CN102854035A - 用于采取优质试样的探头和其取样方法 - Google Patents

用于采取优质试样的探头和其取样方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于采取优质试样的探头和其取样方法，本发明的优质试样的探头，其特征在于，在包括具备用于测定炉内部温度等的探测器的探头、用于安装所述探头并具备使吹扫用气体经过外部支管和保持架之间的间隙能够流入取样口内部的保持架孔的保持架、用于支持所述保持架并在所述炉中进行上下移动的副枪的副枪***中，在所述探头的内部支管具备支管孔，该支管孔使从外部支管和内部支管之间的间隙流入的吹扫用气体能够流入取样口内部，在所述取样口的上室具备使流入的吹扫用气体能够通过的上室孔。根据本发明，能采取炉渣掺杂量更少的钢液试样且能显著提高取样成功率。另外，能减少因取样失败而花费的时间和人工费，并产生降低成本的经济效果。

Description

用于采取优质试样的探头和其取样方法
技术领域
本发明涉及一种用于采取优质试样的探头和其取样方法，更详细地讲，涉及一种如下的用于采取优质试样的探头和利用具备该探头的副枪***来控制炉渣混入钢液试样中并能实现优质试样采取的取样方法，所述用于采取优质试样的探头能够控制和活用氮气等吹扫用气体(purge gas)，使用所述氮气等吹扫用气体的目的如下：如转炉、精炼炉(AOD等)那样，由于炉渣量(slag volume)多而取样性恶劣的环境下用副枪探头采取钢液试样时，防止保持架内部积聚焦油(tar)。
背景技术
一般来说，为了确认转炉内的熔融金属的温度和熔融金属的状态，需要采取钢液试样。为此，将副枪(sublance)周期性地反复浸渍到熔融金属中。副枪***通常包括：长轴的副枪，其与上下驱动体连接；保持架，其与副枪下端连接；探头，安装成每测定时包裹住保持架而被损耗的结构。
所述副枪包括将探头发射的测定信号传递给操作者的信号线，而且由于移至高温的炉内部，因此在内部一般都设有流着冷却水的冷却装置或者流动着氮气等吹扫用气体的吹扫用气体流动通道。
图1是用于说明现有技术的副枪***的一个例子的立体示意图。如图1所示，在所述副枪中，探头200安装在副枪400的保持架，副枪400安装在引导厢70上。通过驱动电动机60使卷绕有引导厢70的钢丝绳90的滚筒80旋转，从而使副枪400下降。副枪400的下降使探头200经过沉淀孔101而沉浸到炉100内部的钢液中，最终测定钢液的温度和成分并采取试样。
随后，通过驱动电动机60使滚筒80进行逆旋转，则引导厢70和副枪400通过钢丝绳90的上升而上升。
但是，使用安装于所述副枪上的取样口采取钢液试样时，必须使流入副枪内部的氮气(N2)或空气(air)等吹扫用气体(purge gas)通过外部支管和内部支管之间的间隙强势并不断地流入取样口的注入口中，这样的话，即使在取样口的注入口提前开口时，也可以抑制发生因吹扫用气体(purge gas)的压力使炉渣由注入口进入的情况。
因此，可以考虑在取样口上室的上部砖一个孔(hole)使吹扫用气体(purge gas)直接从保持架流向注入口方向的方案，使氮气等吹扫用气体(purge gas)能顺畅地大量进入到取样口的注入口内。但此时，在另一方面上，相当于给由注入口进入的钢液提供流进取样口上室的上部的通路而造成安装于副枪***上的连接在探头上的保持架以及补偿导线等主要设备不能得到保障这一问题。
另外，在运行现有的副枪***时，下降副枪使探头完全浸入到测定点才停止继续下沉，在钢液试样流入安装于探头上的取样口注入口时，也会不停吹入(blowing)吹扫用气体以防止焦油的积蓄。但在这种情况下，虽然能在一定程度上减少焦油的积蓄，却也因吹扫用气体的施加压力而妨碍由注入口流入试样钢液，导致钢液的取样变得困难等问题。
发明内容
发明要解决的课题
本发明是为了解决如上所述的现有技术的问题而提出的，其目的在于，提供一种如下的用于采取优质试样的探头和具备该探头的取样方法：如转炉和精炼炉(AOD)那样，由于炉渣多而取样性恶劣的环境下用安装于副枪探头上的取样口来采取钢液试样时，为防止保持架内部焦油(tar)的积聚而使用的氮气等吹扫用气体(purge gas)对取样口的注入口施加压力，从而防止炉渣流入钢液试样中。
另外，本发明的目的在于，提供一种采取优质试样的方法，其使用上述的探头而能够提高取样成功率并抑制了炉渣的流入。
解决课题的方法
为实现如上所述的目的，本发明的用于采取优质试样的探头，其特征在于，在包括具备用于测定炉内部温度等的探测器的探头、用于安装所述探头并具备使吹扫用气体经过外部支管和保持架之间的间隙能够流入取样口内部的保持架孔的保持架、用于支持所述保持架并在所述炉中进行上下移动的副枪的副枪***中，
在所述探头的内部支管具备支管孔，该支管孔使从外部支管和内部支管之间的间隙流入的吹扫用气体能够流入取样口内部，
在所述取样口的上室具备使流入的吹扫用气体能够通过的上室孔。
另外，其特征在于，在所述取样口上室上端的外侧面上接触设置有金属构件，在该金属构件上比上室孔更紧凑地形成有使吹扫用气体能够通过的构件孔，所述上室孔和所述构件孔一部分相重叠从而实现通气。
另外，其特征在于，在所述取样口上室上端的外侧面上接触设置有金属构件，该金属构件上形成有使吹扫用气体能够通过并不与上室孔直接贯通的构件孔，在以相互交错的方式设置的所述上室孔和构件孔之间能进行通气。
另外，其特征在于，在取样口和连接器之间形成一个以上的所述支管孔。
另外，其特征在于，所述取样口上室上端外侧面形成有阶梯部，以同时具有与所述金属构件接触的接触部和非接触部。
另外，其特征在于，所述比上室孔更紧凑地形成有构件孔的金属构件是网眼网或冲孔网。
另外，本发明的采取优质试样的方法，其特征在于，包括：下降安装于副枪上的探头，在经过炉渣层到达钢液测定位置为止，将副枪内部的吹扫用气体吹入至探头取样口的步骤，在所述测定位置进行取样和测定期间，中断吹入所述吹扫用气体的步骤，和从完成所述取样和测定而副枪开始上升到副枪移到外部为止，再次吹入所述吹扫用气体的步骤。另外，所述探头为如上所述的多种探头中的其中一种。
发明效果
根据本发明，与现有技术相比可以采取炉渣掺杂量更少的钢液试样，并且能显著提高取样成功率。
另外，根据本发明，可以减少因取样失败而花费的时间和人工费、以及因取样失败而废弃的探头等的消耗品费用，因此有降低成本的经济效果。
附图说明
图1是用于说明根据现有技术的副枪***的一个例子的立体示意图。
图2是本发明的将用于采取优质试样的探头和保持架相结合的一个例子的部分剖面示意图。
图3a是示出本发明的采取优质试样的探头的一个例子的上室的上部的部分立体示意图。
图3b是沿上述图3a中A-A线的剖面示意图和设置在其上的金属构件的示意图。
图3c是本发明的采取优质试样探头的一个例子的上室的截面立体图和设置在其上部的金属构件的示意图。
图4是本发明的取样口的截面立体示意图。
图5是用于说明本发明的为了采取优质试样而发生副枪位置变换时的吹扫用气体吹入方法的图形。
图6是用现有的探头和本发明的探头分别采取的试样的分析面和上部剖面的对比照片。
图7是经过形成有2mm孔的金属构件流入的钢液程度和连接器的劣化程度的照片。
附图标记说明
10：取样口        11：上室孔        12：上室
13：注入口        14：过滤器        15：注入口盖
20：金属构件      21：构件孔        30：内部支管
31：支管孔        40：外部支管      41：连接器
50：保持架        51：保持架孔。
具体实施方案
以下，参照附图对本发明实施方案进行详细说明。
首先，本发明的简要主旨如下，具备本发明的用于采取优质试样的探头的副枪***，在炉渣量(slag volume)较多的精炼炉(AOD)等中，在炉渣层的盖(cap)的早期开孔时也能控制炉渣的混入，通过浸渍停止位置的钢液的流入来采取优质试样。为此，吹入(blowing)副枪内部的氮气等吹扫用气体(purge gas)直到浸渍停止为止，从而抑制炉渣的流入，在浸渍停止时中断吹扫用气体的吹入(blowing)使得试样钢液的流入更加顺畅，由此以能采取优质试样的方式变更吹扫用气体的吹入方法(sequence)的一部分。
另外，为了使氮气等吹扫用气体(purge gas)容易地流入取样口10的内部，在保持架50上加工保持架孔51，并且为了使吹扫用气体顺畅地从外部支管40和内部支管30之间的间隙流入取样口10内部，在内部支管30上也加工支管孔31。进一步，在取样口10上室12的上部以如下方式形成：形成上室孔11以使吹扫用气体的容易流动，而且钢液通过取样口10的注入口13流入时，能排出氮气(N2)和溶解气体，而且对通过上室孔11进入上室的钢液进行冷却从而保护内设在副枪的设备。
图2是本发明的将用于采取优质试样的探头和保持架相结合的一个例子的部分剖面示意图。图3a是示出本发明的采取优质试样的探头的一个例子的上室的上部的部分立体示意图。图3b是沿上述图3a的A-A线的剖面示意图和设置在其上的金属构件的示意图。图3c是本发明的采取优质试样探头的一个例子的上室的截面立体图和设置在其上部的金属构件的示意图。图4是本发明的取样口的截面立体示意图。
如图2所示，本发明的副枪***中，探头安装在保持架50上，该探头具备在炉内部测定熔融金属的温度等的传感器120，所述保持架50包括支撑该探头并且在所述炉中上下移动的副枪。本发明的副枪***所持有的特征中的一种就是，为了使吹扫用气体流畅地流通，在适当位置还具备与现有技术不同的三个孔。
首先，所述保持架50具备有保持架孔51，该保持架孔51使氮气等吹扫用气体更顺畅地流入取样口10内部，所述探头的内部支管30上具备有支管孔31，该支管孔31使从外部支管40和内部支管30之间的间隙流入的氮气等吹扫用气体顺畅地流入取样口10内部。根据需要，在取样口10和连接器41之间可形成一个以上的多个所述支管孔31。所述取样口10的上室12具备上室孔11，该上室孔11使流入的吹扫用气体在上室的上下更流畅地流通。
图3a是本发明的采取优质试样的探头的一个例子，表示上室上部形成有四个上室孔11。上述情况中，如果将上室孔11加大并设置多个则虽然吹扫用气体的通气性会变好，但在另一方面，如果通过取样口10的注入口13浸入的钢液通过该上室孔11进入保持架50侧，则由连接器的热化导致发生温度偏差以及诱发接触不稳定，随着保持架使用寿命的缩短，安装于保持架上的补偿电路等副枪的主要设备也可能受到损伤。因此，取样口10的上部构造虽然要使吹扫用气体容易流动，但要抑制试样钢液向保持架方向的流出。
如上所述，副枪内部的主要设备受到损伤时只替换探头就要重新使用的副枪***中，有可能导致连副枪本身也不能再利用而必须更换的巨大损失。
因此，在本发明中，如图3b所示，在所述取样口10上室12的上端形成上室孔11使吹扫用气体流畅地通气，并在该上室孔11的上部再设置在如图3b上部图或图3c上部图所示的金属构件20。优选该金属构件20是能够冷却钢液的金属材质的板块(plate)、网眼网或冲孔网。
如图3a所示，所述取样口10的上室12的上端外侧上存在上部凹槽，上部凹槽用于在上室12与位于其上的金属构件20的相连接时，使流入该处的钢液凝固。即，在所述取样口10上室12的上端外侧面上，以同时具有与所述金属构件20直接接触的接触部和存在略微间隙的非接触部的方式形成有阶梯部。
金属构件20上形成有比上室孔11排列更紧凑的构件孔21，是一种吹扫用气体在与上室孔11和构件孔21之间来回流动，更充分通气的构造。可以使用在与上室孔11相一致的位置加工有同一大小的孔(hole)的金属材质的板块(plate)。但在这种情况下，很难隔绝试样钢液向保持架方向的逆流，而且，存在要对上上室孔11和构件孔21的大小和位置的麻烦和不便，因此，会增加板块(plate)的制作费用以及取样口的制作时间。在隔绝试样钢液向保持架侧上方流入的方面，虽然用取样口10的金属过滤器14(filter)能获得一定效果，但紧靠这些很难实现充分隔绝。
因此，如图3c所示，所述金属构件20优选采用带有紧凑间隙结构的金属材质，这种结构的产品可以使用网眼网或冲孔网等。这些产品在与取样口10的上室孔11匹配操作时不存在方向性，因此可以与上室孔11的大小和位置无关地进行组装工作。若在所述上室孔11的上部(将具有保持架的方向称为上部)配置所述金属构件20，则由于在该金属构件20上紧凑地形成有多个构件孔21，因此使得上室孔11和构件孔21部分重叠从而实现相互通气。
另外，如图3b的上部图所示，所述金属构件20可以使用在中央部形成有构件孔21的金属板块(plate)。在这种情况下形成的结构是，所述金属构件20的构件孔21和所述取样口10的上室孔11并不直接贯通。在此，就所述上室孔11和构件孔21数量而言，只要上室孔11和构件孔21互相不直接贯通，分别设置多个也无妨。
如上所述，形成上室孔11和构件孔21相互交错的结构，取样口10的上室上部形成有阶梯槽，由此不但可以提高吹扫用气体的通气性，还可以隔绝试样钢液通过取样口的注入口向上部(将具有保持架的方向称为上部)方向流入。
为了掌握根据形成在图3c的金属构件20的构件孔21尺寸而变化的钢液上部的流入程度，一个金属构件20上加工1mm的孔，另一个金属构件20上加工2mm的孔，从而对钢液的流入程度进行了比较。
对比结果，经过形成有1mm孔的金属构件20的钢液流入程度很微小，但经过形成有2mm孔的金属构件20时，因钢液流入程度严重而使连接器劣化和保持架的烧损也严重。图7是示出经过形成有2mm孔的金属构件20流入的钢液的程度和连接器的劣化程度的照片。因此，可以能确认在金属构件20上形成的构件孔21的大小优选采取约1mm左右。
通过采用如上所述的结构，具备本发明的用于采取优质试样的探头的副枪***的结构如下：可以使吹扫用气体经过上室孔11和构件孔21自由地向上部和下部流动，尤其是可以使强压吹扫用气体从保持架50侧直接吹入(blowing)取样口10的注入口13侧。另外，本发明具有如下结构：经过注入口13流入的钢液试样挂在配置于所述上室孔11上部的金属构件20的紧凑的构件孔21上或者具备与上室孔11相互交错形成的构件孔21的金属构件20上，不能继续向上部流动，而在其之间的阶梯部等中凝固从而能够对保持架50侧上部的设备进行保护。
另一方面，在现有技术中，向副枪内部流入氮气等吹扫用气体(purge gas)在副枪为了测定而运行的期间，需要一直不断地吹入(blowing)。其目的在于，副枪浸渍于高温钢液时，降低副枪内部的补偿导线的温度，防止通过探头内部产生的高温烟(fume)而焦油(tar)沉积在保持架(holder)内的螺母部(female)。
但是，如现有技术那样，如果副枪沉浸时一直吹入(blowing)该氮气吹扫用气体(N2 purge gas)，则会增加探头内部的压力，因此有时需要试样钢液的流入流畅的情况下也有可能起到抑制流入流畅的作用。
因此，为了必要时降低探头内部的压力，在探头后端部加工如图2所示的保持架孔51(holder hole)。另外，在副枪到达测定点(measuringposition)，实际钢液试样流入而沉浸停止时，切断吹扫用气体(purgegas)的吹入而使钢液的流入更加流畅，从而显著提高钢液试样的流入性。
以下，对本发明采用的钢液试样的流入性的提高方法进行更详细的说明。
在转炉或精炼炉(AOD等)的探头测定点的脱碳和还原阶段上炉渣量(slag volum)比较多，从炉下端的风口(tuyere)流入氧气(O2)和氮气(N2)或氩气(Ar)而钢液的流动严重。因此，无法正确地分离炉渣层和钢液层，还使炉渣和钢液再次混合(mixing)情况。
因此，炉渣量较多的脱碳和还原阶段中，经常存在试样中混入炉渣的问题。这种炉渣混入问题可以使用已发明的安装在上室内的陶瓷过滤器14(ceramic filter)来过滤掉一部分，但随着注入口盖15的开孔时期而混入的炉渣量不同，因此很难完全控制炉渣的混入。
炉渣的流入也与注入口盖15的材质有关。现有探头使用的注入口盖15是在取样口用耐热胶合剂(cement)由钢(steel)材质的钢盖和纸(paper)质的盖构成的。使用纸盖是为了直到通过炉渣层为止不让钢(steel)盖露出来，以达到保护钢盖的目的，使用钢盖的目的在于延缓钢液的流入。但是，由于炉渣的量以及组成、温度等的变化，在存在清净钢液的副枪停止时刻，钢液总是很难流入。
为解决这种问题，利用变更的吹扫用气体吹入顺序(purge gassequence)，在停止副枪沉浸前通过氮气等吹扫用气体的压力来控制炉渣的流入，并在停止沉浸时，便可以提高试样的流入性。即使注入口盖15在早期开口，如果取样口10内存在比炉渣静压更大的氮气等吹扫用气体的压力便可以控制炉渣的流入。
图5是用于说明为了本发明的优质试样采取而根据副枪位置变化的吹扫用气体吹入方法的一个例子的图表。
参照图5的图表，X轴表示时间，Y轴表示副枪的高度变化。中央部分的图表示随着时间经过的位置变化。
首先，从转炉和精炼炉等的1950cm的位置开始对上部速度进行控制，副枪以每分钟120m的速度向溶液表面下降。如果所述副枪到达1172cm的位置(图表中的A点)，则开始吹入(blowing)吹扫用气体，副枪开始进入到熔融金属炉渣层。
如果副枪到达钢液(steel)层(图表中的B点)，则开始对下部速度进行控制，副枪的下降速度减小至每分钟10m的同时到达钢液下部的测定点(measuring position)(图形中的C点)。
副枪到达测定点后，在进行采取试样以及测定期间，切断从副枪上部向下部进行的吹扫用气体的吹入。如上所述，在停止沉浸时，切断吹扫用气体的吹入(purge gas blowing)，由于探头后端部(上部)的保持架孔51以及保持架50和探头之间的间隙，降低探头后端部的压力，而由于这样降低后的取样口10的内部压力和流入的钢液静压力之间的差异，钢液流入性会显著提高。即，如上所述，在为了采取试样而停止副枪沉浸期间切断吹扫用气体(purge gas)的吹入，通过由此产生的文氏管(venturi)效应来提高钢液的流入性。因此，虽然副枪的浸没位置较低，与现有技术的构造对比，也能显著提高取样性。
完成取样以及测定之后(图形中的D点)，重新开始吹扫用气体的吹入，副枪会向上部移动。
下表1表示改变氮气等吹扫用气体的吹入顺序(purge gassequence)而进行的钢液取样的工作的事例。
<表1>变更氮气吹扫用气体吹入的实施例
Figure BDA00001754708400101
注：所述“开”表示向副枪中吹入吹扫用气体的状态，“关”表示切断吹入的状态
从上述实验中可知，如果采用本发明的取样口10而在副枪的浸渍停止时切断氮气等吹扫用气体(purge gas)的吹入(blowing)，则减少试样未取满现象，并显著增加钢液试样的重量。这证明了吹扫用气体不仅会抑制炉渣的混入而且抑制试样钢液的流入的这一事实。另外，也确认了氮气等吹扫用气体(purge gas)会成为抑制炉渣混入的一个因素的事实。
图6是用现有技术的探头和本发明的探头分别采取的试样的分析面以及上部截面的对比照片。如图6所示，在炉渣量(Slag volume)较多的运作环境中，由现有技术的探头采取的试样在试样分析面上都混有炉渣从而不能进行分析的情况较多。但是，使用本发明的探头不仅可以控制炉渣的混入还可以显著提高试样的优质性。如图6所示，由本发明的探头采取的试样不仅在分析面上甚至连试样上部的断面也很难找到混入的炉渣。

Claims (8)

1.一种用于采取优质试样的探头，其特征在于，在包括具备用于测定炉内部温度等的探测器的探头、用于安装所述探头并具备使吹扫用气体经过外部支管和保持架之间的间隙能够流入取样口内部的保持架孔的保持架、用于支持所述保持架并在所述炉中进行上下移动的副枪的副枪***中，
在所述探头的内部支管具备支管孔，该支管孔使从外部支管和内部支管之间的间隙流入的吹扫用气体能够流入取样口内部，
在所述取样口的上室具备使流入的吹扫用气体能够通过的上室孔。
2.权利要求1所述的用于采取优质试样的探头，其特征在于，在所述取样口上室上端的外侧面上接触设置有金属构件，在该金属构件上比上室孔更紧凑地形成有使吹扫用气体能够通过的构件孔，所述上室孔和所述构件孔一部分相重叠从而实现通气。
3.权利要求1所述的用于采取优质试样的探头，其特征在于，在所述取样口上室上端的外侧面上接触设置有金属构件，该金属构件上形成有使吹扫用气体能够通过并不与上室孔直接贯通的构件孔，在以相互交错的方式设置的所述上室孔和构件孔之间能进行通气。
4.权利要求1所述的用于采取优质试样的探头，其特征在于，在取样口和连接器之间形成一个以上的所述支管孔。
5.权利要求2或3所述的任一项用于采取优质试样的探头，其特征在于，所述取样口上室上端外侧面形成有阶梯部，以同时具有与所述金属构件接触的接触部和非接触部。
6.权利要求2所述的用于采取优质试样的探头，其特征在于，所述比上室孔更紧凑地形成有构件孔的金属构件是网眼网或冲孔网。
7.一种使用用于采取优质试样的探头来采取优质试样的方法，其特征在于，包括：
下降安装于副枪上的探头，在经过炉渣层到达钢液测定位置为止，将副枪内部的吹扫用气体吹入至探头取样口的步骤，
在所述测定位置进行取样和测定期间，中断吹入所述吹扫用气体的步骤，和
从完成所述取样和测定而副枪开始上升到副枪移到外部为止，再次吹入所述吹扫用气体的步骤。
8.权利要求7所述的使用用于采取优质试样的探头来采取优质试样的使用方法，其特征在于，所述探头为权利要求1-6所述的任一项探头。
CN201210193222.0A 2011-06-30 2012-06-12 副枪***和采取试样的方法 Active CN102854035B (zh)

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