Измерение температуры жидкого металла

Обновлено: 04.05.2024

Почти на всех промышленных этапах производства поддержание заданной температуры является фактором, обеспечивающим технологический процесс и качество продукции. Бесконтактные инфракрасные термометры получили при этом широкую известность в качестве измерительной техники, поскольку они не оказывают влияния на объект измерения. Это касается и процесса измерения металлов.

Правильный контроль и управление температурой технологического процесса требуют качественного консультирования со стороны изготовителя или базовых знаний по измерительной технике у клиента. В данной статье приводится основная информация по важным параметрам, например, коэффициенту излучения и отражения, а также вытекающим из них ошибкам измерения. Дополнительно показывается, какое влияние они оказывают на измерение металлов, и почему здесь возможно использование надёжного и воспроизводимого бесконтактного способа измерения.

Инфракрасный спектр излучения

Если объект имеет температуру выше абсолютного нуля 0 K (–273,15 °C), то он испускает пропорциональное своей собственной температуре электромагнитное излучение. Инфракрасная спектральная область занимает при этом во всём электромагнитном спектре излучения только очень ограниченный участок. Он располагается от конца видимой спектральной области около 0,78 мкм до значений длины волны 1 000 мкм. Спектр представляющего интерес для измерения температуры инфракрасного излучения достигает диапазона от 0,8 до 14 мкм. Выше данных значений длины волны количества энергии незначительны до такой степени, что чувствительность детекторов недостаточна для их измерения.

Испускаемое объектом инфракрасное излучение проходит сквозь атмосферу и может с помощью линзы фокусироваться на детектор. Детектор генерирует электрический сигнал, соответствующий излучению. Преобразование сигнала в пропорциональную температуре объекта выходную величину осуществляется посредством усиления сигнала и последующей цифровой обработки. Измеряемая величина может отображаться на дисплее или выдаваться в качестве электрического сигнала.

Стандартные выходы для передачи измеряемых величин в системы регулирования доступны в форме линейных сигналов 0/4–20 мА, 0–10 В и в качестве сигналов термопар. Помимо этого, большинство используемых сегодня инфракрасных термометров имеют цифровые интерфейсы (USB, RS232, RS485, реле, PROFIBUS DP, шина данных CAN, Ethernet) для вывода данных, а также для прямого доступа к параметрам устройств.

Характеристика инфракрасного излучения металлических поверхностей подробнее описывается в следующих разделах. Сначала даётся краткая информация о детекторе и преобразовании сигнала в температуру объекта.

Расчёт температуры с помощью инфракрасного излучения

Будучи приёмником излучения, детектор является самым важным элементом каждого инфракрасного термометра. Вследствие поступающего электромагнитного излучения возникает электрический сигнал, который можно точно проанализировать. Сигнал детектора U и температура объекта T_{Объекта} имеют следующую взаимосвязь:

Сигнал детектора, полученный из испускаемого излучения объекта в общем спектре излучения, увеличивается пропорционально четвёртой степени абсолютной температуры объекта. Это означает следующее: если температура объекта измерения увеличивается в два раза, сигнал детектора повышается на коэффициент 16.

Поскольку необходимо учитывать вместе со степенью излучения ε объекта и отраженное излучение окружающей среды на поверхность объекта T_{Окр. ср.} и собственное излучение инфракрасного термометра T_Пиром. (C — специфичная для устройства постоянная), формула меняется следующим образом:

К тому же, инфракрасные термометры работают не в общем спектре излучения. Показатель степени n зависит от длины волны. Показатель n для длин волн от 1 до 14 мкм находится в диапазоне 17…2, у коротковолновых измерительных приборов для определения температуры металла (от 1,0 до 2,3 мкм) — между 15…17:

Температура объекта рассчитывается посредством перестановки последней формулы. Результаты расчётов для всех встречающихся значений температуры в виде семейства кривых сохраняются в памяти ЭСППЗУ инфракрасного термометра:

Инфракрасные термометры получают достаточно сигнала для измерения температуры. Исходя из уравнений видно, что наряду с областью длины волны (спектр излучения) важное значение имеет и отражённое излучение окружающей среды и коэффициент излучения, когда требуется точно определить температуру. Значение данного параметра выводится и объясняется в дальнейшем.

Модель АЧТ — важная опорная характеристика

Уже в 1900 году Планк, Стефан, Больцман, Вин и Кирхгоф дали точное определение электромагнитному спектру и установили количественные и качественные взаимосвязи для описания инфракрасной энергии. Модель АЧТ образует базу для понимания физических основ бесконтактной технологии измерения температуры и калибровки инфракрасных термометров.

С одной стороны, модель АЧТ представляет собой тело, которое поглощает всё падающее на него излучение; на нем не появляется ни отражение (ρ = 0), ни передача (τ = 0). Его коэффициент поглощения α составляет единицу. С другой стороны, модель АЧТ в зависимости от своей собственной температуры для каждой длины волны испускает максимально возможное количество энергии. Его коэффициент излучения ε также составляет единицу.

Конструкция модели АЧТ очень проста. Нагреваемое закрытое полое тело, которое на одном конце имеет небольшое отверстие. Если это тело довести до любой, но постоянной температуры, то эта полость будет находиться в температурном равновесии, и из отверстия будет выходить идеализированное излучение общего электромагнитного спектра.

Закон излучения Планка показывает основную взаимосвязь для бесконтактного измерения температуры. Он описывает специфичное спектральное излучение M λs модели АЧТ в полупространстве в зависимости от своей температуры T и рассматриваемой длины волны λ (c: скорость света, h: квант действия по Планку):

Verlauf der spezifischen spektralen Ausstrahlung eines schwarzen Strahlers

На прилагаемой диаграмме для примеров температуры показано в каждом случае в логарифмическом виде спектральное излучение M λs модели АЧТ выше длины волны λ.

Можно вывести несколько взаимосвязей. Краткая характеристика двух из них даётся далее. За счёт интеграции спектральной интенсивности излучения по всем длинам волн от нуля до бесконечности получают величину для всего испускаемого телом излучения. Эту взаимосвязь обозначают как Закон Стефана-Больцмана. Практическое значение бесконтактного измерения температуры уже пояснялось в разделе по расчёту температуры.

Второй видимой из графического изображения взаимосвязью является то, что длина волны, при которой возникает максимальная интенсивность излучения, при увеличении температуры смещается в область коротковолнового диапазона. Эта характеристика лежит в основе Закона смещения Вина и выводится путем дифференцирования из уравнения Планка.

Следовательно, высокая интенсивность излучения является основанием, но не самым важным, для того, почему металлы, имеющие высокую температуру, измеряются при коротких длинах волн. В длинноволновом диапазоне тоже имеется весьма высокая интенсивность. Наибольшее влияние оказывают коэффициент излучения и отражения, а также вытекающие из них ошибки измерения, поскольку в случае с металлом речь идёт о селективном излучателе.

Металлические поверхности в качестве селективного излучателя

В реальности едва ли тело соответствует идеалу АЧТ. На практике же поверхности излучателя используются для калибровки датчиков, которые в требуемом диапазоне длин волн достигают коэффициенты излучения до 0,99. С помощью коэффициента излучения ε (эпсилон), который показывает соотношение реальной величины излучения объекта и чёрного излучателя при одинаковой температуре, можно прекрасно измерять температуру объекта посредством измерения излучения. Коэффициент излучения при этом всегда находится между нулём и единицей; недостающая доля излучения компенсируется посредством указания коэффициента излучения.

Многие измеряемые поверхности имеют постоянный коэффициент излучения высших длин волн, но испускают по сравнению с АЧТ меньше излучения. Они называются серыми излучателями. Большое количество неметаллических материалов обладают как минимум в длинноволновой спектральной области, независимо от свойств их поверхности, высоким и относительно постоянным коэффициентом излучения.

Объекты, чьи коэффициенты излучения среди прочего зависят от коэффициента излучения и длины волны, например, металлические поверхности, называются селективными излучателями. Имеются несколько важных причин, по которым измерение металлов должно всегда выполняться в коротковолновом диапазоне. Во-первых, металлические поверхности при высоких температурах и коротких длинах измеряемых волн (2,3 мкм 1,6 мкм; 1,0 мкм, 0,525 мкм) имеют не только максимальную интенсивность излучения, но и максимальный коэффициент излучения. Во-вторых, здесь они уравниваются с коэффициентом излучения оксидов металлов, так что погрешности температуры, вызванные изменяемым коэффициентом излучения (побежалостью), уменьшаются.

Другим важным моментом, влияющим на выбор инфракрасного термометра, выполняющего измерения в диапазоне коротких волн, является то обстоятельство, что металл по сравнению с другими материалами может обладать неизвестными коэффициентами излучения. Пирометры, выполняющие измерения в диапазоне коротких волн, существенно уменьшают погрешности измерения при неправильно настроенном коэффициенте излучения.

Инфракрасный термометр optris для измерения металлов

Фирма Optris GmbH предлагает широкий выбор пирометров измерения температуры металлов и тепловизоров для разнообразных областей применения в металлообрабатывающей промышленности.

Высокотемпературные измерения металлов

Следующие инфракрасные термометры отлично подходят для измерения очень высоких температур металлов, оксидов металлов и керамики:

: 250–2 200 °C* с инновационным двойным лазером: 250–2 200 °C* : 385–1 800 °C* : 700–1 800 °C*

Низкотемпературные измерения металлов

Измерительные приборы широко используются в металлообрабатывающей промышленности и для измерений в низком диапазоне температур. Для данного случая применения фирма Optris предлагает следующие инфракрасные термометры:

Измерение температуры жидких металлов

Благодаря очень короткой длине волны измерения, следующие инфракрасные термометры наилучшим образом подходят для измерения температуры жидких металлов:

Тепловизоры для измерения температуры металлов

Тепловизоры серии optris PI могут применяться также для измерений температуры металла в следующем диапазоне:

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Если у тебя прекрасная жена, офигительная любовница, крутая тачка, нет проблем с властями и налоговыми службами, а когда ты выходишь на улицу всегда светит солнце и прохожие тебе улыбаются - скажи НЕТ наркотикам. Законы Мерфи (еще. )

Измерение - температура - жидкий металл

Измерение температуры жидкого металла термопарами производится путем погружения термопары в металл: ванны печи, на желобе, в ложке, в ковше, в струе. В качестве вторичных приборов, как правило, применяются автоматические потенциометры. [1]

Для измерения температуры жидких металлов при помощи световода, погруженного непосредственно в расплав и выводящего его тепловое излучение в безопасную эдну, применяют иммерсионные пирометры. [2]

При измерении температуры жидкого металла термопарами кратковременного погружения большое значение имеет защита рабочего конца. Применение термопар с открытым концом ( голым спаем) не дает положительных результатов из-за растворимости большинства электродов в жидких металлах ( платина, вольфрам, молибден и др.), поэтому необходим специальный наконечник, защищающий рабочий конец термопары от соприкосновения с металлом и шлаком. При выборе материала для наконечников необходимо учитывать возможную реакцию между материалом наконечника и термопарой при высокой температуре в окислительной или восстановительной средах. [3]

Предназначены для измерения температуры жидкого металла . [4]

Вольфрам-молибденовые термопары используют для измерения температуры жидких металлов ( до 1850 С) - путем кратковременных погружений. В таких термопарах вольфрамовый термоэлектрод является положительным, а молибденовый - отрицательным. [5]

Применение термопар платиновой группы для измерения температуры жидких металлов обходится государству чрезвычайно дорого. Подсчитано, что в случае обеспечения термопарами ПР 30 / 6 всех металлургических заводов безвозвратные потери платины и родия составили бы примерно 50 кг в год, не считая примерно 300 кг этого материала, который был бы изъят из обращения, поскольку они находились бы в термопарах. [6]

Применение цветовых пирометров создает более благоприятные условия для измерения температуры жидких металлов . Однако использование автоматических цветовых пирометров для измерения температур жидких металлов ограничено главным образом из-за сложности и дороговизны этих приборов, а также из-за трудности доступа к поверхности жидкого металла в плавильном агрегате. [7]

Пирометры полного излучения ( радиационные пирометры) для измерения температуры жидких металлов применяются редко главным образом из-за неопределенности суммарного коэффициента черноты. [8]

Термопару платинородий-платиновую ( ПП-1) широко применяют для измерения температуры жидких металлов , хотя неоднократные испытания показали, что эта термопара в рассматриваемых условиях является наименее стабильной. При периодических погружениях термопары в жидкий металл быстро ухудшается и без того ее малая механическая прочность. [9]

По сравнению с платинородий-платиновой молибден-вольфрамовая термопара не имеет такого широкого применения при измерении температуры жидкого металла , хотя ее использование для этой цели вообще может дать удовлетворительные результаты. Особенный интерес молибден вольфрамовая термопара представляет в связи с тем, что она может применяться до - значительно более высоких температур чем платииородий-платнновая. [10]

Ниже описываются некоторые устройства для загрузки шихты, применимые в печах полунепрерывного действия, а также конструкции дозаторов, устройств для взятия проб и измерения температуры жидкого металла термопарой погружения. [11]

Применение цветовых пирометров создает более благоприятные условия для измерения температуры жидких металлов. Однако использование автоматических цветовых пирометров для измерения температур жидких металлов ограничено главным образом из-за сложности и дороговизны этих приборов, а также из-за трудности доступа к поверхности жидкого металла в плавильном агрегате. [12]

Стремление создать высокотемпературные термоэлектрические термометры из более дешевых и менее дефицитных тугоплавких металлов экономически целесообразно. Кроме того, создание - высокотемпературных термоэлектрических термометров при современных требованиях промышленности является и необходимостью, так как контактный метод измерения температуры жидких металлов обеспечивает более высокую точность измерения, чем методы измерения температуры тел по их излучению ( гл. Термоэлектрические термометры с электродами из вольфрам-рениевого сплава находят широкое применение для длительного и кратковременного измерения температуры до 2000 - 2500 С в нейтральной или восстановительной газовой среде. [14]

Таким образом осуществляется сравнительно стойкий термоприемник, который может находиться в среде жидкого металла более или менее длительное время и воспринимать непрерывные изменения его температуры. Пла-тинородий-платиновая термопара успешно применяется в оболочке из кварцевого стекла, однако только при кратковременном погружении. В данном случае возможно лишь практически мгновенное и периодически повторяющееся измерение. Таким образом осуществляется способ малоинерционной термопары ( или способ быстрого погружения), имеющий в настоящее время наиболее важное значение по сравнению с другими существующими способами измерения температуры жидкого металла . При использовании в контактных способах пирометров излучения последние сопрягаются с погружаемой в металл закрытой с одной стороны огнеупорной ( калильной) трубкой. Если трубка достаточно хорошо воспроизводит условия полного излучателя, то пирометр показывает истинную температуру металла. Калильные трубки делают из графита или карборунда. Другими огнеупорными материалами пользуются редко из-за их недостаточной стойкости в среде жидкого металла. [15]

Температуры жидкого металла в различных точках сварочной ванны могут сильно различаться между собой. Она может быть как несколько ниже Ты вследствие кристаллизационного переохлаждения, так и выше при больших скоростях движения жидкого металла вдоль твердой границы. [2]

Температура жидкого металла является важным технологическим параметром в металлургическом и литейном производстве. Отклонение температуры металла от оптимальной на 20 С значительно сказывается на количестве и качестве готового продукта. В зависимости от состава металла, массы и конфигурации литья существует наивыгоднейшая минимальная величина перегрева над температурой кристаллизации, обеспечивающая достаточную для заполнения форм текучесть металла. Температуру жидкого металла измеряют либо по его излучению, либо контактным методом с помощью термопар кратковременного или длительного погружения. [3]

Температура жидкого металла в этом случае определяется по трем реперным точкам с помощью простого вычислительного устройства. [5]

Температура жидкого металла сварочной ванны обычно значительно выше, чем при литье. Перегрев металла сварочной ванны в сравнении с температурой плавления сплава данного состава достигает нескольких сот градусов. Скорость охлаждения металла сварных швов вследствие небольших объемов сварочной ванны и высокого теплоотвода во много раз превышает скорость охлаждения отливок. Поэтому физико-химические процессы при кристаллизации сварных швов, например диффузия, ликвация и др., приобретают иной характер, чем при кристаллизации отливок. [6]

Проверка температуры жидкого металла осуществляется путем взятия технологических проб. Для этого в расплавленный металл на глубину 100 мм погружается мягкая железная проволока диаметром 5 мм. Если конец опущенной в металл проволоки плавится в течение 4 - 5 сек. [7]

Обозначим температуру жидкого металла , стекающего с катода, через / Гор. [9]

При температурах жидкого металла азот физически растворяется в железе и его сплавах. [11]

С увеличением температуры жидкого металла и площади его соприкосновения со сварочной атмосферой возрастает концентрация поглощенных им газов. В некоторых случаях это способствует образованию межкристаллитных микротрещин и повышению хрупкости металла шва. Результаты металлографического исследования показывают, что количество и размеры микротрещин в шве на молибдене пропорциональны жесткости его нагрева. [14]

Причем повышение температуры жидкого металла приводит к увеличению содержания газов в сплаве, в результате чего его литейные и механические свойства понижаются. [15]

Измерение температуры жидкой стали в металлургическом производстве

Измерение температуры жидкой стали в металлургическом производстве производиться чаще всего платиновыми термопарами градуировки В и S. В России наибольшее распространение получили термопары градуировки В, в европейских странах в основном используется градуировка S Термопара (или как ее еще называют пакет, зонд, термопреобразователь) представляет собой картонную трубку, на одном конце которой находиться чувствительный элемент – собственно сама термопара. Чувствительный элемент состоит из керамического основания, платиновой термопары, расположенной внутри кварцевой трубочки и контактной группы. Контактная группа выполнена из полипропилена и двух медных контактных проводников, к которым приварена платиновая проволока. Чувствительный элемент на клею с натягом посажен с торца в картонную гильзу пакета.

Кварцевая трубочка с проволокой защищена стальным колпачком, который может быть дополнительно защищен картонным колпачком. Пакет надевается на жезл или манипулятор и погружается в расплавленную сталь. Измерение длиться от 3 до 6 секунд – именно за такое время при благоприятных условиях термопара успевает прогреться до температуры жидкой стали. Вторичный прибор фиксирует факт установления показаний температуры и термопара извлекается из стали. Пакет является одноразовым изделием и после извлечения снимается с жезла и выбрасывается. Погрешность измерения применяемых термопар составляет 0…+3 °С. В качестве компенсационных проводов для термопар градуировки В используется обычный медный провод. В той части жезла или манипулятора где возможно воздействие высоких температур используется специальный кабель КМЖ (кабель медный жаростойкий) способный работать при температурах до 500 °С. Как правило, при штатном протекании процесса измерения та часть жезла или манипулятора, которая закрыта картонной гильзой пакета не нагревается.

За 10 секунд нахождения пакета в расплавленной стали картонная гильза обгорает примерно на половину своей толщины, но ни металлический контактный блок, ни металлический жезл под пакетом не нагреваются. Нагреваются лишь те части жезла или манипулятора (за счет налипания брызг шлака и металла и теплового излучения), что не защищены пакетом. Это и обуславливает необходимость применения КМЖ.

Слабым местом КМЖ является высокая гигроскопичность изолирующей засыпки кабеля. В результате насыщения засыпки кабеля влагой сопротивление между жилами резко падает, что ведет к увеличению погрешности измерения (причем измеренное значение температуры становиться существенно больше реального). Сопротивление между жилами КМЖ в случае необходимости контролируется с помощью мегомметра или мультиметра с пределом измерения сопротивления не менее 200 МОм. Сопротивление между жилами должно быть не менее 50 МОм, в противном случае КМЖ следует заменить. Это же касается и гибких соединительных компенсационных проводов, идущих к вторичному прибору.

Большое влияние на качество замера оказывает количество влаги, содержащейся в картонной гильзе пакета. В случае ее большого содержания при погружении пакета в сталь возникают биения из-за испарения этой влаги. Поэтому перед применением пакеты желательно просушить. При поставке зондов с завода-производителя содержание влаги в них составляет от 7 до 10% по массе. При их транспортировке и хранении до использования содержание влаги в может измениться. Рекомендуется хранить зонды в теплых и сухих помещениях. Опыт показывает, что при хранении при температуре 20°C и относительной влажности 50 - 70 % содержание влаги в зондах стабилизируется на уровне 7 - 9%.

Также качество замера зависит от глубины погружения пакета в жидкую сталь. Недопустимо, чтобы при измерении термопара пакета находилась в зоне разделения двух сред – шлака и металла. Так как из-за существенной разницы в температурах шлака и металла может возникнуть такая ситуация, когда при трех последовательных замерах с интервалом в несколько минут показания будут следующими: 1705°, 1560°, 1648°. При том, что реальные значения температуры стали в это же время были равны 1540°, 1550°, 1565° соответственно.

Наибольшее распространение на уральских металлургических заводах нашло оборудование отечественного предприятия ООО «Теплоприбор-ЭкспрессАнализ» и бельгийской компании Heraeus Electro-Nite. Рассмотрим основной комплект оборудования и расходных материалов компании Electro-Nite.

С чувствительного элемента (термопары) сигнал термоЭДС снимается посредством контактного блока Positherm или Celox. Контактный блок Positherm имеет два вывода: Т+ и Т-. Контактный блок Celox имеет четыре вывода: кроме тех же температурных контактов Т+ и Т- он дополнительно имеет два вывода на окисленность О+ и О- для работы с комбинированными зондами (пакетами) Celox. Выводы Т- и О- соединены соеденены между собой внутри контактного блока. Выводы контактных блоков имеют ту же цветовую и символьную маркировку, что и КМЖ. Сигнал с термопары посредством внутреннего и внешнего компенсационного провода передается на вторичный показывающий прибор Digitemp или MultiLab.

Пакеты (термопреобразователи) фирмы Electro - Nite выпускаются нескольких модификаций. Для жезлов ручного замера в основном применяют пакеты Positherm и Celox под наконечник жезла Celox , который имеет наружный диаметр 16 мм . Наконечник жезла Celox комплектуется контактным блоком Positherm или Celox .

Автоматические манипуляторы замера температуры MORE Catfis комплектуются наконечниками жезла BSE или MORE . Наконечник жезла BSE с внешним диаметром 39 мм комплектуется стандартным контактным блоком Positherm или Celox и ориентирован под пакеты Positherm и Celox типа BSE . Наконечник жезла More комплектуется контактным блоком EN -3 и имеет наружный диаметр 27 мм . Этот наконечник жезла и контактный блок были разработаны итальянской компанией More – производителем автоматических манипуляторов для замера температуры расплавленных металлов в металлургических печах. Пакеты под наконечник жезла и контактный блок More также выпускаются фирмой Electro - Nite . Выбирая тот или иной наконечник жезла ( BSE или More ) для применения на автоматическом манипуляторе необходимо учитывать их достоинства и недостатки.

К недостаткам наконечника жезла BSE можно отнести его более низкую изломостойкость, по сравнению с наконечником жезла More . В случае если при перемещении манипулятора наконечник жезла во что-то упрется (заросший порог печи, нерасплавленный тяжеловесный лом в ванне печи и т.п.) то он может сломаться. Применяемый контактный блок Celox также является слабым местом, так как он имеет существенную длину ни чем не защищенной выступающей части. Но высокая технологическая дисциплина персонала может сделать эти недостатки несущественными. Наконечник жезла BSE с контактным блоком Celox так же более требователен к остаточной влажности пакетов Celox – комбинированных зондов для одновременного измерения температуры жидкой стали и ее окисленности. Наружная металлическая поверхность контактного блока Celox является плюсовым выводом окисленности. При большом выделении влаги из непросушенного пакета в процессе его погружения в горячий металл плюс окисленности через пленку воды электрически соединяется с заземленным наконечником жезла. Это приводит к непредставительному замеру окисленности с сильными колебаниями показаний. Избавиться от этого недостатка можно только применяя предварительно просушенные пакеты. Кроме того, влага вместе со смольным компонентом (выделяющимся при горении пропитанной клеем картонной гильзы пакета) через зазор между корпусом контактного блока и наконечником жезла BSE проникает внутрь наконечника жезла и постепенно впитывается гигроскопичной засыпкой КМЖ. Это приводит к уменьшению сопротивления изоляции кабеля КМЖ и завышению (. ) показаний измеренной температуры. Данный недостаток можно устранить герметизацией зазора намоткой изоляционной ПВХ ленты.

К достоинствам наконечника жезла BSE можно отнести все же более высокий ресурс работы применяемого контактного блока Celox по сравнению с контактным блоком EN -3. Но, пожалуй, в большинстве случаев определяющим фактором применения BSE является более низкая стоимость пакетов.

К достоинствам наконечников жезла More можно отнести то, что их труднее сломать. При ударе о препятствие они, как правило, гнуться, но не ломаются. Выпрямить погнутый наконечник жезла More можно даже не демонтируя его с манипулятора. Применяемый контактный блок EN -3 защищен от механических повреждений, так как полностью находиться внутри наконечника жезла. Кроме того наконечник жезла More имеет меньшую стоимость и более ремонтопригоден, так как имеет более простую конструкцию.

К недостаткам наконечников жезла More можно отнести то, что применяемые в них контактные блоки EN -3 требуют более частой очистки и чаще выходят из строя при попадании на них горячего металла или шлака. Кроме того пакеты под данный тип наконечника жезла имеют более высокую стоимость.

На машинах непрерывного литья заготовок нашла применение система постоянного измерения температуры с многоразовыми пакетами Contitherm. В процессе работы эти пакеты погружаются в расплавленную сталь и осуществляют непрерывное измерение ее температуры. Ресурс пакета рассчитан приблизительно на 24 часа работы. При смене промковша Contitherm извлекается из него с помощью манипулятора и при постановке нового промковша в позицию разливки вновь погружается в жидкую сталь.

По своей сути Contitherm является все той же термопарой градуировки В, но имеет усиленную жаропрочную оболочку из алюмографита. Термопару размещают так, чтобы её нижний конец находился на глубине примерно 510 мм в зоне выпускного отверстия пром. ковша. Контактный блок Contitherm и компенсационный кабель имеют несколько иную конструкцию – это связано с тем, что зона контакта в процессе работы может нагреваться до 400°С, что является допустимым нагревом. Термопара Contitherm прогревается от комнатной температуры до до температуры 1540 °С за 1 – 2 мин. После этого она реагирует на изменение температуры со скоростью ±10 °С/мин.

Для увеличения времени работы постоянного замера на некоторых предприятиях термопару Contitherm дорабатывают. На то место термопары, которое будет находиться в слое шлака одевают керамическую втулку подходящего диаметра. Как правило, для этих целей используют обрезок керамического сталеразливочного стакана машины непрерывного литья заготовок. Втулку крепят к термопаре с помощью футеровочной массы, используемой для заливки промковшей и стальковшей. Чаще всего термопара постоянного замера температуры Contitherm выходит из строя при ее извлечении из промковша из-за врастания ее в слой шлака. Поэтому при извлечении Contitherm рекомендуется сначала еще немного глубже погрузить ее в ковш, а уже потом поднимать.

В удобное для восприятия человеком числовое значение температуры измеренная термоЭДС преобразуется вторичными приборами Digitemp или MultiLab III Celox. Прибор Digitemp имеет всего один вход для подключения термопары. Он имеет встроенную плату Profibus для передачи данных в PLC и релейную плату для формирования световых сигналов на светофоре. Digitemp может быть настроен на работу с термопарами разового замера или с термопарами постоянного замера. Прибор Multilab III Celox имеет расширенные коммуникационные возможности (Profibus, COM, TTY), сенсорный ЖК дисплей, на котором в графическом и цифровом виде отображается процесс измерения температуры и окисленности жидкой стали, а также релейные карты переменного и постоянного тока для формирования световых сигналов на светофоре или других целей.

В случае применения термопар разового замера действительное значение температуры определяется по факту выделения прибором так называемой площадки. При погружении пакета в расплавленную сталь первоначально показания термопары растут очень быстро, затем их рост замедляется и наконец останавливается. Заданные пользователем характеристики площадки позволяют прибору определить, что рост показаний остановился и измеренное значение температуры равно действительному. Площадка описывается двумя параметрами: длительностью площадки (в секундах) и изменением температуры (дельты) в пределах границ площадки (в градусах). Например, задана площадка с параметрами 0,8 сек и 10°С. То в момент времени когда скорость роста значения измеренной температуры станет меньше 10°С за 0,8 секунд прибор завершит измерение, так как посчитает, что измеренное значение достигло действительного значения температуры.

Уменьшение времени выделения площадки и увеличение дельты температуры приводит к снижению точности измерения, но время измерения при этом уменьшается, что является положительным фактором. Идти на ухудшение параметров площадки приходиться в случае если процесс замера не стабилен, наблюдаются значительные колебания температуры, например, из-за сырых пакетов. Увеличение времени площадки и уменьшение дельты приводит к повышению точности замера, но существенно повышает его продолжительность.

На стабильность получения результатов замеров влияет и то, с помощью чего они производяться. Применяя ручные жезлы трудно обеспечить хорошие замеры, так как при погружении надетого на жезл пакета в жидкую сталь начинаются сильные биения. Появление биений связано с бурно протекающими процессами испарения влаги из пакета и сгорания верхних слоев картонной оболочки. При большом количестве влаги пакет может даже сорвать с жезла. Лучшие результаты обеспечивает применение автоматических манипуляторов для замера температуры жидкой стали. Большая масса манипулятора и жесткость его конструкции позволяет снизить влияние биений.

Самой распространенной маркой автоматических манипуляторов для дуговых сталеплавильных печей на уральских заводах является итальянская MORE. В выдвижной водоохлаждаемый зонд с одного торца вкручивается наконечник жезла, на который и надевается одноразовый пакет. Недостатком стандартной конструкции манипулятора MORE Catfis является заклинивание резьбового соединения наконечник жезла - водоохлаждаемый зонд из-за попадания шлака или жидкой стали. Так как наконечник жезла приходиться довольно часто менять, то это доставляет массу проблем. Данная проблема устраняется установкой шайбы из нержавеющей стали между наконечником жезла и торцом водоохлаждаемого зонда. Толщина диска 3…5 мм, диаметр диска чуть менее диаметра плоской части торца зонда.

В целом, измерение температуры жидкой стали является достаточно сложным процессом как с технической так и с технологической точек зрения, предьявляющим серьезные требования к бесперебойной и качественной работе оборудования КИП. Процесс проведения замеров регламентируется технологическими и рабочими инструкциями.

Читайте также: