Термозонд для сталеплавильных печей

 

Сущность изобретения: термозонд состоит из цилиндрического огнеупорного блока выполненного из теплоизопяционного слоя и термостойкого покрытия из плотного огнеупора с наружным защитным чехлом, например, из жаропрочного металла , термопару держатепя, в котором расположены электроды термопары, связывающие 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 выбирается в пределах h /05-2/, D где D - диаметр чехла Горячий спай термопары размещен в толще термостойкого покрытия на боковой цилиндрической поверхности блока на расстоянии la 10D от верхней части защитного чехла. Толщина термостойкого покрытия составляет 6«/19-100/D , а электроды термопары выведены по изотермической поверхности, расположенной перпендикулярно оси блока Длина электродов , находящихся в изотермической плоскости 8. составляет I s 0.5 ПО . 2 ил ээ

(щ ВЦ пп 2000Я71 Я1 (5l) 5 В22РЗ 00 G01K7 02

Комитет Российской Федерации пе патентам и товарным знакам

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ уйИЩО- Г4д -,.„

К ПАТЕНТУ Рт- 1т, ° (21) 5005431/02 (22) 21.1091 (4тэ} 15.10.93 Бюл Ма 37-38

p6) Занцев Владимир Константинович; Гусев

Владимир Иванович (64) ТЕРМОЗОНД ДЛЯ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ

ПЕЧЕЙ (57) Сущность изобретения: термозонд состоит из цюиндрического огнеупорного блока выполненного из тетпоизопяционного слоя и термостойкого пощзытия из плотного огнеупора с наружным защитным чехлом, например, из жаропрочного металла, термопару держателя, в котором расположены злектроды термопары, связывающие ее с регистрирунхцим прибором Причем цилиндрический огнеупорный блок выполнен диаметром 0 400 где э

0 — диаметр электродов термопары Наружный э защитный чехол закреплен на нижней части блока, а высота чехла выбирается в пределах

h=/0.5-2/, 0 где 0 — диаметр чехла Горячий

4 4 спай термопары размещен в толще термостойкого покрытия на боковой цилиндрической поверхности блока на расстоянии Ь 100 от верхней части заэ щитного чехла. Толщина термостойкого покрытия составляет о-/19-100/О, а электроды термопары э выведены по изотермической поверхности, расположенной перпендикулярно оси блока. Длина электродов, находящихся в изотермической плоскости 8. составляет! 0.5 IID. 2 ип. э э

2000871

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

Известен термозонд для сталеплавильных печей, содержащий термопару, горячий спай которой защищен гаэонепроницаемым трехслойным наконечником, состоящим из наружного, стойкого против воздействия жидкой стали чехла иэ борида циркония, внутреннего гаэонепроницаемого слоя из окиси алюминия и расположенного между ними слоя, состоящего иэ порошка отожженной окиси алюминия.

Основным недостатком такого устройства является невысокая точность получаемых результатов, обусловленная тем, что измеряют непосредственно не температуру жидкого металла, в который помещают термоэонд, а температуру порошка окиси an ýминия (или газовой среды в этом слое).

Кроме этого известное устройство обладает значительной инерционностью измерений (вследствие постепенного прогрева слоев наконечника), что увеличивает время нахождения термозонда в жидком металле для формирования установившихся показаний и, как следствие, снижение ресурса термозонда, надежности его работы.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является термозонд для сталеплавильных печей, содержащий цилиндрический огнеупорный блок, выполненный иэ теплоизоляционного слоя и термостойкого покрытия из плотного огнеупора, например, керамики, с наружным защитным чехлом, например, из жаропрочного металла, термопару, а также держатель блока, выполненный в виде трубки, в которой расположены электроды термопары, связывающие ее с регистрирующим прибором.

Основным недостатком такого устройства является невысокая точность получаемых результатов, обусловленная тем, что измеряют непосредственно не температуру жидкого металла, в который помещают термозонд, а температуру материала теплоизоляционного слоя, в котором расположен горячий спай термопары (в данном случае мелкодисперный порошок тугоплавкого окисла А!рОз) или газовой среды в этом слое, Кроме этого, вследствии необходимости постепенного прогрева огнеупорного блока от тепловоспринимающей поверхности защитного чехла до места в теплоизоляцион ом слое, где размещен горячий спай

55 термопары, известное устройство обладает значительной инерционностью измерений (согласно материалам описания а.с, М

933203, В 22 О 11/10, 1982 r. время прогрева составляет 20 сек). Таким образом, значительное время нахождения термозонда в жидком металле, потребное для формирования установившихся показаний, ведет к снижению срока службы термозонда, надежности его работы, Целью изобретения является снижение инерционности измерений, повышение их точности и срока службы термозонда.

Указанная цель достигается тем. что а термозонде для сталеплавильных печей, содержащем цилиндрический огнеу. орный блок, выполненный из теплоиэоляционного слоя и термостойкого покрытия из плотного огнеупора, например, керамики, с наружным защитным чехлом, например, из жаропрочного металла, термопару, а также держатель блока, выполненный в виде трубки, в которой расположены электроды термопары, связывающие ее с регистрирующим прибором, цилиндрический огнеупорный блок выполнен диаметром 0б 400э . где D — диаметр электродов термопары, наружный защитный чехол закреплен на нижней части блока, причем высота чехла h находится в пределах h = (0,5-2)D, где Dö — диаметр чехла, горячий спай термопары размещен в толще термостойкого покрытия на боковой цилиндрической поверхности блока на расстянии

1 10D> от верхней части защитного чехла, причем толщина д термостойкого покрытия составляет д = (1,9 - 100)D, а электроды термопары выведены по изотермической поверхности, расположенной перпендикулярно оси блока, причем длина электродов, находящихся в изотермической поверхности составляет Ь > 0,5 л De.

Благодаря тому, что в термоэонде цилиндрический огнеупорный блок выполнен диаметром De = 400, где D — диаметр электродов термопары, наружный защитный чехол закреплен на нижней части блока, причем высота чехла h находится в пределах h = (0,5 - 2)0,, где DN — диаметр чехла, горячий спай термопары размещен в толще термостойкого покрытия на боковой цилиндрической поверхности блока на расстоянии I > 10Р от верхней части защитного чехла, причем толщина д термостойкого покрытия составляет д = (1,9 - 100)Г)э, а электроды термопары г ледены по иэотермической поверхн >i.. расппложен200087!

55 ной перпендикулярно оси блока, причем длина электродов, находящихся в иэотермической поверхности, составляет

I> 2 00,5 л D>, становится возможным устранить методические погрешчости, сопутствующие известному устройству термоэонда, повышается точность получаемых результатов. Одновременно, поскольку горячий спай термопары расположен в тонком термостойком наружном покрытии, контактирующим непосредственно с исследуемой средой, снижается инерционность измерений. а. следовательно. снижается время нахождения термозонда в исследуемой среде, необходимое дя формирования установившихся показаний, повышается ресурс работы термозонда, надежность его работы.

На фиг. 1 изображена конструкция предлагаемого темозонда; на фиг. 2 — вывод электродов 6 термопары 4 по изотермической поверхности.

Термозонд содержит цилиндрический огнеупорный блок. выполненный из теплоизоляционного слоя 1, термостойкого покрытия 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, связывающие ее с регистрирующим прибором 7, Электроды 6 термопары 4 выведены по изотермической поверхности 8, расположенной перпендикулярно оси блока.

Цилиндрический огнеупорный блок выполнен диаметром Ов « 40Ds, где Ds — диаметр электродов б термопары 4. Это условие обеспечивает высокую эффективность теплоизоляции термопары 4. хорошие прочностные качества термозонда и технологические параметры его-изготовления.

Наружный защитный чехол 3 предназначен для защиты. тонкого термостойкого покрытия 2 от разрушения при воздействии механических нагрузок, возникающих при вводе термозонда в расплавленный металл (например, для прохождения слоя шлака). В этих условиях необходимо защитить прежде всего торцевую поверхность блока, поэтому высота чехла h может не превышать значения h = (0,5 - 2)Оч, где 04 — диаметр чехла 3. Дальнейшее увеличения h ведет к увеличению инерционности термозонда иээа повышенной интенсивности теплоотвода от термопары 4, Интесиеность такого теплоотвода можно уменьшить до значения, практически не влияющего на повышение инерционности измерений, путем установ5

40 ки термопары 4 на определенном расстоянии 1 от верхней части защитного чехла 3.

Величина I ýààècèò от значения коэффициента теплопроводности Я материала термостойкого покрытия 2. Как показали результаты отработки конс-.оукции термозонда, для диапазона А прак1 чески всех промышленных огнеупоров достаточно обеспечить выполнение условия 2 10D,, что и отражено в формуле изобретения.

С целью сведения к минимуму инерционности измерений, возникакнцей за счет последовательного распространения тепловых потоков от находящихся в контакте с расплавленным металлом поверхностей термозонда, горячий спай термопары 4 размещен непосредственно в толще термостойкого покрытия 2 на боковой цилиндрической поверхности блока (в месте, где появляется низкая интенсивность механических нагрузок при вводе термозонда в установленный металл), Исходя из условий обеспечения минимальной инерционности измерений, высоких прочностных характеристик покрытия и технологических параметров его изготовления с учетом свойств плотных промышленных огнеупоров на основании результатов отработки конструкции термозонда выбран диапазон толщин покрытия 6= (1,9 - 100)D>, Инерционность термозонда определяется также интенсиеностыд теплоотвода по электродам 6 термопары 4. С целью сведения к минимуму интенсивности такого теплоотвода электроды 6 термопары 4 выведены по иэотермической поверхности

8, которая располагается перпендикулярно оси термозонда. Причем, как показали результаты расчетов и отработки конструкции термозонда, длина электродов б, находящихся в изотермической поверхности, должна составлять не менее 4 > 0,5 л Оз.

Техническая реализация предлагаемого устройства поясняется конкретным примером, Из легковесного ниэкоплотного материала на основе волокон SIOz с диаметром волокон 1-10 мкм и длиной 100-1000 мкм (коэффициент теплопроводности такого материала не превышает величины А < 0,1

Вт/м К) изготовлен термои зол я ц и он н ы и слой 1 в форме цилиндра с О = 25 мм.

После подготовки боковой и торцевой поверхностей слой 1 на них наносят грунтовыйслой толщиной(1 — 3)х10 м одинаковый

-4 по коэффициентутермического расширения с материалом теплоиэоляционного слоя .

На расстоянии I - 35 мм от торцевой поверхности слоя 1 производят укладку rep2000871

20

45

50 мопары 4, свободные концы которой BblBoдят по изотермической поверхности 8, которая расположена перпеникулярно оси термозонда. Длина I> электродов 6 термопары 4, находящихся в изотермической плоскости 8, составлят 4 42 мм. В качестве термопары использовалась платина-платинородиевая термопара с диаметром электродов равным 1 10 м. После чего проводят сушку на воздухе в течение 1800 с, выравнивают поверхность теплоизоляционного слоя 1 кварцевым валиком с шероховатостью поверхности соответствующей 7 классу чистоты, а затем проводят 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 наносят глазурный слой толщиной 2 10 м. содержащий 15 боросиликатного стекла, 75 кварцевого стекла и 10 зачерняющей добавки, прово- . дят сушку при комнатной температуре в течение 2000 с и обжиг при температуре 1500

К в течение 1500 с. После чего охлаждают до комнатной температуры

Таким образом изготавливают теплоизоляционный слой 1 и термос ойкое покрытие 2 с термопарой 4, расположенной в толще термостойкого покрытия 2 на боковой цилиндрической поверхности блока.

Из силицированного графика изготавливают наружный защитный чехол 3 с

h = Ov = 30 мм, который закрепляют на нижней части блока. Расстояние 1 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 электФормула изобретения

ТЕРМОЗОНД ДЛЯ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ, содержащий цилиндрический огнеупорный блок, выполненный из теплоизоляционного слоя и термостойкого покрытия с наружным -защитным чехлом, термопару, держатель блока, выполненный в виде трубки, в которой расположены электроды термопары, отличающийся тем. что диаметр цилиндрического огнеупорного блока составляет De > 40 D, наружный защитный чехол закреплен на нижней части блока, а его высота выбирается в пределах (0,5

- 2) О, горячий спай термопары размещен в толще термостойкого покрытия на бокороды 6 термопары 4, связывающие ее с регистрирующим прибором 7.

Благодаря отличительным признакам предлагаемого технического решения становится возможным резко уменьшить инерционность измерений. Испытания предлагаемого термозонда показали, что его инерционность не превышает 3-4 с, что в 5-6 раэ меньше, чем у известного технического решения.

Результаты испытаний подтвердили также высокую стойкость устройства к воздействию термоударов, В серии испытаний из более чем 10 нагружений с охлаждением воздухом не наблюдалось растрескивания и разрушения наружного термостойкого покрытия.

Одновременно, поскольку удается устранить методические погрешности.измерений, сопутствующие известному устройству термозонда, повышается точность получаемых результатов. Погрешность получаемых результатов в этом случае снижается до уровня погрешности непосредственных измерений температуры, величина такой погрешности составляет 5$.

Таким образом снижается инерционность измерений, повышается их точность и срок службы термозонда.

Предполагаемый экономический эффект от предложенного технического решения выражается в повышении долговечности и надежности работы термозонда, снижении затрат на его обслуживание и ремонт, сокращении бракованной продукции за счет повышения точности и надежности результатов измерений, (56) Авторское свидетельство СССР

М 933203, кл. В 22 0 11/10, 1982. вой цилиндрической поверхности огнеупорного блока и расположен на расстоянии 10 D or верхний части защитного чехла, при этом толщина термостойкого покрытия составляет д=(1,9 — 100) D3, причем электроды термопары выведены по изотермической поверхности, расположенной перпендикулярно к оси блока, а их длина составляет

1ý 0,5otDe . где De - диаметр цилиндрического огнеупорного блока, мм;

0в - диаметр электродов термопары, мм;

Оч - диаметр наружного зэщи1ного чехла, мм.

2000871

А-А

Фиг.2

Составитель В.Занцев

Техред М.Моргентал Корректор С.Юско

Редактор Н.Семенова

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Заказ 3100

Произаодстпсннп-издатеппский комоинат Патент". г. Уигород, уп.Гагарина. 1 1