钢水温度快速响应红外连续测量装置制造方法及图纸

一种钢水温度快速响应红外连续测量装置，包括测温管９、测温枪５，在测温管上开口端封装有筒状锥轴连接器６；测温枪的上部空腔中央安装有测量探头３；测温枪的上端出口端与一保护性金属软管连接，金属软管既为冷却气体输送通道又为光缆及通信、动力电缆的敷设通道；测温枪上部内测量探头保护外壳外的四周空腔为冷却气道；测温枪的中部设有带气体隔环的测量定位器１６，筒状测量定位器联在气体隔环的下面，在测量定位器与气体隔环联接处开有多个出气孔；在隔环中心环口旋有细管状导流管７，锥轴连接器６套插在测量定位器内。本发明专利技术采用导流测温枪、单层高导温测温管的独特功能，实现了测温管免烘烤、响应速度快、动态测量精度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种熔池中钢水温度的测量装置。
技术介绍
目前钢厂普遍采用人工插入“一次性快速热偶”的方式对钢水温度进行测量，该方式属于间歇式测量，测量间隔时间为5～10分钟，每次测量以消耗一只贵金属(铂金)热电偶为代价。由于生产过程中钢水表面结渣，当渣层较厚时则无法将热电偶插进钢水，导致测量上存在时间盲区、影响生产控制甚至导致生产事故的发生。该测量方式成本高；劳动强度大；不利于实现冶金生产的涉温自动控制。钢水连续测温是替代快速热偶测温技术的发展趋势，目前国内的少数钢厂，特别是在特钢及薄板坯生产领域已有所应用。钢水连续测温分为①热电偶连续测温；②红外连续测温。“热电偶连续测温”——基于热电动势效应的钢水连续测温方式。已有60余年的发展历史，典型文献专利号为98227343.6的《一种用于炼钢炉内钢水连续测温热电偶》。文献专利号为92225151.7的《热电偶》。“红外连续测温”——基于黑体辐射原理的红外温度方式。用于钢水内部温度的连续测量是本世纪初发展起来的技术，典型文献专利号为00120354.1的《钢水温度连续测量方法和测温管》。(一)热电偶连续测温用于钢水连续测温的热电偶有金属丝热偶(铂金热偶—S型；双铂铑热偶—B型；钨铼热偶WRa3—WRa25)以及陶瓷热电偶，虽然陶瓷热电偶有近70年的研究历史但一直没有实用化的产品问世，这里不做进一步讨论。实际应用于钢水温度连续测量的热电偶仅有B型热偶和钨铼热偶，B型热偶在高温下若与CO接触会中毒失效，而钨铼热偶在高温下与O2接触会迅速脆断，因此两者在钢水连续测温的应用中都需要特殊的保护性封装。其封装方式为一端盲头的空腔管——保护管。保护管要同时满足①耐高温；②耐侵蚀；③抗冲刷；④抗热震；⑤高温机械强度好；⑥高温气密性好；⑦高温物理、化学性能稳定(不产生有害高温挥发物)；⑧导热率高等要求。由于要求苛刻，使用环境恶劣，因此保护管都采用多层复合结构，以满足多项要求。其典型结构为三层，即在外管层与内管层之间有一填充层。典型的外管材料为铝碳质，等静压加工成形，其耐高温、耐侵蚀、抗冲刷、抗热震性好、导热率高。内管为刚玉管，其物理化学性能稳定、气密性好，但是刚玉管抗热震性差、导热率低。为了保护刚玉管在急冷急热时不炸管，必须在两层保护管之间增加填充层，常见的填充层为Al2O3粉体。若采用钨铼热电偶则必须另外考虑抗氧化封装问题(在内管中采取Al2O3粉体填充，或真空封装)，这也是钨铼热电偶在钢水连续测温领域不能普及的重要原因之一。由于采用了多层结构的保护管，其整体导热性能差，实验数据显示经烘烤后温度达到1100℃的保护管，插入钢水(温度为1520～1570℃)其测量温度的响应时间＞300s(响应率95％)。由于响应速度太慢，不能满足工艺控制以及涉温自动控制的要求。(二)红外连续测温本世纪初，红外测温技术在中间包钢水连续测温领域开始得到应用。其基本测温方式是利用类似热电偶连续测温的保护管——测温管，作为温度敏感元件插入钢水，在测温管的开口端安装光电转换器件将测温管发出的色温信号转换为电信号，经黑体辐射理论计算出测温管腔体的温度(等效钢水温度)。虽然测温管没有保护热电偶的任务，但却具有与热电偶保护管几乎一致的材料和结构，这是由于测温管同时为温度敏感元件和光学测量元件、其空腔为红外信号的传递通道。这就要求测温管的高温物理化学性能特别稳定，不产生污染红外光路的有害高温挥发物，同时对高温气密性要求严格，基本不允许钢水挥发物通过渗透和扩散的方式进入测温管空腔。虽然铝碳质外管耐高温、耐侵蚀、抗冲刷、抗热震、导热率高，但却不能满足高温物理化学性能和高温气密性的要求，而刚玉管恰能满足此要求。因此，测温管同样采取了热电偶保护管相同的两种材质的内、外管复合结构，只是在内、外管之间以空气作为填充物。由于测温管的内管直径要求远大于保护管的内管直径，因此在两种管子的使用寿命相近的条件下，红外测温的响应速度甚至比热电偶测温的情况还要差。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了在保证红外温度连续测量的稳定、可靠和高精度的前提下，大幅度提高温度测量的响应速度，使得在钢水连铸中间包等容器正常工作状态时红外连续测温装置对高温熔融物质的测量温度为其实时温度而提供一种钢水温度快速响应红外连续测量装置。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是一种钢水温度快速响应红外连续测量装置，包括测温管、仪表柜，其特点是所述的测温管9为具有高导温系数的单层结构、其下端盲头、上端开口，在上开口端封装有筒状锥轴连接器6；它还包括一只管状测温枪5，测温枪的上部空腔中央安装有测量探头3，光缆或信号电缆以及动力电缆和设置在测量探头内的其它传感器件的动力、信号电缆1从测温枪的上端口连接至仪表柜；测温枪的上端出口端与既为冷却气体输送通道又为光纤、供电电缆、信号电缆的敷设通道的金属软管连接，金属软管外设有耐火纤维织物的增强保护套；在光学镜头的下方设有防尘镜4，测温枪5上部内测量探头保护套的四周有冷却气道空腔；测温枪的中部设有带气体隔环的测量定位器16，筒状测量定位器联在气体隔环的下面，在测量定位器与气体隔环联接处开有多个出气孔；在隔环中心环口旋有细管状导流管7，导流管的上口正对防尘镜，锥轴连接器6套插在测量定位器内。本专利技术在钢水红外测温装置中所采用的是枪、管一体化设计，按照现有的技术，单层高导温测温管无法同时满足钢水红外测温所要求的全部条件，因此在要求测温管满足耐高温；耐侵蚀；抗冲刷；抗热震；高导热；低密度以及高温机械性能等要求之外，不要求其同时满足高温化学性能稳定(不产生有害挥发性气体)以及高温气密性(不允许钢水中的挥发性气体进入测温管空腔)的条件，而采用导流测温枪的独特功能来保证测温管空腔满足红外测温所要求的光学测量条件，从而使得测温装置在总体上实现了响应速度快、动态测量精度高、测温管免烘烤的目的。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。图1是本专利技术的结构示意图。图2是本专利技术的带气体隔环的测量定位器的放大示意图。图中1.光缆及通信、动力电缆；2.冷却气体通道；3.测量探头；4.防尘镜；5.测温枪；6.锥轴连接器；7.导流管；8.冷却气体回流通道；9.测温管；10.钢水液面；11.来自测斑的红外光束；12.测斑；13.冷却气体入口；14.冷却气体流线示意；15.冷却气体出口；16.带气体隔环的测量定位器；17.出气孔。具体实施例方式从图1可见，本专利技术的下部是一只管状测温管9，测温管9为单层结构，其下端盲头、上端开口，在上开口端封装有筒状锥轴连接器6；测温管9满足耐高温、耐侵蚀、抗冲刷、抗热震、导热率高、密度小等要求，可简称其为单层高导温测温管。允许测温管9的管壁产生有害气体物质并在其腔体内挥发，允许钢水中的有害气相通过渗透、扩散的方式进入测温管9的腔体内。测温管盲头端部内、外表面采用同心球面设计，以消除冷管插入高温介质时的热应力集中效应。本专利技术的上部是一只管状测温枪5，测温枪的上部空腔内可以仅安装光学镜头再通过光缆将光学镜头接受的红外信号输送至设在远处的光电传感器及处理电路，也可以将光学镜头、光电传感器和前置放大电路组成的测量探头3安装在测温枪的上部空腔内再通过电缆将电信号输出，光缆及通信、动力电缆1从测温枪的上端口接出；测温枪的上端本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钢水温度快速响应红外连续测量装置，包括测温管、仪表柜，其特征在于：所述的测温管（９）为具有高导温系数的单层结构、其下端盲头、上端开口，在上开口端封装有筒状锥轴连接器（６）；它还包括一只管状测温枪（５），测温枪的上部空腔中央安装有测量探头（３），光缆或信号电缆以及动力电缆和设置在测量探头内的其它传感器件的动力、信号电缆（１）从测温枪的上端口连接至仪表柜；测温枪的上端出口端与既为冷却气体输送通道又为光纤、供电电缆、信号电缆的敷设通道的金属软管连接，金属软管外设有耐火纤维织物的增强保护套；在光学镜头的下方设有防尘镜（４），测温枪（５）上部内测量探头保护套的四周有冷却气道空腔；测温枪的中部设有带气体隔环的测量定位器（１６），筒状测量定位器联在气体隔环的下面，在测量定位器与气体隔环联接处开有多个出气孔；在隔环中心环口旋有细管状导流管（７），导流管（７）的上口正对防尘镜，锥轴连接器（６）套插在测量定位器内。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：白建忠，蒋明学，
申请(专利权)人：马钢集团控股有限公司，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]