Способ измерения теплового состояния поверхности горячего металла

 

Изобретение относится к области металлургии , точнее к непрерывной разливке металлов. Цель изобретения - устранение влияния постоянно действующих внешних тепловых воздействий в зоне установки датчика на измерение теплового состояния поверхности горячего металла и обеспечение возможности использования результатов измерений в системах контроля и управления тепловым состоянием слитка в машинах непрерывного лмтья заготовок. Способ измерения теплового состояния поверхности горячего металла включает размещение в зоне измерения у поверхности металла по меньшей мере одного теплоприемника, изИзобретение относится к тепловым измерениям в металлургии, преимущественно при непрерывной разливке стали. Целью изобретения является устранение влияния постоянно действующих внешних тепловых воздействий в зоне установки теплоприемника на измерение теплового состояния поверхности горячего металла и обеспечение возможности использования результатов измерения в системах контроля и управления тепловым состоянием слитка в машинах непрерывного литья заготовок. мерение сигнала с датчика температуры, нормирование теплового потока, отводимого от теплоприемника путем подачи на него охлаждающей среды, определение стендовой градуировочной характеристики при постоянном давлении или расходе охлаждающей среды, определение по измеренному значению сигнала датчика температуры бокового состояния поверхности, Новым в способе является то, что перед размещением в зоне измерения теплоприемник размещают у поверхности металла, где возможно измерить температуру поверхности независимым средством измерения, определяют зависимость давления или расхода охлаждающей среды от показаний датчика температуры при постоянной температуре поверхности, которую измеряют независимым средством измерения, а в зоне измерения определяют зависимость давления или расхода охлаждающей среды от показаний датчика температуры при неизвестной постоянной температуре поверхности и при различии этих зависимостей изменяют давление или расход охлаждающей среды до совмещения с зависимостью, полученной в тарировочной зоне. 6 ил. На фиг. 1 изображено устройство для измерения теплового состояния поверхности горячего металла; на фиг. 2,3- графическая интерпретация способа измерения теплового состояния поверхности горячего металла; на фиг. 4 - устройство роликовой проводки МНЛЗ; на фиг, 5, 6 - пример конкретной реализации способа измзрения теплового состояния поверхности гмрячегс металла, Устройство для измерения теплового состояния поверхности горячего г/еталла (Л XI XI 00 XI со

„„ЫЛ „„1771873 А 1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)э В 22 О 11/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ KOMINET

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4916755/02 (22) 05.03.91

{46) 30.10.92. Бюл, hL 40 (71) Вологодский политехнический институт (72) А. Н. Шичков, Л. Г, Быстров, Н. Г. Баширов, С. Б. Ябко и E. Н, Быкасова (56) Авторское свидетельство СССР

hh 1699705, кл. В 22 0 11/16, 1989, (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОВОГО

СОСТОЯНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ГОРЯЧЕГО

МЕТАЛЛА (57) Изобретение относится к области металлургии, точнее к непрерывной разливке металлов. Цель изобретения — устранение влияния постоянно действующих внешних тепловых воздействий в зоне установки датчика на измерение теплового состояния поверхности горячего металла и обеспечение возможности использования результатов измерений в системах контроля и управления тепловым состоянием слитка в машинах непрерывного литья заготовок. Способ измерения теплового состояния поверхности горячего металла включает размещение в зоне измерения у поверхности металла по меньшей мере одного теплоприемника, иэИзобретение относится к тепловым измерениям в металлургии, преимущественно при непрерывной разливке стали.

Целью изобретения является устранение влияния постоянно действующих внешних тепловых воздействий в зоне установки теплоприемника на измерение теплового состояния поверхности горячего металла и обеспечение возможности использования результатов измерения в системах контроля и управления тепловым состоянием слитка в машинах непрерывного литья заготовок. мерение сигнала с датчика температуры, нормирование теплового потока. отводимого от теплоприемника путем подачи на него охлаждающей среды, определение стендовой градуировочной характеристики при постоянном давлении или расходе охлаждающей среды, определение по измеренному значению сигнала датчика температуры бокового состояния поверхности.;(овым в способе является то, что перед размещением в зоне измерения теплоприемник размещают у поверхности металла, где возможно измерить температуру поверхности независимым средством измерения, определяют зависимость давления или расхода охлаждающей среды от показаний датчика тем: ературы при постоянной те;лпературе поверхности, которую измеряют независимым средством измерения, à в зоне лэмерения определяют зависимость давления или расхода охлаждающей среды от показаний датчика температуры при неизвестной постоянной температуре поверхности и при различии этих зависимостей изменяют давление или расход охлаждающей среды до совмещения с зависимостью, полученной в тарировочной зоне. 6 ил.

На фиг, 1 изображено устройство для измерения теплового состояния поверхности горячего металла; на фиг. 2, 3 — графическая интерпретация способа измерения теплового состояния поверхности горячего металла; на фиг. 4 — устройство роликовой проводки МНЛЗ; на фиг, 5, 6 — пример конкретной реализации способа измерения теплового состояния поверхности гпрячегс металла, Устройство для измерения те-лового состояния поверхности горячего металла

1771873

Т. = К Д+А(Р}

Р1 = Kp Д + В (Т1), (2) 40

Т вЂ” A1

El =

К (3) 45

55 состоит из теплоприемника 1 (фиг, 1) с дифференциальной термопарой 2. тепловой трубы 3, коаксиально установленного на тепловой трубе защитного кожуха 4 и дополнительного кожуха 5. Между защитным кожухом и тепловой трубой размещена непроницаемая для прохода газа перегородка 6 из нетеплопроводного материала, Устройство снабжено средством 7 для подвода газа и по меньшей мере одним отверстием, соединяющим ме>кду собой полости защитного и дополнительного кожухов.

Датчик теплоприемника размещен у поверхности горячего металла 8. Для фиксации сигнала датчика используется вторичный прибор.

Способ реализуется следующим образом.

Лучистый тепловой поток q от нагретого металла поступает к тепловоспринимающей поверхности теплоприемника 1. Тепловой поток фиксируется дифференциальной термопарой 2. Стабилизация температуры холодного спал термопары, размещенной у испарителя тепловой трубы 3 (теплоотдаю- щей поверхности теплоприемника),обеспечивается процессом испарения жидкости— теплоносителя в тепловой трубе. Конденсация испаряемого теплоносителя в тепловой трубе происходит за.счет циркуляции газа (воздуха, азота, аргона) в зазоре между тепловой трубой и защитным кожухом 4. Наличие перегородки 6 из нетеплопроводного материала, установленной между защитным кожухом и тепловой трубой исключает прямо обдув и передачу внешних тепловых воздействий со стороны защитного кожуха на теплоприемник, что повышает стабильность работы измерителя, Циркуляция газа в зазоре между дополнительным 5 и защитным кожухом создает диатермальную газовую завесу, позволяет избежать нагрева защитного кожуха в процессе работы устройства и, как следствие, искажение его градуировочной характеристики из-за изменения температуры газа, охлаждающего конденсатор тепловой трубы, Лучистый тепловой поток q от нагретого металла поступает к тепловоспринимающей поверхности теплоприемника. При высоких температурах поверхности металла, характерных для непрерывного литья заготовок, основной является лучистая передача тепла.

Датчик теплового состояния поверхности предварительно градуируется относительно температуры поверхности металла или лучистого теплового потока на стенде.

Так как в датчике используются стандарт5

35 ные термопары, то ее градуировочная характеристика имеет вид: где Тл — температура поверхности горячего металла, К вЂ” угловой коэффициент градуировочной характеристики датчика;

Д вЂ” уровень сигнала датчика и ри данной температуре поверхности;

A(P) — величина, зависящая от давления или расхода воздуха на редукторе измерителя, В качестве средства метрологического обеспечения используется образцовый пирометр полного излучения ТЭ РА-50 или ручной пирометр "Проминь". После этого датчик устанавливают в зону машины непрерывного литья заготовок (фиг. 4), где возможно измерить температуру поверхности метал."а независимым средством измерения. На установившемся режиме разливки измеряют температуру поверхности слитка пирометра Т> и одновременно изменяют давление или расход подаваемого воздуха вентилем 7 (фиг. 2, 3) с Р1м кс до Р " и фиксируют на вторичном приборе соответствующие значения сигнала датчика от

Д1 " до Д1" ", Опыт экСплуатации и их тарирования показал, что зависимость

Д = т(Р)„как правило, линейная и достаточно двух То е измерения пр Pìакс и Рмин полученным двум точкам определяют зависимость охлаждающей среды от показаний датчика (прямая 1, фиг. 2);

Далее выбирают требуемое значение показаний датчика температуры: где А — начало шкалы вторичного грибора: и определяют соответствующее для данного значения сигнала датчика давление, подаваемое на редуктор охлаждающей среды по зависимости (1). После этого устанавливают датчик в зоне измерения (зона II, фиг, 4).

Разрыв по времени между установками датчика в зонах I u il (ôèã. 4) не принципиален.

Важно, чтобы измерения в зоне II также проводились при постоянной температуре поверхности. В указанной зоне также измеряют показания датчика температуры

Д "и Дг"""при двух давлениях P2 " и мин

Рг определяют дополнительную зависи1771873 мость давления или расхода охлаждающей среды от показаний датчика температуры:

Р2 = Кр Д+ В (Т2), (4), где Т2 — неизвестная температура поверхности слитка в зоне It измерения (фиг, 4).

Если получили, что Kp = Ко (прямая II, фиг, t

2), то условия теплообмена датчика температуры и поверхности металла в зонах! и II одинаковы. В этом случае давление воздуха на редукторе Р1, полученное в зоне t, остается прежним.

Если Kp = Kp (прямая 1И, фиг, 2), то условия теплообмена датчика температуры и поверхности металла в зонах I u II различны и давление охлаждающей среды на редукторе рассчитывают из уравнения (прямая IV, фиг. 2):

P ) = Kp Д + В (71) . (5) Это значит, что угол наклона Кр определяет условия теплового воздействия на теплоприемник датчика (пар, туман, расстояние теплоприемника от слитка, переохлаждение поверхности слитка струями воздуха и т.д.). а В (Ãt) является функцией разности температур слитка в точках с температурой

Т1, Далее определяют градуировочную характеристику теплоприемника датчика при данном давлении охлаждающей среды:

Т = К Д + А (Р), (6) 35 Таким обРазом, градуировочная характер.стика датчика температуры в зоне tt имеет вид: по которой в соответствии с измеренным показанием датчика температуры определяют тепловое состояние поверхности горячего металла.

Пример конкретной реализации способа.

Известна характеристика хромель-алюмелевой дифференциальной термопары датчика температуры, снятой на стенде:

Тп = 100 Д+ 650 С .

Тп=100 Д+А.

При установившемся режиме разливки измеряем Д1 = 2 мВ при P> " = 0.25 МПа и Д1 """= 4,7 мВ при Р1" " = 0,1 МПа при температуре, фиксируемой ручным пирометром "Проминь" Т = 920"С. Получаем характеристику датчика температуры в зоне I:

Р„Рмдкс Д Д 1ин

P)MH PMBKc или

Р1 = -0,055 . Д + 0.36 (МПа), Определяем уровень сигнала на выходе датчика температуры для данного типа вторичного прибора:

5 Д = (920 — 650)/100 (мВ) 3 где А = 650 С вЂ” начало шкалы вторичного прибора.

Определяем давление охлаждающей среды

10 на редукторе измерителя для данного уровня сигнала датчика температуры:

P > = — 0,055 2,7 + 0,36 =- 0,21 (М Па).

15 Устанавливаем датчики в зоне ll. Ha установившемся режиме определяем Д2М

= 3,6 мВ, при Р2"и" = 0.1 МПа и p2ìèí

= 1,8 мВ при P2 "" = 0,25 МПа. Получаем дополнительную характеристику датчика

20 температуры для зоны tt:

Р2 — Р2 Д2 Д2

РУин Рилакс ДУин + ДУакс

25 или Р2 = — 0,083 Д 0,39 (МПа).

Так как Кр ф Кр, то условия теплообмена

I Il датчика температуры с поверхносгью металла в зонах! и It различны. поэтому дав30 ление охлаждающей среды на редукторе равно:

Pj - 0.083 2,7+ 0,36 (МПа).

Использование способа измерения теплового состояния горячего металла обеспечивает следующие преимущества: повышает точность измерения темпера45 туры поверхности путем устранения влияния постоянно действующих внешних тепловых воздействий s зоне установки датчика на измерение теплового состояния поверхности горячего металла;

50 обеспечивает возможность использования результатов измерения в системах контроля управления тепловым состоянием слитка в машинах непрерывного лиг.я заготовок, Формула изобретения

Способ измерения теплового состояния поверхности горячего металла, преимущественно слитка, в машинах непрерывного литья заготовок, включающий размещение в зоне измерения у поверхности горячего

1771873 металла по меньшей мере одного теплоприемника, выполненного в виде теплопередающего элемента. измерение сигнала по меньшей мере одного датчика температуры, размещенного в теплоприемнике, нормирование теплового потока, отводимого от теплоприемника, путем подачи на него охлаждающей среды, контроль и регулирование давления или расхода охлаждающей среды, предварительное определение стендовой градуировочной характеристики теплоприемника при поСтоянном расходе или давлении охлаждающей среды, определение по измеренному значению сигнала датчика температуры теплового состояния поверхности горячего металла, о т л и ч а юшийся тем, что. с целью устранения влияния постоянно действующих внешних тепловых воздействий в зоне установки теплоприемника на измерение теплового. состояния поверхности горячего металла и обеспечения возможности использования результатов измерения в системах контроля и управления тепловым состоянием слитка е машинах непрерывного литья заготовок, перед размещением теплоприемника в зоне измерения его размещают у поверхности металла в тарировочной зоне, в которой дополнительно размещают независимое средство измерения температуры поверхности металла, измеряют показание датчика температуры при по меньшей мере двух расходах или давлениях охлаждающей среды при одной температуре поверхности металла, которую одновременно с этим измеряют в 5 этой же зоне независимым средством измерения, по измеренной температуре определяют зависимость давления или расхода охлаждающей среды от показаний датчика температуры, выбирают требуемое значе10 ние показаний датчика температуры и определяют соответствующее ему давление или расход охлаждающей среды. а в зоне измерения также измеряют показания датчика температуры при по меньшей мере двух раз15 личных давлениях или расходах охлаждающей среды. определяют дополнительную зависимость давления или расхода охлаждающей среды от показаний датчика температуры, сравнивают эту зависимость с.

20 зависимостью, определенной в тарировочной зоне, и при различии этих зависимостей изменяют давление или расход охлаждающей среды, подаваемой на теплоприемник, до совмещения с зависимостью, 25 полученной в тарировочной зоне, определяют градуировочную характеристику теплоприемника при этом давлении или расходе охлаждающей среды. по которой. в соответствии с измеренным показанием

30 датчика температуры, определяют тепловое состояние поверхности горячего металла.

1771873

1771873

1771873

Лм3

0,2

0,2

0,5

Составитель А.Абросимов

Техред M,Moðãåíòàë Корректор M.Ïåòðàù

Редактор

Проиаеодстеенно-иадательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1С1

Заказ 3800 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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