Устройство для контроля уровня расплава в печи Советский патент 1984 года по МПК C21C5/56 

Изобретение относится к устройствам теплометрических датчиков уровня предназначенных для контроля уровня высокотемпературных агрессивных расплавов, например, жидкого шлака, сил катов, силико- и ферромарганца в соо ветствующих плавильньк агрегатах. Известно устройство для контроля уровня шлака и металла при электрошлаковом переплаве, устанавливаемое в отверстие кристаллизатора, содержа щее термочувствительньм элемент, помещенньй в водоехлаждаемом корпуев 1. Однако корпус описанного устройст ва требует интенсивного охлаждения при работе в условиях неохлаждаемых футерованных печей (в противном случ торец устройства может подплавиться) При мощном охлаждении устройства его торец покрьгоается слоем застывшего расплава, который в этих условиях резко уменьшает точность контро ля уровня. Кроме того, на порядок увеличивается инерционность устройст ва, а это делает практически невозможным контроль и регулирование уров ня расплава. Известно также устройство для непрерьшного измерения температуры горячих сред в реакционных сосудах, в котором термодатчик установлен в трубке из жароупорного материала, проходящей через стенку печи. Обраще ньй к расплаву конец трубки закрыт вставкой из теплопроводного материала, расположенной заподлицо с внутренней поверхностью печи и контактирующей вторым торцом с защитной оболочкой датчика 2 . Указанньй датчик температуры не может быть использован в качестве датчика уровня расплава,так как позволяет получать лишь усредненные зна чения колебаний температуры, неадекватные колебаниям расплава из-за неконтролируемых утечек через боковую поверхность вставки из теплопроводно го материала, достигающей длины 0,5 для стеклоплавильных печей. Близ кое расположение термодатчика к расп лаву исключается из-за низкой стойкости используемых в промьшшенности термодатчиков. Установка защитных колпачков на торце устройства, обращенном к расплаву, недопустима, по причине их влияния на время установления показаний. БолЫпую погрешность в измерение колебаний уровня по температурному параметру вносит неконтролируемое контактное термическое сопротивление термодатчик - теплопроводная вставка. Кроме тогО; при некоторых условиях, определяемых приведенными в описании изобретения расчетами, возможно расплавление теплопроводной вставки и зашлаковка отверстия, Гсключающая возможность контроля по температурным данным. Наиболее близким к изобретению является устройство для контроля уровня шлака и металла, устанавливаемое в отверстие в стенке кристаллизатора, состоящее из полого охлаждаемого цилиндра с массивым дном, в котором между торцом, обращенным в плавильное пространство, и полостью охлаждения установлен термочувствительный преобразователь - датчик теплового потока (ДТП). Массивное дно охлаждаемого цилиндра, играющее роль теплопровода, имеет переменное сечение, уменьшающееся в направлении плавильного пространства от полного сечения цилиндра до 0,5-1,0 площади сечения . I. Недостатком известного устройства является низкая точность. При малом отношении термического сопротивления теплопровода между торцом устройства, обращенным в плавильное пространство, и ДТП к термическому сопротивлению перехода массивное днище - стенка печи устройство не может надежно функционировать. При печи 2 Вт/м-К и «д теплопровода 350 Вт/МК возможно прогорание днища (теплопровода) устройства и попадание хладагента в плавильное пространство, что недопустимо. При большом отношении этих термических сопротивлений утечки теплоты через боковую поверхность теплопровода могут стать сравнимыми и даже большими, чем тепловые потоки, воспринимаемые ДТП. Это обстоятельство резко снижает точность контроля уровня. Цель изобретения - повьш1ение точности контроля уровня при работе с высокотемпературными агрессивными расплавами. Цель достигается тем, что в устройстве для контроля уровня расплава в печи, содержащем охлаждающий корпус, датчик теплового потока и теплопровод, последний выполнен в виде цилиндрического сегмента,который ус тановлен перпендикулярно стенке печи заподлицо с ее внутренней поверхнос тью и выполнен с возможностью контак та с датчиком теплового потока, при этом отношение термического сопротив ления перехода печь - теплопровод к термическому сопротивлению теплопровода R определяется следующим соотношением: 0.46 1к 500. (1) Теплопровод выполнен в виде усеченного коническо-цилиндрического сегмента, большее основание которого обращено в плавильное пространство, а боковая плоская поверхность перпен дикулярна вертикальной оси иечи. На фиг. 1 изображено устройство, смонтированное в стенке печи, вертикальный разрез; на фиг, 2 - разрез на фиг, 1, Устройство содержит ДТП 1, соединенный с блоком 2 регулирования уров ня расплава, ДТП 1 установлен в охлаждаемом корпусе 3 и контактирует с теплопроводом 4, который расположе в печи 5, а его торец 6 выходит в плавильное пространство 7 с расплавом 8 заподлицо с внутренней поверхностью печи. Теплопровод 4 выполнен в виде цилиндрического сегмента (сечение - сегмент 9), плоская грань которого параллельна уровню расплава Вьшолнение теплопровода в виде ци лирдрического сегмента позволяет при сохранении линейной тепловой картины регулирования за счет линеаризации площади боковой поверхности (Теплопровода (т,е, минимизации утечек теплоты черея эту поверхность) увеличить координатную чувствительность датчика уровня (т,е, точ ность контооля). Распределение тепловьос потоков в области границы раздела имеет вид несимметричного колокола. Приемная площадка в виде сегмента, ширина которого переменна, позволяет преобразовать тепловую картину таким образом, что вершина колокола смещается и расширяется линейный участок кр вой регулирования (динамический диапазон) при сохранении высоты приемной площадки. Сопоставление экспериментальных данных, полученных с помощью датчиков уровня,с приемными площадками в виде прямоугольника (из вестное устройство) и.сегмента позволяет получить для координатной чув- ствительности в первом случае значение 1±0,1 мВ/мм и во втором 2,4 + + 0,2 мВ/мм, что по точности лучше более чем на 100%, Дополнительные ограничения на точность контроля уровня расплавов оказывают утечки через боковую поверхность теплопровода в -условиях неохлаждаемых печей, например стеклоплавильной печи из шамота. При этом определяющее значение имеет выбор материала протяженного по толщине печи теплопровода и соответственно термические сопротивления переходов печь - Тйплопровод, Точность контроля удовлетворительна, если отношение максимальной теплоты утечек к теплоте, воспринимаемой торцом теплопровода, не больше суммарной относительной погрешности, вносимой другими факторами, например точностью измерений теплового потока, градуировкой ДТП и др. Плотность теплового потока vTe4eK от теплопровода к стенке печи лТт-ьТп - средний перепад температур между теплопроводом и стенкой печи; т перепады температур по длине теплопровода и толщине стенки печи, другой стороны, Ячт Нг-Яп ,, (3) де О-, а„ - плотности тепловых потоков, падающих на торец теплопровода и стенку печи; ,7ln теплопроводности теплопровода и материала печи; у t п длина теплопровода и толщина стенки печи. з сравнения (2) и (3) получим йТт-&Тп I т Т -р-ьТ --р-ьТп с Сп

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ УРОВНЯ РАСПЛАВА В ПЕЧИ, содержащее охлаждающий корпус, датчик теплового потока и теплопровод, о т л и ч а ющ е е с я тем, .что, с целью повышения точности контроля уровня при работе с высокотемпературными агрессивными расплавами, теплопровод выполнен в виде цилиндрического , которьй установлен перпендикулярно стенке печи заподлицо с ее внутренней поверхностью и выполнен с возможностью контакта с датчиком теплового потока, при этом отношение термического сопротивления перехода печь теплопровод R к термическому сопротивлению теплопровода RT определяется следующим соотношением: RT 0,4 i 6 500 2. Устройство по п. 1, о т л и чающееся тем, что теплопровод (Л выполнен в виде усеченного коническоцилиндрического сегмента, большее основание которого обращено в плавильное пространство, а боковая плоская д поверхность перпендикулярна вертикальной оси печи. :о о 9д СП