емкость для металлического расплава, применение емкости и способ определения поверхности раздела

Формула изобретения

1. Емкость для металлического расплава, содержащая расположенное в отверстии стенки емкости устройство для измерения температуры, которое имеет на конце, расположенном в емкости, выступающий внутрь емкости закрытый защитный корпус и элемент для измерения температуры, расположенный в закрытом защитном корпусе, отличающаяся тем, что закрытый защитный корпус выполнен из огнеупорного оксида металла и графита, при этом конец закрытого защитного корпуса отстоит от стенки емкости по меньшей мере на 50 мм.

2. Емкость по п.1, отличающаяся тем, что конец закрытого защитного корпуса отстоит от стенки емкости на 75-200 мм.

3. Емкость по п.1 или 2, отличающаяся тем, что устройство для измерения температуры расположено в части стенки емкости, образующей донную часть емкости.

4. Емкость по п.1, отличающаяся тем, что закрытый защитный корпус выполнен в основном из оксида алюминия, в частности, в количестве от 20 до 80 вес.% и графита в количестве 5-60 вес.%.

5. Емкость по п.1, отличающаяся тем, что внутри закрытого защитного корпуса расположена защитная труба, выполненная преимущественно из оксида алюминия и заключающая в себе элемент для измерения температуры.

6. Емкость по п.1, отличающаяся тем, что по меньшей мере часть закрытого защитного корпуса снаружи выполнена в виде конуса с уменьшающимся в направлении полости емкости диаметром.

7. Емкость по п.1, отличающаяся тем, что в качестве элемента для измерения температуры использован термоэлемент.

8. Емкость по п.1, отличающаяся тем, что в закрытом защитном корпусе расположен выступающий в полость емкости сенсорный датчик для измерения изменений в расплаве, в частности электрохимический, электромагнитный, оптический датчик или датчик для измерения электрического напряжения, и/или электрического тока, и/или электрического сопротивления.

9. Емкость по п.1, отличающаяся тем, что в отверстии стенки емкости между стенкой емкости и закрытым защитным корпусом расположена втулка из огнеупорного материала, преимущественно из муллита, которая имеет коническую форму с уменьшающимся в сторону полости емкости диаметром.

10. Применение емкости для металлургического расплава по одному из пп.1-9 в качестве ковша для разливки стальных расплавов.

11. Способ для определения поверхности раздела между двумя лежащими друг над другом материалами в емкости для металлургического расплава, в частности слоя шлака и расположенного под ним стального расплава, отличающийся тем, что внутри стального расплава располагают сенсорный датчик для определения изменений в нем, при этом регистрируют изменение измерительного сигнала датчика во время разливки или выпуска расплава из емкости при контакте датчика с поверхностью раздела между стальным расплавом и шлаком.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что в качестве сенсорного датчика используют электрохимический, электромагнитный, оптический, сенсорный или датчик для измерения электрического напряжения, и/или электрического тока, и/или электрического сопротивления.

13. Способ по п.11 или 12, отличающийся тем, что изменение сигнала используют в качестве характеристики удаления от донной части емкости для металлургического расплава поверхности раздела между двумя лежащими друг над другом стальным расплавом и шлаком.

14. Способ по п.11, отличающийся тем, что при изменении сигнала заканчивают процесс выпуска или разливки металла.

Описание изобретения к патенту

Изобретение касается емкости для металлического расплава с устройством для измерения температуры, расположенным в отверстии в стенке емкости, при этом устройство для измерения температуры имеет на своем конце, расположенном в емкости, выступающий в емкость закрытый защитный корпус и элемент для измерения температуры, расположенный в отверстии защитного корпуса. Далее изобретение касается применения емкости, а также способа для определения поверхности раздела между двумя лежащими в емкости друг над другом материалами, в частности между слоем шлака и расположенным под ним стальным расплавом.

Подобные емкости известны из уровня техники. Например, из немецкой заявки на полезную модель GM 7228088 известен термоэлемент, который расположен в стенке сталеразливочного ковша. Термоэлемент расположен в стальной трубе, которая заключена в защитный слой из керамики. В DE 1054735 раскрыт тигель для плавки металлов, в стенке которого расположен температурный датчик. Температурный датчик имеет защитную трубу из металлокерамического материала, состоящего из молибдена и оксида алюминия. Защитная труба своим концом входит в полость тигеля примерно на 25 мм. В документе US 3610045 раскрыт плавильный тигель для плавки железа, в боковой стенке которого расположен термоэлемент. Термоэлемент защищен коническим корпусом из оксида алюминия и оксида кремния. Подобная емкость известна также из ЕР 314807 В1. Также и в этой емкости термоэлемент проходит через стенку во внутреннюю полость емкости. Термоэлемент имеет защиту в виде трубочки из оксида алюминия, которая в полости емкости заключена в защитный корпус из нитрита бора.

Из документа US 6309442 B1 известна емкость для металлического расплава, на внутренней стороне которой расположены один над другим контакты из оксида циркония или оксида тория, предназначенные для измерения высоты пограничного слоя между металлическим расплавом и шлаком.

Задачей изобретения является улучшение емкости для металлического расплава, с тем чтобы по возможности точно в течение длительного времени проводить измерение температуры находящегося в емкости расплава. Далее задачей изобретения является совершенствование известных способов определения поверхности раздела.

Согласно изобретению задача решается с помощью признаков независимых пунктов формулы изобретения. Предпочтительные варианты исполнения проведены в зависимых пунктах формулы. Задача решается тем, что в описанную емкость входит защитный корпус из жаропрочной окиси металла и графита и что закрытый конец защитного корпуса отстоит от стенки емкости самое малое на 50 мм, преимущественно от 75 до 200 мм, и благодаря этому может измеряться фактическая температура металлического расплава, при этом не сказывается влияние возможного, исходящего от стенки тигеля эффекта охлаждения на измеряемую величину. Одновременно защитный корпус устойчив к относительно агрессивному металлическому расплаву, в частности стальному расплаву, и, таким образом, пригоден к длительному сроку службы. Элемент для измерения температуры с защитным корпусом может быть расположен преимущественным образом в донной части емкости, что может быть использовано при измерениях, когда имеет место небольшая высота заполнения. Защитный корпус состоит преимущественно из оксида алюминия и графита, при этом доля оксида алюминия может составлять, в частности, от 20 до 80% по весу, а доля графита - от 5 до 60% по весу. Защитный корпус может содержать углерод не только в форме графита и/или другие огнеупорные оксиды. Внутри защитного корпуса находится элемент для измерения температуры, преимущественно термоэлемент, он преимущественно заключен в защитную трубу, которая выполнена из оксида алюминия. Также целесообразным является то, что внешний диаметр защитной трубы на от 0,1 до 1 мм меньше, чем внутренний диаметр отверстия защитного корпуса. Защитный корпус по меньшей мере в части своей длины имеет снаружи коническую форму с уменьшающимся внутрь емкости диаметром, что позволяет надежную установку в стенке емкости при одновременном обеспечении достаточной устойчивости защитного корпуса. Далее может быть целесообразным, что в защитном корпусе расположен выступающий в полость сенсорный датчик для определения изменений в материале, соответственно изменения свойств материала, в частности электрохимический, электромагнитный или оптический сенсорный датчик или сенсорный датчик для измерения электрического напряжения и/или электрического тока и/или электрического сопротивления, что дает возможность проведения измерений поверхности раздела между металлическим расплавом, в частности стальным расплавом, и лежащим на нем шлаком. Как только сенсорный датчик войдет в контакт с поверхностью раздела произойдет изменение сигнала, воспринимаемого сенсорным датчиком, что будет свидетельствовать о достижении поверхности раздела. Далее может иметь преимущество то, что в отверстии в стенке емкости между стенкой емкости и защитным корпусом расположена втулка из огнеупорного материала, преимущественно из муллита, при этом втулка может иметь коническую форму с уменьшающимся в направлении полости диаметром.

Согласно изобретению емкость может применяться в качестве ковша, в частности для стального расплава. В ковше, например в промежуточном ковше, постоянно происходит движение металлического расплава, так что к измерительному устройству, относительно далеко выступающему в емкость, предъявляются высокие требования по его устойчивости. Ковш предварительно подогревается, так что одновременно происходит подогрев измерительного устройства. Это ведет к очень короткому времени реакции, так что прибор для измерения температуры очень быстро достигает состояния равенства температуры с металлическим расплавом, и измерения могут проводиться очень быстро.

Задача изобретения в части способа решается за счет того, что внутри находящегося снизу в емкости материала располагается сенсорный датчик для определения изменений в материале, соответственно изменения свойств материала, в частности электрохимический, электромагнитный или оптический сенсорный датчик или сенсорный датчик для регистрации электрического напряжения и/или электрического тока и/или электрического сопротивления, при этом во время разливки или выпуска металла из емкости осуществляют измерение сигнала электрохимического сенсорного датчика и регистрируется изменение сигнала при контакте датчика с поверхностью раздела между материалами. Преимущество заключается в том, что изменение сигнала соотносится с удалением поверхности раздела от дна емкости. Далее может быть целесообразным то, что при изменении сигнала заканчивается процесс разливки или выпуска. При этом измерительный сигнал одновременно используется для того, чтобы послать сигнал прибору, управляющему процессом разливки или выпуска металла, после получения которого происходит завершение процесса разливки или выпуска.

Несмотря на относительно большую длину, на которую защитный корпус выдается в расплав, устройство имеет достаточную устойчивость, которая дает возможность проведения измерений температуры металлического расплава и измерения положения поверхности раздела между металлическим расплавом и находящимся над ним шлаком.

Ниже с помощью чертежей более подробно поясняется пример осуществления изобретения. На чертежах показано:

фиг.1 - поперечное сечение устройства для измерения температуры, расположенного в стенке емкости,

фиг.2 - закрытый конец устройства для измерения температуры с электрохимическим сенсорным датчиком.

Предложенное измерительное устройство содержит втулку 1 из муллита. Оно расположено в донной части ковша для стального расплава, который из соображений наглядности не представлен на чертеже. Подобный разливочный ковш известен кругу специалистов, например из уже упоминавшегося документа US 6309442 B1 (см. фиг.1, позиция 16). Во втулке 1 расположен защитный корпус 2. Защитный корпус 2 состоит в основном из смеси оксида алюминия и графита. Защитный корпус 2 имеет по меньшей мере в расположенной во втулке 1 части коническую форму. Это позволяет более легкое извлечение защитного корпуса 2 с элементом 3 для измерения температуры из втулки 1 для его замены. Элемент 3 для измерения температуры заключен в закрытую трубу 4 из оксида алюминия внутри защитного корпуса 2.

Защитный корпус 2 закреплен во втулке 1 с помощью огнеупорного цемента 5. Вершина защитного корпуса 2 выдается внутрь разливочного ковша примерно на 120 мм, так что на измерения, осуществляемые в вершине элемента 3 для измерения температуры, не оказывает влияние стенка ковша. Конец элемента для измерения температуры, обращенный к внутренней полости ковша, имеет так называемый соединитель 6, который служит для обеспечения механического и электрического контакта измерительного элемента 3. Вся конструкция из муллитовой втулки 1 и закрепленного с помощью цемента 5 защитного корпуса 2 выполнена из плотного, не содержащегося порошка материала, так что в случае разрушения части конструкции не будет утечки и не может произойти разлива металлического расплава из ковша.

На фиг.2 показана выступающая внутрь ковша вершина защитного корпуса 2 с элементом 3 для измерения температуры и электрохимическим сенсорным датчиком 7. Электрохимический сенсорный датчик 7 выдается наружу из защитного корпуса 2 и зафиксирован с помощью огнеупорного цемента 8. С помощью огнеупорного цемента 8 также зафиксирована труба 4 из оксида алюминия. Электрохимический сенсорный датчик представляет обычный электрохимический сенсорный датчик с трубочкой 9 из оксида циркония 9 в качестве твердого электролита, в которой расположен электрод 10 сравнения в эталонном материале 11 и заполнителе 12. Подобного рода электрохимические сенсорные датчики в принципе известны, например из документа US 4342633.

Элемент 3 для измерения температуры может быть выполнен в виде термоэлемента, внешняя оболочка которого состоит из оксида алюминия, и одна из проволок термопары 13 проходит в открытой с обеих сторон трубе 14 из оксида алюминия. Все электрические провода идут через трубу 4 из оксида алюминия в соединитель 6 и далее могут соединяться с измерительным устройством. Напряжение, создаваемое в электрохимическом датчике 7, зависит в основном от окружающей среды, в которой осуществляются измерения. Изменения в окружающей среде вызывают сразу соответствующие изменения напряжения. Например, это имеет место в случае, когда зеркало расплава, находящегося в разливочном ковше, опускается и электрохимический сенсорный датчик вступает в контакт с расположенным над расплавом слоем шлака. Благодаря этому может быть точно определена высота пограничного слоя между стальным расплавом и шлаком над донной частью ковша. Как только электрохимический сенсорный датчик 7 зарегистрирует поверхность раздела, может быть, например, с помощью другого сигнала закончена разливка стального расплава из ковша. В принципе можно расположить несколько электрохимических сенсорных датчиков 7 по периметру защитного корпуса 2 в продольном направлении на расстоянии друг от друга, так что может быть установлено изменение высоты ванны металлического расплава. Вместо электрохимических сенсорных датчиков могут применяться и другие датчики для определения изменения свойств материала в пограничной области между стальным расплавом и шлаком, в частности электрохимические, электромагнитные или оптические датчики или датчики для измерения электрического напряжения и/или электрического тока и/или электрического сопротивления.