ПРОБООТБОРНИКИ РАСПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЙ С ВЫСОКИМ И НИЗКИМ СОДЕРЖАНИЕМ КИСЛОРОДА Российский патент 2020 года по МПК G01N1/10 G01N1/14 

Область изобретения

Изобретение относится к пробоотборникам для отбора проб из ванны расплавленного металла, в частности, ванны расплавленной стали, для применений с высоким и с низким содержанием кислорода.

Предпосылки изобретения

Во время обработки металлов в их расплавленном состоянии необходимо получать представительную пробу расплавленного металла на различных этапах этого процесса, например, для анализа или оценки химического состава или металлографической структуры пробы металла. В данной области техники известны различные способы анализа расплавленных металлов в процессе производства и дальнейшей обработки.

Исторически сложилось, что состав застывшей пробы металла часто определяется с помощью оборудования для дуговой искровой оптической эмиссионной спектроскопии, искровой ОЭС. Искровая ОЭС включает в себя возбуждение атомов целевой пробы, состава которой требуется узнать, и исследование длины волны фотонов, излучаемых атомами при переходе из возбужденного состояния в состояние с более низкой энергией. Каждый элемент в Периодической таблице испускает характерный набор дискретных длин волн, когда его атомы возвращаются из возбужденного состояния в более низкое энергетическое состояние. Посредством обнаружения и анализа этих длин волн элементный состав пробы может быть определен в соответствии с калибровочной кривой, показывая тем самым взаимосвязь между соотношением спектральной интенсивности (то есть абсолютной мощностью излучения элемента/абсолютной мощностью излучения основного металла) и концентрацией элемента в стандартной пробе.

Чтобы лечь ровно на предназначенное для анализа отверстие спектрометра, проба металла не может иметь каких-либо удлинений, и поверхность для анализа пробы металла должна быть гладкой. Там не может находиться часть пробы или корпуса пробы, которая нарушит плоскость поверхности для анализа. Проба должна закрывать предназначенное для анализа отверстие спектрометра и быть достаточно плоской, чтобы облегчить продувку инертным газом искроуловительной камеры и представлять собой прилегающую поверхность пробы по направлению к аноду.

Процедуры и процессы получения репрезентативного анализа металлов хорошо известны в данной области техники, как описано в руководстве Dulski T.R., A Manual for the Chemical Analysis of Metals, ASTM International, 1996. До тех пор обычно считалось, что проба металла и приборы, используемые для ее анализа, не зависят друг от друга и, как таковые, не влияют один на другой.

Известны традиционные пробоотборные устройства, которые дают образец или диск из твердого металла для использования в спектрографическом анализе. Геометрическая форма и размеры застывших образцов металла, полученных с помощью таких пробоотборных устройств, иногда будут зависеть от типа металла или металлографических потребностей. Общей категорией проб, которые получают с помощью погружных устройств для анализа искровой ОЭС, являются пробы, имеющие форму диска или овала и диаметр или длину от 28 до 40 мм. Чаще всего такие пробы имеют диаметр или длину примерно 32 мм и толщину от 4 до 12 мм. Некоторые пробоотборники, общеизвестные как пробоотборники в виде «леденца на палочке», могут производить пробы различной формы, от круглой до овальной или более длинной, в соответствии с требованиями пользователя, но большинство проб по-прежнему имеют диаметр или длину примерно 32 мм. Другие пробоотборники, общеизвестные как пробоотборники с двойной толщиной, сочетают две толщины в одной и той же пробе.

Типичные пробоотборные устройства, предназначенные для получения проб расплавленного металла для анализа методом искровой ОЭС, включают в себя пробоотборную камеру или формообразующую полость, выполненную с возможностью ее заполнения расплавленным металлом при погружении пробоотборного устройства в ванну расплавленного металла. Формы, которые ограничивают формообразующую полость или пробоотборную камеру, обычно представляют собой двухкомпонентную створчатую конструкцию типа раковины или кольцо, закрытое на его верхней и нижней сторонах плоскими пластинами. Как только проба металла затвердела, формы выбрасывают, а пробу переносят в искровой ОЭС-спектрометр для анализа.

Патент США № 3646816 описывает этот тип одноразового погружного пробоотборника, в котором обе плоские поверхности дискообразной пробы образованы охлаждающими пластинами для достижения более быстрого застывания и парой более гладких поверхностей, которые требуют меньшей очистки перед анализом. Другие патенты уровня техники, такие как патент США № 4211117, относятся к аналогичной концепции, в то время как в патентах США № 4401389 и № 5415052 приведены примеры этой металлургической пробы, объединенной с другими датчиками, одним из которых может быть датчик измерения температуры.

Пробы, полученные с помощью традиционных пробоотборных устройств, имеют диаметр примерно 32 мм в направлении, параллельном отверстию спектрометра, и толщину от 4 до 12 мм в направлении, перпендикулярном отверстию спектрометра. Было обнаружено, что застывшая проба обычной толщины требует сошлифовывания поверхности от 0,8 до 5 мм литой поверхности, чтобы добраться до поверхности для анализа, которая свободна от ликвации металлов и неметаллов. Обычные пробы позволяют достичь этого состояния поверхности только после процессов подготовки с получением геометрии, которая обычно имеет диаметр по меньшей мере 28 мм в направлении, параллельном отверстию спектрометра, и имеет толщину, которая обычно составляет менее 12 мм в направлении, перпендикулярном отверстию. С этой геометрией после подготовки часто имеет дело оборудование для подготовки к предварительному анализу, которое механически шлифует поверхность пробы, а также она удобна для транспортировки роботизированными манипуляторами, которые продвигают пробу от подготовки через анализ и извлечение к ожиданию следующей пробы.

Устранение необходимости в подготовке поверхности сокращает время анализа и является экономически выгодным для производителя металла. Различные решения этой проблемы описаны в EP3336513A1, EP3336514A1, EP3336512A1 и EP3336511A1. Эти документы относятся к пробоотборникам прямого анализа (ПА), которые являются недавно разработанным типом погружного в расплавленный металл пробоотборника, который производит пробы для прямого анализа. Пробы ПА не требуют какой-либо подготовки поверхности перед их анализом и, следовательно, могут привести к значительным экономическим выгодам, как с точки зрения доступности своевременных результатов по химическому составу, так и экономии лабораторного времени благодаря использованию метода анализа ОЭС. В частности, вышеупомянутый известный уровень техники описывает равномерное заполнение пробоотборной полости и быстрое охлаждение пробы расплавленного металла, так что все сечение представляемой на анализ пробы застывает равномерно и, предпочтительно, без поверхностного окисления. Теплосодержание застывающего металла снижают, доводя отобранный металл до температуры, близкой к комнатной, прежде чем его удаляют из форм пробоотборной камеры. Полученные пробы имеют меньшие объемы, чем те, которые описаны в уровне техники, так что ненужные большие объемы проб не препятствуют быстрому застыванию пробы расплавленного металла. Следовательно, пробы, описанные в EP3336513A1, EP3336514A1, EP3336512A1 и EP3336511A1, могут анализироваться с помощью искровой ОЭС без подготовки поверхности, и таким образом достигается потенциальная экономическая выгода.

Пробоотборники ПА, используемые для применений с высоким содержанием кислорода, таких как конвертерный процесс, процесс в электродуговой печи (ЭДП), или во время обработки в ковше, обычно содержат материал-раскислитель. Например, во время обработки в ковше сталь раскисляется посредством алюминия или кремния, в зависимости от требований к сортаменту. В случае, если сталь с высоким содержанием кислорода охлаждают без добавления раскислителей, будет выделяться кислород. Этот выделившийся кислород будет воссоединяться с углеродом в жидкой стали, образуя пузырьки СО. Такая реакция может быть довольно бурной. В случае, если сталь застынет, эти пузырьки будут захвачены застывшей структурой.

Следовательно, пробоотборники, созданные для использования в применениях с высоким содержанием кислорода, должны содержать материал-раскислитель. Часто в качестве материала-раскислителя используется алюминиевый материал. Однако, также могут быть использованы другие материалы, такие как циркониевый материал и/или титановый материал.

Количество материала-раскислителя в пробоотборнике обычно составляет порядка 0,2-0,3% от массы пробы. Известно много разных путей добавления материала-раскислителя в пробоотборник, а наиболее часто используемым является фольга во впускном патрубке пробоотборника или что-то типа заклепки на самом конце впускного патрубка. Ранее описанные способы добавления материала-раскислителя, например алюминия, не подходят в сочетании с периодом продувки аргоном перед заполнением пробой. Заклепка будет плавиться и растворяться в стальной ванне до того, как начнется заполнение. Использование фольги, часто применяемой в S-образной форме, задействует трение алюминия о кварцевую трубку в качестве средства фиксации. Этого трения недостаточно, чтобы выдержать усилие продувки, пока алюминий «ослабевает» из-за подогрева от ванны. Применение клея или цемента для получения такой фиксации будет влиять на результаты анализа. Испытания показали, что пробы, демонстрирующие очень высокое или очень низкое содержание алюминия, также будут демонстрировать значительные отклонения по другим анализируемым элементам, в частности по углероду.

В стандартных пробах, например, в «леденцовых» пробах, имеющих типичную массу пробы около 100 г, у материала-раскислителя есть гораздо больше времени для растворения, и эти пробы будут шлифоваться до глубины 0,8 мм для получения чистой однородной поверхности для анализа. Даже в том случае, если поступающая первой сталь может потерять некоторое количество углерода, эта сталь будет обнаружена в небольшом углу пробы в дальнем конце от точки входа. Однако типичная проба ПА имеет массу от 3 до 10 г и проявляет толщину менее 4 мм, в основном около 2 мм. Поскольку пробы очень небольшие, доступное время, т.е. время заполнения, для получения однородного распределения добавленного материала-раскислителя в пробе очень мало, и высокое содержание материала-раскислителя в слое на наружной поверхности пробы, как правило, оказывается неприемлемым. Вклад в эту проблему вносит тот факт, что в большинстве применений с высоким содержанием кислорода, в частности, в конвертерных применениях, диапазон температур и кислорода очень широкий. Очень важно получить хорошие результаты на наружном конце этого диапазона применения. Можно рассмотреть общий диапазон температур от около 1550°C до 1750°C и диапазон содержания кислорода от 100 до 2000 миллионных долей (млн^-1). Могут появляться даже значения вне этого диапазона, но их следует считать исключительными. Следует также отметить, что в рамках этого применения процесс отбора проб осуществляется посредством автоматической погружной фурмы. Из-за различий процесса и износа футеровки емкости глубина погружения может варьироваться от примерно 20 см до 1 метра. Эта разница в глубинах погружения будет создавать большую разницу в скорости заполнения пробой. Еще одна проблема заключается в том, что эти пробы отбираются во время обработки стали, вследствие чего значения анализа нельзя сравнивать с другими значениями анализа.

Поэтому первая задача изобретения состоит в том, чтобы добавлять материал-раскислитель таким образом, чтобы избежать вышеупомянутых проблем.

Кроме того, пробоотборники известного уровня техники, созданные для использования в применениях с низким содержанием кислорода, страдают от ошибочных результатов измерений из-за углеродных и водородных компонентов, то есть углеводородов, выделяемых из клеев и цементов, используемых для сборки узла пробоотборной камеры.

Традиционно впускной патрубок монтируется по существу газонепроницаемым образом на корпусе узла пробоотборной камеры. Когда пробоотборник погружен в расплавленный металл, погружной конец впускного патрубка приходит в контакт с расплавленным металлом. Материал впускного патрубка, например кварцевый материал, будет излучать тепло в узел пробоотборной камеры и подогревать форму, образованную закрывающей пластиной и корпусом. Компоненты, присутствующие в этом месте, начнут разлагаться. Углеродсодержащие компоненты начнут выделять углеродсодержащие газы, которые будут конденсироваться дальше в форме. Кроме того, после того как пробоотборная камера заполнена, эти компоненты будут образовываться и конденсироваться на поверхности пробы. Поскольку проба предназначена быть не требующей подготовки пробой, эта конденсация будет влиять на результат анализа и приводить к ошибочным показаниям по углероду.

Поэтому вторая задача изобретения состоит в том, чтобы предложить пробоотборник, который обеспечивает пробы, с которых могут быть сняты точные показания по углероду.

Сущность изобретения

Изобретение предлагает пробоотборник для отбора проб из ванны расплавленного металла, в частности, ванны расплавленной стали, содержащий:

несущую трубку, имеющую погружной конец;

узел пробоотборной камеры, расположенный на погружном конце несущей трубки, причем узел пробоотборной камеры содержит закрывающую пластину и корпус, при этом корпус содержит погружной конец, имеющий отверстие;

впускной патрубок, имеющий первый конец для приема расплавленного металла и второй конец, противоположный первому концу, причем второй конец сообщается с упомянутым отверстием, при этом отверстие выполнено с возможностью принимать расплавленный металл из впускного патрубка;

измерительную головку, причем пробоотборная камера и второй конец впускного патрубка по меньшей мере частично расположены в измерительной головке; и

материал-раскислитель, расположенный вдоль центральной оси впускного патрубка, причем по меньшей мере часть материала-раскислителя расположена рядом со вторым концом впускного патрубка внутри измерительной головки, и причем впускной патрубок содержит первое соединительное средство, расположенное на втором конце впускного патрубка, причем материал-раскислитель содержит второе соединительное средство для взаимодействия с первым соединительным средством на впускном патрубке с закреплением материала-раскислителя в положении вдоль центральной оси впускного патрубка.

Преимущественно, прежде чем поступающая первой сталь сможет охладить полость пробоотборной камеры, образованную закрывающей пластиной и корпусом, материал-раскислитель, который жестко установлен и удерживается на месте, может раствориться в поступающей в полость стали. Материал-раскислитель, расположенный вдоль центральной оси на пути входа в пробоотборную камеру, способен выдерживать усилие продувочного газа при продувке, усилие жидкой стали, поступающей в узел во время заполнения, а также материал-раскислитель способен немедленно растворяться в самый первый момент заполнения, т.е. поскольку материал не прижимается к боковой стенке.

Неожиданно было обнаружено, что конфигурация согласно изобретению минимизирует усилия продувочных газов во время подогрева пробоотборника в ванне расплавленного металла и минимизирует подогрев материала-раскислителя от стальной ванны, ослабляющий материал-раскислитель. Это позволяет устанавливать раскислитель очень близко к погружному концу измерительной головки, даже в местах, достигающих 200-300°C во время периода продувки. Это место может быть легко измерено в измерительной головке любого типа, и это – предпочтительное положение для монтажа/крепления.

В одном варианте выполнения материал-раскислитель содержит алюминиевый материал. Хотя алюминий имеет очень низкую температуру плавления, он является предпочтительным материалом-раскислителем, потому что другие тугоплавкие материалы, такие как цирконий, не плавятся и должны растворяться в жидкой стали. Это занимает намного больше времени и не может быть использовано во всем диапазоне применения при использовании для небольших проб типа ПА. Однако, также могут быть использованы другие материалы, такие как циркониевый материал и/или титановый материал.

В другом варианте выполнения материал-раскислитель выполнен в форме плоского листа толщиной от 0,05 до 0,2 мм, более предпочтительно от 0,1 до 0,15 мм, наиболее предпочтительно 0,125 мм.

Более толстый материал будет показывать плохие результаты при низкотемпературных применениях, в то время как при высокотемпературных применениях более тонкий лист материала-раскислителя не выдержит усилие входящего потока стали после подогрева.

В еще одном варианте выполнения количество материала-раскислителя соответствует от 0,1% до 0,5%, предпочтительно от 0,2% до 0,3%, от массы пробы.

В другом варианте выполнения впускной патрубок содержит кварцевый материал, предпочтительно плавленый кварцевый материал.

В еще одном варианте выполнения первое соединительное средство реализовано по меньшей мере одним углублением, предпочтительно двумя углублениями, в материале впускного патрубка, расположенным(и) ближе ко второму концу впускного патрубка, и при этом второе соединительное средство реализовано по меньшей мере одним выступом, предпочтительно двумя выступами, для взаимодействия с первым соединительным средством на впускном патрубке с закреплением материала-раскислителя в положении вдоль центральной оси впускного патрубка.

В альтернативном варианте выполнения первое соединительное средство реализовано по меньшей мере одним выступом, предпочтительно двумя выступами, в материале впускного патрубка, расположенным(и) ближе ко второму концу впускного патрубка, и при этом второе соединительное средство реализовано по меньшей мере одним углублением, предпочтительно двумя углублениями, для взаимодействия с первым соединительным средством на впускном патрубке с закреплением материала-раскислителя в положении вдоль центральной оси впускного патрубка.

В одном варианте выполнения материал-раскислитель, добавляемый с целью раскисления, может быть разделен на две части. Первая часть, которая вступает в реакцию с кислородом, растворяется в жидкой стали и реагирует с образованием оксида алюминия (экзотермическая реакция), а вторая часть растворяется в микроструктуре стали (эндотермическая реакция). В случае, если алюминий расположен в более холодной области во впускном патрубке, у алюминия будет меньше времени и энергии для растворения в стали. Плохо растворенный алюминий приведет к значительным отклонениям в анализе почти по всем анализируемым элементам.

В одном варианте выполнения первое и второе соединительные средства приспособлены противостоять усилию продувочного газа по выдавливанию материала-раскислителя в ванну расплавленного металла.

Изобретение также предлагает пробоотборник для отбора проб из ванны расплавленного металла, в частности ванны расплавленной стали, содержащий:

несущую трубку, имеющую погружной конец;

узел пробоотборной камеры, расположенный на погружном конце несущей трубки, причем узел пробоотборной камеры содержит закрывающую пластину и корпус, при этом корпус содержит погружной конец, имеющий отверстие;

впускной патрубок, имеющий первый конец для приема расплавленного металла и второй конец, противоположный первому концу, причем второй конец сообщается с упомянутым отверстием, при этом отверстие выполнено с возможностью приема расплавленного металла из впускного патрубка;

измерительную головку, причем пробоотборная камера и второй конец впускного патрубка по меньшей мере частично расположены в измерительной головке; и

металлическую втулку, причем металлическая втулка соединяет впускной патрубок с пробоотборной камерой.

Преимущественно, благодаря использованию металлической втулки для соединения впускного патрубка с пробоотборной камерой, для указанного соединения этих двух компонентов не используются клеи или цементы. Это связано с тем, что клеи и цементы, нанесенные на или во впускной патрубок внутри измерительной головки в областях, непосредственно сообщающихся с пробоотборной полостью, будут гореть и разлагаться во время фазы прогрева пробоотборника. Клеи и цементы, нанесенные вне погружного конца измерительной головки, будут гореть или разлагаться и растворяться в ванне жидкой стали во время периода продувки в случае использования в небольших количествах. Следовательно, предпочтительно, чтобы толщина металлической втулки была настолько малой, насколько это возможно, например, не превышающей 1 мм для периодов продувки в 5 секунд после достижения самой глубокой точки погружения в ванну жидкой стали.

Кроме того, впускной патрубок, расположенный в металлической втулке, может удерживаться на месте во время процесса погружения с помощью ферростатического давления, и жидкая сталь, проникающая в небольшой зазор между впускным патрубком и металлической втулкой, застынет. Однако, фиксация просто трением о втулку может быть достаточной для того, чтобы удерживать впускной патрубок на месте.

Дополнительным преимуществом этого узла является его механическая устойчивость и простота производства. Еще одним дополнительным преимуществом этого узла является улучшенная фиксация пробы в форме. После погружения пробоотборника в ванну погружная головка упадет на землю и/или измерительная головка будет снята для извлечения пробоотборника. В обоих случаях впускной патрубок может сломаться. Этот разлом достигнет верхнего конца впускного патрубка в пробоотборной камере, что приведет к недостаточной фиксации пробы в пробоотборной камере. Перемещая конец впускного патрубка к погружному концу измерительной головки, можно добиться очень хороших результатов по фиксации пробы в пробоотборной камере.

В одном варианте выполнения металлическая втулка приспособлена проходить от узла пробоотборной камеры до первого конца впускного патрубка.

Преимущественно, использование металлической втулки, которая проходит от узла пробоотборной камеры до первого конца, или погружного конца впускного патрубка, позволяет создать сухое крепление, то есть крепление без использования клея и/или цемента. Такая металлическая втулка может иметь длину около 40 мм, из которых около 20 мм расположены за пределами погружного конца измерительной головки.

Считается очень полезным применять металлическую втулку, которая будет доходить до погружного конца измерительной головки. Преимущественно, такая металлическая втулка создает увеличенный постоянный наружный диаметр вокруг входного штифта. Из-за периода продувки впускной патрубок будет прогрет и не застынет за пределами погружного конца измерительной головки. После взятия пробы пробоотборник может быть сброшен на пол цеха, и проба может быть извлечена с помощью силы, т.е. удара молотком. Этой силы может хватить для изгибания горячего входного штифта. Металлическая втулка предотвращает изгибание штифта. В случае, если штифт будет изгибаться в направлении поверхности для анализа пробы, проба не может быть размещена на приборе искровой ОЭС без снятия штифта, что займет много времени.

В другом варианте выполнения металлическая втулка имеет по меньшей мере две разные толщины стенки и/или по меньшей мере два разных диаметра по своей длине.

Металлическая втулка может иметь разные толщины стенки и диаметры по своей длине. Толщина стенки металлической втулки за пределами измерительной головки может быть минимизирована, и теплопередача к пробе может быть минимизирована за счет применения локального уменьшения толщины стенки без снижения требуемой механической прочности. Такая металлическая втулка может быть изготовлена из нескольких запрессованных деталей, или же может быть изготовлена из единого куска металла. Обе конфигурации считаются входящими в объем настоящего изобретения. Можно рассмотреть возможность опускания погружного конца пробоотборника ближе к погружному концу измерительной головки без изменения длины впускного патрубка, однако это приведет к сильному тепловому потоку от ванны стали к пробоотборнику.

В одном варианте выполнения металлическая втулка содержит алюминиевый материал.

В другом варианте выполнения впускной патрубок содержит кварцевый материал, предпочтительно плавленый кварцевый материал.

В еще одном варианте выполнения металлическая втулка имеет длину от 10 до 40 мм, внутренний диаметр 4 мм и внешний диаметр 6 мм.

В другом варианте выполнения металлическая втулка запрессована в пробоотборную камеру для соединения впускного патрубка с пробоотборной камерой.

В другом варианте выполнения пробоотборник содержит измерительную головку, несомую на несущей трубке и выполненную с возможностью вмещать по меньшей мере части пробоотборной камеры, и причем по меньшей мере часть металлической втулки выходит из измерительной головки.

В одном варианте выполнения пробоотборник содержит защитный колпачок, прикрепленный к первому концу впускного патрубка.

В другом варианте выполнения втулка содержит канавки на наружной поверхности втулки, чтобы минимизировать теплопередачу к узлу пробоотборной камеры.

Краткое описание чертежей

Следующие схематические чертежи показывают аспекты изобретения для улучшения понимания изобретения в связи с некоторыми примерными иллюстрациями, причем

Фиг.1 и 2 показывают схематичные виды в разрезе пробоотборника в соответствии с первым вариантом выполнения изобретения;

Фиг.3 и 4 показывают схематичные виды в разрезе пробоотборника в соответствии со вторым вариантом выполнения изобретения; а

Фиг. 5 показывает деталь «А» на Фиг.4.

Подробное описание

На Фиг.1 и 2 показаны схематические виды в разрезе пробоотборника 1 для отбора проб из ванны расплавленного металла в соответствии с первым вариантом выполнения изобретения. Пробоотборник 1 подходит для погружения в и отбора проб расплавленной стали. Показанный пробоотборник 1 содержит измерительную головку 3, которая может быть изготовлена из кварцевого песка со связующим из смолы. Измерительная головка 3 опирается на несущую трубку 5, которая может быть бумажной несущей трубкой. При применении зондодержатель или фурма (не показаны) предпочтительно вставляется во внутренний объем несущей трубки 5 для обеспечения механического действия, необходимого для погружения измерительной головки 3 ниже поверхности ванны расплавленного металла (не показана) в направлении I погружения.

Измерительная головка 3 содержит узел 7 пробоотборной камеры, предназначенный для сбора и извлечения пробы расплавленного металла. Узел 7 пробоотборной камеры, как показано, представляет собой двухкомпонентную пробоотборную камеру, состоящую из корпуса 9 и закрывающей пластины 11. Корпус 9 предпочтительно выполнен из одного или более материалов, которые являются хорошими проводниками тепла и электричества, такими как, но не ограничиваясь ими, алюминий, медь и другие металлы, обладающие сходными свойствами теплопроводности и электропроводности для электрического соединения с извлеченной пробой металла. Корпус 9 и закрывающая пластина 11 узла 7 пробоотборной камеры могут удерживаться вместе зажимом 13 с силой сжатия, достаточной для противодействия склонности двух деталей 9, 11 узла 7 пробоотборной камеры к разделению из-за усилия расплавленного металла, затекающего в и заполняющего узел 7 пробоотборной камеры. Зажим 13 может быть металлическим зажимом.

На Фиг.1 и 2 также показана измерительная головка 3, имеющая первый конец и противоположный ему второй конец. Первый конец измерительной головки 3 соответствует погружному концу 15 измерительной головки 3. Второй конец измерительной головки 3 выполнен обращенным к зондодержателю или фурме. Кроме того, узел 7 пробоотборной камеры имеет первый конец и противоположный ему второй конец. Первый конец узла 7 пробоотборной камеры соответствует погружному концу 17 узла 7 пробоотборной камеры. Специалистам в данной области техники будет понятно, что термин «погружной конец» означает тот конец корпуса, который первым погружается в расплавленный металл. Первый конец узла 7 пробоотборной камеры прикреплен к впускному патрубку 19, причем этот впускной патрубок вставлен в отверстие в корпусе 9. Впускной патрубок 19 обеспечивает поток расплавленного металла из ванны расплавленного металла в узел 7 пробоотборной камеры. Таким образом, расплавленный металл вводится в узел 7 пробоотборной камеры в направлении I погружения, параллельном центральной оси X пробоотборной полости. Впускной патрубок 19 может быть изготовлен из кварцевого материала, более предпочтительно из плавленого кварцевого материала.

На Фиг.1 и 2 также показан материал-раскислитель 21, который может представлять собой алюминий, расположенный вдоль центральной оси X впускного патрубка 19. Также можно видеть, что часть материала-раскислителя 21 расположена рядом со вторым концом впускного патрубка 19 внутри измерительной головки 3.

Также на Фиг. 1 и 2 показаны первое соединительное средство 23 на впускном патрубке 19, которое может быть реализовано в виде углублений или выступов в материале впускного патрубка 19. Материал-раскислитель 21 содержит второе соединительное средство 25, которое может быть реализовано в виде выступов, которые взаимодействуют с соответствующими углублениями первого соединительного средства 23, или наоборот. Благодаря соединительным средствам 23, 25, показанным на Фиг. 1 и 2, материал-раскислитель 21 может надежно удерживаться вдоль центральной оси X на пути входа в узел 9 пробоотборной камеры и, таким образом, способен выдерживать усилие продувочного газа при продувке и усилие жидкой стали, поступающей в узел во время заполнения.

Также на Фиг.1 и 2 показан колпачок 27, расположенный на первом конце впускного патрубка 19. Когда первый конец впускного патрубка погружен в расплавленный металл, колпачок 27 будет плавиться, и расплавленный металл может протекать через впускной патрубок 19. Кроме того, на Фиг.1 и 2 показана металлическая втулка 29, которая соединяет впускной патрубок 19 с корпусом 9 узла 7 пробоотборной камеры. Однако металлическая втулка 29 является просто необязательной для этого варианта выполнения. Впускной патрубок 19 также может быть прикреплен к корпусу 9 посредством клея или цемента.

На Фиг.3 и 4 показаны схематические виды в разрезе пробоотборника 1' по второму варианту выполнения изобретения.

Пробоотборник 1' подходит для погружения в и отбора проб расплавленной стали. Показанный пробоотборник 1' содержит измерительную головку 3', которая может быть изготовлена из кварцевого песка со связующим из смолы. Измерительная головка 3' опирается на несущую трубку 5', которая может быть бумажной несущей трубкой. При применении зондодержатель или фурма (не показаны) предпочтительно вставляется во внутренний объем несущей трубки 5', чтобы обеспечить механическое действие, необходимое для погружения измерительной головки 3' ниже поверхности ванны расплавленного металла (не показано) в направлении I погружения.

Измерительная головка 3' содержит узел 7' пробоотборной камеры, предназначенный для сбора и извлечения пробы расплавленного металла. Узел 7' пробоотборной камеры, как показано, представляет собой двухкомпонентную пробоотборную камеру, состоящую из корпуса 9' и закрывающей пластины 11'. Корпус 9' предпочтительно выполнен из одного или более материалов, которые являются хорошими проводниками тепла и электричества, такими как, но не ограничиваясь ими, алюминий, медь и другие металлы, обладающие сходными свойствами теплопроводности и электропроводности для электрического соединения с извлеченной пробой металла. Корпус 9' и закрывающая пластина 11' узла 7' пробоотборной камеры могут удерживаться вместе зажимом 13' с силой сжатия, достаточной для противодействия склонности двух деталей 9', 11' узла 7' пробоотборной камеры к разделению из-за усилия расплавленного металла, затекающего в и заполняющего узел 7' пробоотборной камеры. Зажим 13' может представлять собой металлический зажим.

На Фиг.3 и 4 также показана измерительная головка 3', имеющая первый конец и противоположный ему второй конец. Первый конец измерительной головки 3' соответствует погружному концу 15'. Второй конец измерительной головки 3' выполнен обращенным к зондодержателю или фурме. Кроме того, узел 7' пробоотборной камеры имеет первый конец и противоположный ему второй конец. Первый конец узла 7' пробоотборной камеры соответствует погружному концу 17'. Специалистам в данной области техники будет понятно, что фраза «погружной конец» означает тот конец корпуса, который первым погружается в расплавленный металл. Первый конец узла 7' пробоотборной камеры прикреплен к впускному патрубку 19', причем этот впускной патрубок вставлен в отверстие в корпусе 9'. Впускной патрубок 19' обеспечивает поток расплавленного металла из ванны расплавленного металла в узел 7' пробоотборной камеры. Таким образом, расплавленный металл вводится в узел 7' пробоотборной камеры против направления I погружения, параллельного продольной оси X пробоотборной полости. Впускной патрубок 19' может быть изготовлен из кварцевого материала, более предпочтительно из плавленого кварцевого материала.

Как показано на Фиг.3 и 4, пробоотборник 1' также содержит металлическую втулку 29', которая может содержать алюминиевый материал. Металлическая втулка 29' может иметь длину от 10 до 40 мм, внутренний диаметр 4 мм и наружный диаметр 6 мм. В показанном варианте выполнения металлическая втулка 29' запрессована в корпус 9' узла 7' пробоотборной камеры для соединения впускного патрубка 19' с узлом 7' пробоотборной камеры.

На фиг.5 показана деталь «А» на Фиг. 4. Как показано, металлическая втулка 29' проходит от узла 7' пробоотборной камеры вниз до первого конца впускного патрубка 19' и тем самым окружает впускной патрубок 19'. Кроме того, можно видеть, что металлическая втулка 29' имеет по меньшей мере две разные толщины стенки и/или по меньшей мере два разных диаметра по своей длине.

Признаки, раскрытые в формуле изобретения, описании и на чертежах, могут быть существенными для различных вариантов выполнения заявленного изобретения, как по отдельности, так и в любой комбинации друг с другом.

Ссылочные позиции

1, 1' – Пробоотборник

3, 3' – Измерительная головка

5, 5' – Несущая трубка

7, 7' – Узел пробоотборной камеры

9, 9' – Корпус

11, 11' – Закрывающая пластина

13, 13' – Зажим

15, 15' – Погружной конец измерительной головки

17, 17' – Погружной конец пробоотборной камеры

19, 19' – Впускной патрубок

21 – Материал-раскислитель

23 – Первое соединительное средство

25 – Второе соединительное средство

27, 27' – Колпачок

29, 29' – Металлическая втулка

А – Деталь

I – Направление погружения

X – Центральная ось.

Группа изобретений относится к пробоотборникам для отбора проб из ванны расплавленного металла, в частности ванны расплавленной стали, для применений с высоким и низким содержанием кислорода. Пробоотборник содержит несущую трубку, имеющую погружной конец; узел пробоотборной камеры, расположенный на погружном конце несущей трубки; впускной патрубок; измерительную головку и материал-раскислитель, расположенный вдоль центральной оси впускного патрубка. Узел пробоотборной камеры содержит закрывающую пластину и корпус, содержащий погружной конец, имеющий отверстие. Впускной патрубок имеет первый конец для приема расплавленного металла и второй конец, противоположный первому концу, причем второй конец сообщается с упомянутым отверстием, и отверстие выполнено с возможностью приема расплавленного металла из впускного патрубка. Пробоотборная камера и второй конец впускного патрубка по меньшей мере частично расположены в измерительной головке. По меньшей мере часть материала-раскислителя расположена рядом со вторым концом впускного патрубка внутри измерительной головки. Впускной патрубок содержит первое соединительное средство, расположенное на втором конце впускного патрубка, материал-раскислитель содержит второе соединительное средство для взаимодействия с первым соединительным средством на впускном патрубке с закреплением материала-раскислителя в положении вдоль центральной оси впускного патрубка. Технический результат заключается в получении проб металла, не требующих дополнительной подготовки перед дальнейшим анализом, и с которых могут быть сняты точные показания по углероду. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Пробоотборник для отбора проб из ванны расплавленного металла, в частности ванны расплавленной стали, содержащий:

несущую трубку, имеющую погружной конец;

узел пробоотборной камеры, расположенный на погружном конце несущей трубки, причем узел пробоотборной камеры содержит закрывающую пластину и корпус, при этом корпус содержит погружной конец, имеющий отверстие;

впускной патрубок, имеющий первый конец для приема расплавленного металла и второй конец, противоположный первому концу, причем второй конец сообщается с упомянутым отверстием, при этом отверстие выполнено с возможностью приема расплавленного металла из впускного патрубка;

измерительную головку, причем пробоотборная камера и второй конец впускного патрубка по меньшей мере частично расположены в измерительной головке; и

материал-раскислитель, расположенный вдоль центральной оси впускного патрубка, причем по меньшей мере часть материала-раскислителя расположена рядом со вторым концом впускного патрубка внутри измерительной головки, и при этом впускной патрубок содержит первое соединительное средство, расположенное на втором конце впускного патрубка, причем материал-раскислитель содержит второе соединительное средство для взаимодействия с первым соединительным средством на впускном патрубке с закреплением материала-раскислителя в положении вдоль центральной оси впускного патрубка.

2. Пробоотборник по п. 1, в котором материал-раскислитель содержит алюминиевый материал.

3. Пробоотборник по п. 1 или 2, в котором материал-раскислитель выполнен в форме плоского листа с толщиной от 0,05 до 0,2 мм, более предпочтительно от 0,1 до 0,15 мм, наиболее предпочтительно 0,125 мм.

4. Пробоотборник по любому из предшествующих пунктов, в котором количество материала-раскислителя соответствует от 0,1% до 0,5%, предпочтительно от 0,2% до 0,3%, от массы пробы.

5. Пробоотборник по любому из предшествующих пунктов, в котором впускной патрубок содержит кварцевый материал, предпочтительно плавленый кварцевый материал.

6. Пробоотборник по любому из предшествующих пунктов, в котором первое соединительное средство реализовано по меньшей мере одним углублением, предпочтительно двумя углублениями, в материале впускного патрубка, расположенным(и) ближе ко второму концу впускного патрубка, и при этом второе соединительное средство реализовано по меньшей мере одним выступом, предпочтительно двумя выступами, для взаимодействия с первым соединительным средством на впускном патрубке с закреплением материала-раскислителя в положении вдоль центральной оси впускного патрубка.

7. Пробоотборник по любому из предшествующих пунктов, в котором первое соединительное средство реализовано по меньшей мере одним выступом, предпочтительно двумя выступами, в материале впускного патрубка, расположенным(и) ближе ко второму концу впускного патрубка, и при этом второе соединительное средство реализовано по меньшей мере одним углублением, предпочтительно двумя углублениями, для взаимодействия с первым соединительным средством на впускном патрубке для закрепления материала-раскислителя в положении вдоль центральной оси впускного патрубка.

8. Пробоотборник для отбора проб из ванны расплавленного металла, в частности ванны расплавленной стали, содержащий:

несущую трубку, имеющую погружной конец;

узел пробоотборной камеры, расположенный на погружном конце несущей трубки, причем узел пробоотборной камеры содержит закрывающую пластину и корпус, при этом корпус содержит погружной конец, имеющий отверстие;

впускной патрубок, имеющий первый конец для приема расплавленного металла и второй конец, противоположный первому концу, причем второй конец сообщается с упомянутым отверстием, при этом отверстие выполнено с возможностью приема расплавленного металла из впускного патрубка;

измерительную головку, причем пробоотборная камера и второй конец впускного патрубка по меньшей мере частично расположены в измерительной головке; и

металлическую втулку, причем эта металлическая втулка соединяет впускной патрубок с пробоотборной камерой.

9. Пробоотборник по п. 8, в котором металлическая втулка выполнена проходящей от узла пробоотборной камеры до первого конца впускного патрубка.

10. Пробоотборник по п. 8 или 9, в котором металлическая втулка имеет по меньшей мере две разные толщины стенки и/или по меньшей мере два разных диаметра по своей длине.

11. Пробоотборник по любому из пп. 8-10, в котором металлическая втулка содержит алюминиевый материал, и/или в котором впускной патрубок содержит кварцевый материал, предпочтительно плавленый кварцевый материал.

12. Пробоотборник по любому из пп. 8-11, в котором металлическая втулка имеет длину от 10 до 40 мм, внутренний диаметр 4 мм и наружный диаметр 6 мм.

13. Пробоотборник по любому из пп. 8-12, в котором металлическая втулка запрессована в пробоотборную камеру для соединения впускного патрубка с пробоотборной камерой.

14. Пробоотборник по любому из пп. 8-13, причем пробоотборник содержит защитный колпачок, прикрепленный к первому концу впускного патрубка.

15. Пробоотборник по любому из пп. 8-14, в котором втулка содержит канавки на наружной поверхности втулки для минимизации теплопередачи к узлу пробоотборной камеры.