專利名稱：一種探頭芯體專用樹脂沙及用其制作的高效能結構副槍復合探頭的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種探頭芯體專用樹脂沙及用其制作的高效能結構副槍復合 探頭。
背景技術：
在鋼鐵的冶煉過程中，為保證產品質量，出爐前需對鋼鐵熔液進行多次 的取樣、測溫及定氧和定碳，這個工作是通過在轉爐內的副槍復合探頭采集 爐內鋼鐵熔液的溫度、含氧量及含碳量并對鋼鐵熔液進行取樣，再通過二次 儀表顯示及對樣塊進行光譜分析，得到鋼鐵的各種成份數據。特別是在臨出爐前的最后一次定碳檢測非常關鍵，既要求快速，又要求精確。近30年來， 鋼鐵工業快速發展，生產技術更新加快，設備大型化、工業自動化程度提高， 在鋼冶煉過程中采用副槍多功能探頭在線快速檢測鋼的成份含量和溫度，以 提高生產效率。國內于寶鋼開工后開始應用，但直到本世紀初不斷有大型轉 爐投入生產后才開始大面積推廣應用成為提高煉鋼生產效率的有力技術支 撐。現代鋼生產的流程是轉爐冶煉——爐外精煉——連鑄出坯的連續作業， 最基本的特征是工序的時間的嚴格同步匹配，首先要求對轉爐定時、定成份、 定溫度供鋼，要求轉爐嚴格控制冶煉周期，由副槍探頭取出的終點(出鋼前) 的試樣必須快速送往化驗室，快速取得化驗結果。目前，煉鋼過程已經實現自動化控制，在不倒爐、不停吹的情況下進行 副槍探頭測試溫度、含碳量、含氧量和取樣等，在副槍探頭自動檢測成功后， 爐頂的機械手自動將己用過的廢探頭轉送至廢料斗，直掉至二十多米以下的 平臺斗內，工人取出后用錘敲碎陶頭，取出樣塊，經風管吹送至光譜室分析， 只有在其結果與顯示在屏幕上的各種化學元素含量要求相符才能出爐。現有 的多功能副槍復合探頭有多種，如TCS (即測溫、定碳和取樣)型、TSO (即 測溫、取樣和定氧)型、TCSO (即測溫、定碳、取樣和定氧)型等等。其中 以TCSO (即測溫、定碳、取樣和定氧)型多功能副槍復合探頭功能最為齊全， 結構最為復雜，其基本構造通常包括探頭管身部分和陶頭、溫度傳感器、定 氧元件(氧化鋯管)及其耐高溫保護管、取樣盒、石英管和保護帽，取樣盒 由兩片中間設有凹腔邊側帶有水平漏嘴的鐵質圓盤對合而成，中間形成標準樣形腔，水平漏嘴合成進液口，石英管插在進液口中，陶頭由耐火材料制成， 注壓成型，經高溫燒成，形狀通常前端成圓錐臺，而另一端設有凸臺形成階 肩，凸臺直徑與外紙管內孔徑間隙配合，凸臺端面中心設有一個取樣盒定位 型腔，定位型腔中心設有沿軸向貫通至陶頭前端的取樣插孔，陶頭前端取樣 插孔的兩側設有溫度傳感器和氧化鋯管及其耐高溫保護管的安裝插孔，耐高 溫保護管套設在氧化鋯管外，所述取樣盒設置在定位型腔中，取樣盒進液口 插在取樣插孔中，進液管中插設有石英管，石英管前端露在陶頭前端面外， 石英管外套設鐵套管，鐵套管前端露在探頭芯體前端面外同時作為外部電極 溫度傳感器、氧化鋯管及其耐高溫保護管分別固定插設在各自的安裝插孔中， 氧化鋯管前端從耐高溫保護管穿出外露，溫度傳感器、氧化鋯管及其外部電 極的引腳與信號引線連接并引至外紙管中，在陶頭前端面外圍上設有將氧化 鋯管、耐高溫保護管、溫度傳感器及取樣盒進液口環繞在內的與保護帽緣口 相配的環狀凹槽，保護帽緣口嵌在環狀凹槽將溫度傳感器和氧化鋯管及進液 管罩在其中。探頭管身部分包括中紙管、外紙管及與副槍插頭活動連接的接 插裝置，在中紙管中還設有定碳組件，定碳組件包括鐵質的圓筒狀定碳鐵杯 和前后堵頭及定碳熱電偶，定碳熱電偶設置在定碳杯中心。
現有的多功能副槍復合探頭在應用的過程中也暴露出了一些缺陷1、 由于陶頭是由堅固的耐火材料制成，工人在用錘敲碎陶頭取出樣塊時非常困 難，因此取樣塊脫模費時，通常要耗時3-4分鐘，而冶煉一爐鋼總共也就只 需三十幾分鐘，因此及大地制約了煉鋼效率，阻礙了產量的提高。2、由于定
碳組件中的定碳杯和前后堵頭為鐵質材料，加速了定碳杯中的鋼鐵熔液結晶
的速度，導致定碳精度降低，現有的多功能副槍復合探頭對于含碳20%-50 %的鋼其檢測精度一般達不到標準級即±0.05%，而對于含碳20%的鋼其檢 測精度一般也不能達到標準級即±0.02%。 3、零件多，結構復雜，組裝困難， 導致多功能副槍復合探頭生產及材料成本很高。4、總測成率不高，在90%左 右。上述問題長期困擾著本領域的科技工作者， 一直無法很好地解決。
發明內容
本發明的目的在于為克服現有技術的不足而提供一種高效能結構副槍復 合探頭的探頭芯體專用樹脂沙，用該樹脂沙制成的探頭芯體能夠適應爐內高 溫高壓的工作條件，并且當爐頂的機械手將已用過的廢探頭轉送至廢料斗， 并墜至二十多米以下的平臺斗內時，探頭芯體會自行粉碎，取樣塊無需工人 再用錘敲打。本發明的目的是通過以下技術方案達到的1 、 一種探頭芯體專用樹脂沙， 包括石英沙和樹脂膠，其特征在于所述的樹脂沙還包括耐溫在170(TC以 上的耐高溫沙，其中石英沙的粒度為70目-140目，重量百分比含量為50-54， 耐高溫沙的粒度為140目-200目，重量百分比含量為44-48，樹脂膠的重量 百分比含量為2. 0-2. 6。其配制方法包括以下幾個步驟
a、 配沙——將石英沙和耐高溫沙混合，然后充分攪拌均勻，在攪拌的同 時將溫度加熱到18(TC-200°C，繼續攪拌至無溫差；
b、 加膠——往攪拌均勻后的沙中加入樹脂膠，并攪拌均勻；
c、 出沙——將配好的樹脂沙鋪開，吹風降溫冷卻至室溫；
d、 篩選——用60目的篩子篩選冷卻后的樹脂沙，剔去粒度在60目以上 的粗粒。
本樹脂沙通過在耐溫較低的石英沙中加入了適量的耐高溫耐高溫沙，提 高了樹脂沙的整體耐溫性能，并且由于耐高溫耐高溫沙的粒度足夠細，充分 填充了石英沙顆粒之間的間隙，在樹脂膠的粘合下達到了足夠的強度，制成 的探頭芯體能夠適應爐內高溫高壓的工作條件，但由于爐內溫度高于石英沙 的耐溫值，使得石英沙變脆，因此，當爐頂的機械手將已用過的廢探頭轉送 至廢料斗，并墜至二十多米以下的平臺斗內時，樹脂沙制成的探頭芯體就會 自行粉碎，樣塊無需工人再用錘敲打就可直接送去進行光譜分析，很大程度 上減輕了工人的勞動強度，大大地縮短了檢測時間，每爐冶煉時間可縮短IO Q/^以上，提高了煉鋼速度，具有巨大的社會效益和經濟效益。
本發明的另一個目的在于為克服現有技術的不足而提供一種樣塊無需工 人用錘敲打且結構簡單、成本低、定碳檢測精度高、總測成率高的高效能結 構副槍復合探頭。
為實現上述目的，本發明提供了一種高效能結構副槍復合探頭，包括探 頭管身部分和溫度傳感器、氧化鋯管及其耐高溫保護管、取樣盒、石英管和 保護帽，探頭管身部分包括中紙管、外紙管及與副槍插頭活動連接的接插裝 置，所述取樣盒由兩片中間設有凹腔、邊側帶有水平漏嘴的鐵質圓盤對合而 成，中間形成標準樣形腔，水平漏嘴合成進液口，石英管插在進液口中，其
特征在于探頭芯體前端成圓錐臺，后端為圓柱型凸臺，凸臺直徑較圓錐臺
小形成階肩，所述探頭芯體前端面上沿軸向設有截面形狀分別與溫度傳感器、 定氧元件相配的兩個安裝插孔，溫度傳感器、定氧元件分別固定插設在各自的安裝插孔中，所述探頭芯體的圓柱型凸臺內部成型有鋼液流道及沿軸向設 置的取樣盒容腔和定碳室，取樣盒容腔比定碳室更靠近前端，所述取樣盒設 置在取樣盒容腔中，取樣盒進液嘴朝向后端，所述鋼液流道與取樣盒進液嘴 及定碳室后端聯通，定碳熱電偶從前端插入到定碳室中，所述凸臺上設有進 液孔與所述鋼液流道聯通，鋼液流道轉向處以圓弧過渡，凸臺直徑與外紙管 內孔徑配合插在外紙管前端上，接插裝置設置在中紙管中并一起置于外紙管 中，所述探頭芯體凸臺上還設有線槽，所述溫度傳感器、定氧元件及定碳熱 電偶的引導線經線槽與接插裝置連接，探頭芯體整體由樹脂沙制成，所述的
樹脂沙包括石英沙、耐溫在170(TC以上的耐高溫沙，其中石英沙的粒度為70 目-140目，重量百分比含量為50-54，耐高溫沙的粒度為140目-200目，重 量百分比含量為44-48，樹脂膠的重量百分比含量為2. 1-2.6。
與現有技術相比較，由于本高效能結構副槍復合探頭是直接通過在樹脂 沙制作的探頭芯體中成型出型腔構成定碳室、取樣室，測溫，定氧及進液口。 省卻了鋼質的定碳杯、鋼質取樣杯和前后堵頭及其他眾多的零件。而樹脂沙 具有較好的絕熱性，減緩了定碳室中鋼鐵熔液的結晶速度，提高了定碳的精 度，據實際分析對比，定碳的精度可穩定提高至標準級以上，并改善了總測 成率；同時本高效能結構副槍復合探頭省卻了鐵質的定碳杯和前后堵頭和其 他眾多的零件，其他不同類型的探頭結構也有不同程度的簡化，最多的達50 %，使整體成本下降了30%以上。
為實現上述目的，本發明還提供了另一種高效能結構副槍復合探頭，包 括探頭管身部分和溫度傳感器、氧化鋯管及其耐高溫保護管、取樣盒、石英 管和保護帽，探頭管身部分包括中紙管、外紙管及與副槍插頭活動連接的接 插裝置，所述取樣盒由兩片中間設有凹腔、邊側帶有水平漏嘴的鐵質圓盤對 合而成，中間形成標準樣形腔，水平漏嘴合成進液口，石英管插在進液口中， 其特征在于所述高效能結構副槍復合探頭設有探頭芯體，探頭芯體前端成 圓錐臺，后端為圓柱型凸臺，凸臺直徑較圓錐臺小形成階肩，所述探頭芯體 凸臺上設有與取樣盒相配的嵌槽或型腔，嵌槽或型腔的厚度與取樣盒盒體的 厚度零配合，嵌槽或型腔的底部設有貫通至探頭芯體前端、直徑與進液管間 隙配合的取樣插孔，所述探頭芯體前端面上插孔兩側沿軸向設有截面形狀分 別與溫度傳感器、定氧元件相配的兩個安裝插孔，安裝插孔底部設有通向后 端的引線孔，溫度傳感器和定氧元件分別插設在各自的安裝插孔中，溫度傳 感器和定氧元件的引導線分別從引線孔穿出與接插裝置連接，所述取樣盒嵌設在嵌槽或型腔中，進液管前端從取樣插孔中，進液管中的石英管從取樣插 孔中穿出。
下面將結合附圖及具體實施例對本發明作進一步說明。
附圖1為本發明副槍復合探頭具體實施例1結構剖視圖； 附圖2為本發明副槍復合探頭具體實施例2結構剖視圖； 附圖3、 4為本發明具體實施例2中探頭芯體不同角度立體示意圖； 附圖5為本發明具體實施例2中探頭芯體結構剖視具體實施例方式
探頭芯體專用樹脂沙由石英沙、耐溫在170(TC以上的耐高溫沙和樹脂膠 組成，樹脂膠的重量百分比含量為2.1-2.6，其中石英沙的粒度不能過粗， 要在70目-140目之間，過粗的話會影響探頭芯體的耐壓強度，最好是70 目，石英沙的重量百分比含量為50-54，耐高溫沙的粒度要小于石英沙的粒 度，充分填充在石英沙顆粒之間的間隙，在樹脂膠的粘合下使探頭芯體達到 了足夠的強度， 一般為140目-200目，最好是140目，耐高溫沙的重量百 分比含量為44-48，耐高溫沙的含量不能過多，否則探頭芯體會過于牢固而 無法摔碎，耐高溫沙可以選用紅剛玉、黑剛玉或白剛玉的一種或它們的混合 物，探頭芯體的耐溫與它們之間的配比相關。配制樹脂沙的方法，其特征在 于包括以下幾個步驟
a、 配沙一一將石英沙和耐高溫沙混合，然后充分攪拌均勻， 一般攪拌 15-30分鐘，在攪拌的同時將溫度加熱到18(TC-20CTC，最好是185"C;
b、 加膠——往攪拌均勻后的沙中加入樹脂膠，并繼續攪拌均勻；
c、 出沙——將配好的樹脂沙盡快鋪開，防止樹脂沙粘結，吹風降溫冷卻 至室溫；
d、 篩選——用60目的篩子篩選冷卻后的樹脂沙，剔去粒度在60目以上 的粗粒。
具體實施例l:
以TCSO (即測溫、定碳、取樣和定氧)型的高效能結構副槍復合探頭為 例，如圖1所示，包括探頭管身部分和探頭芯體1及溫度傳感器2、氧化鋯 管3及其耐高溫保護管4、取樣盒5和保護帽6及定碳熱電偶7，探頭管身部 分包括中紙管8、外紙管9及與副槍插頭活動連接的接插裝置10，所述取樣盒5由兩片中間設有凹腔、邊側帶有水平漏嘴的鐵質圓盤對合而成，中間形 成標準樣形腔，水平漏嘴合成進液口，進液管中插設有石英管ll以防止鋼水 粘連。探頭芯體l前端成圓錐臺，后端為圓柱型凸臺，凸臺直徑較圓錐臺小 形成階肩，探頭芯體1前端面上沿軸向設有截面形狀分別與溫度傳感器2、 氧化鋯管3及其耐高溫保護管4相配的溫度傳感器安裝插孔12和氧化鋯管安 裝插孔13，溫度傳感器2、氧化鋯管3及其耐高溫保護管4分別固定插設在 各自的安裝插孔中，耐高溫保護管4套在氧化鋯管3夕卜，氧化鋯管3前端從 耐高溫保護管4穿出外露，探頭芯體1的圓柱型凸臺內部成型有鋼液流道16 及沿軸向設置的取樣盒容腔14和定碳室15，取樣盒容腔14比定碳室15更 靠近前端，取樣盒容腔14形狀與取樣盒5相配，取樣盒5設置在取樣盒容腔 14中，取樣盒5進液嘴朝向后端，定碳室15為圓柱形，定碳熱電偶7從前 端插入到定碳室15中，鋼液流道16與取樣盒5進液嘴及定碳室15后端聯通， 凸臺柱面上設有進液孔17與所述鋼液流道16聯通，鋼液流道16轉向處以圓 弧過渡以減少對鋼液的阻力，凸臺直徑最好與外紙管9內孔徑過渡配合插在 外紙管9前端上，接插裝置10設置在中紙管8中并一起置于外紙管9中探頭 芯體1的后側，探頭芯體1的凸臺最好還設有與中紙管8內徑相配的肩階， .使中紙管8與探頭芯體1的凸臺肩階插接，所述探頭芯體1凸臺柱面上還設 有線槽18，溫度傳感器2、定氧元件及定碳熱電偶7的引導線從內部引至外 表面經線槽18與接插裝置10連接，探頭芯體1整體由前述樹脂沙制成，探 頭芯體1由兩爿或三爿合并而成。 具體實施例2:
以TS0 (即測溫、取樣和定氧)型的高效能結構副槍復合探頭，如圖2 所示，包括探頭管身部分和探頭芯體1及溫度傳感器2、氧化鋯管3及其耐 高溫保護管4、取樣盒5和保護帽6，探頭管身部分包括中紙管8、外紙管9 及與副槍插頭活動連接的接插裝置10，所述取樣盒5由兩片中間設有凹腔、 邊側帶有水平漏嘴的鐵質圓盤對合而成，中間形成標準樣形腔，水平漏嘴合 成進液口，進液管中最好插設有石英管11以防止鋼水粘連。如圖3-5所示， 所述探頭芯體1前端成圓錐臺，后端為圓柱型凸臺，凸臺直徑較圓錐臺小形 成階肩，所述探頭芯體l凸臺上設有與取樣盒5相配的嵌槽或型腔，嵌槽或 型腔的厚度與取樣盒5盒體的厚度零配合，嵌槽或型腔的底部設有貫通至探 頭芯體1前端、直徑與進液管間隙配合的取樣插孔20，所述探頭芯體1前端 面上插孔兩側沿軸向設有截面形狀分別與溫度傳感器2、氧化鋯管3及其耐高溫保護管4相配的溫度傳感器安裝插孔12和氧化鋯管安裝插孔13，溫度 傳感器2、氧化鋯管3及其耐高溫保護管4分別固定插設在各自的安裝插孔 中，耐高溫保護管4套在氧化鋯管3外，氧化鋯管3前端從耐高溫保護管4 穿出外露，溫度傳感器2和定氧元件的引導線分別從引線孔穿出與接插裝置 IO連接，所述取樣盒5嵌設在嵌槽或型腔中，進液管前端從取樣插孔中，進 液管中的石英管ll從取樣插孔中穿出，石英管ll外套設鐵套管，鐵套管前 端露在探頭芯體前端面外同時作為外部電極。
上述探頭芯體1的外型并不是唯一的，也可以沒有臺階，只要是能與外 紙管相配裝在前端就可以；此外，具體實施例1中的復合探頭省卻定碳熱電 偶7并堵塞流向定碳室15的鋼液流道16后，也能構成TS0型的高效能結構 副槍復合探頭。
權利要求
1. 一種探頭芯體專用樹脂沙，包括石英沙和樹脂膠，其特征在于所述的樹脂沙還包括耐溫在1700℃以上的耐高溫沙，其中石英沙的粒度為70目-140目，重量百分比含量為50-54，耐高溫沙的粒度為140目-200目，重量百分比含量為44-48，樹脂膠的重量百分比含量為2.1-2.6。
2、 一種配制權利要求1所述探頭芯體專用樹脂沙的方法，其特征在于包 括以下幾個步驟a、 配沙——將石英沙和耐高溫沙混合，然后充分攪拌均勻，在攪拌的同 時將溫度加熱到18(TC-200°C，繼續攪拌至無溫差；b、 加膠——往攪拌均勻后的沙中加入樹脂膠，并攪拌均勻；C、出沙——將配好的樹脂沙鋪開，吹風降溫冷卻至室溫；d、篩選——用60目的篩子篩選冷卻后的樹脂沙，剔去粒度在60目以上的粗粒。
3、 高效能結構副槍復合探頭，包括探頭管身部分和溫度傳感器、氧化鋯 管及其耐高溫保護管、取樣盒、石英管和保護帽，探頭管身部分包括中紙管、 外紙管及與副槍插頭活動連接的接插裝置，所述取樣盒由兩片中間設有凹腔、 邊側帶有水平漏嘴的鐵質圓盤對合而成，中間形成標準樣形腔，水平漏嘴合成進液口，石英管插在進液口中，其特征在于所述高效能結構副槍復合探頭設有探頭芯體，探頭芯體前端成圓錐臺，后端為圓柱型凸臺，凸臺直徑較 圓錐臺小形成階肩，所述探頭芯體前端面上沿軸向設有截面形狀分別與溫度 傳感器、定氧元件相配的兩個安裝插孔，溫度傳感器、定氧元件分別固定插 設在各自的安裝插孔中，所述探頭芯體的圓柱型凸臺內部成型有鋼液流道及 沿軸向設置的取樣盒容腔和定碳室，取樣盒容腔比定碳室更靠近前端，所述 取樣盒設置在取樣盒容腔中，取樣盒進液嘴朝向后端，所述鋼液流道與取樣 盒進液嘴及定碳室后端聯通，定碳熱電偶從前端插入到定碳室中，所述凸臺 上設有進液孔與所述鋼液流道聯通，鋼液流道轉向處以圓弧過渡，凸臺直徑 與外紙管內孔徑配合插在外紙管前端上，接插裝置設置在中紙管中并一起置 于外紙管中，所述探頭芯體凸臺上還設有線槽，所述溫度傳感器、定氧元件 及定碳熱電偶的引導線經線槽與接插裝置連接，探頭芯體整體由探頭芯體專用樹脂沙制成，所述的探頭芯體專用樹脂沙包括石英沙、耐溫在170(TC以上的耐高溫沙，其中石英沙的粒度為70目-140目，重量百分比含量為50-54， 耐高溫沙的粒度為140目-200目，重量百分比含量為44-48，樹脂膠的重量 百分比含量為2.1-2.6。
4. 根據權利要求3所述的高效能結構副槍復合探頭，其特征在于所述 探頭芯體由兩爿或三爿合并而成。
5. 根據權利要求4所述的高效能結構副槍復合探頭，其特征在于進液 管中還插設有石英管。
6. 一種高效能結構副槍復合探頭，包括探頭管身部分和溫度傳感器、氧 化鋯管及其耐高溫保護管、取樣盒、石英管和保護帽，探頭管身部分包括中 紙管、外紙管及與副槍插頭活動連接的接插裝置，所述取樣盒由兩片中間設 有凹腔、邊側帶有水平漏嘴的鐵質圓盤對合而成，中間形成標準樣形腔，水 平漏嘴合成進液口，其特征在于所述探頭芯體前端成圓錐臺，后端為圓柱 型凸臺，凸臺直徑較圓錐臺小形成階肩，所述探頭芯體凸臺上設有與取樣盒 相配的嵌槽或型腔，嵌槽或型腔的厚度與取樣盒盒體的厚度零配合，嵌槽或 型腔的底部設有貫通至探頭芯體前端、直徑與進液管間隙配合的取樣插孔， 所述探頭芯體前端面上插孔兩側沿軸向設有截面形狀分別與溫度傳感器、定 氧元件相配的兩個安裝插孔，安裝插孔底部設有通向后端的引線孔，溫度傳 感器和定氧元件分別插設在各自的安裝插孔中，溫度傳感器和定氧元件的引 導線分別從引線孔穿出與接插裝置連接，所述取樣盒嵌設在嵌槽或型腔中， 進液管前端從取樣插孔中穿出。
7.根據權利要求6所述的高效能結構副槍復合探頭，其特征在于進液管中插設有石英管，石英管外套設鐵套管，鐵套管前端露在探頭芯體前端 面外同時作為外部電極。
全文摘要
本發明涉及一種探頭芯體專用樹脂沙及用其制作的高效能結構副槍復合探頭。探頭芯體專用樹脂沙通過在耐溫較低的石英沙中加入了適量的耐高溫沙，提高了樹脂沙的整體耐溫性能和強度，制成的探頭芯體能夠適應轉爐內高溫高壓的工作條件，又有合適的脆性，當探頭墜至二十多米以下的平臺斗內時就會自行粉碎，樣塊無需工人再用錘敲打就可直接送去進行光譜分析，減輕了工人的勞動強度，縮短了檢測時間，提高了煉鋼速度。高效能結構副槍復合探頭通過直接在樹脂沙制作的探頭芯體中成型出型腔構成取樣盒容腔和定碳室及鋼液流道，定碳室中沒有金屬件，而樹脂沙具有較好的絕熱性，減緩了定碳室中鋼鐵熔液的凝固速度，提高了定碳的精度，據實際分析對比，定碳的精度可穩定提高至標準級以上；同時本副槍復合探頭省卻了眾多的零件，使整體造價下降了30％以上。
文檔編號C04B20/10GK101293753SQ200810099358
公開日2008年10月29日 申請日期2008年5月4日 優先權日2008年5月4日
發明者健 陳, 濤 陳 申請人:陳 健;陳 濤