Устройство для контроля жидкого металла Советский патент 1982 года по МПК G01N1/10 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА

1

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к устройствам для контроля жидкой стали-определения температуры, содержания углерода и отбора проб.

Известно устройство для замера температуры жидкой стали и определения содержания углерода в ней, содержащее огне упорный стакан с отверстием в боковой стенке для затекания металла и две термопары, встроенные в донышко, наружную - для измерения температуры металла и внутреннюю - для определения содержания углерода по температуре ликвидус 1-.

Недостатком этого устройства является соприкосновение всего устройства с контролируемым металлом, а также размещение холодных спаев термопар в доныщек или боковых стенках стакана, подверженных сильному всестороннему нагреву.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для контроля жидкого мегалла, содержащее стакан, снабженный пробоотборной кварцевой трубкой, выступающей внутрь стакана и огнеупорной крыщкой с размещенной в ней термопарой, снабженной U-образной кварцевой трубкой, расположенной внутри стакана 2,.

Известное устройство имеет следующие недостатки.

Поскольку устройство предназначено для разового использования, наличие двух термопар, как правило платиновых, и большая

5 длина нижней термопары, проходящей через весь стакан и трубку, существенно удорожает операцию контроля.

Вследствие подачи жидкого металла в верхнюю часть стакана сбоку от верхней

Q термопары высокоскоростной струей, вытекающей из трубки, металл растекается и кристаллизируется на крыщке и стенках стакана. В результате в центральной части стакана образуется полость. Даже при организации медленного потока расплава он

15 заполняет стакан вплоть до крышки, в результате чего на спае верхней температуры образуется усадочная раковина. Наличие полости или усадочной раковины снижает точность определения содержания углеро2Q да по температуре ликвидус и делает пробу непригодной для последующего анализа на вакуумном квантометре.

Выполнение стакана из кварца снижает прочность устройства, делает невозможным контроль металла, покрытого вязким шлаком, ухудшает теплоотвод от поступившего в него металла, что увеличивает продолжительность кристаллизации, а следовательно и продолжительность контроля.

Цель изобретения -.повышение качества контроля и представительности пробы,

Указанная цель достигается тем,, что устройство для контроля жидкого металла, содержащее стакан, снабженный пробоотборной кварцевой трубкой, выступающей внутри стакана, и огнеупорной крышкой с размещенной в ней термопарой, снабженной U-образной кварцевой трубкой, расположенной внутри стакана, спай термопары расположен в центре выходного сечения пробоотборной кварцевой трубки, крышка снабжена дроссельной трубкой, при этом длина U-образной трубки внутри стакана составляет 0,2-0,6 его высоты а дроссельная трубка выполнена с внутренним диаметром, определяемым формулой d(0,04-0,08), где d - диаметр, м; V-свободный объем сткана, h-глубина погружения пробоотборной кварцевой трубки в жидкий металл, м.

Целесообразно пробоотборную кварцевую трубку выполнить с плавно увеличивающимся сечением в верхней ее части и снабдигь наружной стальной трубкой, а нижнюю часть дроссельной трубки расположить внутри стакана, стакан выполнить из металла и с утолщенным дном, а наружную стальную трубку закрепить в дне.

Устройство позволяет подавать свежий неостывший металл непосредственно к спаю термопары и исключает подмешивание к нему остывшего металла из стакана в течение времени, необходимого для замера температуры. Указанное расположение пробоотборной кварцевой трубки и термопары обеспечивает измерение одной короткой термопарой сначала температуры жидкой стали, а затем температуры ликвидус.

Кроме того, выполнение пробоотборной кварцевой трубки с плавным расширением верхней части и расположение дроссельной трубки внутри стакана обеспечивает спокойное заполнение стакана металлом и образование над зеркалом металла воздушной подушки, благодаря которой усадочная раковина формулируется выше спая термопары.

Стакан выпблнен металлическим с утолщенным до 10-20 мм донышком, а пробоотборная кварцевая трубка, выступающая наружу, расположёна внутри стальной трубки, что повышает прочность устройства и ускоряет кристаллизацию металла, особенно в донной части, позволяя сократить время нахождения устройства в погруженном состоянии в ванне сталеплавильного агрегата.

На чертеже изображено устройство, общий вид.

Устройство содержит металлический стакан 1 цилиндрической или конической фор.мы с металлическим донышком 2 толщиной 10 20 мм. Утолщение донышка 2 выше указанного предела нерационально увеличивает массу устройства,, а уменьшение толщины снижает теплоотвод, что увеличивает время кристаллизации пробы. В донышке 2 закреплена металлическая наружная трубка 3, внутри которой размешена пробоотборная кварцевая трубка 4, выступающая внутрь стакана, имеющая в верхней части плавное расширение. На выступающей части пробоотборной кварцевой трубки 4 расположена спираль 5 из алюминиевой проволоки, при-чем диаметр спирали меньше диаметра расширенной части трубки 4. Металлическая наружная трубка 3 снизу закрыта колпачком 6 из тонколистового металла.

Сверху стакан 1 закрыт керамической крышкой 7, которая герметизирована, в частности относительно стакана клеем или обмазкой, например, жидким стеклом. В крышку 7 встроена термопара 8-, защищенная U-образной кварцевой трубкой 9 и соединенная с вилочным разъемом 10. Спай 11 термопары расположен в центре выходного сечения пробоотборной кварцевой трубки 4, выступающей внутрь стакана на 0,2-0,6 его высоты. Такая высота выступающей части трубки 4 обеспечивает достаточную высоту пробы с учетом толщины последующего реза и достаточное удаление спая 11 термопары 8 от-крышки 7. В крышке 7 также закреплена дроссель ая трубка 12, соединяющая стакан с атмосферой так, что ее нижний конец выступает на 5 - 15 мин внутрь корпуса. Уменьшение длины выступающей внутрь корпуса части дроссельной трубки 12 может привести к заполнению устройства металлом до крышки 7, ввиду сжимаемости воздуха, что приводит к образованию усадочной раковины в центре пробы. При большей длине выступающей части трубки 12 либо неоправдано увеличиваются габариты устройства, либо появляется возможность попадания спая термопары в область усадочной раковины, образуюшейся сверху пробы.

Внутренний диаметр дроссельной трубки 12 устанавливают из условия заполнения устройства жидким металлом в течение 3 - 7 с в соответствии с формулой

d (0,04 - 0,08) V,

где d - внутренний диаметр трубки, м; V - внутренний объем корпуса, fi - глубина погружения пробоотборной кварцевой трубки 4 в жидкий металл, м.

Для погружения в контролируемый жидкий металл устройство закреплено в картонном блоке 13, например, с помощью жидкого стекла, нижняя часть защищена огнеупорной массой 14, так что из блока выступает только конец трубки 3, закрытый колпачком 6. Устройство можно также расположить вместо картонной трубки внутри водоохлаждаемого зонда, погружаемого в контролируемый металл. Устройство работает следующим образом. Для контроля параметров жидкого металла, например стали, картонный блок,13 с устройством надевают на металлическую штангу, на торце которой имеются гнезда для вилочного разъема 10, а внутри провода, соединяющие их с измерительным прибором, например, одним или двумя электронными потенциометрами. С помощью механизма или вручную блок погружают в контролируемый металл на глубину не менее 100 мм, считая от верха пробоотборной кварцевой трубки 4. Колпачок 6 предохраняет устройство от попадания в него щлака и расплавляется в жидкой стали. Расплав под действием ферростатического давления в течение 3-5 с поступает по пробоотборной кварцевой трубке 4 к спаю 11 терпопары и стекает на донышко, где раскисляется алюминиевой проволокой 5. Расширение на конце трубки 4 препятствует всплыванию алюминиевой проволоки 5. Как показали расчеты, потеря температуры металла при движении по кварцевой трубке длиной 100 мм составляет не более 3-4 К. Поскольку расположение пробоотборной кварцевой трубки 4 и спая термопары исключает подмешивание остывшего расплава, точность измерения температуры жидкой стали (с поправкой 3-4 Kj получается достаточно высокой. Высота пробоотборной кварцевой трубки, выступаюшей внутрь стакана 1 и на 0,2-0,6 его высоты обеспечивает стекание расплава в нижнюю часть стакана в течение времени, необходимого для замера температуры жидкой стали. Заполнение устройства металлом продол-жается до тех пор, пока зеркало расплава не достигнет дроссельной трубки 12. Вви-. ду малости диаметра трубки 12, металл, вошедший в нее, застывает, выход воздуха и дальнейшее поступление металла прекрашается, а над зеркалом металла образуется воздушная подушка. Время заполнения устройства расплавом зависит от внутреннего диаметра дроссельной трубки 12. Его величину определяют, исходя из величины гидравлического сопротивления трубки 12, обеспечивающего заполнение устройства в течение 3-7 с согласно вышеприведенной формуле. Значительное время заполнения и плавное расширение трубки 4 обеспечивают плавное затекание металла и получение в дальнейшем плотного слитка. , Через 3-5 с после начала замера начинается кристаллизация металла вблизи утолщенного донышка 2, что позволяет ускорить извлечение устройства из контролируемого металла до завершения кристаллизации во всем объеме, а следовательно, повысить надежность замера. В ходе дальнейшей кристаллизации термопара 8 измеряет температуру лик-видус металла, по которой определяют содержание углерода в металле. Наличие трубки 12 обеспечивает образование над металлом воздушной подушки, благодаря которой усадочная раковина в слитке образуется выше спая тер мопары, что повышает точность определения содержания углерода в металле. После завершения определения содержания углерода блок 13 с устройством снимают с металлической штанги и заменяют новым, а стакан с пробой металла отправляют в лабораторию. Пробу вместе с корпусом разрезают в поперечной плоскости на 5-7 мм выше донышка 2, поверхность реза шлифуют и анализируют на известном вакуумном квантометре. Уменьшение числа и длины платиновых термопар в предлагаемом устройстве обеспечивает снижение стоимости операции контроля на 40-50%, что Составляет примерно 0,008 руб/т стали. Спокойное заполнение устройства контролируемым металлом вследствие определенного диаметра дроссельной трубки и плавного расширения кварцевой трубки, подающей расплав, а также создание воздушной подушки над зеркалом металла повышают качество пробы и точность определения содержания углерода по температуре ликвидус. Выполнение корпуса устройства из стали с утолшенным донышком и стальной трубкой зашишаюшей кварцевую трубку, повышает надежность и ускоряет операцию коятроля. Формула изобретения 1. Устройство для контроля жидкого металла, содержащее стакан, снабженный пробоотборной кварцевой трубкой , выступающей внутрь стакана, и огнеупорной крышкой с размещенной в ней термопарой, снабженной U-образной кварцевой трубкой, располс женной внутри стакана, отличающееся те,.. что, с целью повышения качества контроля и представительности пробы, устройство снабжено пробоотборной кварцевой трубкой, спай термопары располоя:ен в центре выходного сечения пробоотборной кварцевой трубки, крышка снабжена дроссельной трубкой, при этом длина U-образной кварцевой трубки внутри стакана составляет 0,2-0,6 его высоты, а дроссельная трубка выполнена с внутренним диаметром, определяемым формулой . d 0,04 - 0,08 , где d - диаметр, м; V - свободный объем ста,;ана, h -глубина погружения пробоотборной кварцевой трубки в жидкий металл, м. 2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что пробоотборная кварцевая трубка выполнена с плавно увеличивающимся сечением в верхней ее части и снабжена наружной стальной трубкой,, а нижняя часть дроссельной трубки расположена внутри стакана. 3.Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что стакан выполнен из металла и с 91 утолщенным дном, а наружная трубка закреплена в дне. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Швеции № 345522, кл. G 01 К 1/08, 1961. 2.Авторское свидетельство СССР № 415545, кл. G 01 N 1/10, 1974.