Контроль температури рідкого чавуну
Якість рідкого чавуну та оптимальні техніко-економічні показники неможливо забезпечити без добре налагодженого контролю всього вагранного процесу. Основними контрольованими параметрами при плавці чавуну у вагранці є: температура чавуну, витрата і тиск повітряного дуття, рівень стовпа шихтових матеріалів, склад і температура ваграночних газів, що відходять. При цьому витрата повітря, температура води, що охолоджує, і рівень стовпа шихти повинні регулюватися автоматичними пристроями.
При підігріві дуття до них додаються контроль температури повітря та газів у кількох точках (залежно від схеми установки), регулювання температури газів у рекуператорі та очисних пристроях та ін. Повний контроль якості чавуну включає також такі показники, як контроль хімічного складу, структури та механічних властивостей виливків, схильність до відбілу, рідкотірність та ряд інших параметрів.
Температура виплавленого чавуну – це найважливіший технологічний та якісний показник процесу плавки. Залежно від умов виробництва та наявного обладнання, температуру металу можна вимірювати на жолобі вагранки, в горні або копильнику.
Існують два способи вимірювання температури рідкого металу: прямим контактом датчика приладу з рідким металом та безконтактним способом за рахунок оцінки випромінювання поверхні дзеркала або струменя рідкого металу.
Контроль температури чавуну на жолобі
Мета контролю - визначити температуру металу, що випускається з вагранки, і, отже, придатність для заливання тих чи інших форм.
Вагранка плавить і видає метал для розливу безперервно, тому зазвичай не буває часу для проведення вимірювання температури контактним способом і, крім того, що дуже важливо, при конвеєрнійзаливці форм необхідна велика кількість вимірів.
Для безперервного контролю температури рідкого металу при вагранному плавленні застосовуються пірометри випромінювання. Тривалий виробничий досвід показав, що найкращі результати дає застосування фотодіодного пірометра ІПЛ-105 типу.
Вимірювання температури цим пірометром засноване на оцінці яскравості світіння струменя рідкого металу за допомогою світлочутливого напівпровідникового датчика кремнієвого фотодіода.
При освітленні фотодіода в його електричному ланцюзі виникає струм, пропорційний світловому потоку, що падає на фотодіод. Чутливий датчик змонтований у вигляді оптичної головки, яка служить для вимірювання температури та кріпиться на кронштейні до копильника або вагранки над металевою льоткою на відстані 1,2-1,5 м від струменя рідкого металу. Для захисту від температурного впливу оптична головка має повітряне або водяне охолодження. Показання температури автоматично записуються на діаграму вторинного приладу типу ПСР-1, який встановлюється разом із блоком живлення, як правило, у конторі старшого майстра плавильної ділянки.
Запис ведеться на спеціальному діаграмному папері круглого формату. На рис. 8.1 схематично представлено частину автоматичного запису на діаграмі. Діаграма має координати часу та температури. Показання температури наносяться у вигляді криволінійних відрізків АБ1 А1Б1 і т. д. у певному масштабі. З іншого боку, рис. 8.1 дає наочне уявлення про температурні коливання рідкого металу в ківшах при розливі і тих випусках, де температура падає до неприпустимого рівня, наприклад, нижче 1330 °С. З іншого боку, частота ліній свідчить про ритм роботи конвеєра.
Робота приладу в автоматичному режимі особливо ефективназа наявності у цеху ливарного конвеєра. При роботі конвеєра ритм випусків рідкого металу з вагранки визначається підходом форм до заливального майданчика. Одночасно виявляються при цьому і всі коливання продуктивності конвеєра, всі його зупинки та зміни ритму, що дозволяє, крім контролю ходу плавки у вагранці, аналізувати роботу цеху в цілому.
Схема безконтактного вимірювання температури чавуну на жолобі вагранки показано на рис. 8.2.
Температуру металу досить точно можна виміряти за допомогою пірометра кольору.
Метод колірної пірометрії заснований на тому, що із зміною температури змінюється колір нагрітого тіла, відповідно змінюється співвідношення яскравостей монохроматичних випромінювань у спектрі випромінювання розжареного тіла. У колірних пірометрах температуру вимірюють по відношенню до монохроматичних яскравостей нагрітого тіла в червоній і синій областях спектру. На рис. 8.3 наведено схему колірного пірометра ЦЭП-2М.
Випромінювання розплавленого металу проходить через захисне скло 1 і об'єктив 2 і падає на фотоелемент 4. Між об'єктивом і фотоелементом встановлений диск 3, що обертається (обтюратор) з двома світлофільтрами - червоним (К) і синім (С). Завдяки цьому фотоелемент поперемінно висвітлюється червоним та синім кольором та видає по черзі імпульси струму, пропорційні монохроматичним яскравостям червоного та синього випромінювань. Ці імпульси посилюються в апараті 5 і спеціальним електронним логарифмуючим пристроєм 6 перетворюються на постійний струм. Вихідний струм логарифмуючого пристрою вимірюється і регулюється магнітоелектричним гальванометром 7, що показує і записує, відградуйованим в градусах Цельсія. Прилад показує справжню температуру чорного тіла і «сірих» тіл, тобто. маютьпрактично однаковий коефіцієнт випромінюючої здатності у всьому спектрі видимого випромінювання. До таких тіл належать багато металів (сталь, чавун, алюміній та ін.).
На показання колірного пірометра не впливають зміни коефіцієнта випромінюючої здатності тіла, обумовлені зміною температури, складу, стану поверхні, а також ослаблення випромінювання запиленою атмосферою. Тому колірний пірометр має високу точність вимірювання, рівноцінну термопарі занурення. Похибка кольорового пірометра вбирається у ± 1 %.
Конструктивно пірометри ЦЕП-2М та ЦЕП-3 виконані у вигляді датчика, встановленого на штативі та з'єднаного гнучким кабелем з електронним блоком, що показує та реєструє прилади та джерела живлення.
Вимірювання температур колірним пірометром ЦЕП-2М здійснюється до 2500 °С.
Для вимірювання температури розплавленого чавуну може також застосовуватися колірний пірометр ЦВІТОПІР 1-02, розрахований на межі вимірювань 1300-1650 °С.
Пірометр наводиться на центр струменя металу приблизно на відстані 1/3 від кінця ринви.
За відсутності колірних пірометрів такий контроль може бути здійснений звичайним пірометром радіаційним, але точність останнього невелика і для багатьох виробництв недостатня. Необхідно пам'ятати, що радіаційний пірометр повинен бути поміщений в пиленепроникний корпус і охолоджуватися водою або повітрям.
Контролює температуру чавуну в горні або копильнику вагранки.
Зміна температури чавуну в горні або копильнику сигналізує про порушення нормального ходу плавки і, отже, про необхідність вжиття відповідних заходів для його усунення. Цим контролем визначається придатність чавуну для модифікування та можливість використання його для відповідальних виливків.
Пристрій та схема монтажу термопари для вимірювання температури чавуну показано на рис. 8.4 у горні вагранки (а) та у копильнику (б). Матеріалами термопар можуть бути платино-платиродієві, вольфрам-молібденові, вольфрам-ренієві та нікель-вольфрамові термоелектроди діаметром 0,5 мм.
Термоелектроди ізолюються один від одного двоканальними глиноземистими намистами діаметром 3,5 мм. Важливим елементом термопари є наконечник, який захищає спай термоелементів від впливу рідкого металу. Матеріал наконечника повинен мати стійкість і довговічність. Найчастіше застосовуються кварцові наконечники, найбільш довговічними виявилися наконечники із глинозему. Рекомендується для збільшення стійкості наконечників покривати їх шаром суміші з вогнетривкого матеріалу та графіту. Особливо ретельно потрібно закладати термопари у футеровці копильника або горна.
Як прилади, що показують, можна використовувати мілівольтметри або потенціометри. Широко поширені автоматичні електронні, що показують та самопишучі потенціометри серій ЕП, ЕПП, ЕПД та ін. Основна похибка їх показань ±0,5%, а записів ±1%.
Стійкість глиноземистого наконечника діаметром 8 мм із товщиною стінок 1-1,2 мм становила 3-4 плавки.
Вольфрам-ренієва термопара ВР-10-20 забезпечує стійкість показань протягом 16-18 год при використанні високоглиноземистих ковпачків (наконечників) з товщиною стінки 2 мм. Для захисту робочого кінця термопари використовують також алундовий ковпачок.
На рис. 8.2 б наведена схема безконтактного контролю температури рідкого чавуну в копильнику.
Насправді доводиться зважати на те, що порушення темпу відбору металу (наприклад, внаслідок затримок у роботі формувального конвеєра) змушує припиняти подачу дуттяабо уповільнювати плавку, знижуючи кількість та тиск дуття. Це викликає зниження температури металу, її коливання можуть бути пов'язані з розмірами шматків шихтових матеріалів.