Устройство для измерения температуры жидкого металла при циркуляционном вакуумировании

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА ПРИ ЦИРКУЛЯЦИОННОМ ВАКУУМИРОВАНШ, закрепленное в крышке вакуум-камеры, содержащее датчик температуры, соединенный с системой регистрации, отличающееся тем, что, с целью непрерывного измерения температуры металла в процессе вакуумирования , датчик температуры выполнен из стержня, снабженного металлическим диском, и полого цилиндра , который установлен в средней части стержня коаксиально ему и с возможностью перемещения вдоль него, а металлический диск жестко закреплен на конце стержня, при этом соот (Л ношение диаметра диска и диаметра цилиндра составляет 2:1, кроме того, диск и цилиндр электроизолироваиы.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l9) (Il) 4(gy) С 21 С 7/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

110 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Ы .," - . .,Щ

Н АВТОРСКОМ .К СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3684932/22-02 (22) 05.01.84 (46) 07.05.85. Бюл. Ф 17 (72) А.В. Бакакин, Ю.Г. Подгорчук, Б.Г. Восходов, В.И. Сыров, Г.А. Фарнасов, А.Г. Фохтин, О.В. Обухова и Г.M. Бегун (71) Московский ордена Октябрьской

Революции и ордена Трудового Красного Знамени институт стали и сплавов (53) 669.054.2(088.8) (56) 1. Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы. М., "Энергия", 1977, с. 126

2. Климовицкий М.Д., Копелович А.П. Автоматический контроль и регулирование в черной металлургии.

М., "Металлургия", 1967, с. 46, ;рис. 11-8.

3. Авторское свидетельство СССР

Ф 865932, кл. С 21 С.7/10, 1980. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА ПРИ

ЦИРКУЛЯЦИОННОМ ВАКУУМИРОВАНИИ, закрепленное в крышке вакуум-камеры, содержащее датчик температуры, сое" диненный с системой регистрации, отличающееся тем, что, с целью непрерывного измерения температуры металла в процессе вакуумирования, датчик температуры выполнен из стержня, снабженного металлическим диском, и полого цилиндра, который установлен в средней части стержня коаксиально ему и с возможностью перемещения вдоль него, а металлический диск жестко закрепI лен на конце стержня, при этом соотношение диаметра диска и диаметра цилиндра составляет 2:1, кроме того, диск и цилиндр электроизолированы.

И.«)с j)< т(ни . Отн(!OHT< Я к Я .< 1; flof", <, );! 1 <) к () Г та, 11t 1! о.k<< т !» Ef Ff<;;or!i;

< ));) }1 F) l(lр)1О)! !!(Т<111;,! y !) 1!!! !!pit Обj) » б<) т и(ме тал)1)1 3 !!13) и У IЯ I

<:<1<=)C) .1. 5

Из 3еcтf!o y(т", с1й <. ° !3.) !)3!я !r:)ta(pc 111lя т("-! пГ j)(t 1, Pl l (. 11О.".(О

T<) lt, (ко то1)1 !х Р 3 11 1 1ито(!1 1!ОЙ ме Р(.

F!k fj), );„.е)<Ь Т< !I:1оф1; з)1;I Р Г Ки(< FI!?Ft C < Á а э м (- . !! 31 3г ь 1 j) H F а и р е н а < l 1! l !< I) () F<) э. f (. к T, ) с)—

<:ро:-3(д !Ость,. К и;t-!более распрострэ!! <) 1

ОГ) Оkk() 11иГ )Ы < I(-Та 1OH (е 131 11 Пэ!аТи

)и !. Т<эп!!Орезис тор пс .f(;sf()T в среду., ; Р), 3!() ) Т..iP) t(0l 0POFI F:CO()XOÄ)t,.IO

1!З;!О!)И . 3С) 33(."!3! HН< ОТК:1ОНГП11Я Э„I(. Ктj O C ) П1)0 Т !Р„ f 0 f!;1!3 О Tfl Î C! ITe C IfilIO и ) F: <. f Ft t а:; ), !! О г О 3 <:. i <. k и я <) 11) c! < е я !<) T —.е! !! . (() а т))p Г (э ел! i itj 20

if РЛ()< . k lтк )!d .)тОГО : (1)ойсTR(t ЯВ

;)3 <..Гс

Тгt,

;I «лазок() с" — чО до "; j 80 (:. Пля тер-. . Овеэисторов на основе пла ины диапазо(измеряем! fx температур н(!ходи-ся в облас) ти !1-.7 !О "(;, Л зы)(ро)эс!ни . термоэлеменщ ". а раса!иряе област измеряемых темп;-.ратур „од!)ако увели .и)) ае т его и)эерционност.. ьели !ение инерционности термоэлetf=»та является также нежела.<.ельпым, поскольку Etp;! измерениях

T(ìE)åpëTóðû в быстропротеKàþtftèõ про 35 цесс<)х 1)риводит к ошибкам в оценке текущего значения температуры.

И I)естно устройст = для измерения температуры жидкой стали в метал)(ургических агрегатах, представляющее собой два разнородных металлических проьода, соец It erfftt!x между собой спаеь которые под воздействием температуры изменяют свое электрическое соп<ротивление. Это устройство (,термопара) состоит из головки, в которой помещена катушка термоэлектродной проволоки„ Гтального чехла с графитовым или стальным блоком, кварцевого наконечника, защищающего рабочий спай термопары От непосредстээенного контакта с металлом. Изл:ерение температуры производят непосредственным кратковременным погружением термопары 55

F3 жидкий металл, Время ..oгружения зависит от армировки и условий применения н пе должно превышать 15-2С! с.

KIr )nit(.E3IfII КОЛПаЧОК ЗаМЕНЯЕтСЯ НОВЫМ после каждого измерения, спай термопары возобновляют после 2-6 измерений в зависимости от условий работы 21 .

Недостатком этого устройства является малый срок Глужбы при измерении температуры жидкого металла,связанный с заменой кварцевого колпачка и зачастую с возобновлением рабочего спая термопары, что делает измерения

Одноразовыми, дискретными и не дает полного представления об изменении температуры металла во времени. При

)эакуумировании циркуляционнь)м способом важно иметь постоянную информацию о температурных потерях металла в течение всего времени обработки металла

Наиболее близким и изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для измерения температуры металла при циркуляционном вакуумировании.

Устройство содержит термопару, соединенную с системой регистрации и закрепленную в крышке вакуум-камеры в блоках, которые с помощью электропривода приводятся в действие. Измерение температуры производится при помощи включения электропривода, ко,торый приводит к опусканию на тросе блока с термопарой до контакта с металлом в вакуум-камере, а затем термопара поднимается, и электропривод выключается для проведения операции замены термопары на новую, поскольку повторное ее использование становится невозможным из-за разрушения е е с пая 3), Недостатком известного устройства является то, что измерения остаются дискретными. Для получения полной информации о температурных потерях процесса во времени необходимо иметь достаточное количество термопар и производить большое количество операций по их замене. Кроме того, использование известного устройства становится coBepIDBHHQ невозможным на переносных вакуум-камерах иэ-за недоступности к ним во время вакуумировакия.

Следовательно, зто устройство не способно решить задачу по полученыо полкой информации о температурных потерях жидкого металла в ходе обработки циркуляционным способом и имеет ограниченное применение.

l1>4342

11ель изобретения — обеспечение непрерывНого измерения температуры жидкого металла в процессе вакуумирован ия.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения температуры жидкого металла при циркуляционном вакуумировании, закрепленном в крышке вакуум-камеры, содержащем датчик температуры, соединенный с системой регистрации, датчик температуры выполнен иэ стержня, снабженного металлическим диском, и полого цилиндра, который установлен в средней части стержня коаксиально ему и с возможностью перемещения вдоль него, а металлический диск жестко закреплен на конце стержня, при этом соотношение диаметра диска и диаметра цилиндра составляет 2:1, кроме того, диск и цилиндр электроизолированы.

При нагревании металлов в пространстве непосредственно у их поверх25 ности наблюдается существование электронного облака, Плотность электронов в облаке, испускаемом нагретым металлом, зависит от температуры разогрева. Потенциал электрического поля, созданный электронным облаком, может служить температурной характеристикой металла при его разогреве.

В практике циркуляционного вакуумирования стали были обнаружено, что над поверхностью жидкого расплава 35 в вакуумной камере существует пульсирующее электронное облако большой плотности, причем его плотность меняется с течением времени обработки металла. Эти изменения находятся в 40 соответствии с температурой обрабатываемого металла. Плотность электронного облака над поверхностью металла может быть непосредственно измерена и, следовательно, точно характеризовать температуру жидкого металла. Однако вместе с электронным облаком над поверхностью металла существует среда ионизированного газа, образующаяся в результате дега- 50 зации металла, которая может вносить погрешность при измерении температуры металла в виде дополнительного фона, имеющего постоянный потенциал.

Следовательно, чтобы измерять темпе- 55 ратуру жидкого металла, необходимо создать датчик, с помощью которого можно было бы выделить составляющую поля, создаваемую электронным oOJIаком из фона, образуемого ионизировянной средой отходящих газов.

Этой цели удовлетворяет датчик, состоящий из стержня с диском на конце и полого цилиндра, располагающегося на стержне. Диск одновременно воспринимает плотность электронного облака и поле иониэированной среды, а полый цилиндр, располагающийся значительно выше диска, воспринимает действие только поля ионизированной среды. В результате, учитывая составляющую поля ионизированной среды в общем поле вакуумного пространства, создается возможность отдельно наблюдать за состоянием поля электронного облака и таким образом производить измерение температуры металла независимо от фона ионизированной среды, т.е. с большой точностью. Выделение этой составляющей требует, чтобы наведение ионизированной средой заряды на диске и цилиндре были одинаковыми по величине. Это требование удовлетворяется при равенстве поверхностей диска и цилиндра. Исходя из этого выбраны параметры цилиндра, его высота и диаметр. Кроме того, при выборе диаметра цилиндра необходимо предусматривать, чтобы поверхность цилиндра не располагалась близко к стержню. В этом случае исключается взаимное влияние поля стержня, возникающего при прохождении по нему тока, и поля цилиндра. Из этого условия оптимальное соотношение высоты и диаметра цилиндра 1: 1. Тогда отношение диаметра диска к диаметру цилиндра 2:!.

На фиг.1 представлено устройство, общий вид; на фиг.2 — кривые измерения температуры жидкого металла.

Устройство для непрерывного измерения температуры жидкого металла состоит из датчика 1, встроенного в крышку 2 вакуум-камеры 3 и измерительной системы 4. Датчик температуры выполнен из стержня 5, в нижней части которого жестко закреплен диск 6, В средней части стержня 5 расположен полый цилиндр 7 с возможностью свободного перемещения вдоль стержня 5 посредством исполни тельного механизма 8 через шток 9.

Стержень 5 .и цилиндр 7 электраизолированы между собой и от крышки 2 вакуум-камеры 3 н подключены посрепст1 1 5 i! > " яом !!роно>(ОР к и эм«ритp! I r !! (>й с! .с те ме

У(.тройство работле г с>!«дующим образо>I, 11еред влкуум11ро!!анием н крь>шке 2

H акУУМ К ЯМЕ Pbl 3 > СТЛН ЛН II! i!3, i>T ДQ T>IИК

1 температуры, выиолне:1ный из (тержня

5 с диском 6 нл конце и полого цилиндра 7, предварительно располагpp. мого в средней части стержня 5, элтем >(1 циль!Ядр 7 через шток 9 и(>;.1сое,;!!!няют к исполнительному механизму 8. Стержень 5 уста>lавлив лют в Kpb!II!ке . BB куум-камеры 3 таким образом, чтобы циск 6 рлснолагался в зоне сливного 1> плтрубка. Стержень 5 и цилиндр 7 г!середе."ном электропроводов подсоединяют к измерительной системе А. Рлсполл.-лющийся над металлом — зоне дивного плтрубкл диск 6 будет нлхо- 20 диться под воздействием электронн(.го

Облака, Однако наряду с электронным обх!аком существует ионизированнля среда отход!1щих газов. В результате нл диске 6 будет наводиться заряд двух состлвля!эших (электронного об.|лкл газовой среды). При Определении там— перлтурь> металла по величине электрои— О, О облака необходимо !зь>ч =с гь из

=!г;,!итивного поля составл.-.>юшую ионизи:>(Званной среды. Д. !я э О го необходи10 обеспечить эквивалентность зарядов на диске 6 и цилиндре . от ионизированной среды. Зтому условию отвечают равные поверхност!> диска 6 и цилиндра

7 и возможность его перемещения. Леремещение цилиндра 7 вызвано тем, чтО ио 1из1!рованная среда имеет различную напряженность в большей части вакуум- о ного пространства камеры 3 и лишь в нижних горизонтах напряженность поля имеет некоторую постоянную величину. .о процессе измерения температуры измерительная система 4 фиксирует сигналы с диска 6 и цилиндра 7. Если сигналы одинаковые по величипе, то включают исполнительный механизм 8 и изменяют положение цилиндра 7 до тех пор, пока не появится разность ь сигналах, Одинаковые по величине сигналы возникают вследствие близкого расположения цилиндра 7 к диску 6, В этом случае цилиндр 7 воспринимает действие как поля электронного Обла- у ка, так и поля ионизированной среды.

При движении цилиндра 7 вверх от диска 6 уменьшается влияние поля

:>sI ек тр(>!!11О I i> О б l;! .. л и но(!1ринимaeт(.>! действ и(1 Tn. !iкО нох1я ио низ11рова ИИОЙ

cp(!!jIi1, Нлт1ряженнО(ТI НОля I!0!I I!3 Hp(> ванной среди в нижних горизонтах камеры изменяет< я незначительно, поэл Ому заря!! сооб!!!аеГ!ыи цилинд1>у ионизировлнной средой, в этой зоне практически не изменяется, Дальнейший подъем цилиндра 7 в область верхних горизонтов камеры начинает существенно сказывать(я на напряженности поля от ионизированной (реды.

Возможность перемещения цилиндра 7 вдоль стержня 5 имеет большое практическое значение при оценке температуры для сталей одинаков го химического состава. Извес.тно! что при влкуумировании одинлковь>х по химическому составу сталей наблюдлетая разное количество удаляемых !азов. Это отклонение в объемах удаляемых гp.301. B пр(цессе вакуумирования проявляется в отклонении напряженности поля ионизированной среды во всем вакуумном пространстве. Учитывая эти отклонения, создает= i возможность

TOЧНО ИЗМЕРЯТЬ " ЕМПЕРатУРгУ !1ЕТадла в каждом кОИ! рот!4QM (лучае, Диапазон хода цилиндра 7 вдо.1ь стержня 3 с cçñTç Âëÿ(! T >, 1 5- 1 Yi аким образом, при измерении температуры в процессе вакуумирования сличают показания измеряемых сигнал(>в с диска 6 и цилиндра 7 и в зависимости ст их величины неремещают цилиндр 7 вдоль стержня путем включения исполнительного механизма 8. 1!еремещение цилиндра 7 продолжается до тех пор, пока сигнал не станет ранен некоторой постоянной величине. Дальнейшее перемещение приведет или к понижению этого значения вследствие перехода цилиндра в верхние горизонты камеры, или к повышению величины сигнала при подходе цилиндра 7 к диску 6.

Наблюдая за величиной составляк>щей поля от ионизированной среды и поддерживая эту величину постоянной путем перемещения цилиндра, обеспечивают точное измерение температуры металла независимо от химическог состава обрабатываемого металла.

Оценку шкалы вторичного прибора измерительной системы производят п(> термопаре путем сравнения сигнала, полученного с датчика 1, и соответ-ствующего значения температуры, зафиксированного с помощью термопа

2 8 сифи (ирование процесса. дегаэации за счет дополнительного ввода инертного газа во всасывающий патрубок камеры

3. Как показади проводимые измерения в переносной камере 3, использование устройства позволяет иметь постоянную информацию о температурных потерях металла в процессе обработки. Простота в обслуживании и высокая надежность устройства позволяют проводить измерения температуры расплава многократно.

Использование предлагаемого устройства обеспечивает непрерывный контроль за температурой вакуумируемого металла, при этом не загрязняет его неметаллическими включениями, исключает использование термоэлектродных проводов, кварцевых наконечников и графитовых блоков, позволяет тонно определять время окончания вакуумирования.

7 1 15434 ры. 1Чкала вторичного прибора позволяет наблюдать температуру металла о непрерывно в диапазоне 400-1600 С.

На фиг.2 представлены кривые А, Б измерения температуры жидкого металча в процессе вакуумирования с помощью термопары (А) и с помощью предлагаемого устройства (Б), В первом случае измеряют температуру металла только два .раза (до вакуумиро- 1О вания и после) и только в ковше, так как используемая при вакуумировании переносная камера 3 из-за технических сложностей исключает всякую возможность производить измерения с помощью .термопар. На кривой Б представлено изменение температуры металла во времени, фиксируемое с помощью предлагаемого. устройства. На кривой

Б видны изменения температуры металла в отдельные моменты времени. Этим моментам времени соответствует интен1154342

Составитель .Ю. Рыбьев

Редактор Н. Тупица Техред Л.Микеш

Корректор,А. Тяско

Заказ 2636/25 Тираж 553 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

7 С (1О

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4