RU2000871C1 - Термозонд дл сталеплавильных печей - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени : термозонд состоит из цилиндрического огнеупорного блока выполненного из теплоизоп ционного сло  и термостойкого покрыти  из плотного огнеупора с наружным защитным чехлом, например, из жаропрочного металла , термопару держатеп , в котором расположены электроды термопары, св зывающие ее с регистрирующим прибором. Причем цилиндрический огнеупорный блок выполнен диаметром D,s 40D где D - диаметр электродов термопары Наружный защитный чехол закреплен на нижней части блока, а высота чехла выбираетс  в пределах h /05-2/, D где D - диаметр чехла Гор чий спай термопары размещен в толще термостойкого покрыти  на боковой цилиндрической поверхности блока на рассто нии la 10D от верхней части защитного чехла. Толщина термостойкого покрыти  составл ет 6«/19-100/D , а электроды термопары выведены по изотермической поверхности, расположенной перпендикул рно оси блока Длина электродов , наход щихс  в изотермической плоскости 8. составл ет I s 0.5 ПО . 2 ил ээ

Description

Изобретение относитс  к металлургии и может быть использовано дл  контрол  температуры в плавильных печах, ковшах и других агрегатах с жидкими металлическими расплавами, а также в установках непрерывной разливки.

Известен термозонд дл  сталеплавильных печей, содержащий термопару, гор чий спай которой защищен газонепроницаемым трехслойным наконечником, состо щим из наружного, стойкого против воздействи  жидкой стали чехла из борида циркони , внутреннего газонепроницаемого сло  из окиси алюмини  и расположенного между ними сло , состо щего из порошка отожженной окиси алюмини .

Основным недостатком такого устройства  вл етс  невысока  точность получаемых результатов, обусловленна  тем, что измер ют непосредственно не температуру жидкого металла, в который помещают термозонд , а температуру порошка окиси ал.о- мини  (или газовой среды в этом слое). Кроме этого известное устройство обладает значительной инерционностью измерений (вследствие постепенного прогрева слоев наконечника), что увеличивает врем  нахождени  термозонда в жидком металле дл  формировани  установившихс  показаний и, как следствие, снижение ресурса термозонда , надежности его работы.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  термозонд.дл  сталеплавильныхпечей ,содержащий цилиндрический огнеупорный блок, выполненный из теплоизол ционного сло  и термостойкого по крыти  из плотного огнеупора, например, керамики, с наруж- нынзащитным чехлом, например, из жаропрочного металла, термопару, а также держатель блока, выполненный в виде трубки , в которой расположены электроды термопары , св зывающие ее с регистрирующим прибором.

Основным недостатком такого устройства  вл етс  невысока  точность получаемых результатов, обусловленна  тем, что измер ют непосредственно не температуру жидкого металла, в который помещают термозонд , а температуру материала теплоизол ционного сло , в котором расположен гор чий спай термопары (в данном случае мелкодисперный порошок тугоплавкого окисла AlzOa) или газовой среды в этом слое. Кроме этого, вследствии необходимости постепенного прогрева огнеупорного блока от тепловоспринимающей поверхности защитного чехла до места в теплоизол ционном слое, где размещен гор чий спзй

термопары, известное устройство обладает значительной инерционностью измерений (согласно материалам описани  а.с. N- 933203, В 22 D 11 /10,1982 г. врем  прогрева

составл ет сек). Таким образом, значительное врем  нахождени  термозонда в жидком металле, потребное дл  формировани  установившихс  показаний, ведет к сни- жению срока службы термозонда,

надежности его работы.

Целью изобретени   вл етс  снижение инерционности измерений, повышение их точности и срока службы термозонда.

Указанна  цель достигаетс  тем. что в

термозонде дл  сталеплавильных печей, содержащем цилиндрический огнеу. орный блок, выполненный из теплоизол ционного сло  и термостойкого покрыти  из плотного огнеупора, например, керамики, с наружным защитным чехлом, например, из жароп- рочного металла, термопару, а также держатель блока, выполненный в виде трубки , в которой расположены электроды термопары , св зывающие ее с

регистрирующим прибором, цилиндрический огнеупорный блок выполнен диаметром Об 400Э

где D3 - диаметр электродов термопары, наружный защитный чехол закреплен на

нижней части блока, причем высота чехла h находитс  в пределах h (0,5-2)D4, где D4 - диаметр чехла, гор чий спай термопары размещен в толще термостойкого покрыти  на боковой цилиндрической поверхности блока на расст нии I 100Э от верхней части защитного чехла, причем толщина 5 термостойкого покрыти  составл ет д (1,9 - 100)ОЭ, а электроды термопары выведены по изотермической

поверхности, расположенной перпендикул рно оси блока, причем длина электродов, наход щихс  в изотермической поверхности составл ет 1Э 0,5 л Об.

Благодар  тому, что в термозонде цилиндрический огнеупорный блок выполнен диаметром De 40ОЭ, где Оэ - диаметр электродов термопары, наружный защитный чехол закреплен на нижней части блока, причем высота чехла h

находитс  в пределах h (0,5 - 2)D4. где Оч - диаметр чехла, гор чий спай термопары размещен в толще термостойкого покрыти  на боковой цилиндрической поверхности блока на рассто нии I 10ОЭ от верхней части защитного чехла, причем толщина д термостойкого покрыти  составл ет (5 (1,0- 100)ПЭ, а электроды термопары пмпрдены по изотермической поверхнппи расположенной перпендикул рно оси блока, причем длина электродов, наход щихс  в изотермической поверхности, составл ет 1э 2: 0,5 л Оэ, становитс  возможным устранить методические погрешности, сопутству- ющие известному устройству термозонда, повышаетс  точность получаемых результатов . Одновременно, поскольку гор чий спай термопары расположен в тонком термостойком наружном покрытии, контактирую- щим непосредственно с исследуемой средой, снижаетс  инерционность измерений , а. следовательно, снижаетс  врем  нахождени  термозонда в исследуемой среде, необходимое д  формировани  установив- шихс  показаний, повышаетс  ресурс работы термозонда, надежность его работы.

На фиг. 1 изображена конструкци  предлагаемого темозонда; на фиг. 2 - вывод электродов 6 термопары 4 по изотермиче- ской поверхности.

Термозонд содержит цилиндрический огнеупорный блок, выполненный из теплоизол ционного сло  1, термостойкого покрыти  2 из плотного огнеупора, например, керамики с наружным защитным чехлом 3. Термозонд содержит также термопару 4, держатель 5 блока, выполненный в виде трубки , в которой расположены электроды 6 термопары 4, св зывающие ее с регистриру- ющим прибором 7.

Электроды 6 термопары 4 выведены по изотермической поверхности 8, расположенной перпендикул рно оси блока.

Цилиндрический огнеупорный блок вы- полней диаметром Об 400Э, где Оэ - диаметр электродов б термопары 4. Это условие обеспечивает высокую эффективность теплоизол ции термопары 4, хорошие прочностные качества термозонда и техно- логические параметры его изготовлени .

Наружный защитный чехол 3 предназначен дл  защиты тонкого термостойкого покрыти  2 от разрушени  при воздействии механических нагрузок, возникающих при вводе термозонда в расплавленный металл, (например, дл  прохождени  сло  шлака). В этих услови х необходимо защитить прежде всего торцевую поверхность блока, поэ- тому высота чехла h может не превышать значени  h (0,5 - 2)0Ч, где 04 - диаметр чехла 3. Дальнейшее увеличени  h ведет к увеличению инерционности термозонда из- за повышенной интенсивноститеплоотвода от термопары 4. Интесивность такого тепло- отвода можно уменьшить до значени , практически не вли ющего на повышение инерционности измерений, путем установки термопары 4 на определенном рассто нии I от верхней части защитного чехла 3.

Величина I зависит от значени  коэффициента теплопроводности Д материала термостойкого покрыти  2. Как показали результаты отработки консгоукции термозонда , дл  диапазона А практически всех промышленных огнеупоров достаточно обеспечить выполнение услови  I 2: 100Э, что и отражено в формуле изобретени .

С целью сведени  к минимуму инерционности измерений, возникающей за счет последовательного распространени  тепловых потоков от наход щихс  в контакте с расплавленным металлом поверхностей термозонда, гор чий спай термопары 4 размещен непосредственно в толще термостойкого покрыти  2 на боковой цилиндрической поверхности блока (в месте , где по вл етс  низка  интенсивность механических нагрузок при вводе термозонда в установленный металл). Исход  из условий обеспечени  минимальной инерционности измерений, высоких прочностных характеристик покрыти  и технологических параметров его изготовлени  с учетом свойств плотных промышленных огнеупоров на основании результатов отработки конструкции термозонда выбран диапазон толщин покрыти  д (1,9 - 100)ОЭ.

Инерционность термозонда определ етс  также интенсивность теплоотвода по электродам 6 термопары 4. С целью сведени  к минимуму интенсивности такого теплоотвода электроды 6 термопары 4 выведены по изотермической поверхности 8, котора  располагаетс  перпендикул рно оси термозонда. Причем, как показали результаты расчетов и отработки конструкции термозонда, длина электродов 6, наход щихс  в изотермической поверхности, должна составл ть не менее э 0.5 л D3.

Техническа  реализаци  предлагаемого устройства по сн етс  конкретным примером .

Из легковесного низкоплотного материала на основе волокон SI02 с диаметром волокон 1-10 мкм и длиной 100-1000 мкм (коэффициент теплопроводности такого материала не превышает величины Я 0,1 Вт/мК) изготовлен термоизол ционный слой 1 в форме цилиндра с D 25 мм.

После подготовки боковой и торцевой поверхностей слой 1 на них нанос т грунтовый слой толщиной(1-3)х 10 м одинаковый по коэффициенту термического расширени  с материалом теплоизол ционного сло  i.

На рассто нии I 35 мм от торцевой поверхности сло  1 производ т укладку repмопары 4. свободные концы которой вывод т по изотермической поверхности 8, котора  расположена перпеникул рно оси термозонда. Длина 1Э электродов б термопары 4, наход щихс  в изотермической плоскости 8, составл т U « 42 мм. В качестве термопары использовалась платина-плати- нородиева  термопара с диаметром электродов равным 1 10 м. После чего провод т сушку на воздухе в течение 1800 с, выравнивают поверхность теплоизол ционного сло  1 кварцевым валиком с шероховатостью поверхности соответствующей 7 классу чистоты, а затем провод т сушку при температуры 400 К в течение 1000 с. После этого обжигают при температуре 1500 К в течении 1500 с и охлаждают до комнатной температуры. Далее нанос т глазурный слой толщиной 2 м, содержащий 15% боросиликатного стекла, 75% кварцевого стекла и 10% зачерн ющей добавки, провод т сушку при комнатной температуре в течение 2000 с и обжиг при температуре 1500 К в течение 1500с. После чего охлаждают до комнатной температуры.

Таким образом изготавливают теплоизол ционный слой 1 и термостойкое покрытие 2 с термопарой 4, расположенной в толще термостойкого покрыти  2 на боковой цилиндрической поверхности блока.

Из силицированного графика изготавливают наружный защитный чехол 3 с h D4 30 мм, который закрепл ют на нижней части блока. Рассто ние от верхней части защитного чехла 3 до термопары в этом случае составило I 5 мм.

Цилиндрический огнеупорный блок закрепили на держателе 5, выполненном в виде трубки, в которой расположены электроды 6 термопары 4, св зывающие ее с регистрирующим прибором 7.

Благодар  отличительным признакам предлагаемого технического решени  становитс  возможным резко уменьшить инер- ционность измерений. Испытани  предлагаемого термозонда показали, что его инерционность не превышает 3-4 с, что в 5-6 раз меньше, чем у известного технического решени .

Результаты испытаний подтвердили также высокую стойкость устройства к воздействию термоударов. В серии испытаний из более чем 10 нагружений с охлаждением

воздухом не наблюдалось растрескивани  и разрушени  наружного термостойкого покрыти .

Одновременно, поскольку удаетс  устранить методические погрешности измерений , сопутствующие известному устройству термозонда, повышаетс  точность получаемых результатов. Погрешность получаемых результатов в этом случае снижаетс  до уровн  погрешности непосредственных измерений температуры, величина такой погрешности составл ет 5%.

Таким образом снижаетс  инерционность измерений, повышаетс  их точность и срок службы термозонда.

Предполагаемый экономический эффект от предложенного технического решени  выражаетс  в повышении долговечности и надежности работы термозонда , снижении затрат на его обслуживание и ремонт, сокращении бракованной продукции за счет повышени  точности и надежности результатов измерений. (56) Авторское свидетельство СССР №933203, кл. В 22 D 11/10, 1982.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   ТЕРМОЗОНД ДЛЯ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ,

   содержащий цилиндрический огнеупорный блок, выполненный из теплоизол ционного сло  и термостойкого покрыти  с наружным -защитным чехлом, термопару, держатель блока, выполненный в виде трубки, в которой расположены электроды термопары, отличающийс  тем, что диаметр цилиндрического огнеупорного блока составл ет Об Ј 40 Оэ, наружный защитный чехол закреплен на нижней части блока , а его высота выбираетс  в пределах (0,5 - 2) Оч, гор чий спай термопары размещен в толще термостойкого покрыти  на боковой цилиндрической поверхности огнеупорного блока и расположен на рассто нии I 10 Оэ от верхний части защитного чехла, при этом толщина термостойкогопокрыти составл ет 5( 1,9-100) Оэ, причем электроды термопары выведены по изотермической поверхg ности, расположенной перпендикул рно к оси блока, а их длина составл ет 1Э з: 0,5лОб ,

   где Об - диаметр цилиндрического огнеупорного блока, мм;

   5 Оэ - диаметр электродов термопары, мм; Оч - диаметр наружного защитного чехла , мм.