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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.