CN107076615A - 光学高温计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量金属池的温度的装置，所述装置包括套管和光学头，并且还涉及一种用于将套管和光学头结合在一起或者进行拆卸的方法，并且还涉及一种套管并且最后涉及一种用于测量融化金属池的温度的方法。由于使用了这种装置，在保持测量区域对中并且减少从由耐火材料制成的套管排放的气体导致的测量干扰的同时，安装和移除变得更容易。

Description

光学高温计

本发明属于连续温度测量领域。具体地，本发明涉及对熔化金属在其连续铸造期间进行连续的温度测量。具体地，为了确保铸造金属的最佳品质，控制该温度是关键。

为此目的，很普遍地使用了一种包括由耐火材料制成的套管的装置，所述套管浸泡在熔化金属池中并且联接到温度传感器。主要使用了两种类型的传感器-即使用B型热电偶或由贵金属合金制成的热电偶的传感器以及红外光学传感器。前者的缺点是它们由于恶劣使用条件而过早地老化。必须对传感器进行频繁地更换，并且这就代表着不可忽视的成本。与电热偶相比，红外光学传感器-也称为光学高温计具有长得多的使用寿命，同时只要测量区域在套管的内部之中保持对中，就能随着时间的推移提供准确并且稳定的温度测量值。

国际申请WO-A2-03/029771公开了一种光学高温计以及由耐火材料制成的套管的组件，所述套管浸泡在熔化金属池中来测量它的温度。将高温计和保护套管进行紧固，以便即使所述组件受到冲击和振动时仍能使测量区域在套管的内部之中保持对中。使用这种装置所遭遇的重大问题在于，耐火材料排放的气体成分可以通过在光学透镜上发生凝结来干扰测量。通过审慎地选择耐火材料的成分并且控制耐火管的内部之中的气氛，可以降低这些气体成分的影响。在专利申请WO-A2-03/029771中提出的另一个解决方案是使用由耐火材料制成的第二根管，所述第二根管不透气并且设置在套管中的空腔的内部之中。考虑到管子的厚度必须不能大于5mm以避免增加测量系统的响应时间并且管子必须定位成与套管中的空腔尽可能的更近，可以容易地想象到所述后一个解决方案因为装置结构更复杂而增加了成本。然而，该申请没有给出关于将要采用的固定装置的细节。

专利EP-B1-1893959同样公开了一种使用光学高温计的测量装置，所述测量装置包括由耐火材料制成的套管，所述套管浸泡在融化金属中。这种套管通过引导管来对中并且通过铰接锁定杆来支撑在固定座上，所述铰接锁定杆设置有蝶形螺母。所述装置随后必须放置在冷却外壳中。这种装置的缺点很多：具体地说，需要在螺母拧紧期间支撑由耐火材料制成的套管。同样地，在套管的更换(其在使用15到24小时之后-在更换中间包的同时进行)期间，仅将蝶形螺母松开来将杆旋转以便释放套管是不够的。具体地，必须事先将套管从其放置的座提升。操纵热的耐火材料对于操作者来说是危险的。另外，考虑到极端温度条件和腐蚀性空气，杆和蝶形螺母的系统存在风险。最后将测量区域对中还取决于套管的定位。通过滑动穿过套管的内部空腔的测量头的导向管并且还通过将套管定位在座上，将套管对中。定位因此取决于套管的外形尺寸以及在其制造期间的公差。因此，当更换它时，测量区域可能会移动，而降低测量精度。

本发明的目的是改正这些缺点(难于组装、拆卸、保持测量区域对中，由耐火材料制成的套管排放的气体成分干扰测量)。为此目的，本发明的主题是一种用于测量熔化金属池的温度的装置，所述装置包括：

a)套管(8)，所述套管(8)至少部分地由耐火材料制成并且具有：

-设置有至少一个缺口(14)的开口端，

-闭合端，

-纵向轴线，

-主内部孔(17)，所述主内部孔(17)沿着所述套管的所述纵向轴线从所述开口端延伸到所述闭合端，

-与所述套管(8)的开口端间隔开的所述内部孔(17)的入口部分(18)，

-所述孔由凹槽(15)在所述入口部分(18)中沿着其纵向方向穿过，所述凹槽(15)与在所述开口端中的所述至少一个缺口(14)有一个角度差，

-所述凹槽(15)设计成将卡销杆(4)的头的销(7)引导入所述内部孔的阻挡部分(16)中，所述阻挡部分(16)具有与所述内部孔(17)的最小横截面相比较大的横截面以及足够的高度以便允许所述卡销杆(4)的销(7)围绕所述套管的纵向轴线相对于所述套管相对旋转，以及

b)光学头，其包括：

-中空卡销杆(4)，所述中空卡销杆(4)具有设置有销(7)的一端以及容纳透镜保持器(3)和高温计透镜(2)的另一端，所述透镜保持器(3)通过保护窗(12)封闭，所述卡销杆(4)的中间部分设置在由锁定部件(6)支撑的弹簧(11)的中心部分之中，所述锁定部件(6)：

-围绕所述卡销杆(4)自由旋转，

-紧固到用于使弹簧(11)张紧的装置(9)，

-紧固到用于围绕所述卡销杆(4)旋转的装置，以及

-具有至少一个钉(21)，所述至少一个钉(21)将被容纳在所述套管(8)中的至少一个缺口(14)中，

-所述锁定部件(6)以下述方式旋转：

-从开始位置旋转，在所述开始位置所述锁定部件的钉(21)与所述套管(8)中的缺口(14)对齐并且所述卡销杆(4)的销(7)与所述凹槽(15)对齐，

-旋转到与所述开始位置角度偏置的位置，在所述位置所述卡销杆(4)的销(7)以与所述凹槽(15)偏置的位置处于所述内部孔的阻挡部分(16)中。

由此，通过将光学探头结合到套管(8)，通过使套管相对于光学头相对旋转移动实现了第一固定和直接对中。仅需要一个操作者就可以。通过执行套管沿着其纵向轴线的旋转移动，该旋转带动锁定部件(6)的钉(21)。转而，锁定部件(6)的旋转带动用于使弹簧张紧的装置-例如紧固到该处的柄(9)，所述装置视觉地指示操作者已经实现了固定。在第二步骤中，操作者通过柄(9)来部分地释放弹簧(11)的张紧。由此，通过控制在加热期间变化的夹紧力，产生了固定的灵活性。具体地，因为加热，由于耐火材料和金属的膨胀系数不同，引起额外的张紧。弹簧的存在提供了一定程度的灵活性，这种灵活性比专利EP-B1-1893959的极度刚性系统大得多。

所述装置的另一个不可忽视的优点在于，它可以在高温下快速地拆卸而无需操纵所述套管。在15到24小时的测量时段之后，通常在更换中间包期间更换套管。一个有效的处理方式是，在中间包上方拆卸所述装置并且使套管下落到待更换的中间包中。本发明使得该步骤变得容易、快速并且对于操作者没有危险。具体地，他需要做的就是将柄拉低并且随后使柄旋转而无需触碰它。

本发明还包括下列清单中的一个或多个特征：

-销(7)的数量可为一个或多个但是优选地在卡销杆(4)上具有三个销(7)，从而确保最佳地支撑套管(8)。凹槽的最小数量为一。

-透镜保持器的壁中的侧向通道(13)允许气体(例如，氩气)通过，所述气体在保护窗(12)下方掠过，从而防止灰尘或由耐火材料排放的任何气体通过在保护窗(12)上发生凝结而干扰光学测量，

-排放管(25)连接到卡销杆(4)的端部以便改进由套管排放的烟气的疏散。来自透镜保持器的壁中的侧向通道(13)的气体继续流动远至管的端部并且随后通过凹槽(15)和缺口(14)上升，从而带动来自套管的灰尘和烟气。可以通过螺纹连接或者互锁来实现连接。排放管还可以与卡销杆(4)整体形成。

-与套管的上端间隔开的内部孔的入口部分(18)包括金属插入件，所述金属插入件具有与套管的纵向轴线同轴地定位的孔。另一个替代实施方式是套管本身没有金属插入件。

-围绕卡销杆(4)自由旋转并且紧固到锁定部件(6)的环(19)放置在弹簧上方以便改进凸轮柄的移动的平滑性。凸轮可以高效地直接支承在弹簧上。

-入口部分(18)中的孔为截头圆锥形并且锁定部件(6)具有圆锥端部。因此，光学头与套管的互锁更容易。

-用于张紧弹簧的装置为凸轮柄，所述凸轮柄是用于张紧弹簧的快速并且实用的装置。张紧还可以通过恩派克(Enerpack)型张紧系统(液压致动器)或者螺母/螺钉系统来实现。

最后这两个特征的组合允许将测量区域最佳地对中。这种对中仅取决于制造公差较低的金属零件机加工。另外，与耐火材料和金属元件的不同膨胀系数有关的所有张紧力都被弹簧所抵消。

更适宜的设计，用于引导销的凹槽(15)还可以当作通道，所述通道用于疏散当由耐火材料制成的套管在其高温时排放的气体成分。到达保护窗(12)的气体和灰尘的量也因此降低。如上面描述的，测量窗还可以被喷射的气体掠过-最适合通氩气，这就防止由保护窗上凝结物的沉积导致对测量的任何干扰。排放管的安装为过程提供了额外的改进。图6示出了具有排放管(25)的装置。

本发明的进一步主题是一种如上面描述的至少部分地由耐火材料制成的套管以及一种用于将根据本发明的套管和光学头组装在一起和进行拆卸的方法。如上面解释的，优点在于极大地方便于使用并且增加了安全性。

图1a、1b示出了根据本发明的一个具体实施方式的测量装置，图1b是图1a的上部区域的放大图。所述附图示出了一种装置，所述装置包括：

-高温计的透镜(2)，所述透镜(2)布置在透镜保持器(3)中，通过使气体通过穿过所述透镜保持器(3)的壁中的侧向通道(13)来使所述透镜保持器(3)冷却。侧向通道(13)在保护窗(12)下方运送该气体并且确保气体恒速掠过，从而防止任何气体或灰尘在保护窗(12)上发生凝结。

-中空卡销杆(4)，所述中空卡销杆(4)具有设置了两个销(7)的一端以及容纳透镜保持器(3)和高温计透镜(2)的另一端。中间部分布置在由锁定圆锥件(6)支撑的弹簧(11)的中心处，所述锁定圆锥件(6)围绕卡销杆(4)自由旋转，

-保持在锁定圆锥件(6)与环(19)之间的弹簧(11)，所述环(19)紧固到卡销杆(4)，

-所述锁定圆锥件(6)具有：

1.在其上部的，两个对置凸起(20)，所述两个对置凸起(20)平行于卡销杆(4)的轴线并且在螺母的帮助下固定至双凸轮柄(9)，

2.在其下部的，两个对置钉(21)，所述两个对置钉(21)将容纳在套管(8)中的缺口(14)中，所述锁定圆锥件(6)以下述方式旋转：

-从开始位置旋转，在所述开始位置所述锁定圆锥件的钉(21)与所述套管(8)中的缺口(14)对齐并且所述卡销杆(4)的销(7)与所述凹槽(15)对齐，

-旋转到与所述开始位置角度偏置的位置，在所述位置所述卡销杆(4)的销(7)以与所述凹槽(15)偏置的位置处于阻挡部分(16)中。

3.在其中间部分的，有一个唇边来支撑弹簧(11)。

-抵靠环(19)的双凸轮柄(9)，所述双凸轮柄(9)经由锁定圆锥件(6)的凸起(20)紧固到锁定圆锥件(6)。通过使柄向上旋转，使锁定圆锥件(6)下降并且释放弹簧(11)的压紧，所述弹簧(11)优选地由铬镍铁合金制成以便承受高的使用温度。

-至少部分地由耐火材料制成的套管(8)，所述套管(8)的成分选定为使得在高温下产生的气体减少。它优选地至少部分地由氧化铝-石墨制成。

-金属插入件(10)，所述金属插入件(10)容纳在套管(8)的上部中并且界定优选的截头圆锥形入口以便容纳卡销杆(4)的下端。

在上述实施方式中，张紧装置和用于围绕卡销杆(4)旋转的装置是同一个装置：双凸轮柄(9)用于转动锁定圆锥件(6)。图2示出了另一个实施方式：螺母(22)/螺栓(23)系统，所述系统用于进行张紧并且连接到用于转动锁定圆锥件(6)的两个手柄(24)。

在示出了在水平面上穿过套管的横截面的图3中以及在示出了在竖直平面上穿过套管(8)的横截面的图4中，可以观察到竖直穿过金属插入件的两个凹槽(15)。以此方式，这些凹槽允许卡销杆(4)的两个销(7)插入。销(7)到达金属插入件(10)的下方-内部孔的阻挡部分(16)中，所述阻挡部分(16)具有与所述内部孔(17)的最小横截面相比较大的横截面以及足够的高度以便允许所述卡销杆(4)的销(7)旋转。销(7)可以因此旋转四分之一圈，从而固定卡销杆(4)。

凹槽(15)也被用于疏散由耐火材料排放的气体。可以通过在套管(8)中通过例如文氏管形成负压来改进气体的疏散。气体随后将被朝向出口抽吸。

图5示出了安装和移除套管(8)的顺序(a到f)：使用者通过将锁定圆锥件(6)的钉(21)移动至与套管(8)的上部中的缺口(14)配合来插入套管(8)，位置(a)。随后，相对于锁定圆锥件的钉(21)偏置四分之一圈的卡销杆(4)的销(7)插入到金属插入件中的凹槽(15)中。当锁定圆锥件(6)的钉(21)处于缺口(14)中时，卡销杆(4)的销(7)插入已经超过金属插入件并且插入到内部孔的阻挡部分(16)中，所述阻挡部分(16)具有比内部孔(17)的最小横截面大的横截面。通过转动四分之一圈(位置b)，起到对卡销杆(4)的固定作用，并且操作者可以随后释放套管(8)。这种旋转移动导致锁定圆锥件(6)以及因此柄(9)经由锁定圆锥件的钉(21)旋转四分之一圈。

操作者随后将该柄竖直提升(位置c)，从而降低锁定圆锥件(6)，所述锁定圆锥件(6)抵靠金属插入件。通过将柄提升，弹簧(11)的压力被部分地释放，并且因此更柔韧并且可以对抗由耐火材料和金属的膨胀系数不同所导致的额外张紧力。

测量装置准备好可以使用。随后只要将组件移动到中间包上方就足够了。

位置(d)示出了运行中的装置，并且套管(8)的底部是热的。

当随后必须替换由耐火材料制成的套管(8)时，所有需要做的仅是对柄(9)进行相反的移动。也就是说，将柄降低(位置e)并且随后旋转四分之一圈(位置f)，从而将保护套管(8)释放到中间包中。

本发明的进一步主题是一种用于测量融化金属池的温度的方法，所述方法包括下述步骤：

-通过旋转如权利要求7到10所定义要求的套管来对其进行组装，从而导致用于将如权利要求1定义要求的光学头的弹簧张紧的装置的旋转，

-解除对弹簧的压紧，

-将组件定位在融化金属池中，

-测量温度。

应当指出的是，用于将套管组装在光学头上的方法可以应用于将塞棒杆组装在固定杆上。

塞棒杆具有下述特征：

-设置有至少一个缺口的开口端，

-闭合端，

-纵向轴线，

-主内部孔，所述主内部孔沿着所述塞棒杆的纵向轴线从所述开口端延伸到所述闭合端，

-与所述塞棒杆的开口端间隔开的内部孔的入口部分，

-所述孔由凹槽在所述入口部分中沿着其纵向方向穿过，所述凹槽与在所述开口端中的所述至少一个缺口角度偏置，

-所述凹槽设计成将卡销杆的头的销(优选地具有三个销)引导入用于阻挡内部孔的的部分中，所述部分具有与所述内部孔的最小横截面相比较大的横截面以及足够的高度以便允许所述卡销杆的销相对于所述塞棒杆围绕所述塞棒杆的纵向轴线相对旋转。

这种塞棒杆可以与一种用于固定上述装置的系统一起使用，其中将用来测量温度的元件能够可选地省略。

图6示出了根据权利要求6的装置。排放管与卡销杆(4)互锁并且用螺栓加以支撑。排放管的空腔在其下部扩张以便避免因排放管稍微错位而使高温计的测量范围到达套管的底部的情况。

附图标记清单：

1.光纤和测量线缆的入口

2.高温计的透镜

3.透镜支架

4.卡销杆

5.支撑托架

6.锁定圆锥件

7.卡销杆的销

8.保护套管

9.柄

10.金属插入件

11.弹簧

12.保护窗

13.气体入口通道

14.缺口

15.凹槽

16.内部孔的阻挡部分

17.主内部孔

18.与套管(8)的开口端间隔开的内部孔(17)的入口部分

19.环

20.锁定圆锥件的凸起

21.锁定圆锥件的钉

22.螺母

23.螺钉

24.手柄

25.排放管。

Claims (14)

1.用于测量熔化金属池的温度的装置，所述装置包括：

a)套管(8),所述套管(8)至少部分地由耐火材料制成并且具有：

-设置有至少一个缺口(14)的开口端，

-闭合端，

-纵向轴线，

-主内部孔(17)，所述主内部孔(17)沿着所述套管的纵向轴线从所述开口端延伸到所述闭合端，

-与所述套管(8)的开口端间隔开的所述内部孔(17)的入口部分(18)，

-所述孔由凹槽(15)在所述入口部分(18)中沿着其纵向方向穿过，所述凹槽(15)与在所述开口端中的所述至少一个缺口(14)角度偏置，

-所述凹槽(15)设计成将卡销杆(4)的头的销(7)引导入所述内部孔的阻挡部分(16)中，所述阻挡部分(16)具有与所述内部孔(17)的最小横截面相比较大的横截面以及足够的高度以便允许所述卡销杆(4)的销(7)围绕所述套管的纵向轴线相对于所述套管相对旋转，以及

b)光学头，其包括：

-中空卡销杆(4)，所述中空卡销杆(4)具有设置有销(7)——优选地具有三个销——的一端以及容纳透镜支架(3)和高温计透镜(2)的另一端，所述光学支架(3)通过保护窗(12)封闭，所述卡销杆(4)的中间部分设置在由锁定部件(6)支撑的弹簧(11)的中心部分之中，所述锁定部件(6)：

-围绕所述卡销杆(4)可自由旋转，

-紧固到用于使所述弹簧(11)张紧的装置(9)，

-紧固到用于围绕所述卡销杆(4)旋转的装置，以及

-具有至少一个钉(21)，所述至少一个钉(21)将被容纳在所述套管(8)中的至少一个缺口(14)中，

-所述锁定部件(6)以下述方式旋转：

-从开始位置旋转，在所述开始位置所述锁定部件的钉(21)与所述套管(8)中的缺口(14)对齐并且所述卡销杆(4)的销(7)与所述凹槽(15)对齐，

-旋转到与所述开始位置角度偏置的位置，在所述位置所述卡销杆(4)的销(7)处于所述内部孔的阻挡部分(16)中，所述阻挡部分(16)与所述凹槽(15)偏置。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述透镜保持器具有包括侧向通道(13)的壁，所述侧向通道(13)允许气体通过，所述气体冷却所述高温计的透镜并且掠过所述保护窗。

3.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中与所述套管的端部间隔开的所述入口部分(18)中的孔为截头圆锥形。

4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述锁定部件的端部是圆锥形的。

5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述用于张紧所述弹簧的装置以及用于旋转所述锁定部件的装置为凸轮柄，优选地为双凸轮柄。

6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中排放管(25)与所述卡销杆(4)互锁。

7.套管，所述套管至少部分地由耐火材料制成并且具有：

-设置有至少一个缺口(14)的开口端，

-闭合端，

-纵向轴线，

-主内部孔(17)，所述主内部孔(17)沿着所述套管的纵向轴线从所述开口端延伸到所述闭合端，

-与所述套管(8)的开口端间隔开的内部孔(17)的入口部分(18)，

-所述孔由凹槽(15)在所述入口部分(18)中沿着其纵向方向穿过，所述凹槽(15)与在所述开口端中的所述至少一个缺口(14)角度偏置，

-所述凹槽(15)设计成将卡销杆(4)的头的销(7)引导入所述内部孔的阻挡部分(16)中，所述阻挡部分(16)具有与所述内部孔(17)的最小横截面相比较大的横截面以及足够的高度以便允许所述卡销杆(4)的销(7)围绕所述套管的纵向轴线相对于所述套管相对旋转。

8.根据前述权利要求所述的至少部分地由耐火材料制成的套管，其中设置有单个缺口(14)。

9.根据权利要求7或8所述的套管，所述套管仅由耐火材料制成。

10.根据前述权利要求所述的套管，其中与所述套管的端部间隔开的所述入口部分(18)中的孔为截头圆锥形。

11.用于将如权利要求7到10限定的套管组装到如权利要求1限定的光学头的方法，所述方法包括下述步骤：

-将所述光学头装入所述套管中，

-通过旋转所述套管来对其进行固定，从而导致所述用于张紧所述光学头的弹簧的装置的旋转，

-解除对所述弹簧的压紧。

12.用于将如权利要求7到10限定的套管从如权利要求1限定的光学头拆卸下来的方法，所述方法包括下述步骤：

-将所述弹簧压紧，

-使所述张紧装置枢转以便回到所述张紧装置的初始位置，从而导致所述套管的断开连接，

-使所述套管脱开。

13.用于测量融化金属池的温度的方法，所述方法包括下述步骤：

-通过旋转如权利要求7到10限定的套管来组装所述套管，从而导致所述用于张紧如权利要求1限定的光学头的弹簧的装置的旋转，

-解除对所述弹簧的压紧，

-将所述组件定位在融化金属的池中，

-测量所述温度。

14.由耐火材料制成的塞棒杆，具有：

-设置有至少一个缺口的开口端，

-闭合端，

-纵向轴线，

-主内部孔，所述主内部孔沿着所述塞棒杆的纵向轴线从所述开口端延伸到所述闭合端，

-与所述塞棒杆的开口端间隔开的所述内部孔的入口端，

-所述孔由凹槽(15)在所述入口部分中沿着其纵向方向穿过，所述凹槽(15)与在所述开口端中的所述至少一个缺口角度偏置，

-所述凹槽设计成将卡销杆的头的销引导入用于阻挡所述内部孔的部分中，所述销优选为三个，所述阻挡部分具有与所述内部孔的最小横截面相比较大的横截面以及足够的高度以便允许所述卡销杆的销围绕所述塞棒杆的纵向轴线相对于所述套管相对旋转。