Устройство для измерения температуры расплавов

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 23, 1277 (21) 2559520/18-25 51 М,Кп з С О 1 1 5/08 с присоединением заявки Мо Государственны И комитет СССР по делам изобретений и открытийОпубликовано 300782, Бюллетень М 28 Дата опубликования описания 30.0782.в, ,:,ш ю, аР:Вте; М. В, Жель ни с, И, В, Куши нс ки й и П, В. Эемпявичус(72) Авторыизобретения Институт проблем литья АН Украинской. ССРи.те,(71) Заявитель(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫРАСПЛА ВОВ 2 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 защитных 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 свето- водного устройства определенным образом крепится пирометр. Тепловое излучение расплава передается световодом световодного устройства через футеровку наружу и анализируется пиро" метром. Световод представляет собой цилиндрический стержень иэ светопроз" рачного, термостойкого и коррозийноустойчивого материала, один конецкоторого находится в контакте с расплавом, а другой конец выведен наружу (.2 ..Недостатком известного решенияявляется то, что при.произвольной установке световодного устройства пог 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 надеж ности, чувствительности и точностиустройств 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 .Караме того, отношение диаметра ци"15 линдрической части световода к диаметру полушария значительно меньше.единицы. На чертеже схематически изображе но предлагаемое устройствоСветовод включает в себя полушарие 1 с цилиндрическим стержнем 2, выполненные иэ светопроводящего, термостойкаго, 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( разновидностей синтетического корунда - лейкосапфир, Наряду с достоинст. ном лейкосапфир имеет существенный недостаток - низкую термостойкость, 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 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 металлургическихагрегатов отли 4 аются 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 происходят резкие изменения объема, вызванные аллотропическими превращениями кварца в определенных температурных точках, Особенно это характерно для футеровок небольшой толщины с 65КЕ100 высота мениска перемешинания;коэффициент перемешивания, %;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 футеранки, 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 обуславливает 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 свето водного устройства, расположенного наружным охлаждением, например футеровок индукционных тигельных печей.При раэрушении иммерсионного торца значительно повышается погрешностьизмерения температуры, а разрушениесветовода в толще футеровки вообщеделает его невозможным.Для исключения этого снетовод необходимо. размещать на глубине П неменее толщины футеровки в зоне установки световодного устройства, те,П )5+Огде 5 - толщина футеровки тигля в зоне установки световодногоустройства;О " диаметр полушария снетоводного устройства,В случае интенсивного перемешиваниярасплава в тигле интукционные печипромышленной частоты) измерение необходимо проводить на глубине1П 3 ф - + --- ,1) Кф0 О ЬДля исключения влияния излучательной способности на результат измерения приближением излучения расплава к излучению абсолютно черного тела 65 перпендикулярно к направлению смещения, Смещение наибольше выражено вверхней части тигля и минимально вни-.зу у днища. Помимо этого, смещениеслоев футеровки вызывается загрузкой агрегата шихтой (расплавом) и5сливом расплава, что характерно дляагрегатов большой емкости (индукционные печи большой емкости, конвертерыи т,д.),Для исключения разрушения световод 40ного блока эа счет смещения футеровкинеобходимо проводить измерение в месте,минимально удаленном (Н) от днатигля, так как контроль температуры через подину (днище) тигля значительноусложняется неудобством обслуживанияустройства и значительной толщиной футеровки. В месте, минимально удаленномот дна тигля, абсолютное тепловое расширение футеровки незначительно, азначит и незначительно относительноесмещение слоев Футеровки, что предотвращает разрушение световода. Смещение футеровки эа счет слива расплава,загрузки шихты также минимальнодна тигля.В металлургических агрегатах имеет место характерное для каждого типаагрегатов локальное ошлаковывание тигля. При измерении температуры в местеошлаковывания иммерсионный торец световодного устройства в процессе работыпокрывается слоем шлака, что занижает показания пирометра и увеличиваетинерционность измерения,В металлической ванне любого агре гата есть зоны, температура в которыхсущественно отличается от среднемассовой температуры расплава, Например,в индукционных печах промышленной частоты между верхним и нижним контурами 40перемешивания температуры расплава устенки тигля ниже среднемассовой температуры,эта разница может достигать20 град даже на включенной печи, а приОтключенной печи (отсутствует пРинуди тельная циркуляция) перепад температуры между слоем, контактирующим с Футе%ровкой, и основной массой расплава может превысить эту величину,Поэтому для исключения влияния ош 50лаковывания и перепада температурыпо металлической ванне измерение необходимо проводить в месте интенсивной циркуляции .расплаваПри измерении температуры в месте интенсивнойциркуляции 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 цилиндрическим стержнем 2 иэ лейкосапфира сзеркальным покрытием 3 из платиныили родня. Световод установлен плоской поверхностью полушария 1 заподлицо с внутренним срезом футеровки 4в контакт с расплавом 5, При этомэнергия, излучаемая поверхностью расплава концентрируется с помощью полусферы полушария 1. Дополнительная концентрация энергии аналогична повышениюизлучательной способности поверхностиизлучения. Излучение поверхности отражается от сферической зеркальной поверхности покрытия полушария с коэффициентом отражения, близким к единице, на поверхность излучения, Притермодинамическом равновесии результирующее излучение, попадающее в цилиндрический световод 2, близко посвоим свойствам к излучению абсолютночерного тела. Таким образом исключается влияние иэлучательной способности на результат измерения,Для повышения точности измеренийнеобходимо, чтобы площадь )1,1была значительно меньше площадй полусферической поверхности полушария,Поэтому диаметр полушария должензначительно превышать диаметр световода, т,е. д- Ъ 1При измерении температуры расплавов пирометром излучения, работающимв комплекте с зеркальной полусферой,необходимо для повышения точностиуменьшать расстояние от кромки полу,сферы до излучающей поверхности, Приустановке 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 родня обладает достаточнойтермостойкостью и коррозийноустойчи"востью для работы в футеровке,металлургических агрегатов.Благодаря тому, что излучение,воспринимаемое пирометром, близкопо своим характеристикам к излучениюабсолютно черного тела, значительноповышается чувствительность устройства,Измерение температуры расплавовпредлагаемым способом обеспечиваетповышение, точности измерения среднемассовой. температуры в металлических агрегатах, улучшение эксплуатационных характеристик и надежную работу лейкосапфирового световодного8 947653 Формула изобретения Составитель Л.ЛатыевРедактор С.Тараненко ТехредМ. Надь Корректор О,Билак 87 Подписноео комитета СССРи открытийРаушская наб., д, 4/5 618/62 Тираж ВНИИПИ Государственно по делам изобретени 113035, Москва, Ж, акаэ филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектна устройства в футеровке металлургического агрегата в течение всей кампании тигля, что является самым серьезным препятствием широкому внедрениюв практику измерения температурырасплавов при помощи пирометров излу. 5чения, работающих в комплекте со световодами, стационарно установленнымив футеровке 1Устройство для измерения температуры расплавов, содержащее пирометр излучения и световод из термостойкогс 5 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 надежности, чувствительности и точностиустройства 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 зкспертизе1. Объективные методы пирометрииизлучения металлов, М "Наука", 1976,с, 177.2. Патент Великобритании 9 1210993,кл6 01 Р.