PL178699B1

PL178699B1 - Sonda zanurzeniowa do pomiaru parametrów stopionego metalu, zwłaszcza temperatury stopionej stali

Info

Publication number: PL178699B1
Application number: PL96316984A
Authority: PL
Inventors: Harry G. Clauss Jr.
Original assignee: Heraeus Electro Nite Int
Priority date: 1995-02-24
Filing date: 1996-02-05
Publication date: 2000-06-30
Also published as: AU697081B2; DE69624997D1; ES2186771T3; PL316984A1; AR001001A1; BR9605807A; CN1047846C; AU4730796A; RU2164342C2; TR199600843T1; EP0758445B1; UA44275C2; US5584578A; ATE228648T1; JP3816521B2; DE69624997T2; IN192503B; KR970702481A; CN1147852A; CA2188666A1

Abstract

1. Sonda zanurzeniowa do pomiaru parametrów stopionego metalu, zwlaszcza temperatury stopionej stali, do wprowa- dzania do stopionego metalu, znamienna tym, ze ma cylindryczna glowice pomia- rowa (12) o budowie osiowo - symetrycz- nej posiadajaca dolne zakonczenie (16), które jest zbiezne do wewnatrz w kierun- ku jej osi oraz element czujnikowy wy- stajacy z dolnego zakonczenia (16) glowi- cy pomiarowej (12) i usytuowany w po- blizu osi tej glowicy (12), przy czym dol- ne zakonczenie (16) i element czujnikowy glowicy (12) sa pokryte nasadka zuzlowa (56), a poza tym sonda (10) posiada prze- wód doprowadzeniowy (32) polaczony elektrycznie z elementem czujnikowym glowicy (12), przy czym glowica pomia- rowa (12) jest wykonana z polaczenia materialów majacych laczna gestosc wieksza niz gestosc stopionego metalu. P L 178699 B 1 f i g . 2 PL PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sonda zanurzeniowa do pomiaru parametrów stopionego metalu, zwłaszcza temperatury stopionej stali, w zasadowym konwertorze tlenowym.

Pomiar temperatury kąpieli stopionego metalu, zwłaszcza stopionej stali, w zasadowym konwertorze tlenowym, ma duże znaczenie dla rafinacji i dalszego przetwarzania płynnej stali wytwarzanej w tym konwertorze. Znanym sposobem pomiaru temperatury stopionej stali jest okresowe przerywanie procesu rafinacji, przechylanie pieca do zasadniczo poziomego położenia oraz ręczne wprowadzenie topliwej sondy zawierającej czujnik temperatury lub inne czujniki, do określonej głębokości w płynną stal. Pomimo że sposób ten jest efektywny przy wyznaczaniu temperatury stopionej stali i innych parametrów, jest on czasochłonny i powoduje wstrzymanie procesu hutniczego.

W środkowej części dekady lat sześćdziesiątych stosowano czujniki termoelektryczne, które były wprowadzane przez opuszczanie do konwertora, dla umożliwienia pomiaru temperatury stopionej stali przy uniknięciu kosztownego i czasochłonnego procesu przechylania i ręcznego pomiaru. Typowe opuszczane do konwertora urządzenia czujnikowe są przedstawione w opisach patentowych USA nr 3 374 122 i 3 497 398. Te znane urządzenia czujnikowe wykorzystują standardowe lub typowe czujniki termoelektryczne przytwierdzone do papierowej lub kartonowej rury wsporczej, oraz oddzielny obciążnik, który otacza przynajmniej część rury wsporczej dla zapewnienia, że urządzenie czujnikowe zanurza się w stopionej stali. Konwertor pozostąje w pionowej pozycji, a urządzenie czujnikowe zostaje wpuszczone na głębokość około 18,3 - 18,6 m w głąb stopionej stali w konwertorze. Przewód doprowadzeniowy o odpowiedniej długości łączy czujnik termoelektryczny z oprzyrządowaniem umieszczonym na zewnątrz konwertora, dla interpretacji badanej temperatury stopionej stali. Te znane urządzenia czujnikowe miały tendencję do pływania na styku żużel - metal, co często powodowało niedokładne wyniki pomiarów. Problem pływania był przede wszystkim spowodowany tym, że urządzenia czujnikowe miały taką gęstość netto, która pomimo obecności dodatkowego elementu obciążającego, była mniejsza niż gęstość ciekłej stali. Takie czujniki miały również wysoko umieszczony środek ciężkości, co również prowadziło do niedokładnych pomiarów.

W innym znanym sposobie wykonywania pomiarów temperatury w zasadowym konwertorze tlenowym stosowano sterowaną silnikiem lancę lub sondę z czujnikami do pomiaru temperatury i innych parametrów, która również nie wymagała przechylania konwertora lub przerywania procesu rafinacji. Takie systemy sterowane silnikiem, zapewniając ogólnie bardzo dobre wyniki pomiarów były bardzo kosztowne przy instalacji systemu, a ponadto były kosztowne w czasie ich eksploatacji.

Wprowadzane do zasadowego konwertora tlenowego urządzenia czujnikowe przedstawiono w opisach patentowych USA nr 4 881 824 i 5 275 488. W opisie patentowym USA nr 4 881 824 opisano zanurzaną sondę posiadającą przeciwciężar i pływak, który jest zastosowany dla utrzymywania czujnika temperatury na założonej głębokości, dla właściwego pomiaru temperatury stopionego metalu. Opisana sonda ma mniejszą gęstość netto niż gęstość płynnej stali oraz ma wysoko umieszczony środek ciężkości, co powoduje, że sonda utrzymuje zasadniczo pionową orientację w stopionej stali jedynie wówczas, jeśli żużel ponad stalą ma wystarczająco małą grubość. W opisie patentowym USA nr 5 275 488 opisano sondę mającą gęstość netto większą od gęstości stopionej stali. Jednakże, w tym znanym rozwiązaniu nie uwzględniono dodatkowych czynników, jak na przykład wyporu uwięzionego gazu i wysoko umieszczonego środka ciężkości, a obydwa te czynniki mają znaczny wpływ na efektywność pomiaru temperatury.

Sonda o gęstości większej niż gęstość stopionej stali nie musi koniecznie tonąć w stopionej stali, w szczególności w wysokotlenowej, niskowęglowej stali, zazwyczaj znajdującej się w zasadowym konwertorze tlenowym. Ewolucja gazu z reakcji tlen-węgiel występuje na powierzchni takiej sondy w czasie, gdy względnie zimna głowica czujnika styka się z silnie utlenioną stalą w kąpieli stalowej. Ewolucja gazu na powierzchni styku głowica czujnika płynna stal powoduje, że do głowicy czujnika zostaje przyłożona siła pływania, która wypycha sondę z rejonu, w którym powinien być dokonany pomiar temperatury, do góry. Przedstawione w obu wspomnianych opisach patentowych sondy zawierają sztywną metalową rurę

178 699 ochraniającą przewód doprowadzeniowy przy końcu głowicy czujnika dla przedłużenia okresu trwałości tego przewodu w kąpieli stopionej stali. Oprócz ochrony przewodu doprowadzeniowego przed stopionym metalem, sztywna metalowa rura przyczynia się do wyższego położenia środka ciężkości sondy, co powoduje pionową niestabilność sondy gdy jest ona zanurzana w płynnej stali. Kształt obu głowic czujników nie ułatwia głębokiej penetracji płynnego metalu. Ponadto, zastosowanie metalowych nóżek wsporczych, jak przedstawiono w opisie patentowym USA nr 4 881 824, w sąsiedztwie elementu czujnikowego powoduje błędy w pomiarze temperatury, z powodu termicznych gradientów wytwarzanych przez zestalanie płynnej stali na nóżkach wsporczych, jak również przez wspomnianą ewolucję gazu, która występuje w czasie początkowej fazy zanurzania zimnej sondy do kąpieli stopionej stali.

Stwierdzono, że siły zmierzające do ograniczenia penetracji głowicy czujnikowej sondy w stopionej stali wynikają z lepkiego ciągnięcia gazów atmosferycznych w konwertorze, żużla i płynnej stali, siły hamującej przewód doprowadzeniowy sondy, gęstości netto sondy w porównaniu z gęstością płynnej stali, efektywnego spadku gęstości wynikającego z przylegania żużla do czujnika w czasie wkładania do stopionej stali, oraz ewolucji gazów przy głowicy czujnika w wyniku zestalania metalu. Obieg stopionej stali w konwertorze również wspomaga lub opóźnia penetrację głowicy czujnika w stopionym metalu. Jeśli wszystkie te czynniki dają w sumie skierowaną do dołu siłę, głowica czujnika kontynuuje zagłębianie aż do naprężenia przewodu doprowadzeniowego, albo aż sonda zetknie się z dnem konwertora. Jeśli te siły dają sumę skierowaną do góry, sonda wznosi się do styku żużel - metal albo do żużla.

Sonda zanurzeniowa według wynalazku jest przeznaczona do pomiaru parametrów stopionego metalu, zwłaszcza temperatury stopionej stali i jest wprowadzana do stopionego metalu, a charakteryzuje się tym, że ma cylindryczną głowicę pomiarową o budowie osiowo symetrycznej posiadającą dolne zakończenie, które jest zbieżne do wewnątrz w kierunku jej osi oraz element czujnikowy wystający z dolnego zakończenia głowicy pomiarowej i usytuowany w pobliżu osi tej głowicy, przy czym dolne zakończenie i element czujnikowy głowicy są pokryte nasadką żużlową. Poza tym sonda posiada przewód doprowadzeniowy połączony elektrycznie z elementem czujnikowym głowicy, przy czym głowica pomiarowa jest wykonana z połączenia materiałów mających łączną gęstość większą niż gęstość stopionego metalu.

Korzystnym jest, że głowica pomiarowa ma wewnętrzną wnękę wypełnioną rozdrobnionym materiałem zwiększającym efektywną gęstość głowicy pomiarowej. Nasadka żużlowa ma postać ściętego stożka łagodnie zbieżnego do osi głowicy, przy czym głowica pomiarowa i nasadka żużlowa mają kształt pocisku. Przewód doprowadzeniowy wy staje na zewnątrz górnego zakończenia głowicy pomiarowej. Z górnym zakończeniem głowicy pomiarowej styka się rura wsporcza przewodu doprowadzeniowego, przy czym część przewodu doprowadzeniowego wystająca na zewnątrz głowicy jest spiralnie nawinięta na rurę wsporczą.

Korzystnym jest, że zakończenie przewodu doprowadzeniowego jest elektrycznie połączone z członem łącznikowym. Część przewodu doprowadzeniowego wystająca na zewnątrz głowicy jest osłonięta tuleją ochronną z odpornego na wysoką temperaturę materiału. W górnym zakończeniu głowicy pomiarowej jest zamocowany wydłużony wspornik wystający na zewnątrz tej głowicy dla podparcia głowicy pomiarowej przed jej wprowadzeniem do stopionego metalu. Wspornik stanowi korzystnie odcinek kabla o określonej długości, którego jedno zakończenie jest przymocowane do głowicy pomiarowej, a drugie zakończenie posiada pętlę. Długość wspornika jest tak dobrana, że drugie zakończenie wspornika wystaje poza rurę wsporczą.

Korzystnym jest, że głowica pomiarowa jest wykonana z materiału o gęstości większej niż 7,0 g/cm³. Głowica pomiarowa jest korzystnie wykonana ze stali, a zwłaszcza z pręta stalowego.

Korzystnym jest, że nasadka żużlowa ma zewnętrzną powierzchnię pokrytą warstwą materiału zapobiegającego przyleganiu żużla. Warstwa materiału jest utworzona z materiału ablacyjnego.

Sonda według wynalazku stanowi opuszczaną do konwertora topliwą sondę zanurzeniową przystosowaną do ekonomicznego zwiększenia penetracji sondy w płynnej stali, przy zmniejszeniu sił hamujących i sił wyporu. Siła z jaką sonda według wynalazku jest opuszcza

178 699 na do stopionej stali i z jaką skutecznie przenika przez warstwę żużla na powierzchni stali, jest zwiększona w wyniku zwiększenia efektywnej gęstości sondy wykorzystującej stal na głowicę czujnika, oraz minimalizację wewnętrznych wnęk, poprzez zastosowanie miniaturowego elementu termoelektrycznego i wypełnienie wszystkich pozostałych pustych przestrzeni w czujniku szczególnie gęstym materiałem cząsteczkowym. Siły hamujące są dodatkowo zmniejszone przez nadanie sondzie kształtu podobnego do pocisku, który jest odpowiedni dla głębokiej penetracji sondy w stopionej stali. Kształt podobny do pocisku zmniejsza ilość uwięzionego gazu, jak również wleczenie żużla i stopionej stali w czasie zanurzania sondy. Żużlowa nasadka sondy według niniejszego wynalazku, jak również stalowa głowica pomiarowa są korzystnie zaopatrzone w ablacyjną osłonę, która dodatkowo opóźnia przyleganie żużla. Stożkowy kształt głowicy pomiarowej sondy również minimalizuje gradienty termiczne w obszarze elementu badającego temperaturę, co daje bardziej reprezentatywny pomiar temperatury stopionej stali. Ponadto, wytrzymała na wysoką temperaturę osłaniająca tuleja ochronna jest umieszczona wokół przynajmniej części przewodu doprowadzeniowego czujnika wystawionego na działanie stopionej stali, dla przedłużenia okresu trwałości przewodu, gdy sonda jest zanurzana w stopionej stali.

Przedmiot wynalazku zostanie bliżej objaśniony w przykładzie wykonania rysunku, na którym fig. 1 przedstawia opuszczaną sondę zanurzeniową w widoku z góry, fig. 2 - część sondy z fig. 1 w powiększeniu i przekroju wzdłuż linii 2-2, a fig. 3 przedstawia część sondy w powiększeniu i przekroju wzdłuż linii 3-3 z fig. 2.

Na figurze 1 przedstawiono korzystny przykład wykonania opuszczanej sondy zanurzeniowej 10 według wynalazku. Opuszczana sonda zanurzeniowa 10 jest wykorzystywana do pomiaru co najmniej jednego parametru stopionej stali, która podlega rafinacji w zasadowym konwertorze tlenowym. Korzystnie, przedstawiony przykład wykonania sondy 10 jest wykorzystywany do pomiaru temperatury stopionej stali w kąpieli. Oczywiście, wynalazek nie ogranicza się do sondy, która jest stosowana jedynie do pomiaru temperatury, ani nie jest ograniczony do pomiarów w stopionej stali. Sonda według wynalazku może być zastosowana do pomiaru innych parametrów stopionego metalu, innego niż stal, w potencjalnie dowolnym typie obróbki stopionego metalu.

W korzystnym przykładzie wykonania, opuszczana sonda zanurzeniowa 10 składa się z dwóch głównych zespołów, głowicy pomiarowej 12 i wydłużonej, zasadniczo cylindrycznej, rury wsporczej 14, wspierającej przewód doprowadzeniowy 32, przy czym część rury wsporczej 14 otacza głowicę pomiarową 12. Jak to przedstawiono na fig. 2, głowica pomiarowa 12 ma budowę osiowo - symetryczną względem osi pionowej, a jej dolne zakończenie 16 jest zbieżne do wewnątrz w kierunku osi głowicy 12, w wyniku czego dolne zakończenie 16 ma kształt stożka. Korzystnie, głowica pomiarowa 12 jest wykonana z materiałów o łącznej gęstości większej od gęstości stopionej stali, do której ma być wprowadzona sonda 10. Zazwyczaj, stopiona stal produkowana w zasadowym konwertorze tlenowym ma gęstość równą w przybliżeniu 7,0 g/cm³. Głowica pomiarowa 12 w przedstawianym przykładzie wykonania ma gęstość większą od 7,0 g/cm³. Gęstość głowicy pomiarowej 12 może zmieniać się dla pomiarów w konkretnych stopionych metalach, dla konkretnych stosowanych procesów, jak również w zależności od innych parametrów stopionego metalu.

W przedstawionym przykładzie realizacji głowica pomiarowa 2 jest uformowana głównie ze stali, przy czym korzystnie, raczej z materiału w postaci pręta stalowego niz ze stali lanej. Głowica pomiarowa 12 ma ponadto wywiercony cylindryczny otwór tworzący wnękę 18 usytuowaną wzdłuż osi środkowej głowicy pomiarowej 12 od dolnego zakończenia 16 do przeciwległego zakończenia 20. Element czujnikowy, w tym przypadku platynowy stop termoelektryczny, posiadający kalibrację Typ B, typu zwykle stosowanego w dziedzinie hutnictwa, jest ukryty w mającej kształt litery U rurze kwarcowej 22, której zakończenia są zabezpieczone żaroodpornym cementem lub dowolnym innym materiałem żaroodpornym w osłonie ceramicznej 24. W opisywanym przykładzie wykonania, osłona ceramiczna 24 ma cylindryczny kształt i taki rozmiar, że jest suwliwie wpasowana we wnękę 18 głowicy pomiarowej 12. Pierścieniowy kołnierz 26 o średnicy przynajmniej nieznacznie większej niż średnica osłony ceramicznej 24, opiera się na dolnym zakończeniu 16 głowicy pomiarowej 12 dla

178 699 poprawnego ustawienia rury kwarcowej 22. Osłona ceramiczna 24 jest zabezpieczona w osiowej wnęce 18 za pomocą cementu żaroodpornego lub innego odpowiedniego materiału. Mający kształt nasadki metalowy ekran 28 otacza i zasadniczo zamyka mającą kształt litery U rurę kwarcową 22. Ekran 28 osłania delikatną rurę kwarcową 22 i osłania element termoelektryczny w czasie początkowego wsuwania sondy 10 do kąpieli stopionego metalu, aż ekran 28 stopi się pod wpływem kontaktu z płynną stalą po określonym czasie.

Przeciwległe zakończenie osłony ceramicznej 24 zawiera parę metalowych styków 30, które są elektrycznie połączone z elementem termoelektrycznym wewnątrz mającej kształt litery U rury kwarcowej 22. Dwużyłowy przewód doprowadzeniowy 32 jest w izolacji z gumy i osłonięty koszulką kabla, jest przymocowany do styków 30, przechodzi przez wnękę 18 i wychodzi na zewnątrz od strony górnego zakończenia 20 głowicy pomiarowej 12. Oddalony koniec przewodu doprowadzeniowego 32 kończy się w standardowym elektrycznym członie łącznikowym 36, korzystnie znanym zestawie przyłączeniowym Elctro-Nite EN-3, dla połączenia wyjścia czujnika ze standardowym lub typowym oprzyrządowaniem do uzyskiwania i przetwarzania wyników pomiarów temperatury uzyskanych z elementu termoelektrycznego.

Okres trwałości przewodu doprowadzeniowego 32 w płynnej stali wynosi w przybliżeniu 6 do 8 sekund. Okres trwałości może być przedłużony przez zastosowanie tulei ochronnej 34 umieszczonej wokół przynajmniej części przewodu doprowadzeniowego 32, która jest wystawiona na działanie płynnej stali. Tuleja ochronna 34, która korzystnie jest wykonana ze składnika gumopodobnego, zapewnia termiczną izolację dla wystawionej części przewodu doprowadzeniowego 32, gdy sonda 10 jest zanurzana w stopionej stali. Tuleja ochronna 34 sięga poza głowicę pomiarową 12 na określoną odległość, wybraną dla przynajmniej maksymalnej spodziewanej głębokości zanurzenia sondy 10 w płynnej stali. W tym korzystnym przykładzie realizacji, część tulei ochronnej 34 sięgająca poza głowicę pomiarową 12 ma długość w przybliżeniu 1,83 m. Jednakże, tuleja ochronna 34 może być dłuższa lub krótsza, dla każdego konkretnego zastosowania, w zależności od wybranej głębokości pomiaru w stopionej stali, na jaką ma być zanurzona sonda 10. W ten sposób tuleja ochronna 34 przedłuża trwałość przewodu doprowadzeniowego 32, jednocześnie przedłużając czas w jakim może być wykonywany pomiar temperatury w płynnej stali. Okres trwałości przewodu doprowadzeniowego 32 oraz tulei ochronnej 34 jest przedłużony do około 16 sekund. Korzystnie, jak to przedstawiono na fig. 1, tuleja ochronna 34 i osłonięty przewód doprowadzeniowy 32 są w sposób spiralny nawinięte wokół rury wsporczej 14. Alternatywnie, tuleja ochronna 34 i przewód doprowadzeniowy 32 mogą być zwinięte lub złożone wewnątrz rury wsporczej 14. W rurze wsporczej 14 jest utworzony otwór lub szczelina 38, dla umożliwienia przejścia tulei ochronnej 34 i przewodu doprowadzeniowego 32 na zewnątrz powierzchni rury wsporczej 14. Korzystnie, część przewodu doprowadzeniowego 32 jest słabo przymocowana do oddalonego końca rury wsporczej 14 przy zastosowaniu znanego rozciągliwego materiału osłony 40, która rozciąga się na małej części spiralnie nawiniętego przewodu doprowadzeniowego 32. Wytrzymałość materiału osłony 40 jest wystarczająca do utrzymywania przewodu doprowadzeniowego 32 na rurze wsporczej 14 w czasie wytwarzania, rozprowadzania i obsługi sondy 10, lecz jest wystarczająco mała, dla umożliwienia łatwego rozwinięcia i oddzielenia przewodu doprowadzeniowego 32 od rury wsporczej 14, w czasie gdy sonda jest stosowana do pomiarów temperatury.

Dla podtrzymywania sondy 10 przed jej wprowadzeniem do stopionej stali jest ona zaopatrzona w wydłużony element wsporczy. W przedstawianym korzystnym przykładzie realizacji element wsporczy stanowi stalowy wspornik 42, którego jedno zakończenie 44 jest przymocowane w pobliżu górnego zakończenia 20 głowicy pomiarowej 12. Zakończenie 44 stalowego wspornika 42 i przewód doprowadzeniowy 32 są zamocowane we wnęce 18 głowicy pomiarowej 12 przy wykorzystaniu znanego członu zaciskowego 46 posiadającego zewnętrzną średnicę tej samej wielkości co wewnętrzna średnica wnęki 18. Człon zaciskowy 46 zaciska wewnętrzne ramię 48 wspornika 42 w pobliżu górnego zakończenia 20 głowicy pomiarowej 12. Mieszanka zalewowa, na przykład żywica epoksydowa, ogniotrwały cement uszczelniający albo inny odpowiedni'materiał (nie pokazany), zastosowany jest do mocowania członu zaciskowego 46, zakończenia 44 wspornika 42 i przewodu doprowadzeniowego 32

178 699 do głowicy pomiarowej 12. Drugie zakończenie 50 stalowego wspornika 42 jest uformowane w postaci cylindrycznej pętli 52. Pętla 52 może być przymocowana do haka lub innego członu do utrzymywania sondy 10 nad kąpielą stopionej stali przed zanurzeniem sondy 10. Korzystnie, stalowy wspornik 42 jest przynajmniej nieznacznie dłuższy od całkowitej długości rury wsporczej 14, tak że przynajmniej część wspornika 42 wystaje poza oddalony koniec rury wsporczej 14. Dla łatwiejszej obsługi sondy 10 w czasie transportu, drugie zakończenie 50 wspornika 42 jest przymocowane do oddalonego końca rury wsporczej 14 paskiem taśmy 54 lub w inny odpowiedni sposób. Sonda 10 może być usunięta z kartonowego opakowania, w którym jest transportowana, bądź poprzez chwycenie za rurę wsporczą 14 lub pętlę 52 wspornika 42.

Nasadka żużlowa 56 pokrywa dolne zakończenie 16 głowicy pomiarowej 12. Nasadka żużlowa 56, która jest wykonana ze stali o grubości 0,0762 cm, ma kształt ściętego stożka i jest wykorzystana do zakrywania i ochrony mającej kształt litery U rury kwarcowej 22, zawierającej element termoelektryczny, w czasie gdy sonda przechodzi przez warstwę żużla, gdy jest zanurzana w stopionej stali. Jak to przedstawiono na fig. 1, kształt nasadki żużlowej 56 w połączeniu z głowicą pomiarową 12 i rurą wsporczą 14 nadaje sondzie 10 wygląd zbliżony do pocisku. Zewnętrzna powierzchnia nasadki żużlowej 56 jest pokryta warstwą materiału 58, który opóźnia lub zapobiega przyleganiu żużla do nasadki żużlowej 56, w czasie gdy sonda 10 przechodzi przez warstwę żużla. Warstwa materiału 58 jest korzystnie utworzona z materiału ablacyjnego, ale inne materiały mogą być również tu zastosowane. Przedstawiona na fig. 2, warstwa materiału 58 o właściwościach ablacyjnych, w przykładzie realizacji jest złożona z organicznego składnika, który rozkłada się przy kontakcie z żużlem o wysokiej temperaturze, tworząc warstwę gazową która zapobiega lub opóźnia przyleganie żużla do nasadki żużlowej 56. Nasadka żużlowa 56, oprócz ochrony głowicy pomiarowej 12 przed zniszczeniem, gdy sonda 10 natrafia na żużel, zapobiega przyleganiu żużla do ekranu 28 lub mającej kształt litery U rury kwarcowej 22 osłaniającej element termoelektryczny. Nasadka żużlowa 56 może również posiadać otwór w swym zakończeniu, dla ułatwiania szybkiego topienia nasadki żużlowej 56 w ciekłej stali.

Wewnętrzna przestrzeń uformowana przez część wnęki 18 pomiędzy ceramiczną osłoną 24 i członem zaciskowym 46, jak również każda inna pusta przestrzeń (nie pokazana) w głowicy pomiarowej 12 jest wypełniona rozdrobnionym materiałem 60 zwiększającym efektywną gęstość głowicy pomiarowej 12. W przedstawianym przykładzie wykonania, rozdrobniony materiał 60 jest bardzo gęstym materiałem, takim jak piasek cyrkonowy. Rozdrobnionym materiałem 60 może być również gęsty materiał metalowy, jeśli jest to pożądane, lub inny rodzaj rozdrobnionego materiału. Rozdrobniony materiał 60 jest korzystniejszy niż stały odlany materiał, ponieważ zastosowanie rozdrobnionego materiału zmniejsza naprężenia wywierane na elementy składowe czujniką gdy sonda 10 jest zanurzana w stopionej stali, oraz umożliwia ograniczony ruch przewodu doprowadzeniowego 32 pomiędzy ceramiczną osłoną 24 i członem zaciskowym 46.

Przy stosowaniu sondy 10 do pomiaru temperatury stali w kąpieli stopionej stali, odpowiedni mechanizm opuszczający jest wykorzystany do chwytania pętli 52 na oddalonym końcu stalowego wspornika 42, a człon łącznikowy 36 jest wtykany do odpowiedniego komplementarnego elementu (nie pokazanego), połączonego z przyrządem pomiarowym umieszczonym na zewnątrz kąpieli stopionego metalu. Sonda 10 jest podnoszona przez mechanizm opuszczający do odpowiedniej wysokości ponad kąpielą stopionej stali, tak że znajduje się w zasadniczo pionowym układzie, gdzie głowica pomiarowa 12 i nasadka żużlowa 56 są skierowane do dołu. Zazwyczaj sonda 10 jest podnoszona do wysokości około 15,24 do 21,37 m ponad stopioną stalą Sonda 10 jest następnie zwalniana przez mechanizm opuszczający i porusza się w dół w stopionej stali. Gdy sonda 10 opuszcza się w stronę powierzchni stopionej stali, tuleja ochronna 34 i przewód doprowadzeniowy 32 są luzowane z rury wsporczej 14. Energia potencjalna i kształt sondy zbliżony do pocisku, w połączeniu z wysoką gęstością głowicy pomiarowej 12, oraz warstwa materiału 58 o właściwościach ablacyjnych umieszczona na nasadce żużlowej 56 i głowicy pomiarowej 12 zapewniają odpowiednią penetrację sondy 10 przez warstwę żużla i w stopionej stali, do odpowiedniej głębokości dla dokonania

178 699 pomiarów temperatury. Połączenie wysokiej gęstości głowicy pomiarowej 12 i nisko umieszczonego środka ciężkości sondy 10 pomaga w utrzymywaniu pionowej stabilności sondy 10 w czasie, gdy przechodzi przez warstwę żużla i znajduje się w stopionej stali. Stożkowy kształt nasadki żużlowej 56 w połączeniu z warstwą materiału 58 o właściwościach ablacyjnych umieszczoną na nasadce żużlowej 56 i głowicy pomiarowej 12 pomaga w szybkim poruszaniu się sondy 10 przez warstwę żużla i zapobiega lub minimalizuje gromadzenie się żużla na nasadce żużlowej 56 lub głowicy pomiarowej 12, co mogłoby prowadzić do wleczenia, które spowalniałoby ruch do dołu sondy 10 i mogłoby również zmniejszać gęstość sondy 10. Po rozpuszczeniu się nasadki żużlowej 56, zasadniczo stożkowy kształt dolnego zakończenia 16 głowicy pomiarowej 12 minimalizuje przechwytywanie gazu dla zmniejszania sił wyporu działających na sondę 10 i dla minimalizacji termicznych gradientów w obszarze mającej kształt litery U rury kwarcowej 22, która zawiera element termoelektryczny, przez co zapewniony jest bardziej dokładny pomiar temperatury stopionej stali. Tuleja ochronna 34 chroni przewód doprowadzeniowy 32 przed niszczącym wpływem stopionej stali przez określony okres czasu, umożliwiający przedłużony pomiar temperatury stopionej stali.

178 699

FIG. 2

178 699

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sonda zanurzeniowa do pomiaru parametrów stopionego metalu, zwłaszcza temperatury stopionej stali, do wprowadzania do stopionego metalu, znamienna tym, że ma cylindryczną głowicę pomiarową (12) o budowie osiowo - symetrycznej posiadającą dolne zakończenie (16), które jest zbieżne do wewnątrz w kierunku jej osi oraz element czujnikowy wystający z dolnego zakończenia (16) głowicy pomiarowej (12) i usytuowany w pobliżu osi tej głowicy (12), przy czym dolne zakończenie (16) i element czujnikowy głowicy (12) są pokryte nasadką żużlową (56), a poza tym sonda (10) posiada przewód doprowadzeniowy (32) połączony elektrycznie z elementem czujnikowym głowicy (12), przy czym głowica pomiarowa (12) jest wykonana z połączenia materiałów mających łączną gęstość większą niz gęstość stopionego metalu.
2. Sonda według zastrz. 1, znamienna tym, że głowica pomiarowa (12) ma wewnętrzną wnękę (18) wypełnioną rozdrobnionym materiałem (60) zwiększającym efektywną gęstość głowicy pomiarowej (12).
3. Sonda według zastrz. 1, znamienna tym, że nasadka żużlowa (56) ma postać ściętego stożka łagodnie zbieżnego do osi głowicy (12), przy czym głowica pomiarowa (12) i nasadka żużlowa (56) mają kształt pocisku.
4. Sonda według zastrz. 1, znamienna tym, że przewód doprowadzeniowy (32) wystaje na zewnątrz górnego zakończenia (20) głowicy pomiarowej (12).
5. Sonda według zastrz. 4, znamienna tym, że z górnym zakończeniem (20) głowicy pomiarowej (12) styka się rura wsporcza (14) przewodu doprowadzeniowego (32), przy czym część przewodu doprowadzeniowego (32) wystająca na zewnątrz głowicy (12) jest spiralnie nawinięta na rurę wsporczą (14).
6. Sonda według zastrz. 1, znamienna tym, ze zakończenie przewodu doprowadzeniowego (32) jest elektrycznie połączone z członem łącznikowym (36).
7. Sonda według zastrz. 1, znamienna tym, ze część przewodu doprowadzeniowego (32) wystająca na zewnątrz głowicy (12) jest osłonięta tuleją ochronną (34) z odpornego na wysoką temperaturę materiału.
8. Sonda według zastrz. 5, znamienna tym, ze w górnym zakończeniu (20) głowicy pomiarowej (12) jest zamocowany wydłużony wspornik (42) wystający na zewnątrz tej głowicy (12) dla podparcia głowicy pomiarowej (12) przed jej wprowadzeniem do stopionego metalu.
9. Sonda według zastrz. 8, znamienna tym, że wspornik (42) stanowi odcinek kabla o określonej długości, którego jedno zakończenie (44) jest przymocowane do głowicy pomiarowej (12), a drugie zakończenie (50) posiada pętlę (52).
10. Sonda według zastrz. 9, znamienna tym, że długość wspornika (42) jest tak dobrana, ze drugie zakończenie (50) wspornika (42) wystaje poza rurę wsporczą (14).
11. Sonda według zastrz. 1, znamienna tym, że głowica pomiarowa (12) jest wykonana z materiału o gęstości większej niż 7,0 g/cm³.
12. Sonda według zastrz. 11, znamienna tym, ze głowica pomiarowa (12) jest wykonana ze stali.
13. Sonda według zastrz. 12, znamienna tym, że głowica pomiarowa (12) jest wykonana z pręta stalowego.
14. Sonda według zastrz. 1, znamienna tym, ze nasadka żużlowa (56) ma zewnętrzną powierzchnię pokrytą warstwą materiału (58) zapobiegającego przyleganiu żużla.
15. Sonda według zastrz. 14, znamienna tym, że warstwa materiału (58) jest utworzona z materiału ablacyjnego.

178 699