устройство и способ дискретного и непрерывного измерения температуры расплавленного металла в печи или резервуаре для его производства или обработки

Формула изобретения

1. Устройство (10) для непрерывного измерения температуры расплавленного металла в печи или резервуаре для его производства и обработки, отличающееся тем, что оно содержит прибор (14) теплового анализа, помещенный в трубку (12), через которую к поверхности шлака (18) в печи или резервуаре (20) продувается инертный газ и/или сжатый до высокого давления воздух с возможностью получения сверхзвуковой струи, и сужающееся и расширяющееся сопло (22), установленное перед прибором (14) теплового анализа, при этом геометрическая форма сопла обеспечивает компактную струю, а трубка оборудована охлаждающим устройством.

2. Устройство (10) по п.1, отличающееся тем, что указанный инертный газ и/или сжатый воздух продувается под защитой ограждающим пламенем, создаваемым топливом и окислителем, продуваемыми через трубку (12).

3. Устройство (10) по п.1, отличающееся тем, что указанный инертный газ является аргоном.

4. Устройство (10) по п.1, отличающееся тем, что указанный прибор (14) теплового анализа является оптической головкой или пирометром.

5. Устройство (10) по п.1, отличающееся тем, что указанная трубка (12) вставлена в огнеупорное покрытие (13) печи или резервуара (20), причем входной конец трубки (12) помещен на уровне шлака (18), присутствующего в печи или резервуаре (20), под углом 45° по отношению к вертикальной стенке печи или резервуара (20).

6. Устройство (10) по п.1, отличающееся тем, что оно содержит трубчатую конструкцию (11), в которую через опору (15) вставлен указанный прибор (14) теплового анализа.

7. Устройство (10) по п.1, отличающееся тем, что прибор (14) соединен с внешними устройствами оптическим волокном (16).

8. Устройство (10) по п.7, отличающееся тем, что оптическое волокно (16) является моноволокном, покрытым гибкой оболочкой из нержавеющей стали.

9. Устройство (10) по п.2, отличающееся тем, что топливо является метаном, а окислитель - кислородом.

10. Устройство (10) по п.4, отличающееся тем, что пирометр является бихроматическим.

11. Устройство (10) по п.7, отличающееся тем, что оптическое волокно (16) проходит по всей длине трубки (12) и передает сигнал устройству, которое визуализирует температуру в реальном времени.

12. Способ дискретного и непрерывного измерения температуры расплавленного металла в печи или резервуаре для его производства и обработки, отличающийся тем, что он предусматривает непрерывное продувание компактной сверхзвуковой струи инертного газа на поверхностный слой шлака электрической печи, чтобы получить отверстие в шлаке, через которое расплавленный металл становится видимым для прибора теплового анализа при дистанционном измерении, при этом используют прибор теплового анализа, помещенный в охлаждаемую трубку, перед которым установлено сужающееся и расширяющееся сопло.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к устройству для непрерывного измерения температуры расплавленного металла в печи или резервуаре для его производства или обработки.

Изобретение также относится к способу для непрерывного измерения такой температуры.

При производстве стали в электрической печи регистрация температуры ванны с расплавленной сталью в печи или другом резервуаре имеет особенно важное значение.

Кроме того, часто делались попытки создать технологию, которая непрерывно дает значение температуры расплавленного металла, не меняя процесса производства или обработки.

В настоящее время в большинстве сталелитейных производств применяют опускание в жидкость термопары, защищенной распадающейся оболочкой, вручную или с помощью автоматизированных механических систем, обычно известных как манипуляторы.

Понятно, что для каждого отдельного измерения оболочку необходимо менять и поэтому температура не может измеряться непрерывно.

В Германской заявке на изобретение DE-1408873 предложен способ, в котором термопару вводят в огнеупорный материал с системой водяного охлаждения. Такой способ сталкивается с проблемами времени, которое может выдержать термопара, и точности измерения из-за необходимости сильного охлаждения термопары.

В патенте США 006071466 (компания Voest Alpine) целью является измерение температуры ванны, основанное на измерении электромагнитных волн, испускаемых дном ванны.

На дне ванны расположена трубка горячего дутья, из которой выдувается инертный газ. Газ образует пузырь на дне ванны, поддерживаемый потоком метана и азота с последующими реакциями расщепления.

Температура жидкости, которая окружает такой пузырь, измеряется оптическим прибором. Однако этому способу мешает сильная тенденция к забиванию трубки. Затем, опять же компанией Voest Alpine, в патенте США 6172367 было предложено другое устройство, основанное, однако, на том же принципе динамики жидкости.

В этом случае трубка горячего дутья помещается на боковой стенке, но все же ниже уровня жидкой стали, создающей гидростатический напор.

Подобным образом получается лучшая точность, так как пучок электромагнитных волн, испускаемых сталью, распространяется в направлении, параллельном оси прибора, сводя на нет помехи от наклонных волн.

Тем не менее, это устройство также не свободно от проблем забивания трубки из-за трудности в поддержании пузыря. В самом деле, поток метана и азота и последующие реакции расщепления часто недостаточны для поддержания пузыря.

Проблемы этих последних двух систем определяются тем фактом, что обе они находятся под создающей гидростатический напор жидкостью, где окружающие условия более тяжелые.

Кроме того, существует система, называемая "ENDO-GLAS", разработанная компанией Tech-Plus, в которой используется оптический прибор, помещенный внутри охлаждаемой водой трубки, через которую может продуваться инертный газ. Система оборудована манипулятором, который вводит трубку внутрь печи. Обычно он располагается над печью с возможностью регулировки угла входа.

Система не закреплена, как две предыдущие, и поэтому для каждого измерения необходимо ожидать входа трубки в печь.

Недостаток здесь такой же, как и у манипуляторов с термопарой, то есть не обеспечивается возможность осуществления непрерывных измерений. Действительно, хотя трубку охлаждают, она не может всегда оставаться внутри печи.

Основная цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы создать устройство и способ для дискретных и непрерывных измерений температуры расплавленного металла в печи или резервуаре для его производства или обработки, которые позволяют точное и надежное измерение температуры ванны.

Другая цель состоит в преодолении вышеупомянутых недостатков известных систем чрезвычайно простым, дешевым и весьма функциональным образом.

С учетом вышеупомянутых целей в данном изобретении исследовался вопрос о том, как осуществить устройство и указать способ для непрерывного измерения температуры расплавленного металла в печи или резервуаре для его производства или обработки, имеющие признаки, указанные в формуле изобретения.

Структурные и функциональные характеристики настоящего изобретения и его преимущества по сравнению с известным уровнем техники будут понятны из настоящего описания со ссылками на приложенные чертежи, которые показывают устройство для дискретных и непрерывных измерений температуры расплавленного металла в печи или резервуаре для его производства или обработки, выполненное согласно новым принципам изобретения.

Перечень чертежей:

на фиг.1 показан разрез печи или резервуара с устройством для непрерывного измерения температуры расплавленной стали в соответствии с методом, предложенным в патенте США 006071466;

на фиг.2 показан разрез печи или резервуара с трубкой, предложенной в методе по заявке ЕР 0947587, в которую вставлено устройство для дискретного и непрерывного измерения температуры расплавленного металла согласно данному изобретению;

на фиг.3 показан аксонометрический разрез в разобранном состоянии деталей измерительного устройства, показанного на фиг.2.

На чертежах устройство для дискретного и непрерывного измерения температуры расплавленного металла в печи или резервуаре для его производства или обработки обозначено в целом позицией 10.

В приведенном примере предлагаемое устройство 10 вставлено в полую трубку 12, оборудованную охлаждающим или изолирующим устройством.

Трубка 12 вставлена в огнеупорное покрытие 13 печи или резервуара 20.

Охлаждение трубки 12 осуществляется, например, так, как это показано в заявке на изобретение ЕР 0947587, в которой описан тип охлаждения, основанный на теплоемкости распыленной воды, которая больше, чем теплоемкость воды в жидком состоянии.

Входной конец трубки 12 помещен на уровне 18 присутствующего в печи или резервуаре 20 шлака под углом 45° по отношению к вертикальной стенке печи 20.

Устройство 10, по существу, содержит трубчатую конструкцию 11, помещенную в безопасную и хорошо охлаждаемую область, в которую через опору 15 вставлен прибор 14 теплового анализа. Прибор 14 может быть пирометром обычного типа или оптической головкой и соединен с внешними устройствами оптическим волокном 16, например моноволокном, покрытым гибкой оболочкой из нержавеющей стали.

В трубке 12 имеются инжекторы инертного газа, например аргона, и сжатого воздуха. Кроме того, могут быть предусмотрены инжекторы для топлива и окислителя, например метана и кислорода.

В верхней части трубчатой конструкции 11 устройства 10, перед прибором 14 теплового анализа, установлено сужающееся и расширяющееся сопло 22.

Работа предлагаемого устройства 10 для дискретных и непрерывных измерений температуры расплавленного металла в печи или резервуаре для его производства или обработки понятна из того, что описано выше со ссылкой на чертежи, и вкратце состоит в следующем.

Струя инертного газа, например аргона, под высоким давлением вдувается через трубку 12 на шлак 18; струя остается компактной благодаря геометрической форме сопла и возможному ограждающему пламени, в котором сжигаются метан и кислород.

Необходимо выполнять регулировку расхода инертного газа и возможно присутствующего топлива, чтобы получить сверхзвуковую струю плотного инертного газа, чтобы пройти через шлак 18 и локально обнажить поверхность расплавленного металла.

Таким образом, для прибора 14 теплового анализа создается чистый конический промежуток, через который можно наблюдать поверхность ванны.

Пирометр или оптическая головка может таким образом измерять температуру расплавленного металла.

В предпочтительном варианте пирометр является дихроматическим, т.е. охватывает два частотных диапазона, и поэтому менее чувствителен к помехам.

Оптическое волокно 16, присоединенное к прибору 14 теплового анализа, проходит по всей длине трубки 12 и передает сигнал к аппаратуре, которая визуализирует температуру в реальном времени. Такая аппаратура может быть откалибрована для различных типов материала.

Когда не требуется выполнять измерения, трубка 12 поддерживается в чистом состоянии потоком сжатого воздуха для предотвращения возможных засорений, которые, во всяком случае, были бы меньшей проблемой благодаря тому, что трубка 12 не погружается ниже уровня жидкости в металлической ванне, создающего гидростатический напор.

Охлаждение трубки 12 позволяет обезопасить измерительное устройство 10 от высоких температур печи или резервуара.

Показательно, что оптическая головка и оптическое волокно 16 промышленного типа могут выдерживать максимальную температуру около 250°С. Такие оптические головки, во всяком случае, можно заменять без необходимости замены остальных частей.

В случае использования пирометра также используется преобразователь, чтобы визуализировать сигнал в области измерений, например, между 750 и 1800°С и с точностью ±0,6% от значения, измеренного в градусах шкалы Цельсия, при температуре выше 1500°С.

После калибровки прибор 14 теплового анализа регистрирует температуры, которые, как оказалось, имеют хорошее соответствие, так как, если значение, измеренное термопарой, является постоянным, то и значение, измеренное устройством 10, также является постоянным.

В предпочтительном варианте прибор 14 способен считывать температуру каждые 10 мс и следует заметить, что тяжелые условия окружающей среды (с пылью, брызгами и т.д.) печи или резервуара 20 не оказывают существенного влияния на измерение.

Устройство 10 может быть соединено с обычным электронным процессором, снабженным соответствующей программой, который показывает в реальном времени ход измерений с дополнительной информацией, такой как максимальный пик и среднее значение за данный период времени.

Сопло 22 обеспечивает необходимый поток аргона или сжатого воздуха, предохраняя прибор 14 теплового анализа от возможного загрязнения.

Трубка 12 может быть расположена в любой точке электрической печи и это позволяет выполнять точечные измерения в той же области, где в известных технических решениях обычно вставляется термопара. В таком случае оператору передаются те же опорные точки, которые он получал при использовании термопар.

Устройство 10 может выполнять непрерывные измерения, облегчая автоматизацию печи или резервуара, прежде всего в тех случаях, когда предусматривается непрерывная загрузка, скорость которой может регулироваться в зависимости от изменения температуры ванны.

В общем, способ дискретного и непрерывного измерения температуры расплавленного металла в печи или резервуаре для его производства или обработки состоит из получения отверстия в поверхностном слое шлака посредством продувания инертного газа, чтобы сделать расплавленную сталь видимой прибору теплового анализа при дистанционном измерении.

Из того, что описано выше со ссылками на чертежи, понятно, насколько предложенные устройство и способ для дискретного и непрерывного измерения температуры расплавленного металла в печи или резервуаре для его производства или обработки полезны и выгодны. Таким образом, цели, упомянутые в начале описания, достигнуты.

Конечно, формы предложенного устройства для дискретного и непрерывного измерения температуры расплавленного металла в печи или резервуаре для его производства или обработки могут отличаться от показанного на чертежах в качестве примера, не ограничивающего объема защиты, так же как могут отличаться и материалы.

Таким образом, объем правовой защиты изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения.