Способ экспрессного определения окисленности стали Советский патент 1977 года по МПК G01N33/20 

Изобретение относится к физико-химическим исследованиям металлургических процессов. Известен способ экспрессного определения окисленности стали, основанный на измере- 5 НИИ электродвижущей силы высокотемпературного гальванического элемента. Этот способ имеет очень низкую точность, что обусловлено большим разбросом значений доли ионной проводимости твердого 10 электролита у наконечников даже из одной партии; паразитными электродвижущими силами или электродвижущими силами, возникающими в месте контакта токосъемника с металлом из-за его растворения и окисления; 15 неконтролируемым замыканием токосъемника и стандартного электрода через раскаленную керамику; наложением ошибок, возникающих при измерении доли ионной проводимости, активности кислорода в стандартном 20 элементе, температуры ванны, которые суммируются между собой и с ощибками вторичных приборов. Кроме того, несмотря на кажущуюся универсальность метода, его практическое применение требует проведения по- 25 стоянного исследования доли ионной проводимости твердого электролита для наконечников каждой партии. С целью повышения точности определения через расплавленный металл с помощью ка- 30 пилляра пропускают газ, отбирают капли металла, выбрасываемые выделяющимися п} зырями инертного газа, и по их размеру судят о количестве растворенного в металле кислорода. Предлагаемый способ основан на установленной зависимости между размером R пузыря, выходящего из капилляра, и поверхностным натяжением металла а R AY, где А - величина, не зависящая от а и и определяемая условиями опыта. Общая схема предлагаемого способа может быть описана следующей структурной формулой , которая обозначает, что количество растворенного в металле кислорода определяет поверхностное натяжение металла, а поверхностное натяжение обусловливает размер газовых пузырей, пропускаемых через калиброванный капилляр, причем размер пузырей, в свою очередь, определяет размер выбрасываемых капель металла. Таким образом, определение концентрации растворенного в металле кислорода сводится

к определению размеров металлических частиц.

Пример осуществления способа.

Проводя специальное исследование, осуществляют тарировку применяемого оборудования. Для этого сквозь расцлавленную сталь заданной марки при оцределенной температуре пропускают газ в пузырьковом режиме, отбирают образуемые пузырями капли металла и определяют их размер. Одновременно с высокой точностью (например глиноземным методом) определяют содержание растворенного кислорода. Изменив его (обдувом металла кислородом), замеры повторяют.

Таким образом находят зависимость г- для данной марки стали цри оцределенной температуре. Исследование повторяют для других температур, так как величина поверхностного натяжения зависит от температуры, а результаты наносят в виде графика на общий лист. Такую же номограмму строят и для других марок сталей.

Для экспрессного определения окисленности стали через погруженный в металл керамический капилляр пропускают газ в пузырьковом режиме с частотой один пузырек в секунду. Удобно применять капилляр 2 мм. При использовании более крупных капилляров образуются большие капли металла, которые сложно охладить до затвердевапия в потоке транспортирующего газа. Кроме того, крупные капли более подвержены деформации, что затрудняет применение известных автоматических методов гранулометрии (за исключением тепзометрического).

С другой стороны, применение более узких капилляров также увеличивает ошибку определения, так как с уменьшением размеров частиц увеличивается относительная ошибка измерения и сильно сказывается размывание капилляра металлом. В качестве барботирующего газа следует применять инертный газ с невысокой теплоемкостью (аргон). Применение активных газов приводит к неучитываемым побочным эффектам. Глубину погружения капилляра выбирают 10-15 см. При очень малой глубине погружения капилляра кинетическая энергия всплывания пузыря оказывается недостаточной для отрыва капель металла от ванны.

Поверхность металла обычно покрыта слоем шлака. Для создания условий свободного выхода пузырей вокруг зоны пропускания барботирующего газа создают интенсивную газовую завесу, которая оттесняет щлак с поверхности ванны на участке замера. Если количество шлака очень велико, то его предварительно скачивают одним из известных способов. В результате пропускания пузырей из

ванны выбрасываются капли металла, размер которых при постоянстве прочих условий определяется содержанием в металле растворенного кислорода. Эти капли поднимаются восходящим потоком, охлаждаются в нем и

быстро затвердевают. Затвердевшие капли металла по отводящему тракту переносятся из зоны отбора за пределы ванны и поступают в датчик измерительной системы. В качестве газа, подаваемого для создания отдувающей газовой завесы и образования транспортирующего потока, удобно использовать аргон.

В схеме измерительной системы для автоматического определения размеров частиц могут быть использованы фотоэлектрический, емкостной, индукционный и тензометрический датчики. Предпочтительным является применение тензодатчика, так как в этом случае измеряется вес каждой попадающей в датчик частицы и суммарный вес частиц. Способ может также иметь неавтоматическое окончание: поступающие частицы собирают и взвешивают на аналитических весах; исходя из веса и числа частиц, находят их размеры.

Оценка точности измерения количества растворенного в металле кислорода предлагаемым способом дает величину относительной ошибки 8%.

Формула изобретения

Способ экспрессного определения окисленности стали, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения через расплавленный металл с помощью капилляра пропускают инертный газ, отбирают капли металла, выбрасываемые выделяющимися пузырями инертного газа, и по их судят о количестве растворенного в мегйллё

кислорода.