МОНОБЛОЧНЫЙ СТОПОР

Моноблочный стопор относится к металлургии и используется для регулирования хода разливки стали из промковша, для подачи газа в расплав и измерения температуры расплавленного металла.
Известен стопор для непрерывного измерения температуры расплавленного металла в промковше [патент № JP 2006039, кл. B 22 D 11/10, публ. 1990-01-10], содержащий огнеупорный корпус стопора в форме стержня, который имеет внешнюю поверхность для контакта с расплавленным металлом, и внутреннюю полость, в которой установлена термопара.
Недостатком аналога является низкая точность и запаздывание измерений из-за тепловой инерционности, малый срок службы и частые отказы устройства, связанные с контактным способом измерения температуры.
Известен также моноблочный стопор, предназначенный для непрерывного измерения температуры расплавленного металла в ходе разливки из промковша, [патент US №5361825, кл. B 22 D 41/18. Nov.8, 1994], выбранный за прототип и содержащий корпус стопора в форме стержня с колпачком, имеющий центральную ось, и снабженный двумя продольными каналами, один из которых расположен эксцентрично относительно центральной оси, снабжен термопарой с измерительным кабелями и закрыт около колпачка, а в другом установлен узел крепления стопора на одном конце стержня, а колпачок на другом конце стержня снабжен сквозным отверстием.
Недостатком прототипа является низкая точность и надежность измерений температуры. Связано это с тем, что смещенный относительно центральной оси канал для размещения термопары выполнен, по сути, в стенке стопора, поэтому прочность стопора и равномерность распределения массы по объему стопора нарушается. Это приводит к короблению и перекосу стопора в расплаве, и, в конечном счете, к нарушения процесса выпуска металла из промковша. Для симметрирования центра тяжести поперечного сечения стопора приходится увеличивать толщину стенки в области эксцентрично расположенного канала, что приводит к увеличению тепловой инерции измерений.
Установка термопары в другой канал, который обычно выполняется по геометрической оси стопора (как, например, в аналоге) нежелательна, так как по этому каналу в расплав подается технологический газ, а продувка термопары снижает точность измерений.
Кроме того, прототип также обладает низкой надежностью из-за контактного способа измерения температуры, так как термопара часто сгорает, и непрерывность измерения нарушается.
Технический результат заявленного решения заключается в повышении точности, надежности и продолжительности измерений по сравнению с прототипом.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном моноблочном стопоре, предназначенном для непрерывного измерения температуры расплавленного металла в ходе разливки из промковша, и содержащем корпус стопора в форме стержня, снабженного продольным каналом со сквозными отверстиями, и с узлом крепления стопора на одном конце стержня и с колпачком на другом, и первичный преобразователь температуры, установленный в продольном канале корпуса стопора, первичный преобразователь температуры выполнен в виде полой трубки, составленной из тубусов с оптическими элементами, и установленной с возможностью поворота ее оптической оси.
Тот же результат достигается тем, что тубусы установлены последовательно с возможностью поворота вокруг центров на геометрической оси продольного канала стопора.
Тот же результат достигается тем, что торцы тубуса установлены в контакте с торцами соседним тубусов по поверхности сферы.
В варианте исполнения тот же результат достигается тем, что торцы тубуса установлены в контакте с торцами соседних тубусов по окружности.
Тот же результат достигается тем, что один из торцов тубуса выполнен в форме фланца, снабженного по крайней мере тремя сквозными пазами, и имеющего сферическую форму наружной поверхности в продольном сечении.
Тот же результат достигается тем, что тубус снабжен по крайней мере тремя оптическими элементами, в центре поворота тубуса установлен первый элемент и фокус второго оптического элемента, а фокус третьего оптического элемента установлен в центре поворота соседнего тубуса.
Тот же результат достигается тем, что оптические элементы выполнены в форме линз из материала на основе оксида алюминия и снабжены диафрагмами.
Тот же результат достигается тем, что пазы выполнены с одинаковым шагом по окружности фланцев.
Тот же результат достигается тем, что угловая последовательность пазов каждого последующего тубуса сдвинута относительно угловой последовательности пазов предыдущего тубуса на один и тот же угол.
По сравнению с прототипом полезная модель имеет новую совокупность существенных признаков, т.е. отвечает критерию новизны.
Известно использование оптических труб пирометров для измерения температуры расплавленного металла [заявка RU №2004109917/28, публ. 2005.02.27 Бюл. №6, G01J/00; заявка RU №2003104019/28, публ. 2004.06.10, G01J/00; заявка RU №2004112784/28, публ. 2005.04.10, Бюл. №10, G01J/00]. В данном заявленном решении благодаря установке оптической трубы пирометра во внутренней полости корпуса стопора появляется новое свойство - способность измерять температуру выходящего из промковша потока (ручья) расплавленного металла. Известные трубы оптических систем пирометров не могут быть установлены в промковше, так как место занято стопором, регулирующим разливку металла. Из существующего уровня техники авторам неизвестна установка оптических труб пирометров на стопор. Связано это обстоятельство с тем, что оптическая труба пирометра, установленная в корпусе стопора, кроме тепловых деформаций, испытывает и сильные механические деформации из-за подъема и опускания стопора в процессе регулирования разливки металла, а также из-за действия кориолисовых сил на стопор в воронке вытекающего металла. Поэтому оптические трубки известных пирометров в полости стопора будут сильно изгибаться, их геометрическая ось будет кривой линией. Измеряемое излучение от дна стопора, способное распостраняться по прямой линии, будет испытывать отражение от стенок оптической трубки, т.е. известный пирометр просто "не увидит" дна стопора, а измерит температуру близлежащих поверхностей полости стопора.
Сущность полезной модели заключается в том, что при деформации стопора организуются изломы оптической оси измеряемого излучения в полости стопора, т.е. оптическая ось состоит из прямых отрезков, способных при деформации поворачиваться друг относительно друга. Места стыков этих отрезков или центры поворота сохраняются на геометрической оси стопора. В центрах поворота установлены фокусы оптических элементов, которые "собирают" расходящееся излучение и передают его по прямолинейным отрезкам, только поворачивая в местах стыка. Благодаря этому измеряемое излучение нигде не испытывает отражения от стенок трубки, поэтому пирометр "видит" дно стопора, т.е. полезная модель способна измерять температуру ручья расплава из промковша.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.1 изображена конструкция моноблочного стопора, предназначенного для непрерывного измерения температуры расплавленного металла в ходе разливки из промковша.
Полезная модель содержит корпус 1 стопора со сквозным продольным каналом 2, узел крепления стопора 3 на одном конце и колпачок 4 со сквозным отверстием 5 на другом конце стопора, а также первичный измерительный преобразователь температуры в виде полой трубки, составленной из тубусов 6 и 7 (остальные тубусы не показаны) и установленной в продольном канале 2 корпуса 1 стопора с возможностью
изгиба ее оптической оси. Тубусы 6 и 7 установлены с возможностью поворота относительно находящегося на геометрической оси 8 стопора центра поворота 9, в котором размещен первый оптический элемент 10 тубуса 7, фокус второго оптического элемента 11 тубуса 7, а фокус третьего оптического элемента 12 установлен в центре поворота соседнего тубуса 13. Оптические элементы выполнены в форме линз из материала на основе оксида алюминия, например, сапфира, и снабжены диафрагмами 14. В варианте исполнения один тубус 6 установлен в контакте с соседним тубусом 7 по поверхности сферы, для чего контактирующие торцы тубусов 6 и 7 выполнены в форме вогнутой и выпуклой полусфер, в другом варианте исполнения один тубус 6 установлен в контакте с соседним тубусом 7 по окружности, для чего контактирующие торцы тубусов 6 и 7 выполнены: один в форме выпуклой полусферы, другой - в форме вогнутого конуса. Один из торцов тубуса выполнен в форме фланца 15, снабженного по крайней мере тремя сквозными пазами 16, и имеющего сферическую форму наружной поверхности в продольном сечении. Пазы 16 выполнены с одинаковым шагом по окружности фланца 15. Угловая последовательность пазов 16 каждого последующего тубуса, например, 7, сдвинута относительно угловой последовательности пазов предыдущего тубуса, например, 6, на один и тот же угол.
На фиг.2 показан принцип поворота оптического излучения, когда фокусы F и F' оптических элементов установлены в центре поворота отрезков оптической оси.
Полезная модель работает следующим образом.
При погружении корпуса 1 стопора в расплавленный металл, корпус 1 нагревается, и излучение от внутренней поверхности колпачка 4 попадает в тубус 6 на линзу 12, которая фокусирует излучение колпачка 4 в плоскость линзы 10 соседнего тубуса 7. Линза 10 тубуса 7 проектирует изображение в плоскости линзы 12 тубуса 6 в плоскость линзы 11 тубуса 7. Линза 11 тубуса 7 проектирует изображение в плоскости линзы 10 тубуса 7 в плоскость линзы 12 тубуса 7 и т.д.
При деформации корпуса 1 тубус 6 поворачивается по наружной сферической поверхности своего фланца 15 относительно внутренней поверхности продольного канала 2 вокруг центра поворота 9, а тубус 7 поворачивается по сферической поверхности своего торца относительно сферической или конусной поверхности торца тубуса 6 вокруг того же центра поворота 9. Линзы 12 тубуса 6 и 11 тубуса 7 поворачиваются относительно друг друга, сохраняя свои фокусы в центре поворота 9, который остается на геометрической оси продольного канала 2. Пятно засветки линзы 11 смещается (фиг.1), но при соответствующем запасе светового диаметра линзы 11 измеряемое излучение полностью проходит через линзу 11, оставаясь параллельным стенкам тубуса 7.
Для защиты от фонового излучения стенок тубусов 6, 7 оптические
элементы 12, 9, 11 снабжены дифрагмами 14. Для этой же цели стенки тубусов 6, 7 снаружи охлаждаются путем продувки через пазы 16 струи технологического газа, например, аргона. Благодаря установке пазов 15 со сдвигом от тубуса к тубусу струя газа закручивается по спирали, повышая эффуктивность охлаждения.