Устройство для определения содержания углерода и температуры в жидком металле

Устройство для определения содержания углерода и температуры в жидком металле

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советсиик

Социалистическик

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЖИТЕЛЬСТВУ (1)877428 (61) Дополнительное к авт, свид-ву—

1 (22) Заявлено 250280 (21) 2885956/22-02

<З1}М. Кл.

G N 33/20 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приормтет—

Государственный комитет

СССР ло делам изобретений н открытий

Опубликовано 301081, Бюллетень Н9 40

Дата опубликования описания 361081 (53) УДК 543. 05 (088.8) Киевский ордена Ленина политехнический институт . им.50-летия Великой Октябрьской социалистической ревоЛюциц,( (71) Заявитель (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ

УГЛЕРОДА И ТЕМПЕРАТУРЫ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА каЕ2).

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 температуру кристаллизации, а снаружи в трубке — термопара, измеряющая температуру жидкого металла(11.

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. I

Известно также устройство для определения содержания углерода в расплаве, в котором измерения основной термопары, измеряющеи темпера- 25 туру кристаллизации жидкого металла в пробоотборной полости, корректируется по температуре кристаллизации эталона в другой полости пробоотборниНедостатками 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 металла внутрь полости водоохлаждаемой фурмы, где:металл. кристаллизуется (3).

Однако в известном устройстве точность измерения зависит от стабильности характеристики фотоэлемента.

Вследствие большой нестабильности фотоэлементов точность измерения в этом устройстве невысока. Кроме того, применение возвратно-поступательного движения поршня усложняет конструкцию устройства.

Цель изобретения — повышение точности. измерения, и .упрощение устройства.

877428

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 фазо вых переходов. !

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 из сплава железо-углерод с различным содержанием углерода. В пробоотборную полость 3 из ванны затекает проба жидкого металла 10 через отвевстия. 11 и 12 в боковой поверхнос-. ти огнеупорной трубки б. Трубка б сверху загерметизирована прозрачным материалом 13, например стеклом или кварцем. Внутри зонда расположена визирная трубка 14 с фокусирующей линзой 15 и фотоэлементом 16. Фотоэлемент 16 проводами 17 подключен к прибору 18. B полости 3 помещен раскислитель 19. Отверстия 11. и 12 закрыты легкоплавными колпачками 20.

Устройство работает следующим образом.

При погружении в жидкий металл . зонда 1, 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 пробоотборной,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 этого зонд 1 выводится из металла в воздух. Жидкий ме.талл из пробоотборной полости 3 выте чет через отверстия 11 и 12 и его уровень будет совпадать с нижней кромкой отверстия 12. Это дает возможность,для совпадения всех трех уровней расплавленных проб, что предопределит их одинаковую массу и равную скорость охлаждения.

Точками а, в, с (фиг.2) показаны на диаграмме 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, ставшей равной температуре металла в сталеплавильной ванне.

15 Охлаждение всех трех проб происходит с одинаковой скоростью, причем первым закристаллизируется эталон с малой концентрацией углерода (точка Д ), вторым закристаллизируется ме;щ талл в пробоотборной полости 3 с содержанием углерода Х (точка С) третьим закристаллизируется второй эталон (точка т.)

В моменты кристаллизаций двух эта-. лонов и пробы жидкого металла вследствие выделения скрытой теплоты плавления происходит вспышкообразное световое излучение, что фиксируется фотоэлементом через фокусирующую линзу на диаграмме охлаждения в виде

30 изломов на кривой охлаждения.

Точки С), 6, на диаграмме (фиг.2) соответствуют этим моментамначала вспышек в результате выделяю;щегося .мгновенно тепла из кристалли35 зирующего металла. Содержание углерода определяется соотношением двух отрезков времени между тремя моментами вспышек

Д=Я =к (41

Расчет: значение температур Т И и Т f (температуры к рис талли з аций ) известны из диаграммы (фиг.2) и соответствуют содержаниям углерода 0,001 и 2%. Требуется опреДелиФь ТЕ и далее по этой температуре из диаграммы (фиг.2) найти содержание углеродаХЪ С.

SO e. a-e .т;т с, (ТД-те)Ф(у =(Тр-Т ) Г8е (ъ)

Т, .Е <-Т =ТЕ.С Т : (4)

=T (С + ) (g) е д-е е-g разделив числитель и знаменатель на С вЂ . .получим (7) 3 е 1+(а-e t

877428 металла, а по ней уже содержание в ней углерода. Ilo формуле 10 определяется температура жидкого металла.

На фиг. 3 приведен тарировочный

5 график зависимости содержания углем рода в пробе кристаллизирующегося жидкого металла от соотношения двух отрезков времени между 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

Из этого выражения видно, что определение величины.Гб не зависит лишь от соотношения отрезков времени

Ння — - =К; меняя тремя нсяммянмя В е-е светоВого излучения трех проб кристаллиэующегося металла. По величине

Tg (температура кристаллизации) определяется содержание углерода ХФС.

Так.как скорость охлаждения на участке В практически постоянна, то определив скорость охлаждения про- бы залитого металла на участке „ можно определить скорость охлаждения и на всем участке в-е. т -Те

ОХЛ где С вЂ” время между световой вспыша-В кой эталона (точка а) и исследуемой пробы.

Иэ фиг.2 находим температуру ТВ (температура жидкого металла )

Т Т яЧ р =Т+ — С, (9)

Е OXA ВЕ= Е Г „ где - время охлаждения исследуемой пробы от максималь-25 ной температуры до момента фазового перехода (точка е) фиксируемого фотоэлемента в виде резкОго излома на кривОЙ ЗО охлаждения фиг.1 (точка е).

Подставив в формулу (.9) Т из формулы (7) получим

Т tKT< 8-(tZ+V ) )1.Х в < т- <>.н, H )

d-e гдеС вЂ” время охлаждения от максимального светового потока до промежуточной вспышкй исследуемой пробы жидкого металла <0 а . — время между первой и второй вспышкой в пробоотборнике, Т нТ. - величины известные для этад д лонов с известным содержан нием углерода, а величины, ",С ц1 @<- определяются из измерения.

Таким образом, по формуле (7) определяется косвенно температура кристаллизации исследуемой пробы жидкого

Устройство для определения содержаний углерода и температуры жидкого металла, включающее водоохлаждаемый зонд, на торце которого установлен пробоотборник с полостью и фотоэлемент, встроенный внутри зонда, о тл и ч а ю щ е е с я 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 выполнены 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 легкоплавким материалом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 415545, кл. G 01 и 1/10, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

В 468140, кл. G 01 и 25/06, 1973. . 3. Авторское свидетельство СССР

9 453622, кл. G 01 и 33/20,.1972.

8 П4ге

2% td-ä

Гв-р

08

ВНИИПИ Заказ 9605/б8 Тираж 910 Подписное

Филиал ППП Патент,r.Óæãîðîä, ул.Проектная,4