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"Dispositif de détermination de la teneur en carbone et de la température du métal liquide".
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L'invention concerne le controle des paramètres technologiques de la fusion de la fonte et de l'acier et plus particulièrement un dispositif de determination de la teneur--en carbone et de la temperature du metal liquide.
L'utilisation la plus efficace de la présente invention est la mesure de la température, la détermination de la teneur en carbone et la prise d'échantillon du métal durant la fabrication de l'acier par un procédé au convertisseur.
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-kfo-- a prä-sente Un autre domaine de l'utilisation de la presente invention est l'électrométallurgie.
A l'heure actuelle, pour contrôler les paramètres technologiques de la fusion dans un convertisseur, on utilise des dispositifs permettant de mesurer la température de l'acier liquide avec une précision de T = +8 ä 140C et la teneur en carbone avec une précision de C = +0, 05 à 0, 09%. Mais ä mesure du perfectionnement de la technologie dans la sidérurgie et de la fabrication de nouvelles nuances d'acier, les exigences sur la prei- sion de la mesure de la temperature de l'acier et de sa teneur en carbone deviennent plus rigoureuses.
La part des fusions réalisées sans inclinaison préa1a- ble du convertisseur pour mesurer la température du métal et prendre l'échantillon à une temperature donnee et une teneur en carbone donnée est de 80%. Ceci ne peut satisfaire aux exigences croissantes quant à la qualité du métal fabriqué. Les inclinaisons prealables du convertisseur et les ressoufflages ultérieurs de l'oxygène dans
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le mental augmentent la durée de la fusion, ce qui diminue le rendement du convertisseur.
Il existe un dispositif de détermination de la teneur en carbone dans le mental liquide suivant la courbe du liquidus de température comportant un échantillonneur sous la forme d'une bouteille en quartz fixée ä une barre refroidie ä l'eau et munie d'un orifice ä l'about de service, un thermocouple dont la jonction se trouve dans la cavité de l'echantillonneur et une coiffe métallique de protection (SU, A, 341838).
L'inconvenient du dispositif connu egt une haute erreur ä la mesure de la temperature et, par conséquent, de la teneur en carbone dans le métal liquide.
L'erreur est due-à une-évacuation de chaleur non régulière à partir de l'échantillon du métal dans 1'échan- tillonneur durant sa cristallisation et b la non-coincidence de la jonction du thermocouple ä 1'intérieur de l'échantillonneur avec le centre de cristallisation de l'échantillon du metal.
Outre cela, le matériau de la coiffe de protection fond et coule avec le métal liquide dans la cavité de l'échantillonneur en introduisant ainsi une erreur supplementaire dans la mesure de la température de cristallisation et, par consequent, dans la détermination de la teneur en carbone du métal.
Le plus proche quant à l'essence technique et l'effet obtenu de l'invention revendiquée est un dispositif de determination de la teneur en carbone et de la température du metal liquide qui comporte un échantillonneur et un détecteur de température (SU, A, 376967). Le détecteur de
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temperature est réalisé sous la forme d'un thermocouple ä chemise protectrice encastré dans 1'échantillonneur cylindrique en quartz pour mesurer la temperature du bain du
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métal fondu et le temperautre de cristallisation de l'échantillon du métal. L'échantillonneur avec thermocouple est fixe au bout de la chemise en carton.
L'inconvénient de ce dispositif est une faible précision de determination de la température de cristalisation de l'échantillon du métal liquide et, par consé- --quent, de la teneur en carbone du métal. L'erreur de mesure est due au fait que dans l'echantillonneur cylindrique il est pratiquement impossible de faire coincider la jonction du thermocouple avec le centre de cristallisation de l'échantillon du métal par suite de l'evacuation irreguliere de chaleur, alors que le front de cristallisation de l'échantillon du metal se déplace au refroidissement d'une façon non uniforme par rapport ; à 18 jonction du thermocouple.
Aux faibles gradients de temperature, le longueur de la ligne du liquidus de l'échantillon est. inférieure à la longueur de la ligne du liquidus reelle et aux hauts gradients de temperature cette ligne est difficilement detectable sur la courbe de la temperature du metal en fonction du temps. Par conséquent, apparaissent des erreurs notables à la mesure de la tempe. rature et de la teneur en carbone.
L'inconvénient du dispositif réside légalement dans le fait qu'il ne permet qu'une mesure unique de la température du métal liquide et de la teneur en carbone parce qu'il n'assure pas la prise de l'échantillon de l'échantillonneur sans le destruction de ce dernier.
Le present inconvenient est caractéristique, d'autres dispositifs connus ou l'échantillonneur est métallique.
Le but de le presente invention est de créer un dispositif de determination de la teneur en carbone et de
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la température du metal liquide ou la construction de l'échantillonneur permettrait de faire coincidet le centre de cristallisation de l'échantillon du métal avec la soudure du thermocouple.
Le but est obtenu du fait que dans le dispositif de détermination de la teneur en carbone et de la température du métal qui comporte une barre portant un échantilloneur avec un thermocouple place sous chemise protectrice, conformément ä l'invention, l'échantilloneur est spherique et la soudure du thermocouple se trouve au centre de la sphere.
L'invention revendiquee permet d'éleveur la précision de mesure de la température du métal et de le teneur en carbone.
Ceci est obtenu en régularisant l'evacuation de la chaleur par rapport à l'endroit de la disposition de la soudure du thermocouple durant la cristallisation, alors que le front de cristallisation se propage symétriquement par rapport h la. soudure du thermocouple. Ainsi, la. ligne du liquidus sur la courbe de temperature correspondra à la temperature reelle de cristallisation de l'échantillon du métal.
Dans la variante preferable de realisation de l'invention, l'échantillonneur est démontable. Une telle construction permet d'enlever l'échantillon du métal sans détruire l'échantillonneur si ce dernier est en acier et de l'utiliser plusieurs fois pour des mesures ultérieures.
L'utilisation multiple de l'échantillonneur métallique demontable permet de réduira notablement son prix de revient par rapport aux dispositifs connus.
Il est pratique de realiser l'échantillonneur démontable suivant son axe central. Une telle construction de
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l'échantillonneur est la plus simple ä la fabrication et la plus fiable à l'utilisation parce que les moitiés identiques de l'echantillonneur peuvent être réalisées par emboutissage. Outre cela, une teile construction n-le pas d'écarts axiaux des moities de l'échantillonneur lors d'actions mécaniques et exclut la destruction de l'échantillonneur aux chocs contre le laitier ou le métal à la différence des échantillonneurs en quartz, en céramique, etc.
L'invention ressortira de la description ulterieure d'un exemple concret non limitatif d'exécution schématisé sur les dessins non limitatifs annexés dans lesquels : - la figure 1 représente un dispositif de determination de la teneur en carbone et de la température du metal liquide, objet de l'invention (coupe longitudinale) ; - le figure 2 représente une Variante d'execution de
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l'échanti11onneur, objet de l'invention ; - la figure 3 représente la courbe de la température du metal liquide en fonction du temps ; - la figure 4 représente le processus de cristallisation du métal dans l'échantillonneur du dispositif, objet de l'invention.
Le dispositif comporte une barre 1 (figure 1) refroi-
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die A l'eau à laquelle est fixé, à l'aide d'un cordon en amiante 2, un échantillonneur spherique 3. L'échantillonneur spherique 3 est fabriqué en acier (épaisseur de la paroi de 5 à 6 mm) : L'échantillonneur 3 peut être fabriqué en d'autres matériaux (par exemple, quartz, magndsite, oxyde de zirconium, etc.). L'échantillonneur 3 est réalisé demohtable suivant son axe central et comporte deux moities reliées par des goujons 3' (figure 2). La surface extérieure de l'echantillonneur 3 porte un revêtement protecteur
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réfractaire 4.
En tant que matériau du revêtement protecteur réfractaire 4, on peut utiliser un melange contenant 50% d'amiante broyée et 50% d'argile réfractaire, ainsi que l'amiante ou le carton. Afin d'exclure le soudage de l'echantillon du métal aux parois de l'echantillonneur 3, on y porte une couche 5 de lait chaux Ca (OH) 2 à l'épaisseur & = 0, 4 à 0, 6 mm ou une couche d'alumine Au203.
Un thermocouple 6 est installé sous une chemise en quartz 7, alors que sa soudure 8 se trouve au centre de l'echantillonneur 3 et sert à mesurer le temperature du métal et la température de cristallisation (ligne du liquidus). Un bout de fil 9 en aluminium sous forme d'un boudin disposé ä l'interieur de l'échantillonneur 3 sur la chemise 7 sert b la désoxydation de l'échantillon de metal.
Des brifices 10 disposes dans la gorge de l'échantillonneur 3 sont fermés par des couvercles 11 metalliques facilement fusibles et servent au remplissage de le cavité de l'échantillonneur 3 en métal liquide.
Dans la gorge de l'échantillonneur 3 se trouve un anneau metallique 12 interdisant la penetration du métal liquide à l'intérieur de la barre 1 refroidie ä l'eau.
L'anneau 12 peut être fabriqué en un matériau réfractaire (par exemple, magnésite, oxyde de zirconium, etc.). Le thermocouple 6 est relié à un enregistreur 13 ä l'aide de connecteurs fiches 14, des connecteurs prises 15 et des conducteurs compensateurs 16.
Afin de réaliser les mesures, on doit assembler le dispositif. Avant l'assemblage de l'échantillonneur 3, la surface intérieure de ses deux moitiés est couverte de la couche 5 de lait de chaux ou d'alumine à l'épaisseur
S=0,4à0,6mmafind'éviterlesoudagedel'échantillon du. métal aux parois de l'échantillonneur 3. En relisant les
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deux moitiés de l'échantillonneur 3 à l'aide des goujons 3', on porte sur sa surface extérieure un revetement protecteur 4 réfractaire d'une épaisseur de 3 à 4 mm qui protège l'échantillonneur métallique 3 contre la destruc- tion ä son immersion dans le metal liquide. Les. orifices 10 sont fermés par les couvercles métalliques 11 facilement
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fusibles.
Ensuite,¯on¯met sur la chemise en quartz 7, ¯ llanneau mdtallique 12 et on les introduit dans l'echantil- lonneur 3 de façon à placer la soudure 8 du thermocouple 6, se trouvant à l'intérieur de la chemise en quartz 7, au centre de l'échantillonneur 3. Ensuite, l'échantillonneur 3 est fixé ä l'aide du cordon en amiante 2 sur la barre 1 refroidie à l'eau de façon que les fiches 14 du thermocou-
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ple 6 entre dans la-prise-15 à l'intérieur de la barre l refroidie ä l'eau en assurant un contact fiable entre le thermocouple 6 et l'enregistreur 13 via les conducteurs compensateurs 16.
Le dispositif fonctionne de la façon suivante.
Sur l'ordre de l'Operateur, le dispositif est introduit à l'aide d'un treuil électrique (n'est pas montré sur le dessin) dans le bain d'acier en fusion (n'est pas montre sur le dessin). Après le passage de la couche de laitier et l'entree de l'échantillonneur 3 dans le métal liquide, les couvercles métalliques 11 facilement fusibles fondent et la cavité de l'échantillonneur 3 se remplit de-métal liquide à travers les orifices 10. Au remplissage de l'échantillonneur 3 en métal liquide, ce dernier est désoxydé par le bout de fil 9 en aluminium et le thermocouple 6 mesure sa température. La température du métal fondu est enregistrée suivant le point maximal N sur la courbe de la température du métal fondu en fonction du temps (figure 3).
Ensuite, on donne l'ordre de lever le
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dispositif et la barre 1 refroidie ä l'eau portant l'échantillonneur 3, est sortie du métal. Le métal liquide se trouvant ä l'intérieur de l'échantillonneur 3 se cristallise.
Sur lä figure 4 est montré le processus de cristallisation du metal dans l'échantillonneur 3. La figure 4 démontre que le front de cristallisation de l'echantillon de métal se propage uniformément de la périphérie de l'échantillonneur 3 vers soh centre. La cristallisation de l'échantillon de métal se termine au centre de l'échantillonneur 3 où se trouve la soudure 8 du thermocouple 6. L'enregistreur 13 enregistre la modification de la température de l'échantillon de mental durcissant.
La ligne L du liquidus sur la courbe dans la figure 3 correspond ä la température de cristallisation du métal.
D'après la temperature de cristallisation et le diagramme connu de l'etat fer-carbone, on détermine la teneur en
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carbone du métal.
Après la mesure, l'échantillonneur 3 est enlevé de la barre 1 refroidie ä l'eau, est démonté, on en enlève l'échantillon de métal envoyé par dispositif pneumatique dans le laboratoire pour réaliser une analyse complète en carbone C, manganese Mn, silicium Si, phosphore P, soufre S.
Les données de mesure du carbone C obtenues en laboratoire sont comparées aux données des mesures obtenues à l'aide du dispositif revendiqué. L'échantillonneur métallique démontable peut être utilisé de 8 ä 10 fois. Si l'échantil- lonneur est en quartz ou en céramique on ne l'utilise qu'une seule fois.
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"Device for determining the carbon content and the temperature of the liquid metal".
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The invention relates to the control of technological parameters of the melting of cast iron and steel and more particularly a device for determining the carbon content and the temperature of the liquid metal.
The most efficient use of the present invention is the measurement of temperature, determination of the carbon content and sampling of the metal during the manufacture of steel by a converter process.
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Another area of the use of the present invention is electrometallurgy.
At present, to control the technological parameters of fusion in a converter, devices are used to measure the temperature of the liquid steel with an accuracy of T = +8 to 140C and the carbon content with an accuracy from C = +0.05 to 0.09%. However, as technology in the steel industry has improved and new grades of steel have been produced, the requirements for measuring the temperature of steel and its carbon content are becoming more stringent.
The proportion of fusions carried out without prior inclination of the converter to measure the temperature of the metal and take the sample at a given temperature and a given carbon content is 80%. This cannot meet the increasing demands on the quality of the metal produced. The preliminary inclinations of the converter and the subsequent breaths of oxygen in
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the mind increases the duration of the fusion, which decreases the efficiency of the converter.
There is a device for determining the carbon content in the liquid mind along the curve of the temperature liquidus comprising a sampler in the form of a quartz bottle attached to a bar cooled with water and provided with an orifice. the service end piece, a thermocouple, the junction of which is in the cavity of the sampler, and a protective metal cap (SU, A, 341838).
The drawback of the known device is a high error in the measurement of the temperature and, consequently, of the carbon content in the liquid metal.
The error is due to an irregular discharge of heat from the sample of the metal in the sampler during its crystallization and to the non-coincidence of the junction of the thermocouple inside the sampler. with the center of crystallization of the metal sample.
Besides this, the material of the protective cap melts and flows with the liquid metal into the cavity of the sampler, thereby introducing an additional error in the measurement of the crystallization temperature and, consequently, in the determination of the content of carbon of the metal.
The closest as to the technical essence and the effect obtained from the claimed invention is a device for determining the carbon content and the temperature of the liquid metal which comprises a sampler and a temperature detector (SU, A, 376967). The detector
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temperature is produced in the form of a thermocouple with a protective jacket embedded in the cylindrical quartz sampler to measure the temperature of the
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molten metal and the crystallization temperautre of the metal sample. The thermocouple sampler is fixed to the end of the cardboard folder.
The drawback of this device is a low accuracy in determining the crystallization temperature of the sample of the liquid metal and, consequently, the carbon content of the metal. The measurement error is due to the fact that in the cylindrical sampler it is practically impossible to make coincide the junction of the thermocouple with the center of crystallization of the sample of the metal due to the irregular evacuation of heat, while the front of crystallization of the metal sample moves on cooling in a non-uniform manner with respect; at 18 junction of the thermocouple.
At low temperature gradients, the length of the liquidus line of the sample is. less than the length of the line of the real liquidus and at high temperature gradients this line is difficult to detect on the curve of the temperature of metal as a function of time. Consequently, notable errors appear in the measurement of the temple. and the carbon content.
The drawback of the device legally resides in the fact that it only allows a single measurement of the temperature of the liquid metal and of the carbon content because it does not ensure the taking of the sample from the sampler. without the destruction of the latter.
The present drawback is characteristic, other known devices where the sampler is metallic.
The purpose of the present invention is to create a device for determining the carbon content and
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the temperature of the liquid metal or the construction of the sampler would allow the center of crystallization of the metal sample to coincide with the welding of the thermocouple.
The object is achieved by the fact that in the device for determining the carbon content and the temperature of the metal which comprises a bar carrying a sampler with a thermocouple placed under a protective jacket, in accordance with the invention, the sampler is spherical and the thermocouple solder is in the center of the sphere.
The claimed invention makes it possible to increase the accuracy of measuring the temperature of the metal and the carbon content.
This is achieved by regulating the evacuation of heat with respect to the location of the arrangement of the thermocouple weld during crystallization, while the crystallization front propagates symmetrically with respect to la. thermocouple welding. Thus, the. liquidus line on the temperature curve will correspond to the actual crystallization temperature of the metal sample.
In the preferable alternative embodiment of the invention, the sampler is removable. Such a construction makes it possible to remove the sample from the metal without destroying the sampler if the latter is made of steel and to use it several times for subsequent measurements.
The multiple use of the demountable metal sampler makes it possible to significantly reduce its cost price compared to known devices.
It is practical to carry out the removable sampler along its central axis. Such a construction of
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the sampler is the simplest to manufacture and the most reliable in use because the identical halves of the sampler can be made by stamping. Besides this, such a construction does not have axial deviations of the halves of the sampler during mechanical actions and excludes the destruction of the sampler against shocks against slag or metal unlike quartz samplers, in ceramic, etc.
The invention will emerge from the subsequent description of a concrete nonlimiting example of execution shown diagrammatically in the accompanying nonlimiting drawings in which: FIG. 1 represents a device for determining the carbon content and the temperature of the liquid metal, subject of the invention (longitudinal section); - Figure 2 shows a variant of execution of
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the sampler, object of the invention; - Figure 3 shows the curve of the temperature of the liquid metal as a function of time; - Figure 4 shows the process of crystallization of the metal in the sampler of the device, object of the invention.
The device comprises a bar 1 (FIG. 1) cooled
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die With water to which is attached, using an asbestos cord 2, a spherical sampler 3. The spherical sampler 3 is made of steel (wall thickness of 5 to 6 mm): sampler 3 can be made of other materials (for example, quartz, magndsite, zirconium oxide, etc.). The sampler 3 is made demohtable along its central axis and has two halves connected by studs 3 '(Figure 2). The outer surface of the sampler 3 has a protective coating
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refractory 4.
As the material of the refractory protective coating 4, a mixture containing 50% of ground asbestos and 50% of refractory clay can be used, as well as asbestos or cardboard. In order to exclude the welding of the metal sample to the walls of the sampler 3, a layer 5 of lime milk Ca (OH) 2 with the thickness & = 0.4 to 0.6 mm or a alumina layer Au203.
A thermocouple 6 is installed under a quartz jacket 7, while its solder 8 is located in the center of the sampler 3 and is used to measure the temperature of the metal and the crystallization temperature (liquidus line). A piece of aluminum wire 9 in the form of a rod placed inside the sampler 3 on the jacket 7 serves for the deoxidation of the metal sample.
Ports 10 arranged in the groove of the sampler 3 are closed by easily fusible metallic covers 11 and serve to fill the cavity of the sampler 3 made of liquid metal.
In the groove of the sampler 3 is a metal ring 12 preventing the penetration of the liquid metal inside the bar 1 cooled with water.
The ring 12 can be made of a refractory material (for example, magnesite, zirconium oxide, etc.). The thermocouple 6 is connected to a recorder 13 using plug connectors 14, plug connectors 15 and compensating conductors 16.
In order to carry out the measurements, the device must be assembled. Before assembling the sampler 3, the inner surface of its two halves is covered with layer 5 of whitewash or alumina to the thickness
S = 0.4 to 0.6 mm in order to avoid welding of the sample. metal to the walls of the sampler 3. By re-reading the
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two halves of the sampler 3 by means of the studs 3 ′, a refractory protective covering 4 with a thickness of 3 to 4 mm is worn on its outer surface which protects the metal sampler 3 against destruction by sound immersion in liquid metal. The. openings 10 are closed by metal covers 11 easily
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fuses.
Then, ¯on¯met on the quartz jacket 7, ¯ the metal ring 12 and we introduce them into the sampler 3 so as to place the solder 8 of the thermocouple 6, located inside the quartz shirt 7, in the center of the sampler 3. Next, the sampler 3 is fixed using the asbestos cord 2 to the bar 1 cooled with water so that the plugs 14 of the thermocou-
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ple 6 enters the socket-15 inside the water-cooled bar l ensuring reliable contact between the thermocouple 6 and the recorder 13 via the compensating conductors 16.
The device operates as follows.
On the operator's order, the device is introduced using an electric winch (not shown in the drawing) into the bath of molten steel (not shown in the drawing) . After the slag layer has passed and the sampler 3 has entered the liquid metal, the easily fusible metal covers 11 melt and the sampler cavity 3 fills with liquid metal through the orifices 10. Au filling the sampler 3 with liquid metal, the latter is deoxidized by the end of the wire 9 made of aluminum and the thermocouple 6 measures its temperature. The temperature of the molten metal is recorded at the maximum point N on the curve of the temperature of the molten metal as a function of time (Figure 3).
Then, we give the order to lift the
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device and the water-cooled bar 1 carrying the sampler 3 has come out of the metal. The liquid metal inside the sampler 3 crystallizes.
In Figure 4 is shown the process of crystallization of the metal in the sampler 3. Figure 4 shows that the crystallization front of the metal sample propagates uniformly from the periphery of the sampler 3 towards its center. The crystallization of the metal sample ends at the center of the sampler 3 where the weld 8 of the thermocouple 6 is located. The recorder 13 records the change in the temperature of the hardening mind sample.
Line L of the liquidus on the curve in Figure 3 corresponds to the crystallization temperature of the metal.
From the crystallization temperature and the known diagram of the iron-carbon state, the content of
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carbon of the metal.
After the measurement, the sampler 3 is removed from the bar 1 cooled with water, is disassembled, the metal sample sent by pneumatic device in the laboratory is removed to carry out a complete analysis of carbon C, manganese Mn, silicon Si, phosphorus P, sulfur S.
The measurement data of carbon C obtained in the laboratory are compared with the measurement data obtained using the claimed device. The removable metal sampler can be used 8 to 10 times. If the sampler is quartz or ceramic it is used only once.