Датчик концентрации углерода в жидком металле Советский патент 1974 года по МПК G01N25/06 

1

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано, в частности в системах автоматизации сталеплавильных агрегатов, например, непрерывного действия.

Известный датчик концентрации углерода в железо-углеродистом расплаве по температуре ликвидуса представляет собой термопару в защитном чехле, через который периодически продувают холодный нейтральный газ. Недостаток известного устройства состоит в том, что старении термоэлектродов и нарушении градуировочной характеристики термопары резко увеличивается погрешность определения углерода, что сокращает срок службы датчика.

Предлагаемый датчик отличается от известного тем, что внутри защитного чехла расположена дифференциальная термопара, на одном спае которой закреплена ампула, содержащая тугоплавкий материал, а на другом - ампула, содержащая материал с температурой плавления выше, чем максимально возможная температура ликвидуса определяемого расплава, например чистое железо.

Схема предлагаемого датчика представлена на чертеже.

Датчик состоит из защитного чехла I, дифференциальной термопары 2, термопары 3, ампулы 4 с чистым железом и ампулы 5 с тугоплавким материалом. Работает датчик следующим образом. В период подачи внутрь защитного чехла охлаждающего газа на стенках чехла образуется корка металла. С помощью термопары 3 фиксируется остановка температурной кривой охлаждения. С помощью диаграммы состояния данного расплава по температуре ликвидуса находят содержание углерода в

расплаве.

Кроме того, в период охлаждения при температуре кристаллизации чистого железа металл в ампуле 4 начнет застывать (ранее он находился в жидком состоянии, так как температура внутри чехла была выше, чем температура плавления чистого железа). В момент кристаллизации металла в ампуле 4 температура спая дифференциальной термопары, контактирующего с ампулой 4, не меняется, тогда как температура спая, контактирующего с ампулой 5, по-прежнему изменяется (уменьшается). В результате этого на выходе дифференциальной термопары появится сигнал о наступлении температуры плавления (кристаллизации) чистого железа, которая является вполне определенной величиной. Определяя в этот момент показания термопары 3 и сравнивая их с истинной температурой, которая равна температуре кристаллизации чистого железа, определяют погретность термопары 3, которую в виде поправки добавляют к показанию термопары в момент кристаллизации корки металла на защитном чехле.

Поскольку температура внутри чехла несколько ниже, чем температура на его поверхности, то к показанию термопары 3 добавляют постоянную величину, определяемую экспериментально.

Таким образом, температуру ликвидуса металлического расплава с пмощью предлагаемого датчика находят по следующей формуле

, 4 + + .

где л - температура ликвидуса металлического расплава,

д -температура, определяемая термопарой 3 и соответствующая температурной остановке кривой охлаждения,

- поправка, соответствующая изменению градуировочной характеристики термопары 3, равная разности показания термопары в момент кристаллизации чистого железа и температуре кристаллизации чистого железа,

- постоянная поправка на температурный градиент по пространству защитного чехла.

Поправка М находится экспериментально при помощи сопоставления показания датчика с данными химического анализа на углерод и остается постоянной для данного датчика на весь период его эксплуатации. Поправка определяется при каждом цикле измерения. Процесс определения и введения поправок может осуществляться автоматически при помощи нескольких решающих блоков.

Ампулы 4 и 5 имеют одинаковую теплоемкость для обеспечения симметрии и исключения запаздывания в изменении температур

спаев дифференциальной термопары 2. Одинаковые теплоемкости ампул достигаются размером и материалом ампул 5. Для предотвращения воздействия кристаллизующегося металла в ампуле 4 на показания термопары 3 в момент калибровки размеры ампулы 4 и масса заполняющего ее металла должны быть минимальными.

Предмет изобретения

Датчик концентрации углерода в жидком металле по температуре ликвидуса, состоящий из термопары в защитном чехле, отличающийся тем, что, с целью повышения точности анализа и увеличения срока службы

датчика, внутри защитного чехла расположена дифференциальная термопара, на одном спае которой закреплена ампула, содержащая тугоплавкий материал, а на другом - ампула, содержащая материал с температурой плавления выше, чем максимально возможная температура ликвидуса определяемого расплава.