Устройство для определения содержания углерода и температуры в жидком металле Советский патент 1981 года по МПК G01N33/20 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к контролю параметров плавки в сталеплавильном процессе. Известно устройство для определения содержания углерода, в котором пробоотборник выполнен в виде кварцевого баллона с выступающей снизу кварцевой трубкой. Внутри баллона установлена термопара, измеряющая те пературу кристаллизации, а снаружи в трубке - термопара, измеряющая тем пературу жидкого металла LI. Однако это устройство требует повышенного расхода термопар, кроме того,инерционность термопары не позволяет точно фиксировать температуру фазового перехода ликвидус, что снижает точность определения содержания углерода в жидком металле. Известно также устройство для определения содержания углерода в расплаве, в котором измерения основной термопары, измеряющей температуру кристаллизации жидкого металла в пробоотборной полости, корректируется по температуре кристаллизаци эталона в другой полости пробоотбор . Недостатками такого устройства являются постоянный расход термоэлектродов, а также инерционность измерения термопарой, что снижает точность измерения. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для определения содержания углерода в жидком металле, в.котором для измерения температуры кристаллизации и температуры жидкого металла служит фотоэлемент, встроенный в торец поршня, установлен ного внутри фурмы с возможностью возвратно-поступательного движения, который втягивает порцию жидкого мета.лла внутрь полости водоохлаждаемой фурмы, где :металл. кристаллизуется З. Однако в известном устройстве точность измерения зависит от стабильности характеристики фотоэлемента. Вследствие большой нестабильности фотоэлементов точность измерения в этом устройстве невысока. Кроме то- го, применение возвратно-поступательного движения поршня усложняет конструкцию устройства. Цель изобретения - повышение точности измерения; и упрощение устройства.

Поставленная цель достигается тем что в торце водоохлаждаемого зонда со встроенным внутри его фотоэлементом выполнены по крайней мере две дополнительные и одна пробоотборная полости в огнеупорном материале,.например из кварца, причем в дополнительных полостях помещены эталонные сплавы железо - углерод с различным содержанием углерода, пробоотборная полость герметизирована сверху прозрачным материалом, а в боковой поверхности ее на разных уровнях выполнены два отверстия, закрытые легкоплавным материалом.

НА фиг. 1 показано устройство для определения содержания углерода и температуры жидкого металла/ на фиг.2 - диаграмма железо - углерорбд} На фиг. 3 - тарировочный график зависимости содержания углерода от соотношения отрезков времени фазовых переходов. 1

На торце, водоохлаждаемого зонда 1 расположены полости 2-4 в огнеупорных трубках 5-7 из кварца. В полостях -2 и 4 Помещены эталоны 8 и 9 изсплава железо-углерод с различным содержанием углерода. В пробоотборную полость 3 из ванны затекает проба жидкого металла 10 через отве;рстия.11 и 12 в боковой поверхнос ти огнеупорной трубки б. Трубка 6 CBepjty загерметизирована прозрачным материалом 13, например стеклом или кварцем. Внутри зонда расположена визирная трубка 14 с фокусирующей линзой 15 и фотоэлементом 16. Фотоалемент 16 проводами 17 подключен к прибору 18. В полости 3 помещен раскислитель 19. Отверстия 11 и 12 закрыты легкоплавными колпачками 20

Устройство работает следующим образом. ,

При погружении в жидкий металл зонда i, жидкий металл из ванны затекает в полость 3 через нижнее отверстие 12, вытесняя воздух через верхнее отверстие 11 после расплавления легкоплавких колпачков 20. В погруженном состоянии зонда 1 уровень отобранного жидкого .металла 10 в пробоо.тборной. полости 3 будет немного выше верхнего отверстия 11, так как воздушная пробка под герметизирующим материалом 13 не даст

подняться металлу выше. I.

После выдержки зонда под уровнем жидкого металла расплавляются два эталонных сплава 8 и 9. Прогрев до температуры расплавленного металла эталонных сплавов 8 и 9 фиксируется по максимальной точке насыщение на Кривой записи ЭДС от фотоэлемента 16 на диаграмме самопишущего прибора 18. После этогоЗОНД 1 выводится из металла в воздух. Жидкий ме.талл из пробоотборной полости 3 вытчет через отверстия 11 и 12 и его уровень ЙУдет совпадать с нижней кромкой отверстия 12. Это дает возмо:жность. для совпадения всех трех уровней расплавленных проб, что предопределит их одинаковую.массу и равную скорость охла:ждения.

Точками а, в, с С фиг.2} показаны на диагргшме положения двух эталонов с содержанием углерода соответственно 0,001 и 2% С, а также пробы залитого жидкого металла с неизвестным содержанием углерода (х ) , после выравнивания в них температуры, ставше равной температуре металла в сталеплавильной ванне.

Охлаждение всех трех проб происходит с одинаковой скоростью, причем первым закристаллизируется эталон с малой концентрацией углерода (точка cj), вторым закристаллизируется металл в пробоотборной полости 3 с содержанием углерода X (точка G) , третьим закристаллизируется второй эталон (точка f ) .

В моменты кристаллизации двух эталонов и Пробьь жидкого металла вследствие ВЕЛделения скрытой теплоты плавления происходит вспышкообразное световое излучение, что фиксируется фотоэлементом через фокусирующую линзу на диаграмме охлаждения в виде изломов йа кривой охлаждения.

Точки d f в , . на диаграмме (фиг.2) соответствуют этим моментамначала вспышек в результате выделяю.щегося мгновенно тепла из кристаллизирующего металла. Содержание углерода определяется соотношением двух отрезков времени между тремя моментами вспьшек

-Cl)

e-f

Расчет; значение температур Т 3 И и Т $ (температуры кристаллизации) известны из диаграммы ХФиг. 2J исоответствуют содержаниям углерода 0,001 и 2%, Требуется определись Те и далее по этой температуре из диаграммы (фиг.2) найти содержание углерода X % С.

Тй-Те .

W

()%et Ve-r e- e- -V d e- Ve Ve- f d-e ) (

т .-i:,-p

(6)

I i .

разделив числитель и знаменатель на Tg -.f получим

(trd-elCe-f)

(7) Ht ci-e/C e-t) ft К Из этого выражения видно, что определение величины Те, не зависит лшиь от соотношения отрезков времен . -- К; между тремя вспышкс1ми светового излучения трех проб кристаллизующегося металла. По величине Те (температура кристаллизации опре деляется содержание углерода Х%С, Так,как скорость охлаждения на участке практически постоянна, то определив скорость охлаждения пр бы залитого металла на участке g можно определить скорость охлаждения и на всем участке в-е. охл t где Рд.а - время между световой всп кой эталона {точка а и исследуемой пробы. Из фиг.2 находим температуру (температура жидкого металла) Te %XAVe- e - время охлаждения исследуемой пробы от максимал ной температуры до момен та фазового перехода (точка ej фиксируемого фотоэлемента в виде резкого излома на кривой охлаждения фиг.1 (точка е. Подставив в формулу (9} Tg. из фор мулы (7) получим т IkJEL ) -S-e . d-e - время охлаждения от максима ного светового потока до . . Iпромежуточной вспышк иссле дуемой пробы жидкого металл а ;. время между первой и второй вспышкой в пробоотборнике/ TjMTip - величины известные для эталонов с известным содержа. нием углерода, а величины; . определяются из измерения. Таким образом, по формуле (7) определяется косвенно температура крис таллизации исследуемой пробы жидкого метсшла, а по ней уже содержание в ней углерода. По формуле 10 определяется температура жидкого метгшла. На фиг. 3 приведен тарировочный график зависимости содержания углерода в пробе кристсшлизирующегося жидкого метгипла от соотношения двух отрезков времени меяаду тремя моментами световых вспышек в трех полостях пробоотборника. После замера при огнеупорных трубки-кварца 5-7 вынимаются, а на их место вставляются новые. Причем в качестве эталонов могут применяться уже отобранные пробы жидкого металла с известным после лабораторного анализа содержанием углерода. Формула изобретения Устройство для определения содержайия углерода и температуры жидкого металла, включающее водоохлаждаемый зонд, на торце которого установлен пробоотборник с полостью и фотоэлемент, встроенный внутри зонда, о тличающееся тем, что,с целью повышения точности измерения и упрощения устройства, в торце водоохлаждаемого зонда дополнительно выполнены по крайней мере две дополнительные полости, и все полости выполне 1ы в огнеупорном материале, например кварце, причем в дополнительных полостях помещены эталонные сплавы железо - углерод с различным содержанием углерода, пробоотборная полость герметизирована сверху прозрачным материалом, а на ее боковой поверхности на разных уровнях выполнены отверстия, закрытые легкрплавким материалом. Источники информации принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 415545, кл. G 01 п 1/10, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР 468140, кл. G 01 п 25/06, 1973. 3.Авторское свидетельство СССР 453622, кл. G 01 п 33/20, 1972.

6

т

ГУ а

Г5 С