Устройство для определения содержания углерода и температуры в жидком металле

Союз Советсиик Социалистическик РеспубликОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ИТЕЛЬСТВУ(51)М, Кл,з С 01 й 33/20 с присоединением заявки Нов(23) Приормтет -Государственный комитет СССР ло делам изобретений н открытий) УСТРОИСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ УГЛЕРОДА И ТЕМПЕРАТУРЫ ЖИДКОГО МЕТАЛЛ рнойолюьном еуеткромене поперадус",ния соталле,о также устро содержания уг в котором изм ары, измеряющаллизации жид орной полости температуре к другой поло ИзвестРеделениярасплаве,ной термотуру крисв пробоотруется поэталона вка 21. лерода верения основ еи темпера- кого металлакорректиристаллизации пробоотбор я - повышение точ.упрощение устройст ства. Изобретение относится к чеметаллургии, а именно к контр праметров плавки в сталеплавилпроцессе.Известно устройство для определния содержания углерода, в которомпробоотборник выполнен в виде кварцевого баллона с выступающей снизукварцевой трубкойВнутри баллонаустановлена термопара, измеряющаяпературу кристаллизации, а снаружив трубке - термопара, измеряющая тпературу жидкого металла 1.Однако это устройство требповышенного расхода термопар,того, инерционность термопарызволяет точно фиксировать темтуру фазового перехода "ликвичто снижает точность определедержания углерода в жидком ме политехнический инсти ябрьской социалистиче Недостатками 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 1 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 изобрет и- ности. измеренияПоставленная цель достигается тем,что в торце водоохлаждаемого зондасо встроенным внутри его фотоэлементом выполнены по крайней мере дведополнительные и одна пробоотборнаяполости в огнеупорном материале, например из кварца, причем в дополнительных полостях помещены эталонныесплавы 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 устройстводля определения содержания углеродаи температуры жидкого металла, нафиг.2 - диаграмма железо - углеро,. рбд; На фиг. 3 - тарировочный графикзависимости содержания углерода отсоотношения отрезков времени фазовых 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 1 б проводами 17 подключен к прибору 18. В 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.1После 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 вытечет 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 зали- еО того 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 С 1), вторым закристаллизируется ме;щ талл в пробоотборной полости 3 с содержанием углерода Х (точка С) третьим закристаллизируется второй эталон 1,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 (3, 6 ,на диаграмме (,фиг.2) соответствуют этим моментам- начала вспышек в результате выделяю,щегося .мгновенно тепла из кристалли зирующего металла. Содержание углерода определяется соотношением двух отрезков времени между тремя моментами вспышекдРасчет; значение температур Т с 1 Ии Т(температуры кристаллизаций) известны из диаграммы 1,фиг,2) и соответствуют содержаниям углерода 0,001 и 2. Требуется определить ТЕ и далее по этой температуре из диаграммы фиг.2) найти содержание углерода Х Ъ С. дд тдЬ .ед-ТЕТИ Се-Е (Тд-ТЕ)Фе у = (те -Т )Г 8 е Съ) Тдете Ге-у теа-е ЪЪ (4) Т,е + е =т СГ +С, (5) ед-е е-Ж разделив числитель и знаменатель на СЕ в . .получимметалла, а по ней уже содержание вней углерода. По формуле 10 определяется температура жидкого металла.На фиг. 3 приведен тарировочный 5 график зависимости содержания углемрода в пробе кристаллизирующегосяжидкого металла от соотношения двухотрезков времени между тремя моментами световых вспышек в трех полостях пробоотборника,После замера при огнеупорных трубки кварца 5-7 вынимаются, а на ихместо вставляются новые, Причем вкачестве эталонов могут применятьсяуже отобранные пробы жидкого металла с известным после лабораторногоанализа содержанием углерода. Формула изобретения Из этого выражения видно, что определение величины.Гб не зависит лнтшь от соотношения отрезков времени щ Ння- - =К; менду тремя нсяммянмяФе-есветоВого излучения трех проб кристаллиэующегося металла. По величине ТЕ температура кристаллизации) определяется содержание углерода ХФС.Так,как скорость охлаждения на участке В 4 Е практически постоянна, то определив скорость охлаждения про-бы залитого металла на участке 4 можно определить скорость охлаждения и на всем участке в-е.т -ТеОХЛгде С - время между световой вспыша-екой эталона (точка а) иисследуемой пробы.Иэ Фиг.2 находим температуру Тв температура жидкого металла)т т яу т:т= - г, й)е е ои в-е е Г в-е где С - время охлаждения исследуемой пробы от максималь ной температуры до момента Фазового перехода(точка е) фиксируемогофотоэлемента в виде резкОгО излОма на кривой3 Оохлаждения фиг.1 (точка е).Подставив в формулу (.9) Т из Формулы 7 получимТД ФКТ Т 8-(Т+КТ 4+К35тн нне рВ.н, Ифа-егдеС - время охлаждения от максимального светового потока допромежуточной вспышкй исследуемой пробы жидкого металла 40аф Е - время между первой и второйвспышкой в пробоотборнике,Т иТ. - величины известные для этад 1лонов с известным содержаннием углерода, а величины; "7.Е 1- определяются из измерения.Таким образом, по Формуле7) определяется косвенно температура кристаллизации исследуемой пробы жидкого Устройство для определения содержаний углерода и температуры жидкогометалла, включающее водоохлаждаемыйзонд, на торце которого установленпробоотборник с полостью и фотоэлемент, встроенный внутри зонда, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности измеренияи упрощения устройства, в торце водоохлаждаемого зонда дополнительновыполнены по крайней мере две дополнительные полости, и все полостивыполнены в огнеупорном материалЕ,например кварце, причем в дополнительных полостях помещены эталонныесплавы железо - углерод с различнымсодержанием углерода, пробоотборнаяполость герметизирована сверху прозрачным материалом, а на ее боковойповерхности на разных уровнях выполнены отверстия, закрытые легкоплавкимматериалом.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМ 415545, кл. 6 01 и 1/10, 1972.2, Авторское свидетельство СССРВ 468140, кл. 6 01 и 25/06, 1973.. 3. Авторское свидетельство СССРЧ 453622, кл. 6 01 и 33/20 у.1972.8 П 4 гв КИПИ Заказ 9605/б 8 Тираж 910 Подписно ПП Патентф,г.Ужгород, ул.Проектная,или Гс- Гв-р 4 Ц) фГ