Устройство для определения температуры и состава жидкого металла

.бкт оюз советски и)6 Сациалистическ Республик БРЕТЕ ВТОР СКО СВИДЕТЕЛЬСТВУ 61) Дополните ое к ав тд-ву 2) Заявлено 07.09.76 (21) 2403500/22-02с присоединением заявки3) Приоритет3) Опубликовано 28.02.79. Бюллетень85) Дата опубликования описания 28.02.79) М Кл 26 01 К 7/02 сударствеииый комитет СССРелам иаобретеиии 53) УДК 669.184.132(71) Заявител ой металлургии нстит тласти черно" змерению ос ет ов стале Изобретение относится к оби металлургии, конкретнее к иновных технологических парам рплавильной ваннььКак показала практика производства стали, основным сдерживающим автоматизацию моментом является отсутствие надежных датчиков, обеспечивающих быстрое определение температуры металла и содержания в нем углерода. В настоящее время в различных странах мира уделяется большое внимание разработке датчиков комплексного контроля основных технологических параметров плавки, в особенности для скоротечного кислородно-конверторного процесса.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство, содержащее две термопары, первая из которых размещена в огнеупорном колпачке, установленном с выходом из охлаждаемого корпуса. Термопара предназначена для измерения температуры ликвидуса кристаллизующейся пробы металла Ц.Огнеупорный колпачок выполнен в виде стакана-пробницы с двумя отверстиями. Одно отверстие - в боковой стенке - для заполнения пробницы жидким металлом, другое - в верхней части пробницы ПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЪИДКОГО МЕТАЛЛА прсдназначсно дл я продувания сжатого воздуха через полость последней. Отверстие закрыто пористой заглушкой, предотвращающей попадание металла в корпус 5 измерительного зонда. Устройство имеетвторую термопару для измерения температуры сталеплавильной ванны, установленную снаружи пробницы. При погружении устройства в конверторную ванну попада ние шлака в пробницу предотвращаетсяпродувкой сжатого воздуха, Когда датчик достигает металлической ванны, продувка воздухом прекращается, металл заполняет пробницу, и после определенного интерва ла времени измерительный зонд поднимают. За это время измеряется температура и отбирается проба жидкого металла, а при кристаллизации последней получают значение температуры ликвидуса, по кото рой определяют содержание углерода. Измерение температуры ванны и содержания углерода в металле занимает до 30 с.Недостатком известного устройства является сложность и длительность процесса 25 контроля содержания углерода в сталеплавильной ванне, определение которого осуществляют по величине температуры ликвидуса. Для определения содержания углерода в металле с точностью +.0,02 О/О тре буется термопара, которая могла бы обес65 печпть измерение температуры ликвидуса с точностью й 1,5 С, а при определении углерода с точностью + 0,01требуется определять температуру ликвидуса с точностью около +-0,8 С. Эти требования вызывают существенные сложности как при разработке подобных датчиков, особенно промышленных, так и при проведении измерений (создании оптимальных условий кристаллизации пробы металла). Кроме того, время комплексного контроля относительно велико (около 30 с),Целью изобретения является упрощение и ускорение процесса измерения.Указанная цель достигается тем, что первая из термопар размещена в огнеупорном колпачке, установленном с выходом из охлаждаемого корпуса, соединение же концов электродов второй термопары осуществлено через высокотеплопроводное тело вне огнеупорного колпачка. При этом электроды первой термопары выполнены разомкнутыми с выводом одного из них через отверстие огнеупорного колпачка.На чертеже показано предлагаемое устройство в продольном разрезе.Оно содержит две термопары, образованные электродами 1, 2, 3, 4. Первая термопара размещена в огнеупорном колпачке 5, имеющем отверстие 6 и установленном с выходом из охлаждаемого корпуса 7, расположенного в торце измерительного зонда 8. Соединение концов электродов 3, 4 второй термопары осуществлено через высокотеплопроводное тело 9 вне огнеупорного колпачка, а электроды первой термопары выполнены разомкнутыми, и электрод 1 выведен через отверстие 6 этого колпачка, Высокотеплопроводное тело 9 выполнено полым из низкоуглеродистой стали (или из меди), в полости которого установлен огнеупорный колпачок 5 и закреплен уплотнением 10 из шнурового асбеста. Электроды 1, 2 разомкнутой термопары электрически изолированы и зафиксированы в огнеупорном колпачке 5 двухканальными огнеупорными бусинками 11. Электроды 3, 4 второй термопары размещены в глухих отверстиях высокотеплопроводн ого тела и закреплены в них огнеупорными электроизоляторами 12, причем для повышения точности измерений донышки глухих отверстий выполнены толщиной не более 1 мм. В корпусе 7 размещена фишка 13 (асбоцемент или текстолит) с контактными гнездами 14, в которые вставлены вторые концы электродов 1, 2, 3 и 4, При помощи проводов 15, 16, 17 и 18 гнезда фишки подключены к регистрирующим приборам. Металлический колпачок 19 предназначен для предохранения от механического повреждения огнеупорного (кварцевого) колпачка 5 и от загрязнения торцовой поверхности 20 высокотеплопроводного тела, а также для предохра 5 10 15 20 25 Зо 35 40 45 50 55 60 пения их от шлака при погружении устройства в сталеплавильную ванну, Так как высокотеплопроводное тело является и электропроводящим и находится в контакте с измерительным зондом 8, то последний изолирован от земли наличием диэлектрических прокладок в месте его крепления.Устройство работает следующим образом.Для определения температуры жидкого металла и содержания углерода в нем устройство погружают в сталеплавильную ванну прп помощи измерительного зонда 8. После расплавления металлического колпачка 19 жидкий металл подходит к электроду 1 и поверхности 20 и электрически замыкает их между собой. Образовавшийся при этом сигнал поступает по проводам 17 и 18 в потенциометр1, на диаграммной ленте которого пишется величина термоэлектродвижущей силы (Е, мВ). Примерно за 2 - 4 с тонкие кромки отверстия 6 и кончик электрода 1 подплавятся и увеличится вход для жидкого металла, который, заполнив объем колпачка 5, замкнет электроды 1 и 2 разомкнутой термопары, подключенной проводами 16 и 17 к потенциометру2, на диаграммной ленте которого пишется величина температуры жидкого металла (1,), Вторая термопара (электроды 3 и 4) подключена проводами 15 и 18 к потенциометру3, на диаграммной ленте которого пишется температура поверхности 20, практически имеющая температуру затвердевшей корки металла (1). На выполнение измерения этих трех параметров уходит около 5 с без учета времени на ввод и вывод измерительного зонда 8 из конвертора. После вывода зонда 8 высокотеплопроводное тело 9 из его головки вынимают, устанавливают новое, и устройство подготовлено для следующего измерения.По измеренным трем величинам (Ет.э.д.с и 1) определяют содержание углерода в жидком металле, используя следующую методику. Электрическая цепь, в которой возникает термо-э.д.с состоит из электрода 1 - горячий электрод, жидкого металла, твердого металла, намерзшего на поверхности 20, высокотеплопроводного тела 9, электрода 3 - холодный электрод, Так как металл в местах контакта его с электродами имеет различную температуру (жидкий и твердый), то возникает термо-э.д.с., зависящая от состава металла и градиента температуры. Величина этой термо-э.д.с. определяется по известной физической формулеЕт э д с: а Ы: а (1, - 1),где Е,.эс, - термо-э.д.с., регистрируется на потенциометре1, мВ; 1, - температура контакта (спая) электрода 1 с жидким металлом, регистрируется на потенциометре2 (или температура жидкого металла, измеренная разомкнутой термопарой), С;1 - температура контакта затвердевшего металла со вставкой, регистрируется на потенциометре3, С;а - коэффициент термо-э.д.с., отражающий состав металла,По значениям коэффициента а может быть найдено содержание углерода в металле.Применение предлагаемого устройства в области черной металлургии позволяет вести процесс плавки по оптимальной технологии, повысить тем самым производительность сталеплавильного агрегата в результате исключения горячих и холодных плавок и из-за сокращения времени ожидания химаналнза,Формула изобретения5 Устройство для определения температуры и состава жидкого металла, содержащее две термопары, первая из которых размещена в огнеупорном колпачке, установ.ленном с выходом из охлаждаемого корпу 10 са, отличающееся тем, что, с цельюупрощения и ускорения процесса измерения, соединение концов электродов второйтермопары осуществлено через высокотеплопроводное тело вне огнеупорного кол 15 пачка, а электроды первой термопары выполнены разомкнутыми с выводом одногоиз них через отверстие этого колпачка.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе20 1. Патент США3572124, кл, 73 в 3,1971.