Датчик для измерения температуры в среде расплавленного металла Российский патент 2021 года по МПК G01K7/02 

Изобретение относится к измерению высоких температур преимущественно жидкого металла в окислительно-восстановительной среде.

Предполагаемое изобретение может решить проблему автоматизации основных процессов производства чугуна и стали, которые в настоящее время не полностью(без обратной связи по температуре) автоматизированы, хотя относятся к самым основным процессам металлургии. Из-за этого не решены вопросы экономного использования энерго-топливных ресурсов, а также получить высококачественные изделия из высокотемпературных материалов. Имеются также датчики инфракрасного излучения, которые могут контролировать только поверхностные температуры и имеют низкую точность контроля и высокочувствительны к случайным помехам. Например, датчики, защищенные патентами Салихова З.Г. (242244 С2 МПК, И BN №2459168 С2); одноразовые переносные штанги конструкции «Черметавтоматика», оснащенные пакетами платиновой группы. Цикл их использования не превышает 3-10 сек.

Наиболее близким аналогом и/или прототипом предполагаемого изобретения по функциональному назначению и совокупности признаков является изобретение РФ по патенту 2459168. Поэтому он принимается за прототип заявляемого датчика.

СОЕДИНЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ДАТЧИКА.

Заявляемое изобретение представлено на рис. 1. Оно содержит:

Тугоплавкий стержень 1; трубочку тугоплавкую 2; термопару с электродами 3 и 4, полностью изолированные известными фарфоровыми материалами.

Трубочка 2 выполнена из двух жестко соединенных между собой частей, одна выполнена из титана, внутри которой расположен конец упомянутого стержня с гнездом для размещения спая электродов термопары, а вторая выполнена из нетеплопроводного материала, внутри которой расположены электроды термопары.

Один (открытый) конец стержня 1 любым известным способом погружается в контролируемую среду, например, в реактор плавильного агрегата, где создается окислительно-восстановительная среда.

Другой конец стержня 1 имеет гнездо 7 для плотного соприкосновения соединенных вместе концов электродов, как можно с большей поверхностью гнезда 7, а следовательно, со стержнем 1. Длина погружения этого конца стержня 1 зависит от размера толщины футеровочного материала объекта (плавильной печи) и закрепляется прижимными винтами 5 к стенке тугоплавкой трубочки 2. Необходимо, чтобы внутренний диаметр трубочки 2 был близок размеру внешнего диаметра стержня 1 так, чтобы стержень 1 туго входил во внутрь трубочки 2. После сборки датчика, он обматывается изолирующим материалом и в виде цельного изделия пропускается через специальное отверстие в футеровке (иногда и через броню реактора объекта) до соприкосновения стержня 1 со средой расплавленного металла, с изменением температуры в пределах (1600°С-3400°С).

РАБОТА ДАТЧИКА.

Конец стержня в объекте с жидким металлом нагревается до внутренней температуры контролируемого объекта. Поскольку стержень теплопроводный, то нагревается также его второй конец с гнездом 7 для спаянных концов термопары, например, платино-родиевой. Однако, степень нагретости гнезда 7 из-за потерь тепла на футеровке трубочки 2 и футеровки объекта в зоне прохождения датчика будет снижаться. Величина снижения температуры будет зависеть от качества теплоизолирующих огнеупорных материалов вокруг датчика. Это изменение будет компенсировано переносом начала шкалы при тестировании измерительного прибора. Электроды 3 и 4 через компенсационные провода (они не обозначены на рис. 1) соединены измерительном прибором.

Следует отметить, что глубина или длина погружения в контролируемую по температуре среду расплавленного металла (конец стержня 1 без изоляции) регулируется винтами 5 (или без них - если стержень 1 туго сидит в трубочке 2). При этом линия среза 6 перемещается в направлении неиспользованного конца стержня или наоборот. Материал стержня 1 и всевозможные изолирующие материалы здесь не приводятся, т.к. относятся к области ноу-хау. Трубочка 2 закреплена на корпусе объекта (печи) через отверстие в корпусе (или без него) и постоянно находится под прикрытием футеровочного материала объекта, т.е. в зоне низких температур.

Описание работы предлагаемого датчика - простое и поэтому понятно любому специалисту по металлургии и по датчикам температуры. Просьба не путать стержень инфракрасного излучения с тугоплавким стержнем в окислительно-восстановительной среде расплавленного металла. Отметим лишь то, что трубочка 2 легко поддается механической обработке, выдержит сотни измерений температуры среды расплавленного металла. Датчик измерения температуры в среде расплавленного металла обеспечит высокое качество ведения металлургического процесса и увеличит срок службы дорогостоящих термопар.

Изобретение относится к области измерительных элементов высоких температур при металлургических процессах. Датчик содержит тугоплавкий стержень, установленный в огнеупорной теплоизолирующей трубочке с возможностью контактирования своим выступающим из трубочки концом со средой расплавленного металла, и термопару с электродами, расположенную в упомянутой трубочке, при этом на другом конце тугоплавкого стержня выполнено гнездо, в котором расположен спай электродов термопары с обеспечением контакта со стержнем. Упомянутая трубочка выполнена состоящей из двух жестко соединенных между собой частей, одной, выполненной из титана, внутри которой расположен конец упомянутого стержня с гнездом для размещения спая электродов термопары, и второй, выполненной из нетеплопроводного материала, внутри которой расположены электроды термопары. Использование изобретения позволяет повысить ресурс работы датчика и точность контроля температуры. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Датчик для измерения температуры в среде расплавленного металла, содержащий тугоплавкий стержень, установленный в огнеупорной теплоизолирующей трубочке с возможностью контактирования своим выступающим из трубочки концом со средой расплавленного металла, и термопару с электродами, расположенную в упомянутой трубочке, выполненной с возможностью стационарного закрепления в имеющем футеровочный слой корпусе объекта с расплавленным металлом, отличающийся тем, что на другом конце тугоплавкого стержня выполнено гнездо, в котором расположен спай электродов термопары с обеспечением контакта со стержнем, при этом упомянутая трубочка выполнена состоящей из двух жестко соединенных между собой частей, одной, выполненной из титана, внутри которой расположен конец упомянутого стержня с гнездом для размещения спая электродов термопары, и второй, выполненной из нетеплопроводного материала, внутри которой расположены электроды термопары, изолированные посредством изолирующего материала.

2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен теплоизолирующим материалом, обмотанным вокруг упомянутой трубочки за исключением выступающего из нее конца тугоплавкого стержня.