Устройство для контроля жидкого металла

, А А. Угаров А, П. Волков М. Зинчейко Б. Л. Марков, С. А. Гус В. В. Рябов, В. П. Дерез В. П. Ногтев, В. А. К Липецкий политехническ завод, Магнитогорский Красного Знамени ме и Научно-исследо институт авт(72) А зоб етения ллургическииа ТрудовогоЙ. Лейийакий(71) Заявите 54) УСТРОИСТВО ДЛЯ КОНТРО,ЛЖИДКОГО МЕТАЛЛА 1Изобретение 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 содер 5 жания 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 ликвидусЦ .Недостатком этого устройства является соприкосновение всего устройства с контролируемым металлом, а также размещение холодных спаев термопар в донышек или, 15 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 11-образной кварцевой трубкой, расположенной внутри стакана 12. е еУдаРственнмй квмлтет (23) Приоритет Известное .устроиство имеет следующи 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 расгекается 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 шлаком, ухудшает теплоотвод от поступившегов него металла, что увеличивает продолжительность кристаллизации, а следовательнои продолжительность контроля.Цель изобретения - , повышение качества контроля и представительности пробы. 5Указанная 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 1.)-образной кварцевой трубкой, расположенной внутри стакана, спай термопары расположен в центре выходного сечения пробоотборной кварцевой трубки, крышка снабжена дроссельной трубкой, при этом длина и Б-образной трубки внутри стакана составляет 0,2 - 0,6 его высоты а дроссельная трубка выполнена с внутренним диаметром, определяемым формулой д = (0,04 - 0,08)"/Ф/й, где д в , диаметр, м; Ч-свободный объем сткана, ; Ь-глубина погружения пробоот- ф борной 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 пробоо33 отборнои кварцевой трубки и термопары обе. спечивает измерение одной короткой термопарой сначала температуры жидкой стали, а затем температуры ликвидус.Кроме того, выполнение пробоотборной кварцевой трубки с плавным расширением 46 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 термо 4 иары.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 состояВнии 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 1.1-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 толшины 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 формулойс 1 = (0,04 - 0,08) ЧуфУРгде д - внутренний диаметр трубки, м;Ч - внутренний объем корпуса, м, И - глубина погружения пробоотборной кварцевой трубки 4 в жидкийметалл, 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.5Для 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 в . про О 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 15 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 25 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 Зо 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, необходимого35 для замера температуры жидкой 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 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 вакуумном квантометре.Уменьшение числа и длины платиновых термопар в предлагаемом устройстве обеспечивает снижение стоимости операции контроля на 40 - 50/о, 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, иовы. шает надежность и ускоряет операцию коят- роля. Формула изобретения1. Устройство для контроля жидкого металла, содержащее стакан, снабженный пробоотборной кварцевой трубкой, выступающей внутрь стакана, и огнеупорной крышкой с размещенной в ней термопарой, снабженной Б-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 расположен в центре выходного сечения пробоотборной кварцевой трубки, крышка снабжена дроссельной трубкой, при этом длина 11-образной кварцевой трубки внутри стакана составляет 0,2 - 0;6 его высоты, а дроссельная трубка выполнена с внутренним диаметром, определяемым формулой,4с 1 = 0,04 - 0,08 Явьгде д - диаметр, м;Ч - свободный объем ста, ана, м, 6 в глуби погружения пробоотборной кварцевой трубки в жидкий металл, м.917039 ставитель Л. Нечипоренко ехред А. Бойкас Корр ираж 883 Поди дарственного комитета СС изобретений и открытий Ж - 35, Раушская наб., д нт, г. Ужгород, ул. Прое дактор И, Тыкей к аз 1876/61ктор ЮсноеР акаренк ВНИИПпо3035,ал ПП И Госуделамосква,Пате 4/5 ная Фил 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 экспертизе1. Патент Швеции345522,кл. 6 01 К 1/08, 19 б 1.2. Авторское свидетельство СССР415545, кл. Сг 01 1 Ч 1/10, 1974.