Устройство для измерения температуры расплавов

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<п1947653 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 23, 12 ° 77 (21) 2559520/18-25 (51) М.Кп з

G 01 1 5/08 с присоединением заявки ¹Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий . (23) Приоритет

{53)УДК 536.521 (088,8) Опубликовано 300782, Бюллетень № 28

Дата опубликования описания 30.0782

М. В. Жель ни с, И. В, Куши нски и и П.В. Эемпявичус (72) Авторы изобретения

Институт проблем литья AH Украинской. CCP — ---=--=.4 (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

РАСПЛА ВОВ

Изобретение относится к пирометрии и может быть применено для измерения температуры жидких металлов в металлургии и литейном производстве.

Известно измерение температуры расплавов в металлургических агрегатах с помощью термопар (13.

Ограниченная стойкость sàùèòíûõ наконечников не позволяет организовать достаточно длительный контроль температуры расплавов. Термопары кратковременного погружения не позволяют обеспечить непрерывное измерение температуры.

Наиболее близким по Технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения температуры расплава в печи, содержащее пирометр излучения и световод, стационарно установленный в футеровке печи одним. концом заподлицо с внутренней поверхностью тигля, у внешнего конца световодного устройства определенным образом крепится пирометр. Тепловое излучение расплава передается световодом световодного устройства через футеровку наружу и анализируется пирометром. Световод представляет собой цилиндрический стержень иэ светопрозрачного, термостойкого и коррозийноустойчивого материала, один конец которого находится в контакте с расплавом, а другой конец выведен наружу (2 )..Недостатком известного решения является то, что при.произвольной установке световодного устройства пог10 решность измерения среднемассовой температуры расплава в агрегате значительно повышается иэ-эа ошлаковывания иммерсионного торца световода и наличия перепада температур между различны-; ми точками металлической ванны или измерение исключается вообще, так как световод разрушается при тепловом ударе, отклонении градиента температуры по толщине футеровки от установившегося в зоне установки устройства, при смещениях слоев футеровки в процессе. работы металлургического агрегата (слив расплава, загрузка шихты и т.п.). Кроме того, известное .устройство обладает недостаточной чувствительностью для измерения низких температур расплавов и на результат измерения оказывает влияние излучательная способность расплава.

Дель изобретения - повышение надежности, чувствительности и точности

94765 3 устройств и представительности измерения температуры.

Поставленная цель достигается тем, что снетовод выполнен в виде полушария с цилиндрическим стержнем, поверхности которого за исключением плоской 5 поверхности полушария, контактирующей с расплавом, и противоположной плоской поверхности торца стержня, покрыты зеркальным слоем, например из платины или родня, и установлен в зоне !О интенсивной циркуляции расплава на глубине не менее тол- ины футеровки в точке, минимально удаленной от дна ти гля .

Кроме того, отношение диаметра ци" )5 линдрической части -световода к диаметру полушария значительно меньше. единицы.

На чертеже схематически изображе- 20 но предлагаемое устройство °

Световод включает в себя полушарие 1 с цилиндрическим стержнем 2, выполненные иэ светопроводящего, термостойкого, корроэийноустойчивого материала и покрытые зеркальным слоем 3. Световод установлен стационарно в футеровке 4 металлургического агрегата плоской поверхностью полушария эаподлицо с внутренней понерхностью тигля в контакте с расплавом 5.

Для световодов, работающих в контакте с расплавом, наиболее подходящими материалом является одна из

Cразновидностей синтетического корунда — лейкосапфир. Наряду с достоинством лейкосапфир имеет существенный недостаток — ни э кую т ермо стойкост ь.

Поэтому, если при сливах расплава будет обнажаться иммерсионный торец 40 световода, установленного н футеровке агрегата, то полученный тепловой удар может разрушить торец световода.

Кроме того, световод может разрушиться в той части, которая размеще- 45 на в толще футеровки и контактирует с ней, если градиент температуры по толщине -футеровки в зоне установки световода существенно изменится. Это связано с тем, что теплофизические свойства широко используемых футеровок металлургических агрегатов отли4аются от свойств лейкосапфира. Особенно это усугубляется в случае кислых футеровок, которые применяются наиболее широко по сравнению с основ- ными и нейтральными футеровками, так как обладают невысокой стоимостью и достаточной стойкостью. При нагревании (охлаждении) такой футеронки помимо медленных объемных изменений 60 происходят резкие изменения объема, вызванные аллотропическими превращениями кварца в определенных температурных точках. Особенно это характерно для футеровок небольшой толщины с 65

К ° L

100% высота мениска перемешинания; коэффициент перемешивания, Ъ; заполнение тигля, ед.длины.

При измерении температуры на глубине не менее толщины футеровки обеспечивается неизменное распределение температуры по толщине футеровки в зоне установки световода, что предотвращает разрушение световода в толще футеронки. При большей глубине поло- жение улучшается, так как температурный градиент вдоль светонодного устройства будет изменяться несущественно, только за счет изменения температуры расплава в процессе работы агрегата.

Поскольку футеровка металлургического агрегата служит разделительным барьером между расплавленным металлом и атмосферой, то по толщине футе-. ровки в рабочем режиме устананливается большой градиент температуры. Это обусловливает различный нагрев, а следовательно, и разное тепловое расширение слоев футеровки. Слой, граничащий с расплавом, нагревается больше и расширяется значительнее, чем наружный слой. В силу различного теплового расширения происходит смещение слоев .футеровки, величина которого зависит от температуры расплава, толщины футеровки, ее теплофизических свойств и режима охлаждения тигля снаружи.

Изменение температуры расплава приводит к знакопеременному смещению слоев футеровки и разрушению световодного устройства, расположенного наружным охлаждением, например футеровок индукционных тигельных печей.

При раэрушении иммерсионного торца значительно повышается погрешность измерения температуры, а разрушение световода в толще футеровки вообще делает его невозможным.

Для исключения этого снетовод необходимо. размещать на глубине П не менее толщины футеровки в зоне установки световодного устройства, т ° е.

Ъ +

D где S - толщина футеровки тигля в зоне установки световодного устройства;

0 - диаметр полушария снетоводного устройства.

В случае интенсивного перемешивания расплава в тигле (интукционные печи промышленной частоты) измерение необходимо проводить на глубине

П )3 3 — +

3 к ° l„

ПОО,6

947653

Для исключения влияния излучательной способности на результат измерения приближением излучения расплава к излучению абсолютно черного тела

65 перпендикулярно к направлению смещения. Смещение наибольше выражено в верхней части тигля и минимально вни-. зу у днища. Помимо этого, смещение слоев футеровки вызывается загрузкой агрегата шихтой (расплавом) и сливом расплава, что характерно для агрегатов большой емкости (индукционные печи большой емкости, конвертеры и т.д.) .

Для исключения разрушения световод40 ного блока эа счет смещения футеровки необходимо проводить измерение в месте,минимально удаленном (Н) от дна тигля, так как контроль температуры через подину (днище) тигля значительно усложняется неудобством обслуживания устройства и значительной толщиной футеровки. В месте, минимально удаленном от дна тигля, абсолютное тепловое расширение футеровки незначительно, а значит и незначительно относительное смещение слоев футеровки, что предотвращает разрушение световода. Смещение футеровки эа счет слива расплава, загрузки шихты также. минимально дна тигля.

В металлургических агрегатах имеет место характерное для каждого типа агрегатов локальное ошлаковывание тигля. При измерении температуры в месте ошлаковывания иммерсионный торец световодного устройства в процессе работы покрывается . слоем шлака, что занижает показания пирометра и увеличивает инерционность измерения.

В металлической ванне любого агре-З5 гата есть зоны, температура в которых существенно отличается от среднемассовой температуры расплава. Например, в индукционных печах промышленной частоты между верхним и нижним контурами4p перемешивания температуры расплава у стенки тигля ниже среднемассовой температуры,эта разница может достигать

20 град даже на включенной печи, а при отключенной печи (отсутствует принуди-45 тельная циркуляция) перепад температуры между слоем, контактирующим с футе% ровкой, и основной массой расплава может превысить эту величину, Поэтому для исключения влияния ош- 50 лаковывания и перепада температуры по металлической ванне измерение необходимо проводить в месте интенсивной циркуляции .расплава ° При измерении температуры в месте интенсивной циркуляции расплава результат измерения будет соответствовать среднемассовому значению температуры расплава в агрегате за счет массообмена, т.е. такое измерение будет представительным для всего объема расплава. световод световодного устройства выполнен в виде полушария 1 с цилиндри» ческим стержнем 2 иэ лейкосапфира с зеркальным покрытием 3 из платины или родня. Световод установлен плоской поверхностью полушария 1 заподлицо с внутренним срезом футеровки 4 в контакт с расплавом 5. При этом энергия, излучаемая поверхностью расплава концентрируется с помощью полусферы полушария 1. Дополнительная концентрация энергии аналогична повышению излучательной способности поверхности излучения. Излучение поверхности отражается от сферической зеркальной поверхности покрытия полушария с коэффициентом отражения, близким к единице, на поверхность излучения, При термодинамическом равновесии результирующее излучение, попадающее в цилиндрический световод 2, близко по своим свойствам к излучению абсолютно черного тела. Таким образом исключается влияние иэлучательной способности на результат измерения.

Для повышения точности измерений необходимо, чтобы площадь )1(<) была значительно меньше площадй полусферической поверхности полушария.

Поэтому диаметр полушария должен значительно превышать диаметр световода, т.е.

При измерении температуры расплавов пирометром излучения, работающим в комплекте с зеркальной полусферой, необходимо для повышения точности уменьшать расстояние от кромки полу,сферы до излучающей поверхности. При установке световода в контакт с расплавом плоской поверхностью полушария, как показано на фиг. 1, это расстояние равно нулю, т. е. влияние этого фактора на погре. ность измерения вообще исключается.

Для. уменьшения погрешности. измерения необходимо, чтобы коэффициент отражения зеркального покрытия был близким к единице. Для обеспечения этого поверхность световода обрабатывают с чистотой ч 13 и покрывают платиной или родием. Покрытие из плати-, ны или родия обладает достаточной термостойкостью и коррозийноустойчи" востью для работы в футеровке,металлургических агрегатов.

Благодаря тому, что излучение, воспринимаемое пирометром, близко по своим характеристикам к излучению абсолютно черного тела, значительно повышается чувствительность устройства.

Измерение температуры расплавов предлагаемым способом обеспечивает повышение, точности измерения среднемассовой. температуры в металлических агрегатах, улучшение эксплуатационных характеристик и надежную работу-лейкосапфирового световодного

947653

Формула изобретения

Составитель Л.Латыев

ТехредМ. Надь Корректор О,Билак

Редактор С.Тараненко

Ф Ю Ю Ь» Ф

Заказ 5618/62 Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4 устройства в футеровке металлургического агрегата в течение всей кампании тигля, что является самым серьезным препятствием широкому внедрению в практику измерения температуры расплавов при помощи пирометров излу- 5 чения, работающих в комплекте со световодами, стационарно установленными в футеровке.

1 ° Устройство для измерения температуры расплавов, содержащее пирометр излучения и световод из термостойкогс > и коррозионноустойЧивого материала, установленный стационарно в футеровке металлургического агрегата одним концом заподлицо с внутренней поверхностью тигля, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения на- 0 дежности, чувствительности и точности устройства и представительности измерения температуры, световод выполнен в виде полушария с цилиндрическим стержнем, поверхности которого., за исключением плоской поверхности полушария, контактирующей с расплавом, и противоположной плоской поверхности торца стержня, покрыты зеркальным слоем, например из платины или родня, и установлен,в зоне интенсивной циркуляции расплава на глубине не менее толщины футеровки в точке, минимально удаленной от дна тигля.

2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что отношение диаметра цилиндрической части световода к диаметру полушария меньше единицы.

Источники информации, принятые во внимание при зкспертизе

1. Объективные методы пирометрии излучения металлов. M., "Наука", 1976, с. 177.

2. Патент Великобритании 9 1210993, кл ° G Оl D