SENSOR FOR MEASURING TEMPERATURE IN A MOLTEN METAL MEDIUM
Датчик для измерения температуры в среде расплавленного металла

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.