СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ РАСПЛАВЛЕННОЙ СТАЛИ И ПРИМЕНЯЕМАЯ ДЛЯ ЭТОГО ТРУБА Российский патент 2006 года по МПК G01J5/08 G01K11/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу непрерывного измерения температуры расплавленной стали и к трубе, применяемой для реализации этого способа.

Предпосылки к созданию изобретения

В металлургии температуру расплавленной стали требуется измерять непрерывно. Процесс производства стали представляет собой в сущности процесс контроля температуры и химического состава расплавленной стали, так что непрерывное измерение температуры расплавленной стали имеет большое значение для повышения эффективности производства, позволяя снизить потребление энергии и повысить качество. Обычная техника измерения основана на принципе контакта с объектом. Платино-родиевую термопару с защитным устройством погружают в расплавленную сталь для восприятия ее температуры. Однако срок службы защитного устройства оказывается ограниченным в связи с эрозией под воздействием осадка из стали, а термопара является дорогостоящей, в связи с чем стоимость проведения измерений оказывается высокой, что делает их малоприемлемыми для сталеплавильных предприятий.

В патенте США №3432522 описано устройство непрерывного измерения температуры расплавленной стали, основанное на теории полости черного тела. Согласно этому патенту в расплавленную сталь вводят трубу, и температуру расплавленной стали получают по излучению, которое испускает труба и принимает детектор инфракрасного излучения. Однако этот патент имеет много недостатков. Во-первых, полость черного тела является особым физическим понятием и физической моделью генерирования излучения со стабильным спектральным составом, сходного с излучением абсолютно черного тела. Особенности излучения полости зависят от структуры, материала и других признаков полости, в связи с чем не каждую полость можно назвать полостью черного тела. В указанном патенте отсутствует детальное описание структуры трубы и не указано, насколько глубоко следует вводить трубу в расплавленную сталь. Более того, не указано, вводится ли ниже поверхности расплавленной стали керамическая часть трубы. Поэтому трубу в указанном патенте нельзя называть полостью черного тела. В связи с этим в результатах измерений возможно появление ошибок. Во-вторых, графит, применяемый на конце трубы, обладает сильной испаряемостью в высокотемпературной среде, а выделяющийся газ может загрязнять оптический путь, значительно снижая точность измерений.

Сущность изобретения

Целью изобретения является предложение способа и трубы для непрерывного измерения температуры расплавленной стали при низких затратах и высокой точности.

Согласно изобретению, способ непрерывного измерения температуры расплавленной стали содержит следующие этапы: обеспечение наличия трубы, выполненной из сдвоенных втулок, причем и внутренняя, и наружная втулки закрыты с одного конца и открыты с другого конца; ввод закрытого конца трубы в расплавленную сталь таким образом, что отношение длины трубы, находящейся ниже поверхности расплавленной стали, к внутреннему диаметру внутренней втулки равно или превышает 15, и отношение указанной длины к наружному диаметру наружной втулки превышает 3; соединение открытого конца трубы с детектором инфракрасного излучения; расчет температуры расплавленной стали путем оценки излучения, испускаемого внутренней втулкой на конце, введенном в расплавленную сталь, с помощью детектора.

Для реализации на практике указанного способа настоящее изобретение предлагает трубу, один из концов которой выполнен с возможностью ввода в расплавленную сталь для восприятия температуры, а другой конец которой выполнен с возможностью соединения с детектором инфракрасного излучения. Труба выполнена из сдвоенных втулок, причем и внутренняя, и наружная втулки закрыты с одного конца и открыты с другого конца. Закрытый конец трубы введен в расплавленную сталь таким образом, что отношение длины трубы, находящейся ниже поверхности расплавленной стали, к внутреннему диаметру внутренней втулки равно или превышает 15, и отношение указанной длины к наружному диаметру наружной втулки превышает 3.

Исходя из анализа теплопередачи и теории полости черного тела согласно изобретению структуру трубы и длину трубы, находящейся ниже поверхности расплавленной стали, устанавливают таким образом, что можно получить стабильное излучение полости черного тела. В связи с этим можно непрерывно измерять температуру расплавленной стали при низких издержках и с высокой точностью.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 схематически показано устройство для измерения температуры расплавленной стали согласно способу, являющемуся предметом настоящего изобретения;

на фиг.2 схематически показана труба, являющаяся предметом настоящего изобретения.

Детальное описание предпочтительных вариантов реализации изобретения

Как показано на фиг.1, устройство для непрерывного измерения температуры расплавленной стали по способу, являющемуся предметом настоящего изобретения, содержит трубу 6, детектор инфракрасного излучения 4, оптическое волокно 3, процессор 1 обработки сигналов и компьютер 2. В процессе работы труба 6 крепится к держателю 5 и вводится в расплавленную сталь 7. Открытый конец трубы 6 снабжен коническим соединителем, предназначенным для соединения с детектором 4 инфракрасного излучения, в котором для облегчения операции замены трубы выполнена соответствующая вогнутая поверхность конической формы.

Поскольку труба предназначена для ввода в расплавленную сталь, она должна обладать превосходной жаропрочностью (термостойкостью), устойчивостью к эрозии расплавленной сталью, устойчивостью к вибрации, стабильностью и точностью. Поэтому трубу 6 изготавливают из сдвоенных втулок, как показано на фиг.2. И внутренняя втулка 8, и наружная втулка 9 закрыты с одного конца и открыты с другого конца. Закрытый конец трубы вводят в расплавленную сталь 7, а открытый конец соединяют с детектором 4 инфракрасного излучения посредством соединителя 10. Внутреннюю втулку 8 предпочтительно изготавливают из материала, обладающего высокой жаропрочностью (термостойкостью) и стабильностью, такого как Al₂О₃, при внутреннем диаметре, например, порядка 20 мм. Особенностями внутренней втулки 8 являются хорошая обтюрация и сопротивление испарению в среде высоких температур, что гарантирует чистоту оптического пути в трубе и точность результатов измерений. Наружную втулку 9 предпочтительно выполняют из материала, обладающего высокой жаропрочностью (термостойкостью), сопротивлением эрозии, сопротивлением окислению и сопротивлением размыванию расплавленной сталью, такого как Al₂О₃ и С, или Al₂O₃, С и Zr, с наружным диаметром порядка 80 мм. Кроме того, с целью повышения чувствительности измерений наружную втулку 9 на поверхности, остающейся снаружи, делают предпочтительно толще, чем на конце, измеряющем температуру. Кроме того, на наружную втулку 9 возможно нанесение стойкого к окислению покрытия, и вокруг нее с целью обеспечить сопротивление более интенсивным напряжениям можно закрепить защитную втулку.

Процесс измерения температуры расплавленной стали вкратце описан ниже. Во-первых, закрытый конец трубы 6 опускают в расплавленную сталь 7 таким образом, что отношение длины трубы, находящейся ниже поверхности расплавленной стали, к внутреннему диаметру внутренней втулки равно или превышает 15, и отношение указанной длины к наружному диаметру наружной втулки превышает 3. При этом в трубе 6 образуется полость черного тела, испускающая инфракрасное излучение. Это излучение воспринимает детектор 4 инфракрасного излучения. Принятые сигналы передаются к процессору 1 обработки сигналов и компьютеру 2 по оптическому волокну 3. Компьютер 2 выполняет расчет эффективной излучательной способности полости на основе on-line теории полости черного тела и определяет таким образом температуру расплавленной стали.

Конструкция детектора 4 инфракрасного излучения и способ расчета температуры расплавленной стали на основании принятого инфракрасного излучения относятся к уже известным из уровня техники решениям и поэтому не описаны подробно.

Опыты показывают, что погрешность измерения составляет менее ±3°С.

Следует подчеркнуть, что описанный вариант реализации изобретения не должен рассматриваться как ограничение объема защиты изобретения. В изобретении отличительными признаками являются изготовление трубы из сдвоенных втулок и отношения длины трубы, находящейся ниже поверхности расплавленной стали, к внутреннему диаметру и наружному диаметру, удовлетворяющие условиям, приведенным выше. Любые улучшения или изменения в пределах сущности изобретения должны находиться в пределах объема защиты изобретения.

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано в сталеплавильном производстве. Сущность: выполняют трубу из сдвоенных втулок, закрытых с одного конца и открытых с другого. Обе втулки изготовлены из жаропрочного материала, обладающего стабильностью. На наружную втулку нанесено стойкое к окислению покрытие. Вводят закрытый конец трубы в расплавленную сталь таким образом, что отношение длины трубы, находящейся ниже поверхности расплавленной стали, к внутреннему диаметру внутренней втулки равно или превышает 15, а отношение указанной длины к наружному диаметру наружной втулки превышает 3. Соединяют открытый конец трубы с детектором инфракрасного излучения. Рассчитывают температуру расплавленной стали путем оценки излучения, испускаемого внутренней втулкой на конце, введенном в расплавленную сталь. Технический результат: повышение точности измерений. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ непрерывного измерения температуры расплавленной стали, который содержит следующие этапы: обеспечение наличия трубы, выполненной из сдвоенных втулок, причем и внутренняя, и наружная втулки закрыты с одного конца и открыты с другого конца; ввод закрытого конца трубы в расплавленную сталь таким образом, что отношение длины трубы, находящейся ниже поверхности расплавленной стали, к внутреннему диаметру внутренней втулки равно или превышает 15 и отношение указанной длины к наружному диаметру наружной втулки превышает 3; соединение открытого конца трубы с детектором инфракрасного излучения и расчет температуры расплавленной стали путем оценки излучения, испускаемого внутренней втулкой на конце, введенном в расплавленную сталь, с помощью детектора.2. Способ по п.1, в котором труба соединена с детектором посредством конического соединителя.3. Способ по п.1, в котором внутренняя втулка выполнена из материала, обладающего высокими жаропрочностью (термостойкостью) и стабильностью.4. Способ по п.3, в котором внутренняя втулка выполнена из Al₂O₃.5. Способ по п.1, в котором наружная втулка выполнена из материала, обладающего высокими жаропрочностью (термостойкостью), сопротивлением эрозии, сопротивлением окислению и сопротивлением размыванию расплавленной сталью.6. Способ по п.1, в котором наружная втулка на поверхности, остающейся снаружи, является более толстой, чем на конце, измеряющем температуру.7. Способ по п.1, в котором на наружную втулку нанесено стойкое к окислению покрытие.8. Труба для измерения температуры расплавленной стали, один конец которой выполнен с возможностью ввода в расплавленную сталь для восприятия температуры, а другой конец которой выполнен с возможностью соединения с детектором инфракрасного излучения, причем труба выполнена из сдвоенных втулок, при этом и внутренняя, и наружная втулки закрыты с одного конца и открыты с другого конца и закрытый конец трубы введен в расплавленную сталь таким образом, что отношение длины трубы, находящейся ниже поверхности расплавленной стали, к внутреннему диаметру внутренней втулки равно или превышает 15 и отношение указанной длины к наружному диаметру наружной втулки превышает 3.9. Труба по п.8, в которой внутренняя втулка выполнена из материала, обладающего высокими жаропрочностью (термостойкостью) и стабильностью.10. Труба по п.9, в которой внутренняя втулка выполнена из Al₂О₃.11. Труба по п.8, в которой наружная втулка выполнена из материала, обладающего высокими жаропрочностью (термостойкостью), сопротивлением эрозии, сопротивлением окислению и сопротивлением размыванию расплавленной сталью.12. Труба по п.8, в которой наружная втулка на поверхности, остающейся снаружи, является более толстой, чем на конце, измеряющем температуру.13. Труба по п.8, в которой на наружную втулку нанесено стойкое к окислению покрытие.