Устройство для контроля уровня расплава в печи

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ УРОВНЯ РАСПЛАВА В ПЕЧИ, содержащее охлаждающий корпус, датчик теплового потока и теплопровод, о т л и ч а ющ е е с я тем, .что, с целью повышения точности контроля уровня при работе с высокотемпературными агрессивными расплавами, теплопровод выполнен в виде цилиндрического , которьй установлен перпендикулярно стенке печи заподлицо с ее внутренней поверхностью и выполнен с возможностью контакта с датчиком теплового потока, при этом отношение термического сопротивления перехода печь теплопровод R к термическому сопротивлению теплопровода RT определяется следующим соотношением: RT 0,4 i 6 500 2. Устройство по п. 1, о т л и чающееся тем, что теплопровод (Л выполнен в виде усеченного коническоцилиндрического сегмента, большее основание которого обращено в плавильное пространство, а боковая плоская д поверхность перпендикулярна вертикальной оси печи. :о о 9д СП

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (!!) g !) С 21 С 5/

Фиг. f

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ,(21) 3634886/22-02 (22) 19.08.83 (46) 23.12.84. Бюл. У 47 (72) О.А.Геращенко, Т.Г.Грищенко, А.N.ÏàëüòH, А.И.Полевиков, Д.Х..Исакаев и К.Ч.Сон (71) Институт технической теплофизики АН Украинской ССР и Дагестанский завод электротермического оборудования (53) 621.365.3(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 513555, кл. С 21 С 5/56, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

9 212875, кл. С 01 R 7/02, 1966.

3. Авторское свидетельство СССР

N9 560449, кл. С 24 С 5/56, 1975 ° (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ

УРОВНЯ РАСПЛАВА В ПЕЧИ, содержащее охлаждающий корпус, датчик теплового потока и теплопровод, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности контроля уровня при Работе с высокотемпературными агрессивными расплавами, теплопровод выполнен в виде цилиндрического сегмента, который установлен перпендикулярно стенке печи заподлицо с ее внутренней поверхностью и выполнен с возможностью контакта с датчиком теплового потока, при этом отношение термического сопротивления перехода печь— теплопровод 3> к термическому сопротивлению теплопровода 1 т определяется следующим соотношением:

"т

0 4 а ь 500

"и-т

2. Устройство по п. 1, î т л и — Я ч а ю щ е е с я тем, что теплопровод выполнен в виде усеченного коническоцилиндрического сегмента, большее основание которого обращено в плавильное пространство, а боковая плоская д поверхность перпендикулярна вертикальной оси печи.

1 1130б

Изобретение относится к устройствам теплометрических датчиков уровня,. предназначенных для контроля уровня высокотемпературных агрессивных расплавов, например, жидкого шлака, силн-5 катов, силико- и ферромарганца в соответствующих плавильных агрегатах.

Известно устройство для контроля уровня шлака и металла при электрошлаковом переплаве, устанавливаемое 10 в отверстие кристаллизатора, содержащее термочувствительный элемент, помещенный в водоехлаждаемом корпусе (11.

Однако корпус описанного устройст- 15 ва требует интенсивного охлаждения при работе в условиях неохлаждаемых футерованных печей (в противном случае торец устройства может подплавиться).

При мощном охлаждении устройства щ его торец покрывается слоем застывшего расплава, который в этих условиях резко уменьшает точность контроля уровня. Кроме того, на порядок увеличивается инерционность устройст-25 ва, а это делает практически невозможным контроль и регулирование уровня расплава.

Известно также устройство для непрерывного измерения температуры горячих сред в реакционных сосудах, в котором термодатчик установлен в трубке из жароупорного материала, проходящей через стенку печи. Обращенный к расплаву конец трубки закРыт . вставкой из теплопроводного материала, расположенной заподлицо с внутренней поверхностью печи и контактирующей вторым торцом с защитной оболочкой датчика (2) .

Указанный датчик температуры не может быть использован в качестве датчика уровня расплава,так как позволяет получать лишь усредненные значения колебаний температуры, неадек- 45 ватные колебаниям расплава из-за неконтролируемых утечек через боковую поверхность вставки из теплопроводного материала, достигающей длины

0,5 для стеклоплавильных печей. Близ- о кое расположение термодатчика к расплаву искгпочается из-за низкой стойкости используемых в промышленности термодатчиков. Установка защитных колпачков на торце устройства, обра- M щенном к расплаву, недопустима по причине их влияния на время установления показаний. Вольскую погрешность

15 2 в измерение колебаний уровня по температурному параметру вносит неконтролируемое контактное термическое „-опротивление термодатчик — теплопроводная вставка. Кроме того, при некоторых условиях, определяемых приведенными в описании изобретения расчетами, возможно расплавление теплопроводной вставки и зашлаковка отверстия, йсключающая возможность контроля по температурным данным.

Наиболее близким к изобретению является устройство для контроля уровня шлака и металла, устанавливаемое в отверстие в стенке кристаллизатора, состоящее из полого охлаждаемого цилиндра с массивым дном, в котором между торцом, обращенным в плавильное пространство, и полостью охлаждения установлен термочувствительный преобразователь — датчик теплового потока (ДТП). Массивное дно охлаждаемого цилиндра, играющее роль теплопровода, имеет переменное сечение, уменьшающееся в направлении плавильного пространства от полного сечения цилиндра до 0,5-1,0 площаци сечения

ДТП 13).

I.

Недостатком известного устройства является низкая точность. При малом отношении термического сопротивления теплопровода между торцом устройства, обращенным в плавильное пространство, и ДТП к термическому сопротивлению перехода массивное днище — стенка печи устройство не может надежно функционировать. При Я печи 2 Вт/м К и g теплопровода

350 Вт/м ° К возможно прогорание днища (теплопровода) устройства и попадание хладагента в плавильное пространство, что недопустимо. При большом отношении этих термических сопротивлений утечки теплоты через боковую поверхность теплопровода могут стать сравнимыми и даже большими, чем тепловые потоки, воспринимаемые

ДТП. Это обстоятельство резко снижает точность контроля уровня. Цель изобретения — повышение точности контроля уровня при работе с высокотемпературными агрессивными расплавами.

Цель достигается тем, что в устройстве для контроля уровня расплава в печи, содержащем охлаждающий корпус, датчик теплового потока и теплопровод, последний выполнен в виде

1130 цилиндрическоro сегмента, которык установлен перпендикулярно стенке печи заподлицо с ее внутренней поверхностью и выполнен с возможностью контакта с датчиком теплового потока, при этом отношение термического сопротивления перехода печь — теплопровод к термическому сопротивлению теплопровода 11 определяется следующим соотношением: 10

0 4 с "т/g с 500, (1)

Теплопровод выполнен в виде усеченного коническо-цилиндрического сегмента, большее основание которого обращено в плавильное пространство, а боковая плоская поверхность перпендикулярна вертикальной оси печи.

На фиг. 1 изображено устройство, смонтированное в стенке печи, вертикальный разрез; на фиг. 2 — разрез

А-А на фиг. 1.

Устройство содержит ДТП 1, соединенный с блоком 2 регулирования уровня расплава. ДТП 1 установлен в ох- 25 лаждаемом корпусе 3 и контактирует с теплопроводом 4, который расположен в печи S а его торец 6 выходит в плавильное пространство 7 с расплавом 8 заподлицо с внутренней поверх- 30 ностью печи. Теплопровод 4 выполнен в виде цилиндрического сегмента (сечение — сегмент 9), плоская грань которого параллельна уровню расплава.

Выполнение теплопровода в виде цилиндрического сегмента позволяет при

35 сохранении линейной тепловой картины регулирования за счет линеариэации площади боковой поверхности, теплопровода (г.е. минимизации

40 утечек теплоты через эту поверхность) увеличить координатную чувствительность датчика уровня (т.е. точность контроля).

Распределение тепловых потоков 45 в области границы раздела имеет вид несимметричного колокола. Приемная площадка в виде сегмента, ширина которого переменна, позволя т преобразовать тепловую. картину таким об- 50 разом, что вершина колокола смещается и расширяется линейный участок кривой регулирования (динамический диапазон) при сохранении высоты приемной площадки. Сопоставление экспериментальных данных, полученных с почощью датчиков уровня>с приемными площадками в виде прямоугольника (изаТ„т ьТт - аТ„

=.— с

"я-т 1 и-т (2) йТ вЂ” средний перепад темчт ператур между теплопроводом и стенкой печи, Тт > Тп — перепады температур по длине теплопровода и толщине стенки печи. другой стороны, где

Ъ %(1 д Тт .р Тп (3) т 8tl

1где т п — плотности тепловых потоков, падающих на торец теплопровода и стенку печи,,Яп — теплопроводности теп.попровода и материала печи, длина теплопровода и толщина стенки пе- чи. (2) и (3) получйм

Из сравнения

6Тт 6T„

615 вестное устройство) и сегмента позволяет получить для координатной чув. ствительности в первом случае значение 1+0,1 мВ/мм и во втором 2,4 +

+ +0,2 мВ/мм, что по точности лучше более чем на 100Х.

Дополнительные ограничения на точность контроля уровня расплавов оказывают утечки через боковую поверхность теплопровода в .условиях неохлаждаемых печей, например. стеклоплавильной печи из шамота. При этом определяющее значение имеет выбор материала протяженного по толщине печи теплопровода и соответственно термические сопротивления переходов печь — тыплопровод. Точность контроля удовлетворительна, если отношение максимальной теплоты утечек к теплоте, воспринимаемой торцом теплопровода, не больше суммарной относительной погрешности, вносимой другими факторами, например точностью измерений теплового потока, градуировкой

ДТП и др. Плотность теплового потока у течек от теплопровода к стенке печи

А-4

3 .! 13061

Максимальное значение знаменателя в (4) равно т, а минималь— д!т е, ° > п — дТ„ ное Bn . Тогда, для оценки 1п-т 5 имеет неравенство дт,— дт„д т, — LTn и-т с R

Р, — т

Лт дт п.дт

6 и

1О. а далее, учитывая, что р т 1т "и дТп г ИТт (5 р, дтт- aT„ a„, дт,-дт„ !

Справедливость этого неравенства подтверждена примерами, реализующими крайние случаи

Пример 1. Стеклоплавильные печи изготавливают из шамота Ъп -

1 Вт/м ° К, а теплопровод — из спецстали дт 80 Вт/ м К, дТ "1880 К, д!и 1830 К, подставив эти величины . (5) .. . .. 0, = Е„ = И чим: (1/80) 1880/(1880-1830) 0,47.25

Пример 2. Печи для переплава ферромарганца изготавливают из высокотеплопроводного графита, дТт =

= 1840 К, ЕТр = 1800 К, подставив эти величины в правую часть (5) получим: 1840/(1840-1800) 460.

Из формулы (4) .следует, что диапазон выбираемых для теплопроводов материалов зависит от их теплофизических свойств, толщины стенки печи, зо-З5 ны печи, в которой производится контроль, температуры плавления расплава и других факторов, определяемых конкретными условиями. Материал теплопровода выбирается из расчета попада-4О ния в установленные пределы.

В качестве материала теплопровода могут быть выбраны высокотеплопровод5 б ный графит с Ът = 600-700 Вт/м К, корунд или сапфир, обладающие высокой стойкостью при работе с высокотемпературными расплавами.

Использование интенсивно охлаждаемого известного устройства в печи из шамота связано с зашлаковкой его торца и снижением координатной чувствительности до 40 мкВ/мм, величины, не позволяющей эффективно управлять положением границы раздела. При слабом охлаждении указанное устройство имеет значение - т и конт=О,t т-п роль невозможен из-за других причин.

Кроме того, в этом случае быстро вы. ходит из строя ДТП (из-за дчффузии термоэлектродных материалов) .

Выполнение теплопровода в виде

Ф усеченного конического цилиндрического сегмента обусловлено сохранением постоянной координатной чувствительности датчика уровня (должно сохраняться постоянным отношение теплоты утечек к теплоте, воспринимаемой приемным торцом) и соответственно поддержанием стабильной точности контроля. В таком теплопроводе по мере его выгорания уменьшается относительный вклад утечек теплоты.

Устройство работает следующим образом.

Когда торец 6 теплопровода 4 из зоны плавильного пространства 7 попадает в область расплава 8; на 6080Х возрастает сигнал ДТП 1 При этом включается блок 2 порогового регулирования уровня расплава, формирующий сигнал управления дозатором компонент или приводом перемещения самой печи.

Использование предлагаемого устройства позволяет повысить точность контроля уровня более чем на 100/.

ВНИИПИ Заказ 9583/23

Тираж 539 Подписное филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4