устройство для измерения температуры расплава в тигле и способ измерения температуры расплава в тигле

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ РАСПЛАВА В ТИГЛЕ И СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ РАСПЛАВА В ТИГЛЕ.

1. Устройство для измерения температуры расплава в тигле, содержащее пирометр, огнеупорный блок, выполненный в виде термостойкой керамической трубки с вмонтированным в нее жестким светопроводом из огнеупорного и химически стойкого материала, оптически сопряженный при помощи линзы с гибким светопроводом и пирометром, при этом части огнеупорного блока и гибкого светопровода заключены в полую штангу, отличающееся тем, что расстояние между торцами огнеупорного блока и гибкого светопровода, заключенными в полую штангу, выбрано не менее 0,25 м, причем линза выполнена разнофокусной, а огнеупорный блок со штангой выполнены с возможностью перемещения относительно тигля.

2. Способ измерения температуры расплава в тигле, включающий ввод в расплав иммерсионной части огнеупорного светопровода и измерение температуры по потоку излучения от расплава с помощью пирометра, отличающийся тем, что перед погружением в расплав иммерсионную часть светопровода подогревают до температуры на 300 - 450^oС ниже измеряемой и подводят ее к расплаву со скоростью, регулируемой так, чтобы не происходил термоудар от излучаемого расплавом теплового потока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для измерения температуры расплава жаропрочного сплава в подвижном тигле плавильной печи.

Известны способ и устройство для измерения температуры расплава [1]. Устройство содержит огнеупорный блок с вмонтированным внутри него жестким светопроводом, установленный в расплав иммерсионным торцом через футеровку тигля и соединенный с пирометром. Специальная конструкция и материал огнеупорного блока обеспечивают защиту от зашлаковывания его иммерсионного торца.

Данное устройство не может быть использовано для расплавов жаропрочных сплавов и при установке его на подвижном тигле печи, так как требует создания системы охлаждения, защиты от электромагнитных помех нагревательного элемента тигля, недопустимости растрескивания футеровки в месте его установки, а также усложняет ремонтно-восстановительные работы на тигле.

Наиболее близкими к заявленным являются способ и устройство для измерения температуры расплава [2], в котором излучение от расплавленной стали передается через жесткий световод в виде сапфировых стержней, с помощью линзы направляется в гибкий световод, выходящий за пределы сталелитейной емкости, и регистрируется в пропорциональном пирометре.

Это устройство не может быть использовано для измерения температуры в подвижных тиглях.

Задача, решаемая в изобретении, заключается в обеспечении непрерывного измерения температуры расплава жаропрочного сплава в подвижных (опрокидывающихся) тиглях при плавке, технологическом перегреве и перед розливом за счет расширения эксплуатационных свойств существующих устройства и способа измерения.

Решение данной задачи достигается установкой огнеупорного блока вне стенок тигля, соединением его с пирометром при помощи гибкого светопровода из менее термостойкого материала, при этом один из торцов гибкого светопровода встроен в полую цилиндрическую штангу. Между светопроводами образован полый герметичный объем, а расстояние между торцами выбрано из соотношения

0,25 м L_п, где L_п - длина герметичного пространства.

Светопроводы расположены на одной оптической оси. Измерение температуры расплава с помощью устройства производят путем введения в расплав иммерсионной части светопровода, подогретого до температуры на 300 - 450^оС ниже измеряемой. Введение на глубину 2 - 3 см световода осуществляют со скоростью, исключающей термоудар. Температуру измеряют с помощью пирометра спектрального отношения.

Совокупность вышеназванных признаков исключает влияние зашлаковывания и обеспечивает баланс распределения температурного поля таким образом, что позволяет защитить иммерсионную часть торца от термоудара. При этом упрощается конструкция огнеупорного блока и реализуется возможность вынесения пирометра за пределы печи с целью защиты от электромагнитных помех нагревательного элемента тигля, а также размещения пирометра в удобном для оператора месте.

Баланс распределения температурного поля достигается размещением выходного торца жесткого и входного торца гибкого светопроводов внутри полой цилиндрической штанги с образованием пустотелого герметичного объема между ними, имеющего длину L_п 0,25 м. Это позволяет гибкому светопроводу находиться в зоне пониженной температуры, сопоставимой с его термостойкостью. Для предотвращения рассеивания потока излучения на стенках пустотелого пространства внутри него установлена оптическая собирающая разнофокусная линза, при этом торцы светопроводов расположены в фокальных плоскостях линзы.

Термостойкий материал жесткого светопровода имеет свойство разрушиться при резком, более 100^оСс, изменении его температуры. Поэтому во избежание резких изменений температуры иммерсионный торец огнеупорного блока предварительно подогревается до температуры на 300 - 450^оС ниже измеряемой и затем подводится к расплаву со скоростью, регулируемой таким образом, что происходит подогрев от излучаемого потока, исключающий термоудар. Защита от зашлаковывания осуществляется применением пирометра спектрального отношения, показания которого существенно не зависят от излучательной способности расплава или шлака в расплаве. Этим сводятся к минимуму требования к конфигурации и свойствам материала огнеупорного блока.

На чертеже приведено предлагаемое устройство, вертикальный разрез.

Устройство для измерения температуры расплава 1 в подвижном тигле 2 содержит огнеупорный блок, выполненный в виде термостойкой керамической трубки 3 с вмонтированным в нее жестким светопроводом 4 из огнеупорного и химически стойкого материала. Огнеупорный блок вмонтирован в полую цилиндрическую штангу 5 из жаропрочного материала, которая перемещается из положения А в положение В при погружении огнеупорного блока в расплав. С другой стороны в штангу 5 вмонтирован гибкий светопровод 6, входной торец которого находится на одной оптической оси с жестким светопроводом. Между встречными торцами жесткого и гибкого светопроводов находится пустотелое пространство, длина которого составляет не менее 0,25 м. Внутри него на одной оптической оси со светопроводами находится оптическая собирающая разнофокусная линза 7, установленная так, что встречные торцы гибкого и жесткого светопроводов находятся в фокальных плоскостях линзы, а фокусные расстояния f₁ и f₂ делят пустотелое пространство на части в соотношении 2:3 с удалением линзы от жесткого светопровода. Выходной торец гибкого светопровода соединен с пирометром 8, схема которого построена по методу спектрального отношения. Способ измерения температуры расплава в подвижном тигле заключается в предварительном подогреве иммерсионного торца 9 огнеупорного блока и в ограничении скорости дальнейшего его нагрева при приближении к расплаву и погружении в него.

Устройство работает следующим образом.

Излучаемый поток энергии от расплава 1 принимается иммерсионным торцом 9 огнеупорного блока при погружении последнего в расплав и через линзу 7 и гибкий светопровод 6 поступает в пирометр 8, который преобразовывает его в информацию о температуре. При этом происходит нагрев огнеупорного блока штанги 5. Пустотелое пространство внутри штанги ограничивает нагрев менее термостойкого гибкого светопровода 6, а линза 7 обеспечивает сохранение энергии излучаемого потока. Требуемое снижение нагрева гибкого светопровода при заданной чувствительности пирометра обеспечивается длиной пустотелого пространства и параметрами линзы.

Предлагаемые способ и устройство были опробованы для измерения температуры расплава жаропрочного сплава марки ЖС6К в вакуумной печи типа УППФ-3. В начальной стадии нагрева и вплоть до измерений иммерсионный торец огнеупорного блока подогревался до температуры, меньшей, чем измеряемая на 300.. 450^оС. При подводе к расплаву и его погружении скорость перемещения огнеупорного блока определяется из формулы

V = + 0,0005, м/с где h - текущее расстояние от поверхности расплава до иммерсионного торца;

k - коэффициент, учитывающий конфигурацию плавильного оборудования и марку сплава.

Жесткий светопровод был выполнен из лейкосапфира, имеющего температуру плавления 2050^оС. Максимально допустимая скорость его нагрева не более 100^оСс. Цилиндрическая полая штанга выполнена из стали 12х18Н9Т, линза выполнена из корунда, выдерживающего температуру не менее 600^оС, а гибкий светопровод марки ОС-ВС-1 выдерживает температуру до 250 - 300^оС. Результаты опытной эксплуатации показали, что данное устройство сохраняет работоспособность при измерении температуры расплава до 1900^оС. В качестве пирометра спектрального отношения можно использовать пирометр марки "Спектропир".

Применение данных устройства и способа в вакуумной печи типа УППФ-3 для измерения температуры расплава жаропрочного сплава марки ЖС6К-ВИ при расплаве, технологическом перегреве и перед заливкой в формы позволило провести измерение температуры в подвижном тигле и сократить брак по трещинам и недозаполнение форм до 10 - 30%.