Устройство для измерения температуры жидкой стали и отбора пробы для определения содержания углерода методом "ликвидус"

 

Изобретение относится к металлургии и касается устройств для контроля технологических параметров плавки. Цель изобретения - повышение надежности и снижение погрешности определения содержания углерода. Устройство содержит водоохлаждаемую штангу 1, пробоотборник 2 и термопару 6 с защитным чехлом 7. В пробоотборник помещено подвижное керамическое кольцо 4, а в верхней его части установлена огнеупорная трубка 8, соединяющая внутренние полости пробоотборника и водоохлаждаемой штанги и ограничивающая при заполнении пробоотборника жидким металлом высоту подъема керамического кольца, работающего в этом случае как запорный клапан, что предотвращает вытекание жидкой пробы металла из пробоотборника при его подъеме из печи под любым углом. 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к устройствам для контроля технологических параметров плавки.

Известно устройство для контроля металлургических процессов, состоящее из водоохлаждаемой штанги, на конце которой устанавливается сменный пробоотборник с отверстием для пропуска жидкого металла и встроенной в него термопарой с защитным чехлом для измерения температуры ванны и температуры кристаллизации пробы металла.

В этом устройстве соединение холодных концов термопары, встроенной в пробоотборник, с компенсационными проводами осуществляется с помощью скользящих контактов, что снижает надежность и точность замера.

Кроме того, пробоотборник разового действия и во время выплавки стали требует многократных измерений с точностью, которую могут обеспечить термопары из благородных металлов, поэтому неизбежен расход дорогостоящих термоэлектродов, что увеличивает стоимость замера.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство, содержащее водоохлаждаемую штангу, сменный пробоотборник с отверстиями для пропуска жидкого металла и термопару из благородных металлов с защитным чехлом. Термопара автономна по отношению к сменному пробоотборнику, что упрощает его изготовление за счет исключения контактного разъема. Удаление свободных концов термопары в водоохлаждаемую зону и жесткое соединение с измерительной линией исключает погрешности, возникающие при замере.

Общим недостатком всех устройств-аналогов является то, что они могут надежно работать только при вертикальном извлечении водоохлаждаемой штанги из сталеплавильного агрегата, что на практике достигается редко. Обычно водоохлаждаемая штанга выводится из сталеплавильного агрегата под углом 40-60^о к вертикали. При таком угле наклона пробоотборника неизбежно вытекание из него значительного количества металла пробы через боковые отверстия. Это приводит к нарушению равномерности тепловых условий охлаждения металла пробы и к погрешности измерения температуры его кристаллизации.

Кроме того, эксплуатация устройства - прототипа в сталеплавильных агрегатах невозможна, так как отсутствует защита пробницы от механических воздействий.

Цель изобретения - повышение надежности работы устройства и снижение погрешности определения содержания углерода.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения температуры жидкой стали и отбора пробы для определения содержания углерода методом "ликвидус", содержащем водоохлаждаемую штангу, пробоотборник с отверстием и термопару с защитным чехлом, соединенную с вторичным прибором, согласно изобретению пробоотборник снабжен передвижным керамическим кольцом с упором, ограничивающим перемещение кольца, когда последнее перекрывает отверстие для затекания металла. Упор выполнен в виде огнеупорной трубки, соединяющей внутренние полости пробоотборника и водоохлаждаемой штанги.

Сопоставильный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается тем, что помещенные в пробоотборник подвижное керамическое кольцо и огнеупорная трубка, соединяющая внутренние полости пробоотборника и водоохлаждаемой штанги предотвращает вытекание пробы металла из пробоотборника при его подъеме из печи под любым углом, что повышает надежность работы устройства, а также обеспечивает стабильные тепловые условия охлаждения металла пробы вокруг спая термопары, что снижает погрешность определения содержания углерода.

На фиг. 1 показано устройство для измерения температуры жидкой стали и отбора пробы для определения содержания углерода методом "ликвидус"; на фиг.2 - диаграмма, фиксирующая температуру металла пробы.

На торце водоохлаждаемой штанги 1 укреплен кварцевый пробоотборник 2 в виде пробирки с отверстием 3 для затекания металла. Внутри пробоотборника расположено подвижное керамическое кольцо 4, которое может перемещаться внутри пробоотборника вдоль его оси. Ниже помещена алюминиевая спираль 5 для раскисления металла. На оси пробоотборника находится термопара 6 в защитном кварцевом чехле 7. Для выравнивания давления внутренние полости пробоотборника и водоохлаждаемой штанги соединены огнеупорной трубкой 8, служащей одновременно ограничителем подъема керамического кольца 4 при заполнении пробоотборника жидким металлом. Огнеупорная трубка 8 и защитный кварцевый чехол 7 с помощью огнеупорного цемента закрепляется в металлическом кольце 9. Снаружи пробоотборник заключен в стальной кожух 10. Пробоотборник закреплен в водоохлаждаемой штанге с помощью асбеста 11. С регистрирующими приборами термопара соединена компенсационными проводами 12.

Устройство работает следующим образом. После ввода устройства в расплавленную ванну защитный металлический кожух 10 расплавляется и сталь затекает через отверстие 3 в пробоотборник 2. При этом керамическое кольцо 4 поднимается до упора с огнеупорной трубкой 8 и прикрывает отверстие 3. Термопара 6 измеряет изменяющуюся температуру металла пробы, фиксируемую на диаграмме фиг.2.

После выравнивания температуры металла пробы и температуры ванны на кривой появляется площадка "а", после чего подается команда на извлечение водоохлаждаемой штанги 1 из металлургического агрегата. При любом угле наклона штанги 1 жидкий металл не вытекает из пробоотборника, так как отверстие 3 закрыто керамическим кольцом 4. После подъема водоохлаждаемой штанги 1 металл пробы начинает кристаллизоваться и на кривой охлаждения появляется площадка "б". По температуре кристаллизации и диаграмме железо-углерод определяют содержание углерода в металле. Извлеченная проба может быть использована также для текущего анализа на содержание других элементов.

Основным преимуществом описанного устройства является то обстоятельство, что при извлечении пробоотборника из ванны объем металла пробы остается неизменным, что обеспечивает стабильные тепловые условия охлаждения металла пробы вокруг спая термопары и равномерность его кристаллизации, т. е. тепловой центр пробы в этом случае совпадает с местом нахождения слоя термопары.

Сравнение надежности работы прототипа и предлагаемого устройства и погрешности определения содержания углерода представлены в таблице.

Повышение надежности работы предлагаемого устройства и снижение погрешности определения содержания углерода дает возможность оптимизировать технологический процесс выплавки стали в быстродействующих агрегатах, а именно снизить продолжительность выплавки на 1,5%, а также уменьшить расход углеродосодержащих добавок и энергоресурсов.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ЖИДКОЙ СТАЛИ И ОТБОРА ПРОБЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ УГЛЕРОДА МЕТОДОМ "ЛИКВИДУС", содержащее водоохлаждаемую штангу, пробоотборник с отверстием и термопару с защитным чехлом, причем термопара соединена с вторичным прибором, отличающееся тем, что оно снабжено подвижным керамическим кольцом, установленным в пробоотборнике, и упором для ограничения перемещения кольца.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3