Зонд для відбору проб газу та заміру його температури

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности, к доменному производству и может быть использовано для исследования процессов в шахте доменной печи при отработке технологии плавки. Известно устройство для отбора проб газа и замера температуры по радиусу ша хты доменной печи, содержащее три концентрически установленные трубы с патр убками для подвода и' отвода охладителя и отбора проб газа, защитный чехол, вн утри которого установлена термопара. При замерах температуры рабочий конец термопары вместе с защитным чехлом выдвигают за пределы зонда. Работает известное устройство следующим образом. В полость между тр убами подают охладитель и зонд через запорный кран и сальниковое уплотнение, амбразуру, установленные на кожухе доменной печи, специальной машиной вводится в ша хту. При этом передний конец защитного чехла находится во внутренней трубе зонда. Когда передний конец зонда достигнет оси печи, трубе сообщается обратное движение, а чехол с термопарой выдвигается вручн ую на 70 - 100мм за пределы зонда. Замеры температуры и отбор проб газа производят в процессе постепенного извлечения зонда из печи на остановках его в контролируемых точках [1]. Однако конструкция известного устройства характеризуется недостаточно высокой точностью и оперативностью измерения, а также низкой эксплуатационной стойкостью, обусловленных следующими причинами. Так, при измерении температуры по сечению шахты доменной печи, помещенный и приваренный к стенке толстостенного наконечника чехла термопары, "горячий" спай термопары измеряет температуру, характеризующую не температуру газа, а температуру среды "газшихта", так как отсутствуе т просос газа через "горячий" спай термопары, что существенно снижает точность измерений. Высокая инерционность разогрева защитных чехлов наконечников, требует значительной выдержки (до 2мин) при замере температуры, что увеличивает время пребывания зонда в печи и отрицательно сказывается на механической и эксплуатационной стойкости защитного наконечника термопары и самого зонда. Невысокая точность измерения известным устройством вызвана еще и тем, что "горячий" спай термопары при измерении ходом зонда от оси печи попадает в охлажденный и разрыхленный зондом канал в столбе шихты, что приводит к "перетоку" газа по нему из близлежащих точек отбора и искажению данных о газораспределении по сечению печи, являющихся важным технологическим параметром оценки состояния доменной печи. Целью настоящего изобретения является повышение точности, оперативности измерения и эксплуатационной стойкости зонда. Поставленная цель достигается тем, что зонд снабжен наконечником, закрепленным на передней части защитного чехла термопары, задняя часть которого подпружинена относительно внутренней трубы, при этом в корпусе наконечника выполнены сквозные отверстия, а его головная часть выполнена в виде усеченного конуса. Зонд для отбора проб газа и замера его температуры содержит три концентрически установленные трубы, патрубок для подвода и отвода охладителя и отбора проб газа, защитный чехол с термопарой, установленный в полости внутренней трубы. Отличительными признаками заявляемого от известного являются: зонд снабжен наконечником, закрепленным на передней части защитного чехла термопары, задняя часть которого подпружинена относительно внутренней трубы, при этом в корпусе наконечника выполнены сквозные отверстия, а его головная часть выполнена в виде усеченного конуса, В газовую нагревательную печь помещался контейнер с шихтовыми материалами (температура в печи контролировалась образцовой термопарой в который вводили два водоохлаждаемых зонда, оснащенные малоинерционными термопарами, изготовленными из термопарного кабеля типа КТМС (XА) диаметром 1мм с инерционностью 1 3с (термопары изготовлены из одной партии с одинаковой градуировкой) и помещенными в защитный чехол по типу - "прототип" и с наконечником предлагаемой конструкции. При достижении температуры на образцовой термопаре, равной 1000°C проводили измерения температуры газа по способам "прототипа" и предлагаемому. Показания термопар фиксировались многоточечным потенциометром. Наконечники защитных чехлов с "горячим" спаем термопар выдвигались за пределы зондов на длину 70 - 100мм, время измерения составляло 20 - 30с. Термопарой в зонде с защитным чехлом (прототип) фиксировалась температура 930 950°C, показания термопары в защитном чехле с наконечником в виде конуса и со сквозными отверстия ми в условиях прососа газа (предлагаемое устройство) были равны 1000 1005°C. Повышенная погрешность показаний термопары при измерениях по принципу "прототип", в сравнении с предлагаемым, связана с отсутствием прососа газа через открытый "горячий" спай термопары и в результате измерения температуры "газ - ши хта", а не газа (в предлагаемом зонде). Для оценки влияния водяного охлаждения на показания "горячего" спая термопары производили опыты, которыми установлено, что влияние охлаждающего действия корпуса зонда практически отсутствует при выдвижении наконечника с коническим концом в предлагаемом зонде, обеспечивающем удаление "горячего" спая, установленного в створе отверстий для прососа газа на расстоянии 70 - 100мм за пределы зонда. Испытание известных устройств показало, что при непрерывном движении зонда от центра к стенке печи наблюдался переток газа из предыдущего места к последующему месту измерения, что существенно искажало анализ проб газа и данные температуры. Полученные результаты определили размеры наконечника с коническим концом и удаление "горячего" спая термопары на 70мм за пределы зонда Таким образом, предлагаемый зонд в значительной мере лишен недостатков прототипа, так как повышение точности и оперативность измерений достигается за счет смывания газом "горячего" спая термопары, уменьшения влияния охлаждающего действия корпуса зонда при движении его от стенки к оси печи. При этом, использование, автоматически выдвигающегося под действием пружины, защитного чехла, в передней части которого установлен соосно с ним наконечник с конусом и сквозными отверстиями для прохода газа, время отбора проб газа сокращается в 2 - 4 раза за счет прочистки газоотборного отверстия во внутренней трубе зонда при движении чехла и предохранении отверстия от забивания его шихтовой крошкой при движении чехла с термопарой в полость зонда. На фиг.1 показан предлагаемый зонд, общий вид; на фиг.2 - сечение А - А на фиг.1; на фиг.3 сечение Б - Б на фиг.1. Зонд состоит из трех концентрически установленных тр уб: наружной трубы 1, средней трубы 2, вн утренней трубы 3, с патрубками 4 и 5 для подвода и отвода охладителя, циркулирующего в полостях между трубами 1, 2 и 3, и патрубком для отбора проб газа 6. Внутри внутренней трубы 3 установлен защитный чехол 7, в котором установлена малоинерционная термопара 8, изготовленная из термопарного кабеля типа КТМС (ХА). За щитный чехол 7 в передней части снабжен соосным с ним наконечником 9 имеющим сквозные отверстия 10. Наконечник 9' выполнен изжаростойкого материала. Передняя часть наконечника 9 представляет собой усеченный конус 11 с диаметром основания равным 1,1 - 1,2 диаметра внутренней трубы 3, а задняя часть наконечника жестко соединена (сварочное соединение) с защитным чехлом 7, который центруется по оси внутренней трубы 3 с помощью направляющих 12, состоящих из трех стержней, соединенных между собой под углом 60°, относительно друг друга и расположенных с шагом 0,45 - 0,50м по свей длине внутренней трубы 3. В задней части защитного чехла 7 выполнено отверстие 22 и установлена заглушка 17. В хвостовой части зонда смонтирован стакан 13 с втулкой 14, посредством которой стакан 13 крепится во внутренней трубе 3. Втулка 14 предназначена для набивки уплотнения 19 между крайними в хвостовой части вн утренней трубы 3 направляющими 12 и такой же направляющей 21, установленной внутри втулки 14. Стакан 13 оборудован крышкой 15 с рукоятками 18 для накручивания ее на стакан 13. Внутри стакана 13, между упором 20 и крышкой 15, установлена пружина 16 для выталкивания наконечника 9 за пределы наружной трубы 1 на всю его длину. По всей длине защитного чехла 7 и наконечника 9 установлена малоинерционная термопара 8, "горячий" спай которой установлен по оси сквозных отверстий 10. Выполнение передней части наконечника 9 в виде усеченного конуса диаметром равным 1,1 - 1,2 диаметра отверстия внутренней трубы обусловлено необходимостью обеспечить воздействие шихты на поверхность наконечника 9 для сжатия пружины, а при дальнейшем ее разжатии, автоматического выдвижения наконечника 9 за пределы зонда. При проведении измерений (3) исследования показали, что при диаметрах наружной трубы 63мм, средней - 45мм, внутренней - 25мм, диаметр конуса наконечника составляет 28 30мм, что обеспечивает противодавление шихты на поверхность наконечника и пружину, согласно данным (13) около 0,4т. Предлагаемый зонд работает следующим образом. Термопару 8 устанавливают так, чтобы ее "горячий" спай находился в сквозном отверстии 10. Через патрубки 4 и 5 подводят и отводят охладитель, а зонд через запорный кран и сальниковое уплотнение, амбразуру, установленные на кожухе доменной печи (на чертеже не показаны) специальной машиной вводится в ша хту печи. В исходном состоянии под действием пружины 16 наконечник 9 защитного чехла 7, длиной с малоинерционной термопарой 8 выдвигается за пределы наружной трубы 1 на длину при этом тракт отбора проб газа перекрыт (наружный кран закрыт, на чертеже не показан) для предотвращения забивания его пылью при продвижении зонда по амбразуре. Зонд перемещают от стенки к центру печи. При движении зонда до достижения необходимой точки измерения, под давлением шихтовы х материалов на конус 11 наконечника 9 защитного чехла 7 термопары 8, через упор 19, пружина 16, установленная в стакане 13 сжимается между упором 19 и крышкой 15 и наконечник 9 утапливается во внутренней трубе 3, закрывая своим коническим концом 11 отверстия 23 и 10 для прохода газа, При достижении точки замера по радиусу шахты, зонд останавливают и осуществляют реверс его на длину наконечника 9, освобождая наконечник от давления шихты. В образовавшуюся полость под действием разжимающейся пружины 16 происходит выдвижение наконечника 9 с "горячим" спаем малоинерционной термопары 8 путем перемещения защитного чехла 7 по направляющим 12 и 21. Использование направляющих 12 и 21 обеспечивает минимальный контакт поверхности защитного чехла с внутренней трубой 3 и уменьшает его прогиб (смещение) при проталкивании, обеспечивая надежную работоспособность. Открывается тракт отбора проб газа и производится измерение температуры при входе газа в газоотборный тракт через отверстия 23 и 10, в дальнейшем газ из газоотборного тракта, где через отверстия 10, 22, 23 и патрубок 6 поступает в газоотборные емкости. Уплотнение 19 служит для предотвращения попадания газа и пыли в стакан 13, а заглушка 17 предназначена для исключения выброса газа наружу из полости защитного чехла 7 и фиксации установленного положения термопары 8. По завершению первого измерения, зонд вновь двигают к центру печи до следующей точки измерения и весь цикл замера повторяется в зависимости от количества точек замеров. По окончанию цикла измерений зонд выводят из печи. Положительный эффект от применения предлагаемого зонда для отбора проб газа и замера его температуры достигается за счет того, что зонд снабжен наконечником, закрепленным на передней части защитного чехла термопары, задняя часть которого подпружинена относительно внутренней трубы, при этом в корпусе наконечника выполнены сквозные отверстия, а его головная часть выполнена в виде усеченного конуса и заключается в следующем: - осуществлении одновременного отбора проб газа и замера его температуры по радиусу ша хты доменной печи, что дает более совершенную характеристику газораспределения по сечению печи; - повышении точности измерений при уменьшении влияния охлаждающего действия зонда, а также перетока газа при движении зонда от оси к периферии печи; - уменьшении выдержки "горячего" спая малоинерционной термопары в контролируемой точке, что в свою очередь уменьшает время цикла измерений и увеличивает эксплуатационную стойкость зонда; - защите от забивания отверстий для прохода газа, и создания условия смывания газом термопары, что повышает точность измерения температуры на 5 - 7%, и сокращает время измерения за весь цикл с 1 - 2мин до 20 - 25с., т.е. в 2 - 4 раза меньше в сравнении с прототипом; установке направляющих в виде центрирующих стержней, обеспечивающих минимальное контактное сопротивление при выведении чехла, что повышает стойкость чехла и зонда в целом. Повышение точности и оперативности измерений, улучшает качество исследований для текущего анализа технологических параметров плавки, что позволяет улучшить те хникоэкономические показатели работы доменной печи в целом, а также эксплуатационную стойкость зондов и снизить затраты на их изготовление.