Устройство для контроля жидкого металла

Устройство для контроля жидкого металла

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик (11) 1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву.— (22) Заявлено 18.08.80 (21) 2974341/22-26 с присоединением заявки №вЂ” (51) М.К .

G 01 N 1/10

СССР (53) УДК 543.053 (088.8)

Опубликовано 30.03.82. Бюллетень № 12

Дата опубликования описания 05.04.82 ло фенам нэоврвтеннй н вткрмтлй

Б. Л. Марков, С. А. Гусев, В. Я. Губарев, А. А. Кирсанов, А -А. Yrapoa, В. В. Рябов, В. П. Дереза, Б. Е. Шиянов, В. М. Поповкин, А. П. Волков, В. П. Ногтев, В. А. Ковылин, А.,Л. Турубинер и B.. Ì. Зинчейко (72) Авторы изобретения

Липецкий политехнический институт, Новолипецкий ллургический завод, Магнитогорский дважды ордена, Ленина и о а фудового Красного Знамени металлургический комбинат им. В. Й. Лейийа и Научно-исследовательский опытно-конструкторский институт автоматизации черной металлургии (71) Заявители (54) УСТРО1" 1СТВО ДЛЯ КОНТРО,ЛЯ

ЖИДКОГО МЕТАЛ,ЛА

ГееУдаРственнмй квМлтет (23) Приоритет—

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 донышек или, 1s боковых стенках стакана, подверженных сильному всестороннему нагреву.

Наиболее близким к предлагаемому является 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, расположенной внутри стакана (2).

° 2

Известное .устройство имеет следующие недостатки.

Поскольку устройство предназначено для разового использования, наличие двух термопар, как правило платиновых, и большая длина нижней термопары, проходящей через весь стакан и трубку, существенно удорожает операцию контроля.

Вследствие подачи жидкого металла в верхнюю часть стакана сбоку от верхней термопары высокоскоростной струей, вытекающей из трубки, металл рас гекается и кристаллизируется на крышке и стенках стакана. В результате в центральной части стакана образуется полость. Даже при организации медленного потока расплава он заполняет стакан вплоть до крышки, в результате чего на спае верхней температуры образуется усадочная раковина. Наличие полости или усадочной раковины снижает точность определения содержания углерода 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 шла917039 ком, 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 термопа рой, 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)" Ф/й, 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 снаб- д ди гь наружной стальной трубкой, а нижнюю часть дроссельной трубки расположить внут. ри 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 пробозз отборнои 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 термо4% и ары.

Стакан выполнен металлическим с утолщенным до 10 — 20 мм донышком, а пробоотборная кварцевая трубка, выступающая наружу, расположена внутри стальной трубки, $0 что повышает прочность устройства и ускоряет кристаллизацию металла, особенно в донной части, позволяя сократить время нахождения устройства в погруженном состояВ нии в ванне сталеплавильного агрегата.

На чертеже изображено устройство, общий вид.

Устройство содержит металлический стакан 1 цилиндрической или конической формы 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 кристаллизаций пробы. В донышке 2 закреплена металлическая наружная трубка

3, внутри которой размещена 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. 1 акая высота выступающей части трубки 4 обеспечивает достаточную высоту пробы с учетом толщины последующего реза и достаточное удаление спая 11 термопары 8 от крышки ?. В крышке 7 также закреплена дроссельная 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, образующейся 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) Vyy где d — внутренний диаметр трубки, м; — внутренний объем корпуса, м, h — 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 огне-упорной массой 14, так что из блока выступает только конец трубки 3, закрытый колпачком 6, 917039

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 — про- 1О вода, 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 5 пробоотборной кварцевой трубки 4. Колпачок 6 предохраняет устройство от попадания в него шлака 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 К) получается достаточно высокой. Высота пробоотборной кварцевой трубки, выступающей внутрь стакана 1 и на 0,2 — 0,6 его высоты обеспечивает стекание расплава в нижнюю часть стакана в течение времени, необходимого

35 для замера температуры жидкбй стали.

Заполнение устройства металлом продолжается до тех пор, пока зеркало расплава не достигнет дроссельной трубки 12. Вви-, ду малости диаметра трубки 12, металл, 40 вошедший в нее, застывает, выход воздуха и дальнейшее поступление металла прекращается, а над зеркалом металла образуется воздушная подушка. Время заполнения устройства расплавом зависит от внутреннего диаметра дроссельной трубки 12. Его вели- 45 чину 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 55 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 ликвидус 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 термопары, 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 вакуум ном к в а нто метре.

Уменьшение числа и длины платиновых термопар в предлагаемом устройстве обеспечивает снижение стоимости операции контроля на 40 — 50 /р, 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 утолщенным донышком и стальной трубкой защищающей кварцевую трубку, повышает надежность и ускоряет операцию коят- роля.

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, снабж иной U-образной кварцевой трубкой, распол: женной внутри стакана, отличающееся те.. что, с целью повышения качества контроля и представительности пробы, устройство снабжено пробоотборной кварцевой трубкой. спай термопары располон: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 ,4 с1 = 0 04 — 0 08 \Я /ь где d — диаметр, м;

V — свободный объем ста, ана, м, h — глубина погружения пробоотборной кварцевой трубки в жидкий металл, м.

917039

Составитель Л. Нечипоренко

Техред А. Бойкас Корректор Ю. Макаренко

Тираж 883 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по дела м изобретений и открытий! 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор И. Тыкей

Заказ 1876/61

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 утолщенным дном, а наружная трубка закреплена в дне.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Швеции № 345522, кл. G 01 К I 08, 1961.

2. Авторское свидетельство СССР № 415545, кл. G 01 N 1/10, 1974.