测量液态金属中气体含量的装置和方法以及所应用的探头的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于测量液态金属中气体含量的装置，该装置包括:探头，其被设计成浸入液态金属中，且进而具有在探头的被设计为位于底部的一端开通的气体供应线路;气体收集部分，其用于收集从气体供应线路中流出的气体，该气体收集部分定位成与气体供应线路的开通口相反且设置有隔膜，隔膜允许气体通过并阻挡液态金属；以及气体移除线路，其经由隔膜与气体收集部分相连接;装置还包括:气体回路，其一端与探头的气体供应线路相连接，另一端与探头的气体移除线路相连接;至少一个气体检测器，其安置在气体回路中；以及安装在气体回路中或气体回路上的用于使气体流过气体回路、气体检测器和探头的装置。
【背景技术】
[0002]浸入到液态金属熔池中的探头包括:气体供应管，其底端被塞子封闭，塞子在液态金属中熔化;气体收集部分，其具有允许气体通过但阻留液态金属的隔膜，气体收集部分收集金属中从气体供应管冒泡的气体；以及排气管，其与气体收集部分连接。气体回路的一端与供气管连接，另一端与排气管连接。气体回路还包括气体检测器和栗，栗安装在气体回路中以帮助气体经由气体回路流动。气体回路穿过测枪延伸，测枪包括二部分快速连接接头的一部分，探头包括二部分快速连接接头的另一部分。气体在气体回路中循环时被干燥。
[0003]液态金属中溶解气体的含量，特别是氢气的含量，对最终获得的金属性能有重要的影响。在金属制造工艺当中，更加特别地在精炼和铸造期间，在需要满足高质量要求的金属(特别是钢)的情况下，必须精确跟踪氢含量，以确保气体含量能够保持在限定的范围之内。
[0004]为了测定氢而特别设计的装置能够使小体积的载气经由液态金属冒泡。所述气体被收集并多次通过闭合回路直到在金属中的气体和所述载气之间达到自身平衡。气体检测器安装在气体回路中且用于测定气体含量，更特别的是测定氢含量。这类装置通过英国专利N0.821，821为世人所熟知。
[0005]然而，在根据所述专利说明书的装置中，探头永久性地与气体回路相连接并且所述探头被设计用于进行多次连续测量。所述探头因此不得不由特殊材料制造并具有在液态金属熔池中长期停留的抵抗力，因此所述探头相当昂贵并且实际上只能用于测量熔点相对较低的金属熔池中的氢含量。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于对所述缺点进行补救并且提供一种测量包含液态金属(即钢)的熔池中的含量的装置，使得简单测量成为可能并且使用成本相对低廉。
[0007]为了这个目的，本装置用于测量液态金属中气体含量且包括测枪，气体回路的至少一部分延伸穿过测枪。这个测枪包含快速连接接头的一部分，快速连接接头具有可以相互联接的插入部和凹入部，而浸入式探头在收集部分的相反侧且在距所述收集部分一定距离处包含快速连接接头的其他部分，快速连接接头在联接状态下将探头的气体供应线路和气体移除线路与气体回路中上述两端的各部分进行气密连接。探头因此构建成只用一次测量或者至多使用有限次测量的投掷式探头。
[0008]因此，探头仅仅需要具有在液态金属中停留相对较短时间的抵抗力，以便能够构造为在高熔点的金属中进行测量并且可以用相对便宜的材料来生产。
[0009]探头与测枪分离，探头可以在浸入前快速而容易地安装在测枪上并且测量探头能够快速而容易地从测枪上拆卸下来。所介绍的探头利用测枪以容易而安全的方式实现测量，测枪可以重复使用。
[0010]在本发明的特定实施例中，探头包含将探头的快速连接接头区域围绕起来的隔热罩。所述隔热罩也能够承受液态金属有限的时间并且能够以便宜的材料进行生产，比如烘干砂、陶瓷纤维、硬纸板和类似的材料。因为所述隔热罩被放置在距离收集部分相当远的距离，所以因所述隔热罩的可能燃烧而释出的气体对测量几乎没有任何影响。
[0011]在本发明的有利实施例中，探头的气体供应线路和气体移除线路是在快速连接接头部分外侧是同心的。
[0012]优选的，最外层线路包含将收集部分连接到探头的快速连接接头部分上的管。
[0013]在本发明的优选使用的实施例中，所述装置包含将气体回路打开并且将与气体移除线路连通的部分连接至开放大气的装置。
[0014]本实施例中，在测量的开始阶段，可以允许馈送到气体回路中的载气回到大气，并且因此，载气经由探头在闭合回路里的实际循环以及因此的实际测量只能在首次测量到载气中的杂质后开始进行。
[0015]在本发明的有利实施例中，所述装置的气体回路中包含能够保留载气中不同气体成分的几个气体检测器和联接到气体回路的过滤器。
[0016]依据本实施例，能够用同样的装置同时测量几种气体含量。
[0017]在本发明的特定实施例中，隔膜由利用粘结剂粘结在一起的陶瓷纤维或陶瓷颗粒制成，其特征在于隔膜具有铃铛形状并且气体收集部分由所述隔膜形成。
[0018]本发明还涉及一种测量液态金属熔池中气体含量的方法，根据该方法，将载气经由探头馈送到气体供应线路，探头包含气体供应线路和气体移除线路，气体供应线路和气体移除线路的最底端彼此靠近且伸出到液态金属熔池中，在进入液态金属熔池中受探头的保护，在要测量含量的气体与熔池交换后再次收集所述载气，并且经由气体移除线路通过可以测量气体含量的测量装置来馈送载气。
[0019]在上述的装置中，使用安装在测枪上的投掷式探头，随后投掷式探头浸入熔池中。
[0020]所述投掷式探头在熔池中滞留有限的时间，从而在浸入之后相当快速地执行测量循环，比如可以在载气被栗抽吸通过气体检测器并且由此开始实际测量之前以在气体回路中进行洗气(flushing)来开始测量循环。
[0021]为此，使用如下的探头，其中至少一个气体线路被密封件密封，该气体线路在探头浸入熔池后马上开启封闭。在所述封闭端开启之前，对具有所述端部的气体线路进行栗送或排空所述线路，在这种情况下，检测到封闭端的开启所导致的压力或流量的突然改变，并且在所述压力或流量改变之后不久，测量循环开启并且载气通入探头。
[0022]在本发明的特定实施例中，在所述压力或流量突然发生改变时校准测量装置。
[0023]可以紧接在经由气体移除线路检测到上述改变之后将载体馈送给测量装置以测量气体含量。
[0024]在优选的实施例中，测量循环以线路中的洗气开始，载气经由气体线路馈送并且允许流出，只有在此之后载气通入探头并且通过测量装置以用于实际测量。
[0025]在洗气期间，载气可以同时馈送给气体供应线路和气体移除线路，载气允许逸入熔池中。
[0026]在洗气期间，载气也可以馈送给探头的气体线路之一，并且借助探头中的其他气体来移除，也允许逸入开放大气中。
[0027]在实际测量期间，优选地，载气栗入闭合回路并通过探头和测量装置。
[0028]依据本发明方法的特定实施例，使用探头，探头的气体移除线路在底部具有收集部分，收集部分由线路本身的一部分管和安装在所述部分上的圆盘形隔膜形成，在浸入时，载气气垫在所述隔膜下方形成，并在测量期间一直保持，从而以这种方式阻止金属与隔膜直接接触。
[0029]依据本发明方法的另一个特定实施例，在载气中加入胶态或者气态的物质，通过反应，在通过金属后过滤移除经由金属和所述物质冒泡的载气气泡里的表面活性物质。
[0030]依据本发明方法的另一个实施例，在实际测量循环期间，一定量的气体成分(要测量该成分在金属中的含量)添加到载气中以使得在载气中的所述气体成分更加迅速达到平衡浓度。
[0031]本发明也涉及一种明显适于依据前述实施例之一的方法而应用的探头。
[0032]本发明因此涉及一种测量液态金属熔池中气体含量的探头，探头具有:气体供应线路，其一端在探头的被设计位于底部的端部开通；以及气体移除线路，其用于收集从气体供应线路流出的载气，并气体移除线路的端部位于气体供应线路最底端附近的位置，探头的特征在于至少一个气体线路被密封件密封并且可以在浸入期间开启密封。
[0033]在本发明的特定实施例中，气体供应线路的最底端通过易熔塞密封，并且易熔塞在浸入金属熔池期间熔化。
[0034]本发明也涉及一种测量具有低分压氧气的液态金属恪池中气体含量的方法，特别是氢含量，根据这种方法，探头具有气体供应线路和气体移除线路，气体供应线路和气体移除线路的最底端彼此邻近并浸入熔池中，将探头浸入熔池中，载气经由气体线路进入气体供应线路，所述载气在要测量含量的气体与熔池交换后再次被收集并且经由探头的气体移除线路和与其连接的气体线路以及经由气体检测器馈送，气体检测器可以测量气体含量。
[0035]具有低分压氧的金属是一种含有高氢/水比率的金属，正如钢等情况。
[0036]在已知的测定氢含量的方法中，在实际测量中基于与载气进行交换而获得的氢含量使用相当大的修正系数，这些系数并不总是理论上明确有效的。虽然所述修正系数在高氢浓度中能够获得令人满意的结果，但是在低氢浓度中却不是这样的情况。
[0037]本发明的目的在于补救这种缺陷并且提供一种方法使得在不必使用修正系数的情况下气体含量的更高精度的测量成为可能，特别是氢含量，这种方法也能够在非常低的气体浓度情况下使用，特别是金属中氢的浓度。为了这个目标，载气必须是干燥的。
[0038]出人意料地，已经发现水或者水气在探头浸入熔池时因构成探头的材料而释出，并可能在测量时造成干扰。释出的水气在熔池的高温状态下开始分解，因此测量的氢