Пристрій для контролю параметрів плавки

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано в черной и цветной металлургии для контроля содержания химических элементов и температуры в, жидких металлах, шлаках, а также при производстве стекла -для контроля параметров расплавленной стекломассы. Известны устройства для контроля параметров плавки, основанные на изменении физического состояния исследуемого материала. Так, известно устройство для определения содержания углерода в жидком металле (Авт. св. СССР №341838, кл. C5/00, Бюл. №19, 1972), содержащее водоохлаждаемую штангу и установленную в ней, по меньшей мере, одну, кристаллизационную камеру, выполненную в виде кварцевого баллона с размещенными в нем термопарой, содержащей алюминий для раскисления пробы металла, причем штанга снабжена расположенной по ее центру трубой со штоком, имеющим механизм возвратнопоступательного движения. Недостатком такого устройства является недостаточная надежность измерения температуры кристаллизации из-за плохого контакта в термопаре, большой расход таких датчиков в процессе исследования, так как предусмотрен только разовый замер. Известны также устройства для контроля параметров материальных объектов, основанные на принципе ядерного магнитного резонанса, которые используются при анализе биологических объектов. Так, известно устройство для определения внутреннего строения материальных объектов, преимущественно биологических (Авт. св. СССР №1112266, кл. G01N24/08, Бюл. № 33, 1984), которое содержит источник внешнего магнитного поля для помещения в нем исследуемого материального объекта, приемное устройство, частотный фильтр на его входе для выделения полосы частот процессии ядер, содержащихся в ограниченной части объекта, во внешнем магнитном поле. Таким образом получается объемная картина внутреннего строения материальных объектов при исключении радиационного поражения. Устройство позволяет выявить распределение различных видов атомов по объему. Недостатком этого устройства является то, что его нельзя использовать в металлургических процессах, так как требуется создание электромагнитных полей огромной мощности. Наиболее близким к заявляемому является устройство для контроля параметров плавки (Авт. св. СССР №1370147, кл. C21C5/04, G01K7/04, Бюл. №4, 1988), содержащее водоохлаждаемую штангу (фурму) с центральным каналом, в которой размещены пробоотборники, соединительные контакты, встроенные в нижней части толкателя с исполнительным механизмом и выполненные в виде многоконтактного разъема, соединенного с пробоотборниками, собранными в соединительную кассету. Недостатками такого устройства являются их низкая надежность вследствие ограниченности времени пребывания датчика в жидком металле, что приводит к большому расходу датчиков в процессе плавки, недостаточная точность может возникнуть из-за плохого контакта в термопарах, ограниченные возможности химического анализа (определяет только углерод). В основу заявляемого изобретения поставлена задача создания нового устройства для контроля параметров плавки, преимущественно жидких металлов и шлаков, за счет повышения надежности и точности измерения, а также расширения функциональных возможностей, так как устройство позволяет определять наличие и количество любых химических элементов плавки, таких как углерод, сера, кремний, водород и др., при помощи использования радиально-молекулярного ядерного магнитного резонанса по величине резонансного сигнала, а измерение температуры и визуализация пограничного слоя жидкого металла и шлака производится оптическим способом. Кроме того, не требуется частых замен датчиков, как в известных устройства х контроля, так как водоохлаждаемая фурма с установленной аппаратурой во внутреннем канала может находиться в жидком металле или шлаке до 40 минут. Поставленная задача решается за счет того, что известное устройство для контроля параметров плавки, преимущественно жидких металлов и шлаков, содержащее водоохлаждаемую фурму с центральным каналом, в котором размещены датчик с термопарами, толкатель с исполнительным механизмом, согласно настоящему изобретению, дополнительно содержит оптический световод, антенный резонатор, электромагниты, приемнопередающий блок, оптико-электронную систему, при этом оптический световод и прилегающий к нему антенный резонатор установлены вдоль оси устройства внутри кварцевого или металлокерамического датчика, расположенного в нижней части фурмы, с возможностью контакта с исследуемой средой, в водоохлаждаемой нижней части фурмы коаксиально с датчиком расположен электромагнит, внутри толкателя размещен другой электромагнит для усиления магнитного поля, а нижняя часть толкателя защищена слоем металлокерамики или кварца, кроме того, приемно-передающий блок содержит генератор СВЧ-колебаний, приемник излучения, формирователь сигнала резонанса, регистрирующее устройство и связан с выходом оптико-электронной системы, содержащей объектив и матрицу чувствительных элементов, вход оптико-электронной системы подключен к оптическому световоду. На фиг.1 представлена структурнофункциональная схема предлагаемого устройства для контроля полимерной плавки; на фиг.2 структурно-функциональная схема предлагаемого устройства для контроля параметров плавки с размещением второго электромагнита в нижней части фурмы. Устройство для контроля параметров плавки содержит водоохлаждаемую фурму 1 (фиг.1), выполненную из коаксиально расположенных труб 2, образующих канал 3 для подвода и отвода охлаждающей жидкости или газа в центральный канал 4, в котором расположен толкатель 5, в нижней части фурмы в центральном канале 4 установлен кварцевый или металлокерамический датчик 6, в котором вдоль оси устройства, с возможностью контакта с исследуемой средой, установлены оптический световод 7 и прилегающий к нему антенный резонатор 8, в водоохлаждаемой нижней части фурмы коаксиально с датчиком 6 расположен электромагнит 9. Внутри толкателя 5 расположен другой электромагнит 10, нижняя часть толкателя защищена слоем металлокерамики или кварца 11. Исполнительный механизм 12 связан с толкателем 5 и расположен в верхней части фурмы 1. Приемно-передающий блок 13 содержит последовательно соединенные генератор СВЧколебаний 14, приемник излучения 15, формирователь сигнала резонанса 16 и регистрирующее устройство 17. Кроме того, устройство содержит связанную оптикоэлектронную систему 18, включающую объектив 19 и матрицу чувствительных элементов 20. Оптико-электронная система 18 подключена своим входом к оптическому световоду 7, а выходом - к приемно-передающему блоку 13. В рабочем состоянии датчик 6 опущен в жидкую исследуемую среду. Для защиты от шлака датчик 6 может иметь металлическую заглушку 21. Устройство работает следующим образом. По команде оператора фурма 1 (фиг.1) с установленным датчиком 6 вводится в жидкий металл с помощью специальной стационарной установки, установленной на сталеплавильном агрегате. Первоначально измеряется температура жидкого металла оптическим способом. При достижении жидким металлом (например, сталью) температуры 1550°C можно производить определение химических элементов плавки, так как в этот момент молекулы химических элементов в жидком металле уже находятся в химическом движении. Для этой цели включается электромагнит 9, который создает внешнее магнитное поле, в котором должен находиться жидкий металл. В тот же момент принимается электронный сигнал приемником 15 через антенный резонатор 8. Электромагнит 10 служит для усиления магнитного поля. При достижении колебательного процесса в ядре (или в радикале, или в молекуле) химического элемента принятый электронный сигнал регистрируется устройством 17. По величине полученного сигнала судят о количестве данного химического элемента в жидком металле. Каждый химический элемент имеет свою постоянную частоту излучения, поэтому устройство 17 имеет необходимый диапазон частот для определения химических элементов. Установка экологически чистая, не представляет опасности для здоровья обслуживающего персонала.