼21和墊圈44支撐第一熱電偶元件23。底層24、頂層25和/或室熱電元件外殼21優(yōu)選地由低密度材料構(gòu)成，例如樹脂砂、耐火粘固劑、陶瓷或本領(lǐng)域中已知的類似材料。

測(cè)量頭部10優(yōu)選地進(jìn)一步包含入口管27。更優(yōu)選地，入口管27是樣品室組合件19的組件。入口管27優(yōu)選地從樣品室20的頂層25的表面開始延伸，并由所述表面支撐。優(yōu)選地，入口管27與樣品室20的內(nèi)部連通。入口管27的遠(yuǎn)端形成為入口開口30，熔融金屬可通過(guò)其進(jìn)入入口管27和樣品室20，并在入口管27和樣品室20中被接收。入口管27優(yōu)選地由石英制成。入口管27優(yōu)選地具備覆蓋入口開口30的入口蓋29。入口蓋29優(yōu)選地由鋼制成。

入口管27優(yōu)選地還與測(cè)量頭部10熱隔絕。優(yōu)選地，入口開口30與測(cè)量頭部10的第二端10b的端面15隔開。更優(yōu)選地，測(cè)量頭部10的第二端10b的端面15和入口開口28之間的距離d為至少其中dinlet表示入口開口30的直徑。在一個(gè)實(shí)施例中，入口直徑dinlet優(yōu)選地為15mm或更小，以使得入口開口30和測(cè)量頭部10之間的最小間隔距離d是7.5mm或更小。入口開口30和測(cè)量頭部10之間的此類距離避免熔融金屬在進(jìn)入樣品室20之前冷卻。在一個(gè)實(shí)施例中，脫氧劑28被定位在入口管27內(nèi)。優(yōu)選地，脫氧劑28是鋁脫氧劑，但是也可采用本領(lǐng)域中已知的其它脫氧劑。

樣品室20的內(nèi)部體積被定義為包含在室20內(nèi)的體積。更具體地說(shuō)，樣品室20的體積由室20的室壁26、底層24和頂層25限定。因此，可通過(guò)將室20的體積與填充室20的金屬的密度相乘來(lái)計(jì)算包含于室20中的金屬的質(zhì)量。出于這個(gè)計(jì)算的目的，優(yōu)選地，從樣品室20的體積的計(jì)算中減少熱電偶元件23自身占據(jù)的體積。優(yōu)選地，當(dāng)樣品室20用熔融金屬的樣品填充時(shí)，質(zhì)量比被定義為容納在樣品室20中的金屬的質(zhì)量和室20的金屬壁26的質(zhì)量之間的比率。優(yōu)選地，質(zhì)量比大于2.6且小于6(例如，)。

在測(cè)量頭部10的一個(gè)端部上，且更具體地說(shuō)，在浸入端10a處的是額外或第二熱電偶33，其中第二熱接合部33a經(jīng)定位以測(cè)量浴溫且被鋼蓋39覆蓋。包含電導(dǎo)體或引線的信號(hào)電纜8從測(cè)量頭部10延伸到儀表，以中繼第一凝固熱電偶元件23的輸出(即沿著引線22a和22b)和第二熱電偶元件33的輸出(即沿著引線32a和32b)。隨后，儀表可顯示浴溫和凝固溫度，并因此顯示熔融金屬的碳含量。信號(hào)電纜8傳導(dǎo)裝置可為單個(gè)配對(duì)傳導(dǎo)裝置，或可具有共同傳導(dǎo)裝置。信號(hào)電纜8、輸出、接收連接件和儀表在本領(lǐng)域中已知。

在測(cè)量頭部10浸入在熔融金屬中期間，保護(hù)性封蓋29、16、39熔化，由此將熱電偶元件33暴露于熔融金屬，并將入口開口30暴露于到凝固室20的入口管27。從自液體槽采樣的凝固金屬質(zhì)量塊獲得熱穩(wěn)定溫度，所述液體槽包含在凝固室20內(nèi)，熱穩(wěn)定溫度用于計(jì)算液體金屬的碳含量。到凝固室20的入口開口30被定位成與浸入方向(即，浸入端10a)相對(duì)，而浴熱電偶33面朝浸入方向(即，浸入端10a)。在獲得結(jié)果之后，從分配器裝置2中釋放信號(hào)電纜8，并且整個(gè)落入式探頭裝置3被液體金屬毀掉。

本發(fā)明的另一方面是浴熱電偶33外殼和凝固室20兩者位于兩部分測(cè)量頭部10內(nèi)，所述兩部分測(cè)量頭部10沿著它的縱向軸線分離以使得當(dāng)兩個(gè)部分11配合時(shí)，所有內(nèi)部組件被固定在適當(dāng)位置而不需要粘合劑，由此產(chǎn)生組裝裝置3的廉價(jià)方式。確切地說(shuō)，優(yōu)選地不使用粘合劑將凝固室組合件19放置在測(cè)量頭部10內(nèi)，如圖1中所示，所述凝固室組合件19包括凝固室20、凝固熱電偶元件23、室壁26、頂層25、底層24和入口管27。優(yōu)選地，如所構(gòu)造的，樣品室組合件19的所有組件可位于兩部分測(cè)量頭部10內(nèi)，其中凝固室組合件19的組件和測(cè)量頭部10的壁之間具有最小自由空間(即，空隙)，同時(shí)由于樣品室20和測(cè)量頭部10的其余部分的分離而仍確保樣品室20與測(cè)量頭部10的冷卻質(zhì)量塊的熱隔絕。因此，不需要背部填充或空間占據(jù)材料來(lái)占據(jù)空隙和最大化表觀密度，如常規(guī)裝置中所利用的，并因此大大改進(jìn)組合件的經(jīng)濟(jì)性。

在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，凝固室20適應(yīng)性地由形成室20的底層24的熱電偶元件23、單獨(dú)的金屬室壁26和支撐金屬流入部件(即，入口管27)的頂層組件25組成。室壁26的質(zhì)量可通過(guò)以截面的方式或均勻地變化它的壁厚來(lái)選擇。因而，室壁26的冷卻能力和室20的體積兩者可經(jīng)調(diào)整以適應(yīng)在鋼鐵行業(yè)中遇到的用于制造不同化學(xué)等級(jí)的鋼鐵的不同吹塑操作，同時(shí)還維持所采樣的金屬的冷卻能力和質(zhì)量的目標(biāo)質(zhì)量比。維持測(cè)量頭部10的目標(biāo)質(zhì)量比和熱隔絕提供增加的精確性，這是由于在廣泛范圍的過(guò)熱下在最小時(shí)間量中獲得的穩(wěn)定和超長(zhǎng)熱穩(wěn)定溫度。現(xiàn)在，凝固室20的優(yōu)化是可能的，而不用測(cè)量頭部的重新裝備或多個(gè)配置，由此增加了構(gòu)造的經(jīng)濟(jì)性。

在圖5中所示的另一實(shí)施例中，落入式傳感器200包括兩部分配合金屬外殼211(其中另一配合半部未示出)。每一配合半部211具有從半部11的配合對(duì)的相應(yīng)側(cè)去除的輪廓219，由此產(chǎn)生浴熱電偶233的貯存器215。來(lái)自測(cè)量熱電元件的引線電連接到信號(hào)電纜208。信號(hào)電纜208在出口開口209a處離開延伸管209。電纜夾213鄰接延伸管209的擴(kuò)口端，所述擴(kuò)口端隨后又固持在經(jīng)配合或組裝測(cè)量頭部210的空腔內(nèi)。

貯存器215優(yōu)選地被金屬蓋218覆蓋。從由入口部分227形成的側(cè)開口231填充凝固室216。入口部分227優(yōu)選地由樹脂砂制成。入口部分227優(yōu)選地包含脫氧劑228。入口部分227優(yōu)選地由鋼蓋229封閉。鋼蓋229可或可不被較小的紙盤(未示出)覆蓋。入口開口231的最外部分到測(cè)量頭部210的鄰近金屬部分的最小距離優(yōu)選地大于入口開口231的直徑的一半。包含樣品室216和支撐另一熱電偶元件223的室外殼221的室熱電元件組合件240被布置具有測(cè)量頭部210。室外殼221、樣品室216的頂層224和樣品室216的底層225優(yōu)選地由低密度材料構(gòu)成，例如樹脂砂、耐火粘固劑、陶瓷或本領(lǐng)域中已知的類似材料。具有引線222a和222b的熱電偶元件223具有熱接合部223a，所述熱接合部223a從大體上圓柱形的鋼鐵室壁226中的開口延伸到樣品室216中。

凝固室216的內(nèi)部體積被定義為包含在室216內(nèi)、在室216的室壁226、底層225和頂層224之間的體積?？赏ㄟ^(guò)在減去被延伸熱電偶元件223和外殼221排出的體積的情況下，將室216的體積與填充室216的金屬的密度相乘來(lái)計(jì)算包含于室216中的金屬的質(zhì)量。優(yōu)選地，所采樣的金屬的體積和室壁226的質(zhì)量之間的質(zhì)量比大于2.6且小于6(即，)。

不使用粘合劑將凝固室組合件220放置在測(cè)量頭部210內(nèi)，所述凝固室組合件220包括樣品室216、熱電偶元件226、室壁226、頂層224、底層225和入口組件227。如所構(gòu)造的，所有組件可位于兩部分測(cè)量頭部210內(nèi)，其中凝固室組合件220的組件和測(cè)量頭部210的壁之間具有最小自由空間(即，空隙)，同時(shí)仍確保樣品室216與測(cè)量頭部210的冷卻質(zhì)量塊的熱隔絕。因此，不需要背部填充或空間占據(jù)材料來(lái)占據(jù)空隙和最大化表觀密度，如常規(guī)裝置中所利用的，并因此大大改進(jìn)組合件的經(jīng)濟(jì)性。

在圖4中所示的本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，測(cè)量頭部300包括兩個(gè)金屬組件311和353，它們?cè)诳v向方向上配合在一起，以及固著板352。這兩個(gè)金屬組件311、353優(yōu)選地由鑄鐵制成，但是可替代地由鑄鐵和鋼制成或?yàn)殍T鐵和鋼的組合物。圓形固著板352壓配合在圓柱形組件353內(nèi)，并因此形成用于熱電元件組合件330的空腔。將理解，可采用其它附接機(jī)構(gòu)(例如，粘合劑、緊固件等等)以將固著板352固定在圓柱形組件353內(nèi)。圓形固著板352優(yōu)選地由金屬制成。延伸管309固定到板352。延伸管309優(yōu)選地由鋼制成。信號(hào)電纜308延伸穿過(guò)延伸管309并在最外出口309a處從其離開。信號(hào)電纜308將熱電元件引線332a、332b、322a和322b的輸出中繼到遠(yuǎn)程儀表，并通過(guò)電纜夾313而保持在圓柱形組件353內(nèi)。熱電元件333被定位在與測(cè)量頭部310的浸入端310a相對(duì)的測(cè)量頭部310的端部的端面315上。熱電元件333優(yōu)選地被鋼蓋339覆蓋。熱電元件333優(yōu)選地由熱電元件組合件330支撐。熱電元件333優(yōu)選地被材料351灌封。灌封材料351優(yōu)選地是樹脂砂，但是可為粘固劑型材料。

包含凝固室331的凝固室組合件320被布置在測(cè)量頭部部分311內(nèi)。熱電元件323，且更具體地說(shuō)，熱電偶元件323的熱接合部323a延伸到室331中，并且由室外殼321和頂層部件324支撐。與頂層324相對(duì)的是底層部件325。室外殼321、頂層324和底層325優(yōu)選地由低密度材料制成，例如樹脂砂、陶瓷、耐火粘固劑或本領(lǐng)域中已知的類似材料。大體上圓柱形的室壁326粘附在測(cè)量頭部311內(nèi)，并與測(cè)量頭部311間隔一個(gè)小間隙。入口組件327從測(cè)量頭部311中的淺空腔319延伸到室壁中的開口。入口組件327優(yōu)選地由石英制成。從空腔319的基底到入口組件327的最外遠(yuǎn)端(即，入口開口327a)的最小距離優(yōu)選地是入口開口的直徑的至少一半(即，)。入口開口327a優(yōu)選地由鋼蓋329封閉。入口組件327優(yōu)選地包含脫氧劑328。脫氧劑328優(yōu)選地是鋁。入口蓋329可或可不被較小的紙盤(未示出)覆蓋。

凝固室331的內(nèi)部體積被定義為包含在室331內(nèi)、在室331的室壁326、底層325和頂層324之間的體積?？赏ㄟ^(guò)在減去被延伸熱電偶元件323排出的體積的情況下，將室331的體積與填充室331的金屬的密度相乘來(lái)計(jì)算包含于室331中的金屬的質(zhì)量。優(yōu)選地，所采樣的金屬的體積和室壁326的質(zhì)量之間的質(zhì)量比大于2.6且小于6(即，)。

本發(fā)明允許在煉鋼轉(zhuǎn)爐中在吹塑條件下進(jìn)行精確的浴溫和精確的浴碳測(cè)量。根據(jù)本發(fā)明的熱穩(wěn)定室設(shè)計(jì)的額外益處是金屬樣品在樣品室20、216、331中的快速填充和凝固，由此在優(yōu)選地小于六秒內(nèi)(遠(yuǎn)低于信號(hào)電纜8、208、308的使用期限)產(chǎn)生液態(tài)和浴碳測(cè)量值。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，可在不脫離上述實(shí)施例的廣泛的發(fā)明概念的情況下，對(duì)它們做出改變。因此應(yīng)理解，本發(fā)明不限于所公開的具體實(shí)施例，但是希望將修改涵蓋在如由所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。