专利名称：高温计的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于测量熔池温度的装置、涉及一种用于该装置的耐火材料安装套筒，特别是涉及一种具有耐火材料管的光学高温计组件。
熔池例如熔融金属池的温度可以达到1800℃或更高，且通常需要密切和准确地监测，以便适当地控制在熔池中的很多反应或操作。通常，该环境会破坏热电偶或其它监测式装置。
辐射高温计(更通常称为光学高温计)通过测量由物质发出的热辐射来测量物质的温度。热辐射是温度高于绝对零度的任意温度的物质的普遍特性。对于光学高温计，由大部分物质发出的热辐射的有用部分在大约0.3至20μm的光谱范围内连续。该光谱范围包含紫外线(UV)辐射，直到0.38μm；可见光(VIS)范围，从0.38至0.7μm；以及红外线(IR)辐射，从0.78至20μm。IR辐射还分成三段近IR(0.78至3μm)、中等IR(3至6μm)以及远IR(大于6μm)。物质在光谱范围内的热辐射分布是物质的温度和辐射率的函数。温度越高，光谱分布越朝着更短波长偏移。辐射率越高，在给定温度下的热辐射增加，而辐射率越低，在相同温度下的热辐射减小。光学高温计利用物质的辐射和传播特性而通过测量物质的热辐射UV、VIS或IR能量强度来确定物质的温度。
在已知方法中，光学监测装置(光学高温计)布置在熔池上面，以便测量熔池温度。不过，因为绝热熔渣层通常存在于熔池上面并成为光学监测装置的屏蔽，因此温度测量很困难。而且，在熔渣层上面的空间中可能产生灰尘，该灰尘可能部分阻挡光学测量装置，从而使熔池的温度测量值不准确。
美国专利US5302027公开了一种用于测量熔池温度的装置，它消除了部分上述问题。该装置包括
a)耐火材料安装套筒，该耐火材料安装套筒有用于与熔池接触的外表面以及内腔，所述内腔有内表面、外侧开口和内侧封闭端；以及b)光学高温计，该光学高温计位于安装套筒的顶部，用于测量由位于安装套筒内腔内部且在熔池液面以下的测量区域发出的热辐射。该装置局部浸入熔池内。使用该装置的测量方法的原理是基于由用作安装套筒的耐火材料发射的热辐射与熔池的温度相关。该耐火材料安装套筒用作对光学高温计进行热保护的屏蔽，而且使得测量能够在位于绝热熔渣层下面并深入熔池液面内的测量区域中进行。
申请人发现利用该装置测量的温度并不准确。因此，还需要新的装置来准确和密切测量熔池的温度。
申请人还发现，在使用时，该装置受到振动和震动，这样，通过光学高温计进行测量的区域(即目标或测量区域)在内腔内运动，因此不能进行准确可靠地测量。发现问题后，申请人设计了一种新的耐火材料套筒，用于牢固安装光学高温计，从而克服该问题。
根据本发明，该目的通过一种用于测量熔池温度的装置来实现，该装置包括a)耐火材料安装套筒，该耐火材料安装套筒有用于与熔池接触的外表面以及内腔，所述内腔有内表面、外侧开口和内侧封闭端；以及b)光学高温计，该光学高温计安装在安装套筒上，用于测量由位于安装套筒内腔内部且在熔池液面以下的测量区域发出的热辐射，其特征在于内腔的外侧开口用于牢固安装光学高温计。
安装套筒和光学高温计必须有配合装置，以便防止高温计在使用时进行相对运动，因此，测量区域基本总是位于内腔中的相同区域，因此测量更可靠。
因此，根据本发明，防止高温计在使用时进行相对运动的配合装置包括光学高温计的安装板，该安装板用于插入位于安装套筒的内腔外侧开口处的互补凹口内。
本发明还涉及一种用于测量熔池温度的装置中的耐火材料安装套筒，该耐火材料安装套筒有用于与熔池接触的外表面以及内腔，所述内腔有内表面、外侧开口和内侧封闭端，该内侧封闭端位于熔池液面以下，该内腔外侧开口用于牢固地安装光学高温计。
根据本发明，耐火材料安装套筒包括凹口，该凹口位于内腔的外侧开口处，用于牢固安装光学高温计，从而消除该光学高温计的所有相对运动。因此，该耐火材料安装套筒解决了由于振动和震动而使光学高温计的测量区域在内腔内部运动，从而使测量不能准确和可靠进行的问题。
根据本发明的特别优选的变化形式，该凹口是截头锥形。
根据本发明的另一实施例，内腔为直线形，因此，当测量区域运动时，消除了使得所述测量区域位于内腔肩部的危险。当然，应当知道，该直线特征并不用于内腔时，如上所述外侧开口也可以有凹口。
优选是，内腔的内侧封闭端基本包含在垂直于安装套筒的纵向轴线的平面中。这时，内侧封闭端可以提供有基本均匀的测量区域，因此测量非常准确和可靠。
根据后一个实施例的变化形式，内侧封闭端基本为球形。优选是，计算内侧封闭端的曲率，从而即使当光学高温计进行最小位移时，测量区域和光学高温计之间的距离也保持基本恒定。
本申请人还发现，在测量中的另一种导致不精确的原因可能是由于耐火材料在到达使用温度时发出烟气或其它挥发性化合物。这些烟气或其它挥发性化合物可能凝结在光学高温计上(通常在瞄准管上)，从而部分或完全阻碍测量能力。在某些情况下，烟气或其它挥发性化合物的发出也导致对光学高温计的严重损害。因此，根据优选实施例，耐火材料安装套筒设计成避免或限制发出烟气或其它挥发性化合物的。
用于制造温度测量装置的保护套筒的普通耐火材料通常包括45至70重量％的氧化铝和55至30重量％的碳并共同压制。然后，成形的材料再在800至1100℃之间的温度下进行烧制。该材料显示了优良的抗热冲击、抗化学药品和抗腐蚀性。
不过，在通常用于普通高温计时，该材料产生大量烟气或其它挥发性化合物，因此不能可靠用于光学高温计。
根据本发明的特殊方面，构成安装套筒的材料在高于1200℃的温度下烧制，优选是在材料的使用温度附近烧制，从而明显减少烟气或其它挥发性化合物的发出，同时使材料保持优良的抗蚀性。
根据优选变化形式，耐火材料安装套筒包括耐火材料管，该耐火材料管包含在内腔内。优选是，该耐火材料管至少部分包括完全消除了烟气和其它挥发性化合物发出问题的材料。优选是，该材料是气密性的，因此，可以避免挥发性化合物或其它烟气通过该管壁进入。合适的材料包括基于氧化铝的材料，例如刚玉或富铝红柱石(例如VESUVIUS Mc DANNEL公司的ZYALOXTM管)、氧化锆(例如VESUVIUS McDANNEL公司的ZYAZIRCTM管)、纯石墨、硅石、钼等。优选是，管壁足够薄，例如在0.5至5mm之间，以避免增大温度测量的响应时间。还优选是，管与安装套筒的内腔紧密配合，以避免在管的外表面和安装套筒的内表面之间形成绝热层。在变化形式中，可以使用导热水泥来将该管固定在内腔中。
耐火材料管可以插入安装套筒内或与该安装套筒共同压制。当能够重新使用该管时，优选是进行管的插入。
根据另一方面，本发明涉及一种管和光学高温计的组件，该光学高温计设置成测量由位于管内部的测量区域发出的热辐射，而该管用于插入耐火材料安装套筒的内腔内。该组件非常有利，因为该组件除了避免由于气体或烟气发出而引起的低可靠性问题之外，还可以进行预安装，并只需要插入耐火材料安装套筒中，从而大大减少了现场所需的手工工作。而且，当耐火材料安装套筒损坏时，该组件可以很容易重新使用。
优选是，组件包括能够控制管内的气体的装置。例如该管或光学高温计可以有气体排出口，从而能够除去、减少或更换包含在管内部的气体。
优选是，至少在测量区域有在使用温度下具有较高辐射率的材料(例如超纯石墨)，从而增加了温度测量的准确性。该材料可以作为锭而存在于内腔或管的内侧封闭端上。
为了便于更好地理解本发明，下面将参考附图进行说明，附图表示了本发明的特殊实施例，但决不是对本发明进行限制。
附图中

图1表示了用于测量熔池温度的装置的示意图，该装置包括本发明第一实施例的耐火材料安装套筒；图2表示了用于测量熔池温度的装置的示意图，该装置包括本发明第二实施例的耐火材料安装套筒；图3表示了能够插入安装套筒中的管，该管例如图2中所示的管；图4表示了安装套筒的示意图，管插入该安装套筒中；图5表示了光学高温计和管的组件。
由图1、2和4可见，耐火材料安装套筒1、1’有外表面2，用于与熔池例如熔融金属池接触；以及内腔3。该内腔3有内表面4、内侧封闭端5和外侧开口6。外侧开口6用于牢固安装光学高温计7。光学高温计在图1和2中示意表示。它包括安装板8，该安装板8设计成插入存在于内腔3的外侧开口6处的相应凹口中；以及瞄准(sighting)管9，该瞄准管9插入内腔3内。高温计7可以通过电线或电缆(未示出)与处理器连接。
在图1和2所示的实施例中，测量区域10基本与安装套筒的内侧封闭端5重合。直内腔3防止由于瞄准管9的未对准而引起的测量不准确。
在图4中所示的实施例中，由基于氧化铝的材料制成的管11插入耐火材料安装套筒1’中，构成管的材料并不包括挥发性材料，这样防止发出烟气，并大大延长瞄准管的寿命。
在图3中表示的管11也可以插入安装套筒中。它包括在测量区域中的锭(pastille)12，将该锭12的材料选择为使它具有优良的辐射率特性，例如超纯石墨。
图5表示了光学高温计7’和管11的组件。该组件可以容易快速地插入耐火材料安装套筒1’(图5中未示出)内，从而可以减少现场的手工工作。在所示实施例中，光学高温计的瞄准管9插入管11中。通过普通密封剂(未示出)可以获得气密连接。光学高温计7’设置成测量在测量区域10中的温度。
优选是，光学高温计7’包括安装板8’，该安装板8’用于插入位于耐火材料安装套筒1’的外侧开口6处的相应凹口内。
参考标号1. 耐火材料安装套筒2. 外表面3. 内腔4. 内表面5. 内侧封闭端6. 外侧开口7. 高温计8. 安装板9. 瞄准管10. 测量区域11. 管12. 锭
权利要求
1.一种用于测量熔池温度的装置，包括a)耐火材料安装套筒(1、1’)，该耐火材料安装套筒有用于与熔池接触的外表面(2)以及内腔(3)，所述内腔有内表面(4)、外侧开口(6)和内侧封闭端(5)，该外侧开口(6)用于牢固安装光学高温计(7)；以及b)光学高温计(7)，该光学高温计安装在安装套筒(1、1’)上，并包括安装板(8)，该光学高温计用于测量由位于安装套筒内腔(3)内部且在熔池液面以下的测量区域(10)发出的热辐射，其特征在于安装板(8)用于插入位于安装套筒(1、1’)的内腔外侧开口(6)处的互补凹口内。
2.一种用于测量熔池温度的装置中的耐火材料安装套筒(1、1’)，该耐火材料安装套筒有用于与熔池接触的外表面(2)以及内腔(3)，所述内腔有内表面(4)、外侧开口(6)和内侧封闭端(5)，该外侧开口(6)用于牢固安装光学高温计(7)，该内侧封闭端(5)位于熔池液面以下；其特征在于内腔的外侧开口(6)包括位于内腔(3)的外侧开口(6)处的凹口，用于牢固安装光学高温计(7)。
3.根据权利要求2所述的耐火材料安装套筒(1’)，其中凹口为截头锥形。
4.根据权利要求2或3中任意一个所述的耐火材料安装套筒(1、1’)，其中该内腔(3)为直的。
5.根据权利要求2至4中任意一个所述的耐火材料安装套筒(1、1’)，其中该耐火材料套筒包括已经在足以避免或减少烟气或其它挥发性化合物发出的温度下进行烧制的材料，优选是高于1400℃。
6.根据权利要求2至5中任意一个所述的耐火材料安装套筒(1、1’)，其中管(11)插入耐火材料套筒的内腔(3)中。
7.根据权利要求6所述的耐火材料安装套筒(1、1’)，其中管(11)包括防止或避免烟气或挥发性化合物发出的材料。
8.根据权利要求6或7所述的耐火材料安装套筒(1、1’)，其中管(11)包括基于氧化铝的材料。
9.根据权利要求2至8中任意一个所述的耐火材料安装套筒(1、1’)，其中内腔(3)或管(11)的、与测量区域(10)相对应的至少一部分包括具有很高辐射率的材料。
10.一种管和光学高温计的组件，该光学高温计设置成测量由位于管内部的测量区域发出的热辐射，而该管用于插入耐火材料安装套筒的内腔内。
全文摘要
本发明提供了一种用于测量熔池温度的装置，该装置包括a)耐火材料安装套筒(1、1′)，该耐火材料安装套筒有用于与熔池接触的外表面(2)以及内腔(3)，所述内腔有内表面(4)、外侧开口(6)和内侧封闭端(5)；以及b)光学高温计(7)，该光学高温计安装在安装套筒上，并用于测量由位于安装套筒内腔(3)内部且在熔池液面以下的测量区域(10)发出的热辐射。内腔的外侧开口(6)用于牢固安装光学高温计(7)。该装置的特征在于安装板(8)用于插入位于安装套筒(1、1′)的内腔外侧开口(6)处的互补凹口内。因此，材料的准确性和可重复性大大提高。
文档编号G01K1/12GK1561450SQ02819422
公开日2005年1月5日 申请日期2002年9月26日 优先权日2001年10月1日
发明者保罗·范德尔马特, 埃里克·汉瑟 申请人:维苏维尤斯·克鲁斯布公司