Патент на изобретение №2303637

(54) ЗОНД ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОФИЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к устройствам контроля работы доменных печей. Зонд включает корпус, выполненный в виде пустотелой консольной балки, систему охлаждения и, по меньшей мере, два датчика температуры, каждый из которых уложен в армирующую трубку. В нижней части стенки корпуса, со стороны внутренней полости, выполнены глухие отверстия, концы армирующих трубок вставлены в указанные глухие отверстия, а система охлаждения включает сквозные щелевые отверстия в стенке корпуса в местах, непосредственно примыкающих к местам расположения глухих отверстий. Технический результат – повышение долговечности и безопасности устройства, а также получение достоверных данных о термодинамических процессах в доменной печи в режиме реального времени. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к устройствам контроля работы доменных печей.

Известен термозонд доменной печи, содержащий защитный водоохлаждаемый корпус с закрепленной на нем измерительной головкой, направляющий шток, внутри которого расположен термопарный кабель с цанговым зажимом, и съемный защитный конус, выполненный рифленым [Авторское свидетельство СССР 985048, С21В 7/24, 1981]. Недостатками данной конструкции являются низкая долговечность и взрывобезопасность, а также малая информативность. Указанные недостатки обусловлены тем, что чувствительный элемент датчика температуры находится в контакте с шихтой и подвергается механическим воздействиям. Использование воды для охлаждения конструкции требует выполнения специальных требований по безопасности, а применяемая измерительная схема позволяет осуществлять только периодический контроль температуры.

Частично указанные недостатки удалось устранить авторам изобретения по авторскому свидетельству СССР 1157464, С21В 7/24, 1985, которое выбрано за прототип. Прототип имеет водоохлаждаемый корпус с головной частью, измерительную головку, по оси которой установлен направляющий шток с расположенным в нем термопарным кабелем, и цанговый зажим. Измерительная головка выполнена со сквозным ступенчатым каналом по ее оси и снабжена армирующей трубкой. Термопарный кабель размещен в жестко соединенной с цанговым зажимом, а через него с направляющим штоком, армирующей трубке, а горячий спай термопарного кабеля и армирующая трубка расположены в ступенчатом канале измерительной головки с возможностью выдвижения из нее горячего спая термопарного кабеля. Несмотря на то, что авторам указанного технического решения удалось увеличить ресурс, он остается недостаточным. При этом прототипу присущи и все другие, указанные выше недостатки.

Задачей настоящего изобретения является получение достоверных данных о термодинамических процессах в доменной печи в режиме реального времени, в том числе профилей температуры и концентраций газовых составляющих по диаметру печного пространства, а также повышение долговечности и безопасности устройства.

Для решения поставленной задачи предлагается зонд для контроля профиля температуры в доменной печи, включающий корпус с головной частью, датчик температуры, помещенный в армирующую трубку.

Отличительной особенностью зонда является то, что он снабжен, по меньшей мере, вторым датчиком температуры, помещенным в армирующую трубку, корпус выполнен в виде пустотелой консольной балки, в нижней части которой со стороны внутренней полости выполнены глухие отверстия, в которые вставлены концы армирующих трубок, при этом зонд снабжен системой газового охлаждения, а в стенке корпуса в местах, непосредственно примыкающих к местам расположения глухих отверстий, выполнены сквозные щелевые отверстия для сброса в пространство доменной печи охлаждающего газа.

Дополнительно предлагается глухие отверстия выполнить в нижней части стенки корпуса, при этом глухие отверстия могут быть выполнены в термопарных вкладышах, приваренных к стенке корпуса.

Дополнительно предлагается головную часть выполнить с поперечным сечением, меньшим, чем поперечное сечение корпуса.

Дополнительно предлагается расположение датчиков в глухих отверстиях стенки корпуса определелять из выражения

где i – номер датчика от 1 до n, r – расстояние от первого датчика до i-того, R – расстояние между крайними датчиками, при этом первый датчик расположен на свободном конце зонда.

Дополнительно предлагается пустотелый корпус выполнить в виде открытой сверху коробки.

Также дополнительно предлагается зонд оснастить средством для отбора проб газа.

Оснащение зонда, по меньшей мере, вторым датчиком температуры, помещенным в армирующую трубку, выполнение корпуса в виде пустотелой консольной балки, в нижней части которой со стороны внутренней полости выполнены глухие отверстия, в которые вставлены концы армирующих трубок, снабжение зонда системой газового охлаждения, со сквозными щелевыми отверстиями для сброса в пространство доменной печи охлаждающего газа позволяет повысить долговечность и безопасность устройства, а также получить достоверные данные о термодинамических процессах в доменной печи в режиме реального времени.

Выполнение глухих отверстий в термопарных вкладышах, приваренных к стенке корпуса, а также головной части с поперечным сечением меньшим, чем поперечное сечение корпуса, позволяет снизить материалоемкость устройства.

Размещение датчиков температуры в глухих отверстиях стенки корпуса с координатами, определяемыми из указанного математического выражения, позволяет контролировать температуру в кольцевых зонах доменной печи с равными площадями.

Выполнение пустотелого корпуса в виде открытой сверху коробки, позволяет предохранять зонд от истирающего воздействия шихты при ее загрузке в доменную печь.

Оснащение зонда средством для отбора проб газа позволяет расширить функциональные возможности устройства.

На прилагаемых чертежах представлено заявляемое устройство. На фигуре 1 изображен продольный, а на фигуре 2 – поперечный разрез термозонда, где 1 – корпус, выполненный в виде пустотелой консольной балки, 2, 3, – датчики температуры, 4, 5, – армирующие трубки, 6 – система охлаждения, 7, 8 – глухие отверстия, 9, 10 – сквозные щелевые отверстия в стенке корпуса, 11 – термопарные вкладыши, 12 – головная часть термозонда, 13 и 14 – ребра жесткости, образующие коробчатую форму, 15 – импульсные трубки для отбора проб газа, 16 – корпус доменной печи. Датчики температуры 2 и 3 помещены в армирующие трубки 4 и 5. Глухие отверстия 7 и 8 выполнены в нижней части пустотелого корпуса 1. Сквозные щелевые отверстия 9 и 10 расположены в стенке корпуса 1 в местах, непосредственно примыкающих к местам расположения глухих отверстий 7 и 8.

Устройство работает следующим образом. Зонд устанавливают в корпус доменной печи 16 над уровнем засыпи. К имеющимся в составе домны магистралям подключают датчики температуры 2 и 3, систему охлаждения зонда 6, импульсные трубки отбора газа 15.

В процессе работы доменной печи доменный газ, имеющий разную температуру по диаметру печного пространства, обтекает зонд, контактирует с зонами установки датчиков температуры 2 и 3, которые расположены по границам равновеликих площадей доменного пространства. Результатом является график распределения (профиль) температуры доменного газа по диаметру доменной печи, с помощью которого корректируется технологический процесс.

Одновременно по импульсным трубкам 15, вход газа в которые совпадает с точками измерения температуры, отбирают доменный газ для контроля распределения концентраций составляющих компонентов (СО, CO₂ и др.).

При превышении температуры выше допустимой в систему охлаждения зонда 6 подают охлаждающий газ (азот, водяной пар и др.), который снижает температуру конструкции на расчетную величину, а затем сбрасывают в доменное пространство по системе специальным образом организованных щелей 9 и 10 в головной части зонда 12.

С целью обеспечения длительной эксплуатации зонда в условиях постоянно действующей ударной нагрузки (в результате воздействия на зонд падающей шихты при загрузке печи) при повышенных температурах его конструкция выполнена в виде пустотелой коробки с ребрами жесткости 13 и 14 и донышком 17, формирующими «корыто», заполняемое мелкой фракцией шихты и предохраняющее таким образом зонд от абразивно-ударного износа.

Формула изобретения

1. Зонд для контроля температуры в доменной печи, содержащий корпус с головной частью, датчик температуры, помещенный в армирующую трубку, отличающийся тем, что он снабжен по меньшей мере вторым датчиком температуры, помещенным в армирующую трубку, корпус выполнен в виде пустотелой консольной балки, в нижней части которой со стороны внутренней полости выполнены глухие отверстия, в которые вставлены концы армирующих трубок, при этом зонд снабжен системой газового охлаждения, а в стенке корпуса, в местах, непосредственно примыкающих к местам расположения глухих отверстий, выполнены сквозные щелевые отверстия для сброса в пространство доменной печи охлаждающего газа.

2. Зонд по п.1, отличающийся тем, что глухие отверстия выполнены в нижней части стенки корпуса.

3. Зонд по п.1, отличающийся тем, что глухие отверстия выполнены в термопарных вкладышах, приваренных к стенке корпуса.

4. Зонд по п.1, отличающийся тем, что головная часть выполнена с поперечным сечением, меньшим, чем поперечное сечение корпуса.

5. Зонд по п.1, отличающийся тем, что расположение датчиков в глухих отверстиях стенки корпуса определено из соотношения

,

где i – номер датчика от 1 до n; r_i – расстояние от первого датчика до i-го; R – расстояние между крайними датчиками.

6. Зонд по п.1, отличающийся тем, что он имеет пустотелый корпус в виде открытой сверху коробки.

7. Зонд по п.5, отличающийся тем, что он оснащен средством для отбора проб газа.

РИСУНКИ