Устройство для измерения содержания компонентов, например углерода, в жидком расплаве плавильного агрегата Советский патент 1981 года по МПК G01N27/00 

Изобретение относится к металлургии железа, в частности к устройствам для измерения содержания компонента, например углерода, в жидком расплаве металлургических плавильных агрегатов-, например кислородных конвертеров, мартеновск и двухванных печей и т.д. Известно устройство для определения содержания углерода в жидком расплаве, содержащее два электрода с разными температурами, соединенны с измерительным прибором. В качеств одного из электродов используется эталонный термоэлектрод, в качестве второго - металлический пруток, непрерывно вытягиваемый из распяавлен ного металла . Недостатки указанного устройства трудности технической реализации, а также погрешности, связанные с раст ворением эталонного термоэлектрода в жидком металле. Известно также устройство для определения содержания углерода по температуре кристаллизации, состоящее из пробоотборника, выполненного в виде кварцевого баллона, имеющего отверстие на рабочем, торце, защищенного металлическим колпаком. В металлический колпак вставлена огнеупорная пробка для предотвращения попадания колпака через отверстие в кварцевый баллон при растворении колпака в металле. После растворения колпака пробка всплывает и металл затекает в кварцевый баллон через его отверстие 2. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерений содержания углерода в жидком расплаве сталеплавильного агрегата, содержащее два электрода с разными температурами, соединенные с измерительным прибором. Электроды выполнены в виде одинаковых металли ческих стержней, размещенных в медном стакане, и снабжены системой охлаждения для поддержания на электродах разных температур. Измерение содержания углерода производится путем погружения электродов в жидкий расплав ,ЗХ Однако для работы этого устройства необходимо образование твердой пленки металла между электродами в результате охлаждения их. Кроме того, устройство не обеспечивает необходимых характеристик и требуемой оперативности, так как не дает необходимого темпа обновления пленки по ходу технологического процесса плавЦелью изобретения является улучшение метрологических характеристик и повышение оперативности контроля и, тем самым, увеличение производительности сталеплавильного агрегата. Эта цель достигается тем, что в устройстве для измерения содержания компонентов, например углерода, в жидком расплаве плавильного агрегатй содержащем два электрода с разными их температурами, соединенные с измерительным прибором, и анализируемы металл, размещенный между ними,электроды выполнены в виде сочетания открь той керамической трубки и керамической ампулы, заполненных армко-железом, при этом керамическая ампула снабжена вставкой с электронной про водимостью, размещенной в погружаемой в расплав части ампулы. На фиг,1 изображено предлагаемое устройство для измерения содержания углерода; на фиг.2 - градуировочные характеристики устройства; на фиг.З электрическая схема устройства. Устройство содержит два электрода } и 2, соединенные с измерительным прибором 3 посредством проводников k Электрод 1 выполнен в виде трубки, электрод 2 - в виде герметичной керамической ампулы. Оба электрода 1 и 2 выполнены армко-железом в виде стержней 5. Керамическая ампула 2 снабжена вставкой 6 с электронной проводимостью, которая размещается в погруженной в расплав 7 масти ампулы 1л может быть выполнена из металла, нерастворимого в расплаве, например платины, вольфрама, вставляется в отверстие диаметром 1-2 мм в стенке ампулы и герметизируется огнеупор. 4 ной массой. Трубка 1 и ампула 2 могут быть объединены в один блок. Устройство работает следующим образом. В нерабочем положении устройство находится вне сталеплавильного агрегата. Для измерения содержания углерода устройство погружается в расплав. При этом часть стержней 5 из армко-железа в трубке 1 и ампуле 2 расплавляется. В трубке 1 расплавившаяся часть стержня 5 из армко-железа перемешивается с расплавом 7. В ампуле 2, вследствие ее герметичности, имеется только электрический контакт армко-железа 5 с расплавом 7 через металлическую вставку 6. Температура электрода 1 равна температуре ликвидуса армко-железа, так как при этой температуре выполняется усилие равновесия процессов расплавления стержня 5 из армко-железа и кристаллизации жидкого расплава. Температура погружаемой части лектрода 2 равна температуре жидкого расплава 7 так как расплавленное армко-железо герметично заключено в ампуле 2. Температура расплава 7 может быть зафиксирована любым известнь1м прибором, например, с помощью термопары 8, погруженной в расплав 7. По величине термо-ЭДС, фиксируемой прибором 3, и температуре расплйва 7 фиксируемой прибором 9, определяем содержание углерода по градуировочной характеристике (фиг,2), которая представляет собой экспериментально установленную зависимость изменения термо-ЭДС прибора Е от изменения температуры расплава tp при различных содержаниях углерода , 0 0,3 ,18% в расплаве. Согласно теории термо-ЭДС ЗеебекаПельтье можно для схемы (фиг.З) записать термо-ЭДС анализатора Е j Q(q,T)dt -HJ Q(a,T)dT I Q(x,T)at,t Tn J C|(q,T)dT-E(a,T)J f E(a,T}J TncxTO,T)J tECa,T)j -ЕСа,Т)Г TTICXTO-Е(а,т)Г.Еид)Г (аГТ); где Q(x,T) - абсолютная диффе ренциальная термо-ЭДС жидкого расплава; Q(a,T) - абсолютная диффе ренциальная термо-ЭДС армко-железа;o naVx P соответственно температура в месте присоединен НИИ прибора, температура ликвидуса армко-железа, температура ликвидуса расплава и температура расплава. Так как . следовательно Ux.T),,}- РТр E(CS7 CO«5t E(a,T)const, так как а и Т известны, тогда Псу (х,Т)Г ), J- где (а,Т). считаем известным, так как для армко-железа a,Tp,,, величины известные. Соотношение (1) теоретически подтверждает возможность создания устройства для измерения содержания углерода в жидком расплаве методом термо-ЭДС. . Предложенное устройство позволяет резко повысить оперативность измерения содержания углерода в жидком расплаве, так как исклкмает необходимость в операциях отбора, подготов ки и транспортировки пробы на анализ в помещении экспресс-лабораторий. На эти операции требуется, как правило, 60 и более полного времени анализа. составляющего длительность 2-10 мин, что исключает возможность эффективного управления технологическим процессом. Ожидаемая экономия от вйёдрения данного устройства в сталеплавильном производстве связана с возможностью более эффективного управления технологическим режимом сталеплавильного агрегата вследствие применения уст-. ройства для контроля углерода высокой оперативности, что позволяет сократить продолжительность продувки металла кислородом, снизить удельный расход кислорода и ферросплавов, уменьшить угар металла, улучшить качество стали. Формула изобретения Устройство для измерения содержания компонентов, например углерода, в жидком расплаве плавильного агрегата, содержащее два электрода, соединенные с измерительным прибором, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и оперативности контроля, один из электродов выполнен в виде керамической трубкиj а второй - керамической ампулы, причем оба электрода заполнены армко-железом, при этом керамическая ампула снабжена вставкой из материала с электронной проводимостью, размещенной в погружаемой в расплав части ампулы. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 583166, кл. С 21 С 5/30, 1967. 2.Авторское свидетельство СССР № 3|2912, кл, С 21 С 5М, 1970. 3.Тулуевский Ю.Н., Нечаев Е.А. Информационные проблемы интенсификации сталеплавильных процессов, М.,Металлургия , 1Э78, с.158-159, 163.