测量枪的制作方法

本技术涉及一种用于测量位于熔融金属顶上的炉渣层的位置和厚度的测量枪。该测量枪被配置为在单次测量中测量大气与炉渣层之间的空气-炉渣界面的位置，以及炉渣层与熔融金属之间的炉渣-金属界面的位置。该测量枪需要较少数量的电端子用于连接到外部电参数测量硬件。这允许除了已有测量之外，还通过对分析装置进行最小的改变实现对炉渣层的厚度的测量，该分析装置是连接到测量枪的外部电参数测量硬件。

背景技术：

1、金属生产线通常包括用于容装和输送熔融金属的许多容器，比如钢包、中间包或炉。如图20所示，钢包(21)可以用于从炉中输送熔融金属，并将其浇注到中间包(22)中，由此，金属熔体可以从中间包出口穿过浇注口浇铸到模具(23)或工具中，以连续形成板坯、方坯、梁、薄板坯等。钢包(21)、中间包(22)或甚至模具(23)中的熔融金属被炉渣层(2)覆盖，该炉渣层由正被处理的金属或矿石中的杂质形成，比如氧化物或灰烬。

2、在容器中，炉渣层漂浮在熔融金属上，从而形成将熔融金属与大气隔开的连续层，由此保护熔融金属不被大气氧化，并减少热损失。测量炉渣-金属界面的位置和炉渣层的厚度是关键的，因为这允许确定容器中所容纳的熔融金属的量，以防止炉渣被夹带到模具(23)中。已知炉渣的组成会影响熔融金属的组成。例如，炉渣可以有助于熔融钢的脱氧。可以通过将保持剂添加到炉渣中来进一步促进脱氧。为达到期望浓度而引入的保持剂的量取决于容器中的炉渣的体积，炉渣的体积可以通过准确测量空气-炉渣界面和炉渣-金属界面的位置来确定。

3、控制容器中的炉渣的量对于评估容器中的熔融金属的状态也重要。例如，炉渣的量是冶金学家用于估计将要添加到系统中的需要量的具体脱氧剂(例如，铝、硅、钛等)的重要信息，因为该脱氧剂的一部分被炉渣吸收，而炉渣通常被高度氧化。

4、目前，空气-炉渣界面和炉渣-金属界面的位置通常使用专用测量枪来确定，该专用测量枪包括测量头，该测量头被配置为测量周围材料的具体特性，并用于检测当枪穿过炉渣和金属熔体浸入容器中时此具体特性的变化，炉渣和金属熔体的该具体特性彼此不同且与周围大气不同。通过记录枪的位置，可以采用分析装置通过识别具体特性突然变化的位置来确定空气-炉渣和炉渣-金属界面的位置，该分析装置通过多个端子电连接到测量头。分析装置通常包括电压计或电阻计。

5、用于测量空气-炉渣和炉渣-金属界面的位置以及因此测量位于熔融金属顶上的炉渣层的厚度的测量枪在本领域中是已知的。

6、us 7876095 b2描述了一种用于确定熔融金属顶上的炉渣层的至少一个界面的设备。该设备包括承载管、布置在承载管的一端并被配置成穿过炉渣层的测量头，其中测量头的柄主体固定在承载管中并具有背离承载管的端面。包括振荡器的电路布置在测量头的柄主体内部，并且感应线圈与振荡器连接且布置在测量头的柄主体外部、在其端面前方。穿过承载管的信号线允许将具有振荡器的电路与外部分析装置(例如计算机)连接。感应线圈可以被固定到测量头的主体的保护性护套围住并由此受到保护而免受炉渣的影响。联接到振荡器的感应线圈允许检测在从炉渣到导电熔融金属的过渡处的周围材料的特性的变化。有利地，熔池接触件布置在测量头的主体外部、在其端面前方。此熔池接触件允许额外确定炉渣层与其之上的空气层之间的界面，因为一旦熔池接触件触碰到炉渣，就发生短路(在正常情况下，炉渣本身通常是接地的)。熔池接触件经由穿过承载管的信号线连接到分析装置。由此可以确定炉渣的上界面和下界面，并且因此可以计算炉渣层的厚度。可以在测量头上布置附加传感器，比如热电元件、电化学传感器或光学传感器，以使得可以同时进行进一步的测量。附加传感器可以经由穿过承载管的其他信号线与分析装置连接。

7、wo 2012/171658 a1描述了一种旨在测量锭模中所容纳的液态金属的表面上的炉渣的厚度的设备。该设备包括：

8、由导电材料制成并能够在炉渣的温度下在热作用下被消融的金属丝，该金属丝包括旨在浸入炉渣中的自由端，

9、用于馈送金属丝的装置，该馈送装置能够将金属丝移位，以使得其自由端根据预定轨迹竖直浸入炉渣中，

10、测量装置，当金属丝在馈送装置的作用下移位时，该测量装置能够测量金属丝的自由端在两个预定事件之间的时间间隔期间行进的距离，

11、用于控制所述馈送装置的装置，该控制装置包括能够检测自由端与液态金属的表面之间的接触的检测装置。

12、该设备使得能够：自动将金属丝浸入炉渣中直到金属丝到达锭模中所容纳的液态金属的表面、将金属丝保持在适当位置中预定时间间隔，该时间间隔足以使浸入炉渣中的金属丝部分在热作用下被消融、接着将金属丝第二次浸入炉渣中直到金属丝到达液态金属的表面。借助于测量装置，计算出在最后一次浸入期间展开的金属丝的长度。此长度对应于浸入炉渣中的、在热作用下已被消融的金属丝部分，并且因此对应于炉渣的厚度。

13、ep 330264描述了一种使用检测器来测量冶金容器中的炉渣的流体层(即炉渣/金属界面)下方的熔融金属浴的表面液位的方法，该检测器穿过炉渣层移动到金属熔池中，并且接着被抽出。所使用的检测器包括氧浓度传感器，该氧浓度传感器发射出信号，从而允许识别熔融金属与炉渣之间的边界的位置。当检测器从金属中抽出时，优选监测来自检测器的信号，并且当检测器从熔融金属穿过炉渣/金属界面进入炉渣中时，所测得的氧浓度的增大被用作所述边界的指示。

14、将检测器浸入熔融金属浴中，其中氧浓度传感器暴露于金属熔体并测量金属熔体的氧浓度。接着将检测器从熔融金属浴拉出，直到氧浓度传感器到达炉渣-金属界面并检测到氧浓度传感器的突然变化，因此识别到炉渣-金属界面的位置。检测器继续从容器中移出，直到氧浓度传感器到达并跨越空气-炉渣界面。然而，当此测量枪能够准确地检测炉渣-金属界面的位置时，由于以下原因，它不能检测空气-炉渣界面的位置。当氧探头在其离开容器的途中行进穿过炉渣时，氧探头被炉渣材料覆盖和污染，这危及对空气-炉渣界面的位置的测量，因为在氧探头被撤出炉渣并处于周围空气中之后，氧探头至少在一段时间内仍保持测量粘附到其表面的炉渣的氧含量。

15、为了确保工业所需的金属零件高质量，需要监测流经容器的熔融金属的若干参数。如果同一传感器无法用于测量设施的两个不同参数，那么分析装置处可用的端子数量相应增加。例如，如果同一分析装置连接到用于测量炉渣厚度的第一传感器(如上所述)和用于测量炉渣和/或金属熔体的温度的第二传感器，那么将需要两组两个端子来测量来自这两个传感器的电压或电流，即4个端子。如果使用第三传感器，那么分析装置应设有三组两个端子，即6个端子。这意味着每当连接到分析装置的传感器类型不止一种时，需要具有对应数量的端子的新分析装置。

16、因此，仍然需要一种测量枪，该测量枪适合于在单次中准确测量空气-炉渣界面与炉渣-金属界面两者的位置，并且需要对与其接口连接的分析装置进行的变化最小。特别地，除了现在已有的测量(比如但不限于温度)之外，该测量枪应适合于执行空气-炉渣界面和炉渣-金属界面的位置的测量，而不需要附加的电端子连接到现有分析装置。本实用新型提出了这种测量枪。在以下章节中详细地描述这些优点和其他优点。

技术实现思路

1、所附独立权利要求限定了本实用新型。从属权利要求限定了优选实施例。

2、本实用新型涉及一种测量枪，该测量枪用于在单次测量中测量大气与位于熔融金属顶上的炉渣层之间的空气-炉渣界面的位置(has)、以及炉渣层与熔融金属之间的炉渣-金属界面的位置，该测量枪包括：

3、承载管，该承载管沿着轴线(x)在近端与位于近端的下游的远端之间延伸，

4、测量单元，该测量单元联接到承载管的远端并被配置为穿过炉渣层，该测量单元包括：

5、电路，该电路被配置为检测空气-炉渣界面，

6、炉渣-金属界面检测单元，该炉渣-金属界面检测单元位于远端的下游、包括至少第一和第二电测量端子、并被配置为测量炉渣层与熔融金属之间的炉渣-金属界面的位置处的第一材料特性的值，以及

7、优选地传感器单元，该传感器单元包括第一和第二电传感器端子并被配置为测量炉渣层和熔融金属的第二材料特性的值，

8、帽，该帽围住炉渣-金属界面检测单元并且可选地围住传感器单元，并被配置为将炉渣-金属界面检测单元与外部环境隔开，

9、其中，该电路包括第一传导元件，该第一传导元件包括导电联接到第一电测量端子和/或第一电传感器端子(9ta)的第一端、以及布置在该帽的外部、优选在该帽的下游的第二端，并且其中，

10、该电路包括热熔断器，该热熔断器位于第一传导元件的第一端与第二端之间，并被配置为在第一传导元件接触该空气-炉渣界面之后热熔断以断开电路，

11、其中术语“下游”是沿着轴线(x)在从近端延伸到远端的方向上定义的。

12、优选地，测量枪包括传感器单元，该传感器单元是热电偶，其中第一和第二电传感器端子被配置为电连接到分析装置，其中分析装置优选是电压测量装置。

13、炉渣-金属界面检测单元可以具有以下检测器配置中的任一种。

14、在根据本实用新型的测量枪的氧配置中，炉渣-金属界面检测单元包括氧探头，该氧探头用于测量氧浓度、包括连接到第一电测量端子的测氧单元和连接到第二电测量端子的参考电极，并且该帽被配置为在暴露于预定义温度持续预定义暴露时间时降解以将氧探头暴露于周围环境，并且热熔断器优选被配置成最迟一旦帽降解便热熔断。

15、在感应配置中，炉渣-金属界面检测单元包括感应线圈，该感应线圈用于检测周围环境的磁导率的变化。

16、该电路还可以具有以下电配置中的任一种，该电配置可以以任何方式与前述检测器配置中的任一种组合。

17、在根据本实用新型的测量枪的电路的传感器配置中：

18、第一传导元件的第一端导电联接到第一电测量端子，并且其第二端导电联接到接触传感器，

19、该电路包括第二传导元件，该第二传导元件的第一端导电联接到第二电测量端子，并且其第二端导电联接到接触传感器。

20、该接触传感器可以在以下配置之间进行选择：

21、开关配置，该开关配置包括机械开关，该机械开关被偏置在断开位置中，并被配置成在施加与使机械开关与空气-炉渣界面接触时产生的力相对应的机械力时移动到闭合位置，以导电连接第一和第二传导元件，其中热熔断器被配置成一旦开关处于闭合位置中便热熔断，或者

22、压电配置，其中压电检测器被配置为在施加与使压电检测器与空气-炉渣界面接触时产生的力相对应的机械力时产生电流，其中热熔断器被配置为在压电检测器已产生电流之后热熔断。

23、在电路的接地配置中，电路仅包括第一传导元件。炉渣和第二电测量端子接地。

24、在枪的电路的包括传感器单元(例如热电偶)的传感器配置的优选实施例中，

25、第一传导元件的第一端导电联接到第一电传感器端子，并且其第二端导电联接到接触传感器，

26、第二传导元件的第一端导电联接到第二电传感器端子，并且其第二端导电联接到接触传感器。

27、在优选实施例中，帽的外表面的一部分是导电的，并且被包含在第一传导元件中或可选地被包含在第二传导元件中。

28、例如，电路的开关配置中的机械开关优选包括：

29、第二构件，该第二构件属于第二传导元件并且牢固地附接到帽，以及

30、第一构件，该第一构件属于第一传导元件并与第二构件不导电地隔开，并通过弹性构件附接到帽，其中弹性构件被偏置以用于将第一构件与第二构件隔开，并用于在施加机械力时变形以导电连接第一和第二构件。

31、在包括传感器单元并且其中电路具有传感器配置的测量枪的优选实施例中，

32、第一传导元件的第一端电联接到氧探头的测氧单元与第一电传感器端子两者，或者

33、第二传导元件连接到氧探头的参考电极与第二电传感器端子两者。

34、本实用新型还涉及一种用于在冶金容器中确定大气与位于熔融金属顶上的炉渣层之间的空气-炉渣界面的位置以及炉渣层与熔融金属之间的炉渣-金属界面(2sm)的位置的方法，该方法包括：

35、将根据前述权利要求中任一项所述的测量枪定位在空气-炉渣界面上方，其中第一传导元件的第二端被定位成最靠近空气-炉渣界面，

36、开始测量该测量枪沿着基本正交于空气-炉渣界面的竖直轴线(z)的竖直位置，

37、开始用炉渣-金属界面检测单元(8)测量第一材料特性的值，

38、开始测量第一传导元件的电气特性，

39、将测量枪至少沿着平行于竖直轴线(z)的竖直分量向下朝向空气-炉渣界面平移，

40、在检测到第一传导元件的电气特性中的梯度指示第一传导元件的第二端已接触到空气-炉渣界面时，将测量枪的竖直位置记录为空气-炉渣界面的位置(has)，

41、保持将测量枪沿着竖直分量向下平移足够远，以确保测量单元超过炉渣-金属界面而位于熔融金属中，

42、允许热熔断器熔断并因此将第一传导元件的第一端与第二端导电地隔开，

43、用炉渣-金属界面检测单元测量第一材料特性的值，并将测量单元维持在熔融金属(3)中，直到第一材料特性的测量值变得基本恒定，

44、将炉渣-金属界面检测单元沿着该竖直分量向上朝向炉渣-金属界面平移，

45、在检测到用炉渣-金属界面检测单元测得的第一材料特性的值的陡峭梯度时，将测量枪的竖直位置记录为炉渣-金属界面的位置，

46、保持将测量枪沿着竖直分量向上平移，直到它完全进入大气中。

47、在根据本实用新型的方法的优选实施例中，其中炉渣-金属界面检测单元是如上所述的用于测量氧浓度的氧探头，其中测量枪包括：

48、由热电偶组成的传感器单元，该热电偶用于测量周围环境的温度的值，以及

49、用于根据由热电偶测得的温度而校正由氧探头测得的氧浓度的智能装置。