Технологические измерения и приборы в металлургии

В.В. Дембовский

СПб, 2004 г.

 Измерение расхода сыпучих материалов

В металлургическом и литейном производствах требуется измерять расход таких сыпучих материалов, как молотая известь, различные рафинирующие смеси для процессовплавкиметаллов и сплавов, компоненты формовочных и стержневых смесей (кварцевый песок, бентонит, регенерат) и пр. При этом, в основном, применяются следующие решения.

5.1. Измерениерасхода сыпучих материалов при конвейерном транспорте

В состав измерительной системы (рис.5.1) входят взвешивающий транспортер 1, на ленту которого материал поступает из питающего бункера 2. транспортер приводится в действие с помощью электродвигателя Д. Скоростьпривода (и, следовательно, - движенияматериала на ленте и, м/с) измеряется с помощью тахогенера-торного датчика ТГ. Выходной сигнал последнего унифицируется к стандартному с помощью преобразователя Пр1. Масса т, кг материала на лентетранспортера измеряется взвешивающим устройством ВУ по действию на него силы тяжести с коррекцией на массу пустого транспортера. Сигнал массыматериала также унифицируется преобразователем Пр2. Оба сигнала вводятся в блок перемножения сигналов (X), в результате формируется сигнал массового расхода сыпучего материала, кг/с

QM=kvm,        

где к- конструктивный коэффициент пропорциональности.

Выходной сигнал блока перемножения через преобразователь ПрЗ поступает на интегратор И, позволяющий определить количество М, кг сыпучего материала, прошедшего через измерительную систему в течение заданного промежутка времени.

5.2. Измерениерасхода сыпучих материалов при пневмотранспорте

Пневмотранспорт сыпучих материалов по трубопроводам осуществляется за счет энергии сжатого газа-носителя (воздуха, при вдувании порошков в ванну сталеплавильных печей - аргона и др.)

Из нескольких известныхспособовизмерениярасхода сыпучих материалов при пневмотранспорте остановимся здесь на наиболее перспективном (рис. 5.2), основанном на измеренияхрасхода газа-носителя и плотности аэросмеси, представляющей собой поток того же газа с взвешенными в нем частицами твердого материала [12]. расход газа-носителя Qo, м3/с при этом измеряют, например, по перепаду давлений на сужающем устройстве СУ с помощью дифманометра - расходомера ДМ. Для измеренияплотности аэросмеси применён радиоизотопный плотномер ПМ,

6. Измерениетемпературы термоэлектрическими термометрами

Комплект термоэлектрического термометра, с помощью которого измеряют высокие температуры, например, - металлических расплавов, огнеупорной кладки плавильных и термических печей, состоит из первичного прибора (датчика температурного сигнала) в виде термопары (рис. 6.1а) и вторичного электроизмерительного прибора (рис. 6.1 б).

6.1. Теоретические основы термоэлектрической термометрии

Термопара (рис.6.1,а) представляет собой электрическую цепь, составленную из двух разнородных проводников или полупроводников А и В. При различии температур отдельных спаев 0,°С, и 0О,°С в термопаре возникает разность потенциалов, называемая термоэлектродвижущей силой (ТЭДС). Отметим, что термин "спай" сложился исторически, так как вначале надежный контакт между проволочными или иными металлическими электродами обеспечивали пайкой.

6.2. Термопары

К числу стандартныхтермопар относят те термопары, свойства термоэлектродов которых с высокой точностью воспроизводятся при массовом изготовлении и достаточно стабильны в процессе эксплуатации.

Серийно выпускаются термопары с проволочными термоэлектродами (ГОСТ 3044-84), изготовляемыми из чистых металлов или специальных сплавов (табл. 6.1). Погрешностистандартныхтермопар с термоэлектродами из неблагородных металлов находятся в пределах 0,5... 1,0 % от измеряемой температуры, а термопары с термоэлектродами из благородных металлов обладают погрешностью 0,25...0,5 %.

При измерениитемпературырасплавов защиту рабочего конца термопары осуществляют с помощью защитных наконечников (углеродистая или жароупорная сталь, плавленые кварц, глинозём, магнезит, диборид циркония и пр.), выбор которых производят в соответствии с условиями измерения.

Для периодического измерениятемпературрасплавов получили распространение термопары со сменными блоками [7]. Известны конструкции механизированных термопар, вводимых в расплав через отверстия в стенке плавильных печей [8].

При многократных периодических измеренияхтемпературрасплавов представляет интерес динамический метод, для реализации которого к термопаре подключают микропроцессорный блок. Последний после погружения термопары в расплав и выдержки в нем в течение нескольких секунд "предсказывает" значение конечной температуры по темпу нагрева рабочего спая термопары. При этом может производиться автоматическая коррекция результата измерения по тепловой инерции защитного наконечника с оставшимся на нем слоем шлака от предыдущего погружения термопары. После компьютерной обработки сигнала ТЭДС термопара до достижения конечной температуры извлекается из расплава, например, с помощью специального механизма. В результате оказывается возможным измерять высокие температуры агрессивных сред с помощью низкотемпературных дешевых термопар.

При необходимости непрерывного контролятемпературы жидкой стали на протяжении всего периода рафинирования применяют комбинированные - многослойные защитные наконечники [8] с наружным чехлом из плавленого кварца (SiO2), внутренним - из плавленого А12О3 с добавлением 1,5 % TiO2 при засыпке пространства между ними порошкообразным утрамбованным глиноземом (AI2O3).

Известны также «производственные» названия термопар, такие как «вольфрам - рений» (ТВР), «платинородий - платина» (ТПП), «хромель - алюмель» (ТХА) и др.

Наряду с металлическими термопарами для измерениятемпературрасплавов находят применение неметаллические термопары. Они изготовляются из тугоплавких соединений типа боридов, силицидов, нитридов, карбидов и пр. методами металлокерамики, то есть спеканием прессованных из порошков изделий (рис. 6.4). В этом случае наружный термоэлектрод 1 одновременно выполняет роль защиты внутреннего электрода 2. Из числа подобных термопар для длительного (до 50 ... 100 ч) измерениятемпературы расплавленных чугуна и сталиизвестнатермопара ТГБЦ - 350м с наружным термоэлектродом из боридациркония и внутренним из графита. Перспективным для изготовления наружных термоэлектродов является дисилицид молибдена, который не смачивается жидкой сталью.

7. Пирометры излучения

Действие пирометровизлучения основано на использовании законов теплового излучения.

Как известно, любое нагретое тело становится источником электромагнитных волн (ультрафиолетовое, световое, инфракрасное излучение, микрорадиоволны). Интенсивностьизлучения J, то есть мощностьизлучения с единицы поверхности тела, отнесенная к данной длине волны, выражается законом Планка. Для абсолютно черного тела этот закон выражается формулой, Вт/м3, или Вт/м2/м:

Яркостные и радиационные Пирометры часто используют в качестве индикаторов температуры, показания которых не претендуют на точное отражение действительной температуры тела, а скорее служат мерой изменения температуры и отклонения её от значений, требуемых по условиямтехнологии производства.

Если измерить температуру серого тела двумя пирометрами: яркостным и радиационным, то из уравнений (7.5) и (7.6) путем объединения их в систему двух уравнений с двумя неизвестными Т и е при остальных известных величинах можно найти действительное значение температуры и степени черноты этого тела.

Из двух пирометров: яркостного и радиационного типов соотношение (7.8) дает основания рекомендовать к практическому применению яркостный пирометр для измерениятемпературы открытых объектов, так как радиационный пирометр в условиях неполноты излучения реальных тел (табл. 7.1) обладает значительно большей погрешностью.

Вместе с тем, имеется возможность повышения точности измерения с помощью именно этих - простых пирометров за счет искусственного создания объектов измерения в виде замкнутых изотермических полостей (рис. 7.3), внутри которых эффективное значение степени черноты приближается к единице (модель абсолютно черного тела). В первом из решений (рис. 7.3, а) замкнутая полость создается в металле Me под шлаком Ш с помощью подачидутья (сжатый воздух, азот, аргон) через сквозную керамическую или металлическую трубу 1, которая при высоких температурах может быть водоохлаждаемой. На эту полость визируется пирометр 2. Во втором решении (рис. 7.3,6) пирометр 3 визируют на дно металлического или керамического стакана 4, погружаемого в расплав или -в рабочее пространство печи.

Конструктивно Пирометрыизлучения состоят из датчика (первичного прибора), электронного блока*1 и вторичного прибора в виде быстродействующего электронного потенциометра.

В составдатчика входят объектив, монохроматоры (у яркостных и цветовых пирометров) и приемник излучения. У автоматических -фотоэлектрических яркостных и цветовых пирометров приемником излучения служит фотоэлемент, а у радиационных пирометров -рабочие спаи миниатюрных термопар, соединённых между собой последовательно для повышения чувствительности прибора.