ES2290360T3 - Pirometro. - Google Patents

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Abstract

Un aparato para medir la temperatura de un baño fundido que comprende a) un manguito refractario (1, 1'') que tiene una superficie exterior (2) para ponerse en contacto con el baño fundido y una cavidad interna (3), dicha cavidad interna tiene una superficie interna (4), un extremo abierto (6) situado por encima del nivel del baño fundido y un extremo interno cerrado (5); b) un pirómetro óptico que comprende una placa de montaje (8), el pirómetro óptico está adaptado para medir la radiación térmica emitida por una zona de medición (10) situada dentro de la cavidad interna (3) del manguito de montaje y por debajo del nivel del baño fundido, caracterizado porque el manguito de montaje (1, 1'') comprende un hueco situado en el nivel del extremo abierto (6) de la cavidad interna y porque una placa de montaje (8) está adaptada para acoplarse de forma complementaria en dicho hueco del manguito de montaje (1, 1'') para sujetar de forma fija el pirómetro óptico (7) en el manguito de montaje (1, 1'').

Description

Pirómetro.
La presente invención se refiere a un aparato para medir la temperatura de un baño fundido, a un manguito de montaje refractario para su uso en dicho aparato y a un montaje particular de un pirómetro óptico con un tubo refractario.
Un baño fundido, por ejemplo un baño de metal fundido, puede tener una temperatura de hasta 1800ºC o superior y a menudo se necesita llevar un estrecho y exacto seguimiento para poder controlar apropiadamente muchas reacciones u operaciones en el baño fundido. Normalmente, dicho entorno es destructivo para termopares u otros dispositivos de seguimiento de este tipo.
La pirometría de radiación, más comúnmente denominada pirometría óptica, mide la temperatura de una sustancia midiendo la radiación térmica emitida por la sustancia. La radiación térmica es una propiedad universal de la materia que está presente a cualquier temperatura por encima del cero absoluto. Para la pirometría óptica la parte útil de la radiación térmica emitida por la mayoría de la sustancias es continua a lo largo de una banda espectral de aproximadamente entre 0,3 y 20 \mum. Esta banda espectral abarca la radiación ultravioleta (UV) hasta 0,38 \mum; la banda visible (VIS), desde 0,38 hasta 0,78 \mum y la radiación infrarroja (IR), desde 0,78 hasta 20 \mum. La radiación IR está adicionalmente dividida en tres segmentos, IR próxima (de 0,78 a 3 \mum), la IR media (de 3 a 6 \mum) y la IR lejana (por encima de 6 \mum). La distribución de la radiación térmica de una sustancia a lo largo de la banda espectral es función tanto de la temperatura como la emisividad de la sustancia. Temperaturas más altas desplazan la distribución hacia longitudes de onda más cortas. Una mayor emisividad incrementa la radiación térmica a una temperatura dada, mientras que una emisividad inferior reduce la radiación térmica a la misma temperatura. La pirometría óptica utiliza las propiedades de radiación y de propagación de la materia para averiguar la temperatura de una sustancia midiendo la intensidad de la energía UV, VIS o IR térmicamente irradiada por esa sustancia.
En un procedimiento ya conocido, se coloca un dispositivo de seguimiento (pirómetro óptico) encima del baño fundido para medir la temperatura del baño. Sin embargo, puede ser difícil medir la temperatura ya que una capa de escoria aislante está generalmente presente encima del baño fundido y actúa como escudo para el dispositivo óptico de seguimiento. Además, puede generarse polvo en el espacio por encima de la capa de escoria que puede bloquear parcialmente el dispositivo de medición óptica, suministrando de esta forma una medición inexacta de la temperatura del baño.
El documento USP 5.302.027 presenta un aparto para medir la temperatura de un baño fundido que elimina parte de los problemas anteriormente descritos. El aparato comprende a) un manguito de montaje refractario que tiene una superficie exterior que se pone en contacto con el baño fundido y una cavidad interna, dicha cavidad interna tiene una superficie interior, una abertura externa y un extremo interior cerrado; y b) un pirómetro óptico situado en la parte superior del manguito o montaje que está adaptado para medir la radiación térmica emitida por una zona de detección situada dentro de la cavidad interna del manguito de montaje y que se encuentra por debajo del nivel del baño fundido. El aparato se sumerge parcialmente en el baño fundido. El principio del procedimiento de medición que utiliza este aparato se basa en el hecho de que la radiación térmica emitida por el material refractario utilizado como manguito de montaje está relacionada con la temperatura del baño fundido. El manguito de material refractario actúa como escudo que protege térmicamente el pirómetro óptico pero también permite que se efectúen mediciones en una zona de medición situada por debajo de la capa de escoria aislante, por debajo del nivel del baño
fundido.
El solicitante ha observado que las temperaturas medidas con dichos aparatos fueron menos precisas. Por lo tanto existe la necesidad de un nuevo aparato para medir exacta y estrechamente la temperatura de un baño fundido.
El solicitante también ha establecido que, durante su uso, el aparato está expuesto a tales vibraciones y golpes que la zona en la que el pirómetro óptico efectúa la lectura de la medición (es decir, la diana o zona de medición) se mueve dentro de la cavidad interna de tal forma que no pueden realizarse mediciones exactas y fiables. Habiendo reconocido este problema, el solicitante ha diseñado un nuevo manguito refractario adaptado para recibir de forma fija el pirómetro óptico de manera que se solucione este problema.
De acuerdo con la invención, este objetivo se alcanza con un aparato para medir la temperatura de un baño fundido de acuerdo con la reivindicación 1.
El manguito de montaje y el pirómetro óptico deben tener medios cooperantes para evitar el movimiento relativo del pirómetro durante su uso de manera que la zona de medición esté situada básicamente siempre en la misma zona de la cavidad interna y, consecuentemente, la medición sea más fiable.
Por lo tanto, de acuerdo con la invención, los medios cooperantes que evitan el movimiento relativo del pirómetro durante su uso comprenden una placa de montaje dispuesta en el pirómetro óptico adaptada para acoplarse en un hueco complementario situado en el nivel del extremo abierto del manguito de montaje.
De acuerdo con una variante particularmente preferida de la invención, el hueco es frustocónico.
De acuerdo con otra realización de la invención, la cavidad interna es recta de manera que, aunque la zona de medición se moviera, se elimina el riesgo de tener dicha zona de medición situada, por ejemplo, sobre un reborde de la cavidad interna. Por supuesto debe entenderse que esta característica no se aplica a la zona de la abertura exterior de la cavidad interna que, según se indicó anteriormente está ahuecada.
De forma ventajosa, el extremo cerrado interno de la cavidad interna está básicamente incluido en un plano perpendicular a un eje longitudinal del manguito de montaje. En dicho caso, el extremo cerrado interno puede proporcionar una zona de medición que es básicamente homogénea y, consecuentemente, la medición de la temperatura es extremadamente exacta y fiable.
De acuerdo con una variante de la última realización, el extremo cerrado interno es básicamente esférico. La curvatura del extremo cerrado interno se calcula preferiblemente de manera que la distancia de la zona de medición y el pirómetro óptico permanezca básicamente constante, incluso en el caso de un desplazamiento diminuto del pirómetro óptico.
El solicitante ha observado también que otra fuente de inexactitud en la medición puede deberse a la emisión de humos u otros compuestos volátiles efectuada por el material refractario cuando llega a la temperatura de uso. Estos humos u otros compuestos volátiles pueden condensarse sobre el pirómetro óptico (generalmente sobre el tubo visor), bloqueando de esta forma, completa o parcialmente, la capacidad de medición. En ciertos casos, la emisión de humos u otros compuestos volátiles puede dar como resultado serios daños en el pirómetro óptico. Por lo tanto, de acuerdo con una realización preferida, el manguito de montaje refractario está diseñado para evitar la emisión de humos u otros compuestos volátiles.
Los materiales refractarios clásicos utilizados para la fabricación de manguitos protectores para dispositivos de medición de temperatura están generalmente comprimidos y se componen entre un 45% y un 70% de aluminio y entre un 55% y un 30% de carbono, en porcentajes de peso. El material conformado se calcina entonces a una temperatura de entre 800º y 1100ºC. Este material muestra una excelente resistencia al golpe térmico, a los agentes químicos y a la corrosión.
Aunque se utiliza comúnmente para la pirometría convencional, este material produce una emisión importante de humos u otros compuestos volátiles y no puede usarse con fiabilidad en la pirometría óptica.
De acuerdo con un aspecto particular de la invención el material que constituye el manguito de montaje se calcina a una temperatura superior a 1200ºC y preferiblemente a una temperatura cercana a la temperatura de uso del material, reduciendo así dramáticamente las emisiones de humos u otros compuestos volátiles mientras que el material mantiene una resistencia excelente.
De acuerdo con una variante preferida, el manguito de montaje refractario comprende un tubo refractario incorporado en la cavidad interna. El tubo refractario comprende, al menos parcialmente, un material que elimina completamente los problemas de emisión de humo u otros compuestos volátiles. Preferiblemente, el material es a prueba de gases de manera que se evite la entrada de compuestos volátiles u otros humos a través de las paredes de los tubos. Los materiales más adecuados comprenden materiales basados en alúmina tales como corindón o mullita (por ejemplo los tubos ZYALOXTM de la compañía VESUVIUS McDANNEL), zirconia (por ejemplo tubos ZYAZIRCTM de la compañía VESUVIUS McDANNEL), grafito puro, sílice, molibdeno y similares. Preferiblemente, las paredes del tubo son lo suficientemente finas, por ejemplo entre 0,5 y 5 mm, como para evitar el incremento del tiempo de respuesta de la medición de la temperatura. Es también una ventaja que el tubo ajuste estrechamente en la cavidad interna del manguito de montaje para evitar la formación de una capa aislante entre la superficie exterior del tubo y la superficie interna del manguito de montaje. En una variante, puede utilizarse un pegamento conductor del calor para fijar el tubo en la cavidad interna.
El tubo refractario puede insertarse o comprimirse en el manguito de montaje. La inserción del tubo más adecuada es la que permite la reutilización del tubo.
De acuerdo con otro aspecto adicional, la invención se refiere a un conjunto compuesto de un tubo y un pirómetro óptico, el pirómetro óptico se configura para medir la radiación térmica emitida por una zona de medición situada dentro del tubo y el tubo teniendo un extremo cerrado y está adaptado para insertarse dentro de una cavidad interna de un manguito de montaje refractario. Tal conjunto es extremadamente ventajoso, ya que además de resolver el problema de la baja fiabilidad debida a la emisión de gases o humos, el conjunto, que puede estar pre-ensamblado y que solamente necesita insertarse dentro del manguito de montaje refractario, reduce drásticamente las operaciones manuales necesarias en la zona de medición. Además, el conjunto puede reutilizarse con facilidad cuando el manguito de montaje está gastado.
Preferiblemente, el conjunto comprende medios para permitir el control de la atmósfera dentro del tubo. Por ejemplo, el tubo o el pirómetro óptico pueden tener una salida de escape de gases que permita eliminar, reducir o sustituir la atmósfera en el interior del tubo.
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De forma ventajosa, al menos en la zona de medición está presente un material con una alta emisividad a la temperatura de uso (tal como grafito muy puro) incrementando de esta forma la exactitud de la medición de la temperatura. Este material puede estar presente como una pastilla en el extremo interno cerrado de la cavidad interna o del tubo.
Para facilitar una mejor comprensión de la invención, ahora se efectuará una descripción con referencia a las figuras que ilustran realizaciones particulares de la invención, sin limitar, no obstante, la invención en ningún modo.
En estas figuras,
- La figura 1 muestra una vista esquemática de un aparato para la medición de la temperatura de un baño fundido que comprende un manguito de montaje refractario de acuerdo con una primera realización de la invención;
- La figura 2 muestra una vista esquemática de un aparato para medir la temperatura de un baño fundido que comprende un manguito de montaje refractario de acuerdo con una segunda realización de la invención;
- La figura 3 muestra una vista esquemática de un tubo que puede insertarse en el manguito de montaje tal como el representado en la figura 2;
- La figura 4 muestra una vista esquemática de un manguito de montaje con un tubo insertado en su interior;
- La figura 5 muestra un conjunto de un pirómetro óptico y un tubo.
En las figuras 1, 2 y 4 están visibles los manguitos de montaje refractarios 1, 1' que tienen una superficie exterior 2 adaptada para ponerse en contacto con el baño fundido, por ejemplo un baño de metal fundido, y una cavidad interna 3. La cavidad interna 3 tiene una superficie interna 4, un extremo interno cerrado 5 y un extremo abierto 6. El extremo abierto 6 está adaptado para recibir de forma fija un pirómetro óptico 7. El pirómetro óptico está esquemáticamente representado en las figuras 1 y 2. Comprende una placa de montaje 8 diseñada para encajar dentro de un hueco correspondiente presente en el nivel del extremo abierto 6 de la cavidad interior 3 y un tubo visor 9 acoplado dentro de la cavidad interna 3. El pirómetro 7 puede estar conectado a un procesador a través de conductores o cables (no mostrados).
En la realización mostrada en las figuras 1 y 2, la zona de medición 10 coincide básicamente con el extremo cerrado interno 5 del manguito de montaje. La rectitud de la cavidad interna 3 evita las inexactitudes de medición que podrían deberse al desalineamiento del tubo visor 9.
En la realización representada en la figura 4, el tubo 11 hecho de un material basado en alúmina se inserta dentro del manguito de montaje refractario 1'. El material que constituye el tubo no contiene materiales volátiles de forma que se evite la emisión de humos y se extienda en gran medida la vida útil del tubo visor.
El tubo 11 representado en la figura 3 también puede insertarse dentro de un manguito de montaje. Comprende en la zona de medición 10, una pastilla 12 de un material seleccionado por sus excelentes propiedades de emisividad, por ejemplo grafito ultra-puro.
La figura 5 muestra un conjunto de un pirómetro óptico 7' y un tubo 11. El conjunto puede insertarse rápida y fácilmente dentro de un manguito de montaje refractario 1' (no visible en la figura 5) de forma que se reduzcan las operaciones manuales en la zona de medición. En la realización mostrada, el tubo visor 9 del pirómetro óptico está acoplado dentro del tubo 11. Puede obtenerse una conexión a prueba de gases con un sellador convencional (no mostrado). El pirómetro óptico 7' se ajusta para medir la temperatura en la zona de medición 10. De forma ventajosa, el pirómetro óptico 7' comprende una placa de montaje 8' adaptada para acoplarse dentro de un hueco correspondiente situado en el nivel del extremo abierto 6 del manguito de montaje refractario 1'.
Referencias
1.
Manguito de montaje refractario
2.
Superficie externa
3.
Cavidad interna
4.
Superficie interna
5.
Extremo interno cerrado
6.
Extremo abierto
7.
Pirómetro
8.
Placa de montaje
9.
Tubo visor
10.
Zona de medición
11.
Tubo
12.
Pastilla

Claims (10)

1. Un aparato para medir la temperatura de un baño fundido que comprende
a) un manguito refractario (1,1') que tiene una superficie exterior (2) para ponerse en contacto con el baño fundido y una cavidad interna (3), dicha cavidad interna tiene una superficie interna (4), un extremo abierto (6) situado por encima del nivel del baño fundido y un extremo interno cerrado (5);
b) un pirómetro óptico que comprende una placa de montaje (8), el pirómetro óptico está adaptado para medir la radiación térmica emitida por una zona de medición (10) situada dentro de la cavidad interna (3) del manguito de montaje y por debajo del nivel del baño fundido, caracterizado porque el manguito de montaje (1,1') comprende un hueco situado en el nivel del extremo abierto (6) de la cavidad interna y porque una placa de montaje (8) está adaptada para acoplarse de forma complementaria en dicho hueco del manguito de montaje (1,1') para sujetar de forma fija el pirómetro óptico (7) en el manguito de montaje (1,1').
2. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el hueco es frustocónico.
3. Un aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque la cavidad interna (3) es recta.
4. Un aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el manguito refractario comprende un material que ha sido calcinado a una temperatura suficiente para evitar o reducir la emisión de humos u otros compuestos volátiles, preferiblemente por encima de los 1400ºC.
5. Un aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el tubo refractario (11) está situado dentro de la cavidad interna (3) del manguito refractario.
6. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque el tubo (11) tiene un grosor de entre 0,5 y 5 mm.
7. Un aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 ó 6, caracterizado porque el tubo (11) comprende un material para prevenir o evitar la emisión de humos o compuestos volátiles a la temperatura de uso.
8. Un aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado porque el tubo (11) comprende un material basado en alúmina.
9. Un aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque al menos una parte (12) de la cavidad interna (3) o el tubo (11) que se corresponde con una zona de medición (10) comprende un material con una emisividad mayor o igual que la emisividad del carbono ultra-puro.
10. Un montaje de un tubo refractario (11) y un pirómetro óptico para su uso en un aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, el pirómetro óptico comprende una placa de montaje (8) y se dispone para medir la radiación térmica emitida por una zona de medición situada dentro del tubo (11) y el tubo (11) teniendo un extremo cerrado y está adaptado para insertarse dentro de una cavidad interna (3) de un manguito de montaje refractario (1,1'), el manguito de montaje tiene una superficie exterior adaptada para ponerse en contacto con el baño fundido, caracterizado porque la placa de montaje (8) está adaptada para acoplarse dentro de un hueco complementario situado en la abertura externa (6) de la cavidad interna de un manguito de montaje (1,1').
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