一种具有测温功能的透气式塞棒的制作方法

本发明涉及冶金连铸技术领域，具体涉及一种具有测温功能的透气式塞棒。

背景技术：

连铸是钢铁生产的关键工艺，其将液态钢水转变为铸坯。控流和测温一直是连铸生产中的两个关键问题。

钢水从连铸中间包流出经上水口进入连铸结晶器开始凝固，中间包出口处的钢水温度是整个中间包内对钢水过热度和凝固质量控制最有指导意义的温度。

结晶器内钢水的液位是影响铸坯质量的关键参数，由流出中间包的钢水流量进行控制。该钢水流量是通过控制塞棒与上水口之间的间隙进行控制的。

在连铸的浇铸过程中，钢水中通常会含有夹渣物，尤其是如高铝钢一样的镇静钢，夹渣物含量较高。夹渣物的危害在于：一方面，钢水中的夹渣物易在塞棒底端的上水口处富集，当夹渣物富集过多时，将堵塞水口，影响钢水流量的控制，通常采用在塞棒底端吹氩气的方式防堵塞；另一方面，夹渣物若随钢水进入结晶器，并随钢水凝固成铸坯时，将成为铸坯的缺陷，塞棒底端吹氩气将有助于夹渣物上浮，便于去除夹渣。因此，连铸中间包出口测温、上水口处的防堵塞、钢水中夹渣物的去除都是需要解决的问题。

为解决测温问题，中国专利cn1936524a和cn101337273a中研究人员在不透气的塞棒内装入热电偶或红外测温探头，实现温度测量，该技术方案存在着两个问题：一是，塞棒的棒头为防冲刷都做成厚壁结构，导致测温响应滞后严重，难以满足工艺控制要求；二是，该技术方案只能针对不含透气孔的塞棒，当含有透气孔时，棒头将因吹氩气而冷却，无法测出钢水温度。

综上所述，现有技术方案难以在控流的同时解决连铸中间包出口的测温、上水口处的防堵塞和夹渣物去除的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种测温功能的透气式塞棒，通过在塞棒中设计感温元件及排气通道，能够在控制钢水流量的同时实现中间包出口的快速测温、上水口处的防堵塞和去除夹渣物的功能。同时排气通道的设计能够实现塞棒内腔产生烟气的排除，清洁测温光路的功能。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种具有测温功能的透气式塞棒，其特征在于：该塞棒包括棒身、棒头、测温单元、连接管和排气通道；其中：所述棒身为中空结构，棒身的上端与连接管相连接，棒身的下端连接棒头；所述测温单元用于测量钢水温度，其为一端封闭另一端开口的管状结构，测温单元的开口端与所述棒头相连接并与所述棒身的内腔相连通，测温单元的封闭端由棒头的下端伸出并露出所述棒头；所述排气通道为多个，所述排气通道的入口端与所述棒身的内腔或所述棒头的内腔相连通，所述排气通道的出口端与所述棒头的外表面相接并与外界相连通。

所述排气通道环绕所述测温单元分布；所述排气通道的入口端位于所述测温单元的开口端以上，即所述排气通道的入口端到所述测温单元的开口端的距离l2≥0mm，l2优选为20～250mm。

所述排气通道的出口端到所述测温单元的外表面的距离l3≥5mm。

所述测温单元为黑体空腔式测温传感器，所述测温单元的壁厚为2.0～10.0mm，内径为10.0～30.0mm；所述测温单元露出所述棒头的部分的长度l1与所述测温单元的内径φ0的比值l1/φ0＝1.0～15.0，优选为1.0～10.0；该测温单元作为温度传感器插入钢水中，当其被钢水加热并达到热平衡时基于黑体空腔原理能够感知钢水温度并发出稳定的热辐射能。

所述测温单元的壁厚为2.0～10.0mm，内径为10.0～30.0mm；所述测温单元露出所述棒头的部分的长度l1与所述测温单元的内径φ0的比值l1/φ0＝1.0～15.0，优选为1.0～10.0。

所述测温单元露出所述棒头的长度为10.0mm～150.0mm，优选为20.0mm～100.0mm。

所述测温单元为金属陶瓷管，具体为mo-zro2、w-zro2或mo-w-zro2。

所述棒身与连接管的连接方式为：连接管伸入棒身的内腔上部，并通过定位连接螺母将连接管与棒身固定连接。

所述测温单元、棒身、棒头与连接管为同轴，所述连接管、棒身的内部、棒头的内部与排气通道组成通风结构。

本发明的优点和有益效果如下：

1、本发明提供的塞棒，适用于连铸中钢水浇铸过程需要吹氩气的情况，可实现中间包出口钢水流量的控制和中间包出口上水口处的钢水连续快速测温，同时实现吹氩气防堵塞、除夹渣和排出塞棒内腔烟气清洁测温光路的功能。

2、本发明测温单元采用特定材质后，使得测温单元的壁厚减薄，将薄壁的测温单元复合于棒头的底部实现对中间包出口处上水口附近钢水温度的连续快速测量。

3、本发明设置排气通道，一方面从该排气通道吹氩气排除塞棒内腔烟气清洁测温光路，另一方面从排气通道吹出的氩气能够阻止夹杂物在上水口处富集防堵塞，并促进钢水中的夹杂物上浮。

附图说明

图1为本发明具有测温功能的透气式塞棒的结构示意图；

图2为本发明具有测温功能的透气式塞棒的使用过程示意图。

其中：1-测温单元；2-棒头；3-棒身；4-定位连接螺母；5-连接管；6-排气通道；7-中间包；8-上水口；9-钢水。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

本发明为一种具有测温功能的透气式塞棒，如图1所示。该塞棒包括棒身3、棒头2、测温单元1、连接管5和排气通道6；所述棒身3为中空结构，连接管5伸入棒身的上端并通过定位连接螺母4与棒身固定连接，棒身3的下端连接棒头2；所述测温单元1为一端封闭另一端开口的管状结构，测温单元1的开口端与所述棒头2相连接并与所述棒身的内腔相连通，测温单元1的封闭端由所述棒头的下端伸出并露出所述棒头；测温时，钢水对所述测温单元1进行加热，其基于黑体空腔测温原理发出稳定的热辐射能。

所述棒头结构如图1，棒头的上部开有内腔，测温单元1的开口端通过棒头内腔与棒身的内腔相连通。

所述测温单元1为黑体空腔式测温传感器，该测温单元作为温度传感器插入钢水中，当其被钢水加热并达到热平衡时基于黑体空腔原理能够感知钢水温度并发出稳定的热辐射能，由光电探测器系统接收热辐射并转换为电信号，经前置放大器放大送给信号处理器，以单片机为核心的信号处理器根据在线黑体理论确定钢水的实际温度并进行显示。

现有技术中棒头和黑体空腔钢水测温传感器一般采用铝碳、镁碳或锆碳等含碳耐火材料制成，本发明中的棒头仍采用铝碳、镁碳或锆碳等含碳耐火材料制成，测温单元1则为采用金属陶瓷制成的管状结构，材质具体可选择mo-zro2、w-zro2或mo-w-zro2，其中：金属与陶瓷含量的体积比为0.6～1.5；本发明材质的测温单元较棒头所用的铝碳、镁碳、锆碳等含碳耐火材料具有更高的强度、更高致密性和更高的抗冲刷性能，其可以用较薄的壁厚满足中间包出口的上水口处长时间的抗冲刷侵蚀寿命要求，测温单元1的薄壁结构是实现快速连续测温的基础。

本发明中测温单元的壁厚优选为2.0～10.0mm，优选为2.5～7.0mm，例如为：2.5mm、3.0mm、6.0mm、7.0mm。

所述棒头2与所述棒身3可以为相同的材质，也可为不同的材质，例如棒头和棒身都为铝碳材料，或棒头为镁碳材料、棒身为铝碳材料。

所述棒头2与所述棒身3可以采用一体成型。

所述排气通道为多个，环绕测温单元1分布，优选为均匀分布，优选地，排气通道6的数量可以为2、5、9、30、100、150等。

连铸过程中，塞棒内腔会在高温作用下产生烟气，所产生的烟气将遮挡测温光路。本发明中在塞棒的结构设计中将所述测温单元1、棒头2、棒身3与连接管5设计为同轴，以保证测温光路的对中，且所述连接管5、排气通道6、棒身3的内部与棒头2的内部相连通组成通风结构。该设计在吹氩气防堵塞和去除夹渣的同时可以将塞棒内腔产生的烟气排除清洁测温光路。

本发明排气通道的开设需要考虑尽量减小吹氩气对测温单元温度场的影响。基于上述目的，本发明采用的具体措施如下：

所述排气通道6的入口端与棒身3的内腔或棒头2的内腔相连通，排气通道6的出口端与棒头2的外表面相接并与外界相连通，排气通道优选为放射状设置。

所述排气通道6的入口端位于所述测温单元1的开口端以上，即所述排气通道6的入口端到所述测温单元1的开口端的距离l2＞0mm，l2优选为20～250mm，例如为20mm、50mm、80mm、150mm、200mm。优选方案中，排气通道6的入口端与测温单元1的开口端之间保持一定距离，可以减少吹氩气对测温单元温度场的影响。

所述排气通道6的出口端到所述测温单元1的外表面的距离l3≥5mm，例如5mm、10mm、15mm、30mm。排气通道6的出口端与测温单元1之间保持一定距离，可以减小吹氩气流过排气通道对测温单元1温度场的影响。

本发明中测温单元1露出所述棒头2的长度为10.0mm～150.0mm，优选为20.0～100.0mm，例如为：20.0mm、30.5mm、50.7mm、80.0mm、100.0mm。

为进一步保证测温的准确性，测温单元1的长度与直径的比值需要满足一定条件，以满足黑体空腔测温原理的等温密闭条件。本发明将所述测温单元1露出所述棒头2的部分的长度l1与所述测温单元1的内径φ0的比值限定为l1/φ0＝1.0～15.0，优选为1.0～10.0，例如l1/φ0为：1.5、2.1、2.8、6.5、8.3、9.1、10.0。

所述测温单元的内径为10～30mm，优选为15mm～25mm，例如为：15.0mm、17.5mm、22.0mm、25.0mm。

本发明上述塞棒的使用过程如图2所示，使用过程中，该具有测温功能的塞棒安装于连铸中间包7的出口的上水口8上方，测温探头(未示出)通过接收测温单元1发出的热辐射能经计算分析后得到钢水温度；通过控制棒头2与上水口8之间的距离实现钢水流量的控制；通过从棒身3和棒头2上设置的排气通道6吹出ar阻碍夹渣物在上水口处富集防堵塞，并促进钢水中的夹杂物上浮，同时将塞棒内腔产生的烟气排除清洁测温光路。