Устройство для контроля уровня расплава в печи

=1 ИДЕТЕЛЬСТВУ роГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ(71) Институт технической теплофизики АН Украинской ССР и Дагестанский завод электротермического оборудования(56) 1. Авторское свидетельство СССР9 513555, кл. С 21 С 5/56, 1975.2, Авторское свидетельство СССРВ 212875, кл. С 01 К 7/02, 1966.3. Авторское свидетельство СССРВ 560449, кл. С 24 С 5/56, 1975.(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯУРОВНЯ РАСПЛАВА В ПЕЧИ, содержащееохлаждающий корпус, датчик тепловогопотока 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 выполненв виде цилиндрического сегмента, который установлен перпендикулярностенке печи заподлицо с ее внутренней поверхностью и выполнен с возможностью контакта с датчиком тепловогопотока, при этом отношение термического сопротивления перехода печь -теплопровод 1 к термическому соптивлению теплопровода 1 т определяется следующим соотношением:"и-т2. Устройство по п. 1, о т л и -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 вертикаль. ной оси печи.1 1130 бИзобретение относится к устройствам теплометрических датчиков уровня, предназначенных для контроля уровня высокотемпературных агрессивных расплавов, например, жидкого шлака, силнкатов, силико- и ферромарганца в соответствующих плавильных агрегатах.Известно устройство для контроля уровня шлака и металла при электро- шлаковом переплаве, устанавливаемое О в отверстие кристаллизатора, содержащее термочувствительный элемент, помещенный в водоехлаждаемом корпусе 11 .Однако корпус описанного устройст ва требует интенсивного охлаждения при работе в условиях неохлаждаемых футерованных печей (в противном случае торец устройства может подплавиться).лПри мощном охлаждении устройства 2 О его торец покрывается слоем застывшего расплава, который в этих условиях резко уменьшает точность контроля уровня. Кроме того, на порядок увеличивается инерционность устройства, 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. Обращен. ный 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 ватные колебаниям расплава из-за неконтролируемых утечек через боковую поверхность вставки из теплопроводного материала, достигающей длины 0,5 для стеклоплавильных печей. Близкое расположение термодатчика к расплаву исключается из-за низкой стойкости используемых в промышленности термодатчиков. Установка защитных колпачков на торце устройства, обра щенном к расплаву, недопустима по причине их влияния на время установления показаний. Больпую погрешность 15 2в 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 теплбвого 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 33.1.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. Припечи - 2 Вт/м К итеплопровода - 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 тепло- провод, последний выполнен в видеЭ 1130 цилиндрического 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 и определяется следующим соотношением: 100 4 с "т/ 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 охлаждаемом корпусе 3 и контактирует с теплопроводом 4, который расположен в печи 5, а его торец 6 выходит в плавильное пространство 7 с расплавом 8 заподлицо с внутренней поверхностью печи. Теплопровод 4 выполнен в виде цилиндрического сегмента (сечение - сегмент 9), плоская грань которого параллельна уровню расплава.Выполнение теплопровода в виде цилиндрического сегмента позволяет при35 сохранении линейной тепловой картины регулирования за счет линеариэации площади боковой поверхности , теплопровода (г.е. минимизации40утечек теплоты через эту поверхность) увеличить координатную чувствительность датчика уровня (т.е. точность контооля).Распределение тепловых потоков 45в области границы раздела имеет вид несимметричного колокола. Приемная площадка в виде сегмента, ширина которого переменна, позволят преобразовать тепловую картину таким образом, что вершина колокола смещается и расширяется линейный участок кривой регулирования (динамический диапазон) при сохранении высоты приемной площадки. Сопоставление экспериентальных данных, полученных с почощью датчиков уровняс приемнымиплощадками в виде прямоугольника (из кТу пТт - аТ(2) йТ - средний перепад темцтператур между теплопроводом и стенкойпечи,дТт,йТп - перепады температурпо длине теплопровода и толщине стенкипечи.другой стороны,где Ът %1 т Чт 1 п Е Тт р Тп т (3)т и 1 где т п- плотности тепловых потоков, падающих на торец теплопровода и стенку печи,,3 п - теплопроводности теп.попровода и материала печи,длина теплопроводаи толщина стенки пе-чи.(2) и (3) получйм Из сравнения ЬТт Тп дт - - Т(4)3 т ЪпТ Ея 615 4вестное 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 1007.Дополнительные ограничения на точность контроля уровня расплавов оказывают утечки через боковую поверхность теплопровода в условиях неохлаждаемых печей, например. стекло- плавильной 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 утечек от теплопровода к стенке печи 1).е,- тЛт Т - и ЬТи6и1 О. а далее, учитывая, .что р тЦт 5 и ЬТи Йт ЬТ (5)Е, дтт-дта,дт,-дт5Справедливость этого неравенства подтверждена примерами, реализующими крайние случаиП р и м е р 1. Стеклоплавильные печи изготавливают из шамота Ъи - Ф 1 Вт/м К, а теплопровод - из спецстали Ът - 80 Вт/ мК, Ь 1 "- 1880 К, ЬТпК, подставив эти величины , "(5) , ив Е, : Е : Е,, - чим: (1/80) ф 1880/(1880-1830) л 0,47П р и м е р 2. Печи для переплава ферромарганца изготавливают из высокотеплопРовоДного гРафита, ЬТт =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, зоны печи, в которой производится конт. роль, температуры плавления расплава и других факторов, определяемых конкретными условиями. Материал теплопровода выбирается из расчета попадания в установленные пределы.В качестве материала теплопроводамогут быть выбраны высокотеплопровод 5 бный граФит с Ът = 600-700 Вт/мК,корунд или сапфир, обладающие высокой стойкостью при работе с высокотемпературными расплавами.Использование интенсивно охлаждаемого известного устройства в печииз шамота связано с зашлаковкой еготорца и снижением координатной чувствительности до 40 мкВ/мм, величины,не позволяющей эффективно управлятьположением границы раздела. При слабом охлаждении указанное устройствоимеет значение . т и конт=0,т-проль невозможен из-за других причин.Кроме того, в этом случае быстро выходит из строя ДТП (из-за дчффузиитермоэлектродных материалов).Выполнение теплопровода в видефусеченного конического цилиндрического сегмента обусловлено сохранением постоянной координатной чувствительности датчика уровня (должно сохраняться постоянным отношение теплоты утечек к теплоте, воспринимаемойприемным торцом) и соответственноподдержанием стабильной точностиконтроля. В таком теплопроводе помере его выгорания уменьшается относительный вклад утечек теплоты,Устройство работает следующим образом,Когда торец 6 теплопровода 4 иззоны плавильного пространства 7 попадает в область расплава 8; на 60803 возрастает сигнал ДТП 1. При этомвключается блок 2 порогового регулирования уровня расплава, формирующийсигнал управления дозатором компонентили приводом перемещения самой печи.Использование предлагаемого устройства позволяет повысить точностьконтроля уровня более чем на 1007. ВНИИПИ Заказ 9583/23 Тираж 539 Подписное