Устройство для контроля уровня металлической ванны

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик 1 1969485Опубликовано 30.10.82. Бюллетень40Дата опубликования описания 05.11.82 по делам лэооретений и отлрмтий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ УРОВНЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ВАННЫИзобретение относится к оборудованиюдля электрошлаковой сварки, наплавки иполучения слитков электрошлаковым переплавом,Известен датчик для контроля уровняметаллической ванны состоящий из двухвстречно включенных (дифференциальных)термопар, которые вмонтированы в ползун 1.Недостатками указанного датчика является то, что разность двух термоэлектродвижущих сил в дифференциальной схемеочень мала по величине и требует применения усилителей с очень высоким коэффицнен,том усиления, а результаты измерений зависят от расхода охлаждающей воды и тол 15щины шлаковой корки под ползуном.Этотрегулятор недостаточно надежен, так кактермопары в ползуне легко могут быть повреждены.Известен электрический щуп, вмонтированный в один из ползунов и используе цмый для контроля уровня металлическойванны. 1 Цуп представляет собой охлаждаемый медный стержень, который крепитсяк ползуну и электрически изолирован от него Питание щупа осуществляется от источника сварочного тока через добавочный дроссель, ограничивающий ток при замыкании щупа на металлическую ваннуПитание электрическим током щупа необходимо для поддержания микрошлаковой ванны в районе щупа, чтобы на немне образовался гарнисаж, который препятствовал бы непосредственному контакту металлической ванны со щупом. Когда металл ванны контактирует со щупом, падение напряжения на участке щуп - заготовка равно нулю и отлично от нуля, когда металлическая ванна не касается щупа 11Недостатком известного щупа является малое падение напряжения, так как электрический ток течет по пути с наименьшим сопротивлением; щуп - жидкая шлаковая ванна - кристаМлизатор - заготовка. Величина падения напряжения не зависит от местонахождения металлической ванны; Так же наблюдается разрушение щупа и кристаллизатора в районе щупа. При питании щупа постоянным током в шлаковой ванне идет процесс электролиза, который приводит к оседанию на электродах (в данном3случае щупе-стержне и кристаллизаторе)различных элементов и веществ, что в своюочередь, ведет к короткому замыканию электрической цепи щуп - кристаллизатор приоседании электропроводных веществ или кразрыву электрической цепи щуп - кристаллизатор из-за прекращения электрошлакового процесса в районе щупа за счет оседания неэлектропроводных веществ.Цель изобретения - повышение качестваконтроля уровня металлической ванны, атакже долговечности работы устройства.Указанная цель достигается тем, что вустройстве для контроля уровня металлической ванны, содержащем охлаждаемый электроконтактный щуп-стержень, смонтированный на кристаллизаторе и электрически отнего изолированный, и источник питания,подключенный к щупу-стержню и кристаллизатору, снабжено электрически изолированными между собой, от щупа и кристаллизатора металлическими охлаждаемыми кольцами-экранами, расположенными концентрично относительно щупа-стержня и друготносительно друга. Толщину колец-экрановвыбирают из условия:ЪъЧ 1,где Ь - толщина кольца экрана мм;Ч - скорость сварки (выплавки) мм/с;- время срабатывания исполнительного механизма, с.При этом, с целью повышения качестваконтроля уровня металлической ванны, ближайшее к щупу-стержню кольцо-экран электрически соединено с отрицательным полюсомотдельного дополнительного источника питаня с высоким внутренним омическим сопротивлением, плюс которого соединен скристаллизатором.На чертеже показана схема устройстваи его конструктивные особенности.В кристаллизатор или ползун 1 вмонтировано устройство для замера уровня металлической ванны 2, которое состоит из электроконтактного щупа- стержня 3 и промежуточных колец-экранов 4, которые элктрически изолированы от щупа, друг от друга икристаллизатора и расположенны концентрично относительно щупа и друг друга.Щуп-стержень и кольца-экраны охлаждаются через систему 5 охлаждения.На электроконтактный щуп-стерженьподается напряжение от сварочного или специального источника питания (СИП), а второй конец источника соединяют с наплавляемой заготовкой или кристаллизатором.Ближайшее к щупу-стержню кольцо-экран соединено с отрицательным полюсом дополнительного источника питания (ДИП) свысоким внутренним омическим сопротивлением,а плюс соединен с кристаллизатором.Когда расплавленный металл 2 находитсяниже устройства для замера уровня металлической ванны, вольтметр Ч показывает ве 10 15 20 25 30 35 40 45 Практически время срабатывания исполнительного механизма не превышает 2 с., а скорость сварки (выплавки) - 15 м/ч, следовательно, толщина колец-экранов, достаточная для четкой работы устройства, может быть 9 мм и менее. В общем случае толщину колец-экранов можно выбирать из условия ЫЧ 1где Ь - толщина кольца-экрана, мм;Ч - скорость сварки (выплавки), мм/с- время срабатывания исполнительного механизма, с,В настоящее время неизвестен электрический изоляционный материал, который может длительное время выдерживать воздействие высоких температур (до 2500 С) и химически активных сред, состоящих из фтористых и хлористых соединений,чем является жидкая шлаковая ванна. 50 55 Но жидкие шлаки, обладая определенной вязкостью, не могут пройти в зазор шириной менее 2 мм, поэтому в устройстве изоляционные кольца показаны условно, так как достаточно иметь воздушный зазор между щупом и кольцами менее 2 мм.Для увеличения разности потенциалов между щупом-стержнем и жидкой металлической ванной питание щупа осуществляют личину падения напряжения на участке электроконтактный щуп - кристаллизатор, при этом ток проходит через расплавленную шлаковую ванну 6 и кольца-экраны. По мере приближения жидкой металлической ванны к устройству для контроля и по мере образования контакта между металлической ванной и кольцами-экранами падение напрежения на участке щуп-кристаллизатор, фиксируемое вольтметром, дискретно уменьшается, а при образовании контакта пежду щупом и жидким металлом оно равно нулю.В электрическую цепь также включен амперметр А для контроля обрыва цепи. Дискретность изменения падения напряжения вызвана тем, что изменения наступают только при переходе жидкой металлической ванной изоляционных промежутков. Момент, когда падение напряжения равно нулю или какой-либо отличной от нуля величине, соответствующей определенному уровню нахождения жидкой металлической ванны, может служить сигналом для регулирования скорос. ти, относительного перемещения жидкой металлической ванны и кристаллизатора (ползуна).Толщина кольца-экрана является функцией от скорости сварки (наплавки, выплавки) и инерционности исполнительного механизма (времени срабатывания его), реагирующего на изменение уровня металлической ванны.5постоянным током, при этом минус соединяют с щупом-стержнем, а плюс - с наплавляемой (свариваемой) заготовкой, ближайшее к щупу кольцо-экран замыкают (кратковременно) с плюсом источника. При этом на положительном электроде (кольце) анолит обогащается кремнеземом, который при интенсивном , охлаждении образует плохо проводящий слой у поверхности кольца, и ток между щупом и кольцом не проходит, что создает дополнительное падение напряжения на участке щуп - кристаллизатор и повышает точность определения уровня жидкой металлической ванны. Это равносильно простому увеличению наружного диаметра изолирующего кольца, расположенного между щупом и первым кольцом- экраном.Для увеличения падения напряжения между щупом и вторым кольцом-экраном ближайшего к щупу кольца-экрана с отрицательным полюсом отдельного дополнительного источника питания с высоким внутренним омическим сопротивлением указанное кольцо будет заряжено одноименным зарядом со щупом, что вызовет движение заряженных частиц и электрического тока по более длинному пути, чем в случае электрически нейтрального кольца. При этом увеличивается падение напряжения, что повышает качество контроля уровня металлической ванны.Экономический эффект от внедрения изобретения только при производстве двухслойного металла составит примерно 90 руб. на 1 т. металла.формула изобретенияУстройство для контроля уровня металлической ванны, содержащее охлаждаемый 6электроконтактный щуп-стержень, смонтированный на кристаллизаторе и электрически изолированный от него, и источник питания, подключенный к щупу и кристаллизатору, отличающееся тем, что, сцелью повышения качества работы устройства, оно снабжено электрически изолированными между собой, от щупа-стержня и кристаллизатора металлическими охлаждаемыми кольцами-экранами, расположенными концентрично относительно щупа-стержня и 1 О друг относительно друга.2. Устройство по п. 1, отличающеесятем, что толщина колец-экранов выбрана изусловия ЬО/ 1,где Ь -толщина кольца-экрана, мм;7- скорость сварки (выплавки), мм/с;1 - время срабатывания исполнительного механизма, с.З.Устройство по п. 1, отличающеесятем, что, с целью повышения качества конт О роля уровня металлической ванны, ближайшее к щупу-стержню кольцо-экран электрически соединено с отрицательным полюсомдополнительного источника питания с высоким внутренним омическим сопротивлением а положительный полюс источника)соединен с кристаллизатором.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе ЗО 1. Электрошлаковая сварка. Под ред.Б. Е. Патона, М., - Киев, Машиностроение, 1959, с. 233.2. Электрошлаковая сварка и наплавка.Под ред. Б. Е. Патона. М., Машиностроение,1980, с, 143 (прототип)..Составительа Техред И, ВересТираж 1153 ВНИИПИ Государственногпо делам изобретений 113035, Москва, Ж - 35, Ра иал ППП Патент, г. Ужг комитета СССР и . открытийшская наб. д. 4/5 од ул Проектная Редактор А. Фролов Заказ 8280/16 Арест Корректор М. Шароши Подписное