Устройство для измерения температуры жидкого металла при циркуляционном вакуумировании

ОЮЗ СОВЕТСКИХОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИК ЯО С 7/ чОПИСАН Н АВТОРСКОМ И горчук, Г.А, Фа лен на кон ношение ди цилиндра с диск и цил свидетел 21 С.7/1 ОСУДАРСТВЕННЦЙ КОМИТ 10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И Е ИЗОБР СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Московский ордена ОктябрьскойРеволюции и ордена Трудового Краснго Знамени институт стали и сплаво"Энергия", 1977, с. 1262. Климовицкий М.Д., Копелович А.П. Автоматический контроль ирегулирование в черной металлургииМ., "Металлургия", 1967, с, 46,;рис. 11-8,3. Авторское ьство СССРУ 865932, кл. С О, 1980. чЗ1й Вт "ю,м 1(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯТЕМПЕРАТУРЫ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА ПРИЦИРКУЛЯЦИОННОМ ВАКУУМИРОВАНИИ, закрепленное в крышке вакуум-камеры,содержащее датчик температуры, сое"диненный с системой регистрации,отличающееся тем,что, с целью непрерывного измерениятемпературы металла в процессе вакуумирования, датчик температурывыполнен из стержня, снабженногометаллическим диском, и полого цилиндра, который установлен в среднечасти стержня коаксиально ему и свозможностью перемещения вдоль негоа металлический диск жестко закрепстержня, при этом соотетра диска и диаметратавляет 2;1, кроме тогодр электроизолированы.13)б)11 Н;1 С 1 НС)С 1С я К В)1;ЕНОс с): С) 1 К 3 С Тс 1 ПМсжСТ Т 5 с ИГ ПГ)ЛЬ (1)В 1 В е)ОЙ;1 ссТ)155)ур И 1 11 ри Об - 1) а б) ТКС ЬЕ ТДЛ 11 1 И) 1 СУ 1511 ОН 11 М С ПО.бС)с 1, 5113 Рс т 1 о ус т 1)Гй с. 1 13 531 я и.ме) с Н 1 я11+.ПС 1)с 3 Г, Р 1 С. Г.)С)1 Ц 1 О 1 С 3)ЬО )ЛЕ МЕНТ)13 Ч КС) 1) р 11)С с 3 Н с 1 ИТОЛЬ НОЙ МЕ рв 531 1) а)К Е Н Ь. Т Г1 ОС)З 1 Ч С) С К И С) С) 13 ( и С Б с 313 Ы 3151 гь Л 1) Нсгреца 111 сЕ)с)Н) 3 ссКТ)О - О 1:ОО 13 с) Гн)сть с К наибс)лее РасРостРэс 1;ЫМ ТЯК 1,1 ТЕРМО)ЛОМЕ 51 Там ОТНОС;ЯТс Я т с 1)1 О 1) е з 1 с. то 1) ь13 ыГ);1 с. и 1 ее 1 счО" 5)Р 3 С ИГ 1 ЫС МгтсЗ 1 ОР МЕД 1 И П)1 а ТИы. Тс)е)Орезисто 1) пс 11 шают н среду., 5, ем)азат,)р) 1 ссторс)Й нсобход)мо1 э;5)и т . 1 Г) 31311 Ннс) с)тк:101 Г.111 я3: С. К Т 1 О.) П,) О Т 1 Р:1 Е Н с 1 Я О Т Н О С И Т Е;1 Ь Н О1),.1;1 с 1. НО 1 О 3;с 1 СИЯ Оцс)ЕСЕ)15)Тгс :Оратуру среды ,1, 201 едос. .нтком .;того ус.трс иства яв;15:.ТСЯ 1 С Г)О)Ц.С)11 Днаазон иэмпгяЕмЫХт; м Оратур; для тер)Орезисторов 5 вы Оценных на осцо 1)а меди, область 25 ИЗМЕРЯ ЖМЫХ ГЕ;15 ЕРО ТУР Нс)"О 15 СЯ Б дспазонс) с" 0 до +181 С. ПЛЯ тер);Ореэисторов на основе пла ицы диапазос измеряем)х температур нс)ходится в обласс)ТИ 1- 7.О "С. ЛИрОЕ)сНИ. ТЕВМОЭЛЕМЕНЬта расасиряе область измеряемых температур одако увеличивает его инерционност 1, Увеличение ине 1)ционности т5)мо.)лементд является также нехселает,ц 1 м) поскольку при измерениях температуры В быстропротекающих про 35 цессах приводит к Ошибкам в оценке текущего значения температуры.Известно устройст: для измерения температуры жидкой стали в метал)сур гических агрегатах, представляющее собой два разнородных металлических провода, соединенных между собой спаем, которые под воздействием темеературы изменяют свое электрическое сопротивление. Это устройство с,термопара) состоит из головки, В которой помещена катушка термоэлектродной проволоки стальесого чехла с графитовьм или стальным блоком, кварцевого наконечника, защищающего рабочий спай термопары От непосредсте)енного контакта с металлом, ИзмеренЕе температуры производят непосредственным кратковременньс погружением термопары 55 В жидкиМеталл, Время;1 огруже 51 ия зависит от армировки и условий п 1)5 енения и не должно превышать 5-2 Й с. Кнар 1 еьп п 1 колпачок заменяется новьи ПОС:ЛЕ КажсОГС) ИЗМЕРЕНИЯ, СПай тЕРМО- пары возобновляют после 2-6 измерений В зависимости от условий работы 21 .Недостатком этого устройства является малый срок службы при измерении температуры жидкого металла,связанный с заменой кварцевого колпачка и зачастую с Возобновлением рабочего спая термопары, что делает измерения Одноразовыми, дискретными и не дает пслного представления об изменении температуры металла во времени. При вакуумировации циркуляционцым способом важно иметь постоянную информацию о температурных потерях металла в течение всего времени обработки металлаНаиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство дляизмерения температуры металла прициркуляциоццом вакуумировании.Устройство содержит термопару, соединенную с системой регистрации и закреплеццую в крышке вакуум-камеры вблоках, которые с помощью электропривода приводятся в действие. Измерение температуры производится припомощи включения электропривода, ко,торьй приводит к опусканию на тросеблока с термопарой до контакта с металлом в вакуум-камере, а затем термопара поднимается, и электропривод выключается для проведения операции замецы термопары на новую, поскольку повторное ее использование становИТся невозможным из-за разрушенияее спаяНедостатком известного устройства является то, что измерения остаются дискретными. Для получения полной информации о температурных потерях процесса во времени необходимо иметь достаточное количество термопар и производить большое количество операций по их замене. Кроме того, использование известного устройства становится совершенно невозможным на переносных вакуум-камерах иэ-за недоступности к ним во время вакуумировакия. Следовательно, это устройство не способно решить задачу по полученюо полкой информации о температурных потерях жидкого металла в ходе обработки циркуляциоцным способом и имеет ограниченное применение.11 ель изобретения - обеспечениенепрерывНого измерения температурыжидкого металла в процессе вакуумирован ия,11 оставленная цель достигаетсятем, что в устройстве для измерениятемпературы жидкого металла при циркуляционном вакуумировании, закрепленном в крышке вакуум-камеры, содержащем датчик температуры, соединенный с системой регистрации, датчик температуры выполнен иэ стержня,снабженного металлическим диском, иполого цилиндра, который установленв средней части стержня коаксиальноему и с возможностью перемещениявдоль него, а металлический дискжестко закреплен на конце стержня,при этом соотношение диаметра дискаи диаметра цилиндра составляет 2:1,кроме того, диск и цилиндр электроизолированы. 15 20 При нагревании металлов в пространстве непосредственно у их поверх 25ности наблюдается существование электронного облака, Плотность электронов в облаке, испускаемом нагретым металлом, зависит от температуры разогрева, Потенциал электрического поля, созданный электронным облаком, может служить температурной характеристикой металла при его разогреве, В практике циркуляционного вакуумирования стали были обнаружено, что над поверхностью жидкого расплава 35 в вакуумной камере существует пульсирующее электронное облако большой плотности, причем его плотность меняется с течением времени обработки металла. Эти изменения находятся в 40 соответствии с температурой обрабатываемого металла. Плотность электронного облака над поверхностью металла может быть непосредственно измерена и, следовательно, точно характеризовать температуру жидкогометалла, Однако вместе с электроннымоблаком над поверхностью металласуществует среда ионизированного газа, образующаяся в результате дегазации металла, которая может вноситьпогрешность при измерении температуры металла в виде дополнительногофона, имеющего постоянный потенциал.Следовательно, чтобы измерять температуру жидкого металла, необходимосоздать датчик, с помощью которогоможно было бы выделить составляющую поля, создаваемую электронным облакомиз фоня, образуемого ионизировяннойсредой отходящих газов.Этой цели удовлетворяет датчик,состоящий из стержня с диском на конце и полого цилиндра, располагающегося на стержне. Диск одновременновоспринимает плотность электронногооблака и поле иониэированной среды,а полый цилиндр, располагающийсязначительно выше диска, воспринимаетдействие только поля ионизированнойсреды. В результате, учитывая составляющую поля ионизированной средыв общем поле вакуумного пространства,создается возможность отдельно наблюдать за состоянием поля электронногооблака и таким образом производитьизмерение температуры металла независимо от фона ионизированной среды,т.е. с большой точностью. Выделениеэтой составляющей требует, чтобы наведение ионизированной средой зарядына диске и цилиндре были одинаковымипо величине. Это требование удовлетворяется при равенстве поверхностейдиска и цилиндра. Исходя из этоговыбраны параметры цилиндра, его высота и диаметр, Кроме того, при выборе диаметра цилиндра необходимопредусматривать, чтобы поверхностьцилиндра не располагалась близко кстержню. В этом случае исключаетсявзаимное влияние поля стержня,возникающего при прохождении по немутока, и поля цилиндра. Из этогоусловия оптимальное соотношениевысоты и диаметра цилиндра 1: 1. Тогда отношение диаметра диска к диаметру цилиндра 2:.На фиг.1 представлено устройство,общий вид; на фиг.2 - кривые измерения температуры жидкого металла.Устройство для непрерывного измерения температуры жидкого металла состоит из датчика 1, встроенного в крышку 2 вакуум-камеры 3 и измерительной системы 4. Датчик температуры выполнен из стержня 5, в нижней части которого жестко закреплен диск 6, В средней части стержня 5 расположен полый цилиндр 7 с возможностью свободного перемещения вдоль стержня 5 посредством исполнительного механизма 8 через шток 9, Стержень 5 и цилиндр 7 электраизолированы между собой и от крышки 2 вакуум-камеры 3 н подключены посрепст 15 ц;"яОМ поонОд 011 к измерите 1 з 1)й сс ГеУстройство работает с)е;ую 1 иобраз)И,11 еред вакуумиронанием н крышке 2вакуум-камеры 3 устананлинэют датик1 температуры, выполне:1 ый из стержня5 с,гском 6 а конце и полого цилиндра 7, предварительно располагаемого в средней части стержя 5, затем Оцилиндр 7 через шток 9 по;соединяютк исполнительному механизму 8. Стержень 5 уста 1 авлинают в крылкеВакуум-камеры 3 таким образом, чтобыдиск 6 располагался в :зоне сливного 1)пат)убка: Стержень 5 и дилиД 1) 7 посредством электропроводов подсоединяют к измерительной системе ч, Располагающийся над металлом в зонедивного патрубка диск 6 будет находиться под воздействием электронегооблака,Одяко наряду с электронным облаком существует ионизированая средаОтходящих газов. В результате а 25диске 6 будет наводиться заряд двухсоставляющих ,электронного об.акагазовой среды), При определении темлературь металла по величне электрои-О:) Оолак и необходимс 1 1 ч = " ть из ЗОаддитивного поля составл.-.ошую ионизиОвазной с,)еДы, Для э Ого неооходимообеспе 1)1 ть эквивалентность зарядовпа диске 6 и цилиндре . от ионизированной среды. Зтому условию отвечаютравные поверхност диска 6 и цилиндра7 и возможность его перемещения, Неремещение цилиндра 7 вызвано тем, чтоионизированная среда имеет различнуюнаряженность в большей части вакуумного пространства камеры 3 и лишь внижних горизонтах напряженность поляиеет некоторую постоянную величину..о процессе измерения температуры измерительная система 4 Фиксирует сигналы с диска 6 и цилиндра 7, Еслисигналы одинаковые по величипе, товключают исполнительный механизм 8 иизменяют положение цилиндра 7 дотех пор, пока не появится разностьь сигналах, Одинаковые по величинесигналы возникают вследствие близкого расположения цилиндра 7 к диску 6,В этом случае цилиндр 7 воспринимаетдействие как поля электронного Обла- ука, так и поля ионизированной среды.При движении цилиндра 7 вверх от диска 6 уменьшается влияние поля:)лектраног обл 1;:а и зосринимается дейстние тол 1,10 По 1 Я ИОНИЗРОВаннои сред 1 з 1, Натряженост 1 поля ионизирО- ванной среды в нижних горизонтах камеры изменяется езначительО, поэтому заряд, сооб 1 йефы 1 цилиндру ионизированной средой, в этой зоне практически не изменяется, Дальнейший подъем гииндра 7 в областьверхних горизонтов камеры начинаетсущественно сказываться а напри)кенности поля от ионизированной среды. Возможность перемещения цилиндра 7 вдоль стержня 5 имеет большое практическое значение при оценке температуры для сталей одинакового химического состава. Извес.тно что при вакуумировании одинаковьх го химическому составу сталей наблюдаетсяразное количество удаляемых азов, Это отклонение в объемах удаляемыхгазон в процессе вакуумированияпроявляется в отклонении напряженност 1поля ионизированной среды во всемвакуумном прострастве, Учитываяэти отклонеия, создается возможностьтОч 110 измерять "ем 1 ературуеталлаи каждом кон,ротном случае.Диапазон хода цилиндра 7 вдо.ьс 1 еэж 1 я э с Оста Вляе 1 О, 1 5-1 макимобразом, при измерении температурыи процессе вакуумироваия сличаютпоказания измеряемых сгнасв с диска 6 и цилиндра 7 и в зависимости ст их величины перемещают цилиндр 7 вдоль стержня путем включения исполнительного механизма 8. 1 еремещение цилиндра 7 продолжается до тех пор, пока сигнал не станет ранен некоторой постоянной величине, Дальнейшее перемещение приведет или к понижениюэтого значения вследствие перехода цилиндра в верхние горизонты камеры, или к повышению величины сигнала при подходе цилиндра 7 к диску 6. Наблюдая за величиной составлякщей поля от ионизированной среды и поддерживая эту величину постоянной путем перемещения цилиндра, обеспечивают точное измерение температуры металла независимо от химическог состава обрабатываемого металла.Оценку шкалы вторичного прибораизмерительной системы производят потермопаре путем сравнения сигнала,полученного с датчика 1, и соответ"ствующего значения температуры,заФиксированиого с помощью термопа2 8сифицирование процесса. дегаэации за счет дополнительного ввода инертного газа во всасывающий патрубок камеры 3. Как показади проводимые измерения в переносной камере 3, использование устройства позволяет иметь постоянную информацию о температурных потерях металла в процессе обработки. Простота в обслуживании и высокая надежность устройства позволяют проводить измерения температуры расплава многократно.Использование предлагаемого устройства обеспечивает непрерывный контроль за температурой вакуумируемого металла, при этом не загрязняет его неметаллическими включениями, исключает использование термоэлектродных проводов, кварцевых наконечников и графитовых блоков, позволяет тонно определять время окончания вакуумирования. 7 135434 ры. 1 Чкала вторичного прибора позво- . ляет наблюдать температуру металлао непрерывно в диапазоне 400-1600 С. На фиг.2 представлены кривые А, Б измерения температуры жидкого металча в процессе вакуумирования с помощью термопары (А) и с помощью предлагаемого устройства (Б), В первом случае измеряют температуру металла только два .раза (до вакуумирования и после) и только в ковше, так как используемая при вакуумировании переносная камера 3 из-за технических сложностей исключает всякую возможность производить измерения с помощью .термопар. На кривой Б представлено изменение температуры металла во времени, фиксируемое с помощью предлагаемого. устройства, На кривой Б видны изменения температуры металла в отдельные моменты времени, Этим моментам времени соответствует интен1154342 ье оставитель .Ю. ехред Л,Микеш Корректор,А. Тяс Редактор Н Заказ 2 ное 7 ФС Гк 1 О Тираж 553 Подпис НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 1.3035, Москва, Ж, Раушская наб., д