一种钢水快速测温的热电偶的制作方法与流程

本发明申请是分案申请，母案申请号：2015103380685；母案名称：一种钢水快速测温的热电偶及其制作方法；母案申请日：2015-06-17。

本发明涉及钢水的测温元件技术领域，具体涉及一种钢水快速测温的热电偶的制作方法。

背景技术：

钢水温度是当前钢铁行业冶炼过程中的重要冶炼参数。对保证连铸生产过程顺行、降低原材料消耗和能耗、提高铸坯质量有很大的影响。温度控制水平是炼钢厂系统运行平稳性的“晴雨表”。钢水温度的测量也是至关重要的一个环节。

在钢铁冶炼过程中，用热电偶测温的测温端的各个部位之间必须要充填绝缘性和隔热性良好的填充料，否则会因热电极短路及传热快而形成测温偏差。该热电偶填充料俗称快干水泥，它起着固定工作丝材支架、隔热绝缘的作用，是热电偶测温稳定的一个重要部分。

自国内使用热电偶以来，热电偶的填充料一直使用的是酸性料。酸性料由磷酸、轻质氧化镁、氧化铝、镁砂组成，其含量或浓度分别是：磷酸波美式度42，85％的磷酸；含量96％轻质氧化镁；含量98.75％的氧化铝；含镁量50％镁砂。但是，用传统酸性料制作出来的热电偶不稳定，测温波动大。究其原因，酸性料受空气湿度影响大，很容易受潮，导致热电偶的绝缘度下降，影响了热电偶在测温时的准确度。热电偶填充料的上述弊端，一时成为各热电偶生产厂家亟待解决的首要问题。

近些年，有厂商研究出多种水性填充料，也称碱性料。例如发明专利201110073077.8，公开的一种绝缘性好的早强、快干耐火泥浆填充料，能够解决热电偶的吸湿快、绝缘度下降的问题。但是此类碱性料在实际使用中很快也暴露出了问题：(1)由于碱性料是水性填充料，在干燥的时候随着的水分蒸发，填充料干燥时候容易产生收缩，使得填充在碱性料中的贵金属丝容易被拉断裂，并且干燥完成后容易出现裂纹，在测温时由于浸入钢水发生的温度急剧增加会导致热电偶最后温度锁不住。为了解决上述问题，实际操作中填充料在干燥环节需要将其外部环境加湿，达到减速干燥的效果。这一问题的出现以及相应的补救方法，使得制备热电偶工艺繁杂，增加了时间成本。如果在干燥环节控制不好，生产出来的热电偶还是会存在金属丝断裂、填充料干裂的次品。(2)冶钢时候钢水温度达到1500℃以上，使用碱性料生产出来的热电偶在测量钢水温度的时候出现了炸裂的情况。碱性料对于极热状态是不稳定的，使用酸性料填充时未出现炸裂状况。(3)碱性料成份复杂，原料较贵，填充相同体积碱性料的成本是酸性料成本的2.5倍以上。钢水温度测量中使用诸多一次性的热电偶，年消耗量是很可观的数值，在追求更低廉冶钢生产成本中，碱性填充料带来了较大的负担。

现有技术中存在的传统酸性料受空气湿度影响大，很容易受潮，导致热电偶的绝缘度下降，影响了热电偶在测温时的准确度的问题。碱性料存在干燥时候容易产生收缩，使得填充在碱性料中的金属丝容易断裂且填充料干燥后易出现裂纹；测量钢水温度时易炸裂；成份复杂，原料较贵等问题。可以说碱性料是使用复杂工艺以及高成本解决热电偶测温时不准确、不耐用的问题。

针对以上问题，申请人曾提出了申请号为201510152696.4的专利：一种不易反潮的快速测温元件酸性填充料。由于当初对于如何应用至热电偶中，存在一些具体操作步骤的问题，但现在已经对解决了该填充料的应用，特在本案提出申请。

技术实现要素：

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在制作的钢水快速测温的热电偶中填充料存在成本高、易返潮导致绝缘性差、隔热性差、测量不准确的问题，本发明提供了一种钢水快速测温的热电偶的制作方法。它制得的钢水快速测温的热电偶实现了取样迅速、测量准确的目的，而且制造成本低，使用方便。

2.技术方案

本发明在热电偶填充料各料的成份和配比上做了大量实验，分别出现了下列问题：1)填充料粘度不够，填充料与热电偶的小铝帽连接时容易脱落；2)烘烤出炉后的填充料疏松，达不到预想的绝缘效果；3)酸性填充料仍不能解决回潮的问题。最后在其他料的配比及成分与传统酸性填充料类似的情况下，使用含镁量高的镁砂，出现了意想不到的效果。

本发明配比浇注出来的热电偶克服了以上所有的缺陷。本发明酸性填充料与碱性料在同一湿度的环境中放置1-12月，观察发现本发明酸性填充料吸湿速度较碱性料的吸湿速度还要慢。本发明填充料的绝缘度与碱性料的热电偶的绝缘度相当，稳定性、可控性非常好。环境的温度及湿度对本发明酸性填充料的绝缘度影响不大，而且较碱性料比大大降低了成本。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种钢水快速测温的热电偶，包括u形石英管、热电偶金属丝、外护套管、内护套管、垫片和补偿导线，还包括热电偶填充料和金属帽；其中：热电偶金属丝和两端分别和2条补偿导线固定连接后插入u形石英管，在u形石英管的“u”形出口穿出2条补偿导线的自由端；外护套管呈“t”字形，外护套管底部内径和内护套管的外径相同，内护套管从外护套管的底端无缝插入外护套管内，内护套管的上端设置同外径的垫片；2条补偿导线的自由端穿过垫片和传感器连接；热电偶填充料注入外护套管的“t”字形内部空腔形成填充料层对u形石英管和补偿导线加以固定；金属帽插入填充料层顶部并罩在u形石英管的正上方。

优选的方案，金属帽中心正对热电偶填充料的浇注面的中心插入填充料层内；在外护套管的“t”字头的台阶面上设置u形石英管的定位环。

进一步的方案，u形石英管以下为泥头；泥头以上为热电偶填充料。

进一步的方案，金属帽的顶端中心处设置预热孔，材质为铁或铝。

进一步的方案，热电偶填充料为不易返潮的快速测温元件酸性填充料，外护套管和内护套管为纸质材料制作。

进一步的方案，不易返潮的快速测温元件酸性填充料由质量份数固料比液料1:3，经过搅拌、浇注、静置、烘烤工序制备而成；液料由轻质氧化镁0.9-1.1份、水4.5-5份、磷酸5.3-5.6份三种物料混合；固料由含镁量94-98％的镁砂0.96-1.2份与氧化铝3.8-4.5份混合。

进一步的方案，液料由95-97％的轻质氧化镁0.9-1.1份、水4.5-5份、82-86％磷酸5.3-5.6份三种物料混合；固料由含镁量94-98％的镁砂0.96-1.2份与97-98％的氧化铝3.8-4.5份混合。

进一步的方案，液料由96％的轻质氧化镁1份、水5份、85％磷酸5.3份三种物料混合；固料由含镁量95％的镁砂1份与98.75％的氧化铝4份混合。

进一步的方案，不易返潮的快速测温元件酸性填充料的制作包括如下步骤：

a、配制液料：轻质氧化镁、水、磷酸三种物料充分搅拌，浓度达到波美氏度40-44，然后放置7-30天；

b、配制固料：镁砂与氧化铝混合；

c、固料与液料重量比1：2充分搅拌成糊状，浇注后放置24h，最后烘烤。

一种钢水快速测温的热电偶的制作方法，包括如下步骤：

a、连线：将热电偶金属丝的两端分别和2条补偿导线固定连接插入u形石英管，在u形石英管的“u”形出口穿出2条补偿导线的自由端；

b、穿线：2条补偿导线的自由端穿过垫片和传感器连接；

c、套管连接：内护套管从外护套管的底端无缝插入外护套管内，再将定位环置入外护套管的“t”字头的台阶面上；

d、定位：u形石英管插入定位环的内环边缘，再将穿有2条补偿导线的垫片置于内护套管的上端面；

e、浇注：将不易返潮的快速测温元件酸性填充料烘烤前的糊状料在外护套管的“t”字形内部空腔内浇注，u形石英管高出浇注面；

f、戴帽：将金属帽沿u形石英管外侧插入填充料内，并罩在u形石英管的正上方；静置24h；

g、烘烤：转入烘箱内烘烤；

h、冷却：烘烤后从烘箱内取出冷却后即为成品。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明钢水快速测温的热电偶，热电偶填充料起到绝缘和固定的效果；金属帽在热电偶投入至钢水测温前起到对u形石英管起到防护的作用；外护套管和内护套管起到防潮和对补偿导线的保护作用；由它们制得的钢水快速测温的热电偶实现了取样迅速、测量准确的目的，而且制造成本低，使用方便；

(2)本发明钢水快速测温的热电偶，金属帽中心正对热电偶填充料的浇注面的中心插入填充料层内，避免金属帽测温时熔化后u形石英管受热不均影响测温的准确；定位环的设置，保证了u形石英管在正中的位置，进一步防止u形石英管受热不均；

(3)本发明钢水快速测温的热电偶，u形石英管以下为泥头，泥头以上为热电偶填充料，二元式填充料，泥头的成本低于热电偶填充料，即保证了绝缘和固定效果，又降低了成本；

(4)本发明钢水快速测温的热电偶，预热孔的设置，在测温时，部分热量通过预热孔先期进入金属帽对其进行预热，有效的避免金属帽因内外受热不均而影响其熔化，最终影响u形石英管的受热；材质为铁或铝，在有氧工序选用铝帽，无氧工序采用铁帽，提高其通用性；

(5)本发明钢水快速测温的热电偶，热电偶填充料为不易返潮的快速测温元件酸性填充料，有效的提高热电偶的保质期，即便是长时间存放也能应用；外护套管和内护套管为纸质材料制作，成本低，防潮效果好；

(6)本发明钢水快速测温的热电偶，酸性填充料配料中磷酸保证其粘性，不至于过于疏松，与其他部件连接时候牢靠；

(7)本发明钢水快速测温的热电偶，较传统的酸性料相比，没有吸潮的现象，能保持稳定的绝缘度，从而在热电偶运用中能够获得稳定有效的数据；

(8)本发明钢水快速测温的热电偶，在钢水测温中，未出现炸裂等现象，能够对于极热环境有较强的稳定性；

(9)本发明钢水快速测温的热电偶，成本是碱性料成本的1/5，完全符合热电偶填充料需要的粘性、隔热、绝缘等性能要求，能完全替代热电偶碱性填充料，同时本发明酸性填充料在干燥环节中无需对环境加湿、减速干燥；

(10)本发明的制作热电偶的方法，工序简单，可以流水线作业，还可以进一步实现电气自动化生产；

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明实施例3的结构示意图；

图3为本发明实施例5的结构示意图。

附图标记：1、金属帽；2、u形石英管；3、热电偶金属丝；4、热电偶填充料；5、外护套管；6、内护套管；7、垫片；8、定位环；9、补偿导线；11、预热孔；12、泥头；13、塑料支架；100、传感器；101、显示器。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。

实施例1

本实施例的一种钢水快速测温的热电偶，如图1所示，包括u形石英管2、热电偶金属丝3、外护套管5、内护套管6、垫片7和补偿导线9，还包括热电偶填充料4和金属帽1；外护套管5和内护套管6为纸质材料制作；其中：热电偶金属丝3和两端分别和2条补偿导线9固定连接后插入u形石英管2，在u形石英管2的“u”形出口穿出2条补偿导线9的自由端；外护套管5呈“t”字形，外护套管5底部内径和内护套管6的外径相同，内护套管6从外护套管5的底端无缝插入外护套管5内，内护套管6的上端设置同外径的垫片7；2条补偿导线9的自由端穿过垫片7和传感器连接；热电偶填充料4注入外护套管5的“t”字形内部空腔形成填充料层对u形石英管2和补偿导线9加以固定；金属帽1插入填充料层顶部并罩在u形石英管2的正上方。金属帽1材质为铁质。

本实施例的一种钢水快速测温的热电偶，具体使用过程中，将该热电偶浸入钢水中，金属帽1熔化，钢水的温度通过u形石英管2内的热电偶金属丝3将温度信号转化为热电动势信号反馈给传感器，并通过温度显示器显示然后快速取出，在外护套管5和内护套管6不被破坏的前提下，可以进行重复多次检测，但由于金属帽1已熔化，失去了保护作用，因此，在外护套管5和内护套管6也被侵蚀破坏失去其防护作用后，取出未被破坏的如u形石英管2、热电偶金属丝3等，可进行重复利用。

本实施例的一种钢水快速测温的热电偶，热电偶填充料4起到绝缘和固定的效果；金属帽1在热电偶投入至钢水测温前起到对u形石英管2起到防护的作用；外护套管5和内护套管6起到防潮和对补偿导线9的保护作用；由它们制得的钢水快速测温的热电偶实现了取样迅速、测量准确的目的，而且制造成本低，使用方便。

实施例2

本实施例的一种钢水快速测温的热电偶，通过发明人的努力，并进行了一系列的试验，进行了一些改进。

本实施例的一种钢水快速测温的热电偶，其基本结构同实施例1，改进之处在于：金属帽1中心正对热电偶填充料4的浇注面的中心插入填充料层内；在外护套管5的“t”字头的台阶面上设置u形石英管2的定位环8。金属帽1的顶端中心处设置预热孔11，材质为铝；热电偶填充料4为不易返潮的快速测温元件酸性填充料；不易返潮的快速测温元件酸性填充料由质量份数固料比液料1:3组成，液料由95％的轻质氧化镁0.9份、水4.5份、82％磷酸5.3份三种物料混合；固料由含镁量94％的镁砂0.96份与97％的氧化铝3.8份混合；不易返潮的快速测温元件酸性填充料的制作包括如下步骤：

a、配制液料：轻质氧化镁、水、磷酸三种物料充分搅拌，浓度达到波美氏度40，然后放置7天；

b、配制固料：镁砂与氧化铝混合；

c、固料与液料重量比1：2充分搅拌成糊状，浇注后放置24h。

本实施例的一种钢水快速测温的热电偶的制作方法，包括如下步骤：

a、连线：将热电偶金属丝3的两端分别和2条补偿导线9固定连接插入u形石英管2，在u形石英管2的“u”形出口穿出2条补偿导线9的自由端；

b、穿线：2条补偿导线9的自由端穿过垫片7和传感器连接；

c、套管连接：内护套管6从外护套管5的底端无缝插入外护套管5内，再将定位环8置入外护套管5的“t”字头的台阶面上；

d、定位：u形石英管2插入定位环8的内环边缘，再将穿有2条补偿导线9的垫片7置于内护套管6的上端面；

e、浇注：将不易返潮的快速测温元件酸性填充料烘烤前的糊状料在外护套管5的“t”字形内部空腔内浇注，u形石英管2高出浇注面；

f、戴帽：将金属帽1沿u形石英管2外侧插入填充料内，并罩在u形石英管2的正上方；静置24h；

g、烘烤：转入烘箱内烘烤，温度70℃，时间24小时；

h、冷却：烘烤后从烘箱内取出冷却后即为成品。

本实施例的一种钢水快速测温的热电偶，金属帽中心正对热电偶填充料的浇注面的中心插入填充料层内，避免金属帽测温时熔化后u形石英管受热不均影响测温的准确；定位环的设置，保证了u形石英管在正中的位置，进一步防止u形石英管受热不均；预热孔的设置，在测温时，部分热量通过预热孔先期进入金属帽对其进行预热，有效的避免金属帽因内外受热不均而影响其熔化，最终影响u形石英管的受热；金属帽材质为铝，在有氧工序选用；热电偶填充料为不易返潮的快速测温元件酸性填充料，有效的提高热电偶的保质期，即便是长时间存放也能应用；外护套管和内护套管为纸质材料制作，成本低，防潮效果好；酸性填充料配料中磷酸保证其粘性，不至于过于疏松，与其他部件连接时候牢靠；较传统的酸性料相比，没有吸潮的现象，能保持稳定的绝缘度，从而在热电偶运用中能够获得稳定有效的数据。

本实施例的一种钢水快速测温的热电偶，在钢水测温中，未出现炸裂等现象，能够对于极热环境有较强的稳定性；在u形石英管没有损坏的前提下，能够重复测温3次左右；整个热电偶制作成本是碱性料成本的1/5，完全符合热电偶填充料需要的粘性、隔热、绝缘等性能要求，能完全替代热电偶碱性填充料，同时本实施例酸性填充料在干燥环节中无需对环境加湿、减速干燥。

实施例3

本实施例的一种钢水快速测温的热电偶，其基本结构同实施例2，不同之处在于：金属帽1材质为铁，适用于无氧工序中。如图2所示，u形石英管2以下为泥头12；泥头12以上为热电偶填充料4；液料由97％的轻质氧化镁1.1份、水5份、86％磷酸5.6份三种物料混合；固料由含镁量98％的镁砂1.2份与98％的氧化铝4.5份混合。不易返潮的快速测温元件酸性填充料的制作包括如下步骤：

a、配制液料：轻质氧化镁、水、磷酸三种物料充分搅拌，浓度达到波美氏度44，然后放置30天；

b、配制固料：镁砂与氧化铝混合；

c、固料与液料重量比1：2充分搅拌成糊状，浇注后放置24h。

本实施例的一种钢水快速测温的热电偶的制作方法，制作步骤同实施例2。

本实施例的一种钢水快速测温的热电偶，填充料为二元式填充料，泥头的成本低于热电偶填充料，即保证了绝缘和固定效果，又进一步降低了成本。

实施例4

本实施例的一种钢水快速测温的热电偶，其基本结构同实施例3，不同之处在于：液料由96％的轻质氧化镁1份、水5份、85％磷酸5.3份三种物料混合；固料由含镁量95％的镁砂1份与98.75％的氧化铝4份混合。其制作包括如下步骤：

a、配制液料：轻质氧化镁、水、磷酸三种物料充分搅拌，浓度达到波美氏度42，然后放置18天；

b、配制固料：镁砂与氧化铝混合；

c、固料与液料重量比1：2充分搅拌成糊状，浇注后放置24h，最后烘烤。

本实施例的一种钢水快速测温的热电偶，热电偶填充料中各成分为最优配比，所制得的热电偶的保质期比同类时间长50％。

实施例5

本实施例的一种钢水快速测温的热电偶，如图3所示，包括u形石英管2、热电偶金属丝3、泥头12、塑料支架13和补偿导线9，还包括热电偶填充料4和金属帽1；其中：热电偶金属丝3和两端分别和2条补偿导线9固定连接后插入u形石英管2，在u形石英管2的“u”形出口穿出2条补偿导线9的自由端；泥头12呈“t”字形，内部有两端开口的t形空腔；塑料支架13呈头部有固定环的塔状结构，内部有顶端封口的塔状空腔，无缝插入t形空腔内部直至泥头12的底部，塑料支架13底部外径和泥头12的底部内径相同；u形石英管2上端固定在塑料支架13头部的固定环内；2条补偿导线9的自由端沿塑料支架13外壁错开穿出泥头12的底部后和传感器100连接；传感器100和显示器101相连。热电偶填充料4注入泥头12的“t”字形内部空腔形成填充料层对u形石英管2和塑料支架13加以固定；金属帽1插入填充料层顶部并罩在u形石英管2的正上方，其顶端开有预热孔11。

本实施例的钢水快速测温的热电偶，直接用泥头12和塑料支架13代替了内、外护套管和垫片、定位环等定位部件，进一步降低了制作成本。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。