УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ЗЕРКАЛА РАСПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА Российский патент 1996 года по МПК G01B15/00 B22D46/00 

Устройство относится к металлургии, а именно, к устройствам для контроля и наблюдения за состоянием расплавленного металла.

Известны устройства для наблюдения за поверхностью металла, включающие в себя источник излучения, направленного на поверхность металла и приемник отраженных лучей, расположенные в определенном положении над резервуаром с расплавленным металлом. В качестве источника излучения могут быть использованы различные источники излучения с длиной волны меньше 0,01 мкм. Однако такого рода излучения представляют определенную опасность для здоровья людей.

Известно устройство состоящее из источника излучения с длиной волны 0,43 0,44 мкм, передающей телевизионной трубки в качестве приемника отраженных лучей, фильтра, пропускающего только лучи с длиной волны 0,43 0,44 мкм (Япония, а.с. N 543006, кл. В 22 D 11/16, В 22 D 41/00, 1979). Такое устройство в зависимости от угла, под которым расположен источник и приемник излучения относительно зеркала металла, позволяет наблюдать как состояние поверхности расплава, так и уровень металла (Япония, а.с. N 543005, кл. В 22 D 11/16, В 22 D 41/00, 1979).

Недостатком данного устройства является то, что облучение и, следовательно, наблюдение за металлом производится в видимой области спектра, в которой раскаленный металл сам интенсивно излучает, при этом полезный сигнал маскируется сигналом помехи. Кроме того, использование данного устройства для наблюдения за интенсивностью кипения расплавленного металла осложняет наличие шлака на поверхности расплава, а также языки пламени над поверхностью.

Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство состоящее из источника и приемника электромагнитных колебаний СВЧ-диапазона, общей приемно-передающей антенны, которая расположена над ванной с расплавом и перпендикулярна ей, причем антенна соединена с источником колебаний и приемником, смесителя сигналов излученной и принятой частот, входы смесителя соединены с источником и приемником электромагнитных колебаний (Япония, а.с. N 57140812, кл. С 21 С 5/46, 1982).

Это устройство работает в сантиметровой области СВЧ-диапазона и предназначено для определения скорости нарастания шлака на поверхности расплавленного металла в конвертере по доплеровскому сдвигу частоты отраженных электромагнитных волн.

Недостатком такого устройства является ограничение использования его над открытыми или высокими резервуарами с расплавом, где возможно удаление приемно-передающей антенны на расстояние, гарантирующее защиту устройства от брызг расплавленного металла и перегрева.

Кроме того описываемое устройство предназначено для измерения скорости плавно нарастающего слоя шлака над расплавом и в случае кипения жидкого металла вызывает хаотически меняющийся по частоте и амплитуде сигнал, не поддающийся непосредственному анализу без последующей обработки.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение является получение более полных данных с состоянии зеркала расплавленного металла, в особенности при наблюдении за отклонением поверхности зеркала металла от плоскости, упрощение и удешевление устройства, а также на устранение недостатков наиболее близкого аналога.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, содержащем источник и приемник электромагнитных колебаний СВЧ-диапазона; общую приемно-передающую антенну, расположенную над ванной с расплавом и перпендикулярную ей, причем антенна соединена с источником колебаний и приемником; смеситель сигналов излученной и принятой частот, причем входы смесителя соединены с источником и приемником электромагнитных колебаний, введен между антенной и ванной фильтр, выполненный из материала прозрачного в области СВЧ излучения и не пропускающего тепловые волны (например из паронита), а так же блоки анализа амплитуды и частоты разностного сигнала и соединением их с выходами смесителя.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается от известного тем, что введены новые блоки: блок регистрации частоты и амплитуды разностного сигнала, которые соединены с выходами смесителя, а также наличием фильтра, выполненного из материала прозрачного в области СВЧ излучения и не пропускающего тепловые волны (паронит). Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию "новизна".

Анализ технических решений, характеризующих уровень техники в данной области, показал, что известно использование сверхвысоких частот для измерения скорости подвижных объектов, например, скорости нарастания шлака, однако технических решений, использующих сверхвысокие частоты для регистрации динамики отклонения поверхности расплава от плоскости, выявлено не было. Сущность изобретения заключается в том, что предлагаемое устройство, в отличие от известного, позволяет измерять не только быстро меняющиеся сдвиги частоты, возникающие при отклонении поверхности расплава от плоскости, например, при кипении металла, но и амплитуду сигналов, что позволяет оценить интенсивность кипения плоскости. Поскольку в сантиметровой диапазоне СВЧ раскаленные газы и шлак, находящиеся на поверхности расплава, обладают большей прозрачностью, чем расплавленный металл, то наблюдение ведется за реальной поверхностью металла.

На чертеже изображена блок схема устройства для контроля состояния зеркала расплавленного металла. Устройство состоит из приемно-передающей антенны 1, источника излучения (например, частотой 10 ГГЦ) 2, приемника излучения 3, смесителя 4, фильтра 5, изготовленного из материала, пропускающего СВЧ волны и непрозрачного для теплового излучения (например, паронита), блока регистрации разностной частоты 6, блока регистрации амплитуды разностной частоты 7, ванны 8.

Устройство работает следующим образом. В источнике излучения 2 генерируется СВЧ электромагнитные колебания (например, с частотой 10 ГГц), которые подаются в смеситель 4 и антенну 1, из которой излучаются в направлении, перпендикулярном плоскости зеркала расплава, находящегося в ванне 8. Отраженные от зеркала расплавленного металла волны, амплитуда и длина которых зависит от расстояния до зеркала расплава и наличия на поверхности металла пузырей газа и других неоднородностей, изменяющихся во времени, проходят через фильтр 5 и попадают в антенну 1, из которой подаются в приемник излучения 3, а затем в смеситель 4. В смесителе 4 выделяется разностная частота между принятой и переданной частотами, которая подается в блок регистрации разностной частоты 6. По ее значению производится оценка средней скорости нарастания неоднородностей на поверхности зеркала расплава ( например, пузырей газа ), а по амплитуде сигнала разностной частоты в блоке у производится оценка размеров или количества неоднородностей на поверхности зеркала расплавленного металла.

Таким образом, предлагаемое устройство благодаря своим новым признакам, обеспечивает по-сравнению с известным следующие преимущества: появляется возможность контролировать не только скорость нарастания шлака на поверхность расплава, но и оценивать интенсивность кипения расплава металла, а также использовать устройство в сравнительно компактных металлургических объектах, например в вакууматорах.

Устройство относится, например, к металлургии, а именно, к устройствам для контроля и наблюдения за состоянием расплавленного металла. Для регистрации интенсивности газоотделения из расплавленного металла при вакуумировании используются доплеровские сигналы, возникающие при колебании поверхности расплава. Устройство для контроля состояния зеркала расплавленного металла содержит источник и приемник сантиметровых волн СВЧ-диапазона, приемно-передающую антенну, расположенную например на вертикальной оси над центром ванны с расплавом, фильтр, изготовленный из материала пропускающего волны сантиметрового диапазона СВЧ и задерживающего лучи теплового диапазона, расположенные между антенной и ванной с металлом, измерительный узел, включающий в себя смеситель излученной и принятой частот, блоки регистрации частоты и амплитуды разностного сигнала. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для контроля состояния зеркала расплавленного металла, содержащее источник и приемник электромагнитных колебаний СВЧ-диапазона, соединенные с общей приемно-передающей антенной, смеситель сигналов излученной и принятой частот, входы которого соединены с источником и приемником электромагнитных колебаний, причем антенна расположена над ванной с металлом перпендикулярно ее поверхности, отличающееся тем, что оно снабжено блоками регистрации частоты и амплитуды разностного сигнала, входы которых соединены с выходами смесителя, фильтром, выполненным из материала, пропускающего электромагнитные колебания СВЧ-диапазона, причем фильтр расположен между антенной и ванной с металлом, а антенна расположена над центром ванны. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фильтр выполнен из паронита,