RU162451U1 - Устройство для отбора проб и измерения параметров расплавов металла и шлака - Google Patents

Abstract

Устройство для отбора проб и измерения параметров расплавов металла и шлака, содержащее корпус, состоящий из отдельных секций, в каждой из которых установлен измерительный блок с размещенными в нем рабочими элементами, а в задней части корпуса устройства расположен контактный узел, при этом секции корпуса последовательно соединены друг с другом посредством полого кожуха, выполненного из теплостойкого материала, отличающееся тем, что кожух выполнен в виде гладкой трубки с толщиной стенки 5-10 мм.

Description

G01K 7/02

G01N 1/10

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ И ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ РАСПЛАВОВ МЕТАЛЛА И ШЛАКА

Предлагаемая полезная модель относится к области черной металлургии и может быть использована для контроля технологических параметров расплавленного металла и/или шлака, в частности для одновременного и/или последовательного замера температуры, активности кислорода, отбора пробы и иных параметров.

Известно устройство для замера температуры и отбора проб расплавленного металла, содержащее рукоятку в виде полой картонной трубки, пробоотборник и термоэлемент, выполненный в виде термопары (патент США № 4069715, опубл. 1978г.). Пробоотборник и термопара размещены в картонных трубках, скрепленных между собой. Блок пробоотборника и термопары является сменным: одна из трубок соединена с вставленной в него рукояткой. Устройство позволяет проводить одноразовый отбор пробы и измерение температуры ванны расплавленного металла. В случае необходимости предварительного или повторного замера температуры ванны расплавленного металла, сменные блок заменяется на новый. На эту операцию требуется дополнительное время.

Известно устройство для замера температуры и отбора пробы расплавленного металла, содержащее корпус, который имеет две секции, жестко соединенные между собой, две металлические пластины, образующие камеру для забора пробы, расположенные между секциями корпуса, элементы, образующие вход в камеру (патент США № 4361053, опубл. 1982г.). Устройство позволяет одновременно проводить одноразовый отбор пробы и измерять температуру ванны расплавленного металла. Известному устройству присущ тот же недостаток, что и вышеописанному аналогу.

Также известно устройство для замера температуры и отбора пробы расплавленного металла, содержащее сменный блок, имеющий кожух из теплостойкого материала, например, в виде многослойного картона, пропитанного огнеупорным составом (патент на изобретение РФ № 2155948). В кожухе с одной стороны закреплен огнеупорный корпус, выполненный в виде двух жестко соединенных между собой секций. В одной из секций выполнена пробоотборная камера с элементом, образующим вход в камеру. Устройство содержит два термоэлемента в виде термопар. Одна термопара зафиксирована в первой секции корпуса с помощью огнеупорного материала, например, огнеупорного цемента. Термоэлектроды этой термопары выходят за торец огнеупорного корпуса и предназначены для определения температуры ванный расплавленного металла. Термоэлектроды другой термопары размещены в пробоотборной камере первой секции и предназначены для определения температуры ликвидуса расплавленного металла в процессе затвердевания. Во второй секции размещен зажим - контактный узел из непроводящего материала, например, пластика. Он установлен на прессовой посадке во второй секции корпуса для фиксации термопар. Элемент, образующий вход в пробоотборную камеру, и термопара, выходящая за торец огнеупорного корпуса, закрыты общим металлическим колпачком. Еще одни металлический колпачок закрывает элемент, образующий вход в пробоотборную камеру. Термоэлектроды термопар защищены тонкостенными кварцевыми трубками. Поверх устройства для замера температуры и отбора пробы размещен бумажный колпачок.

Описанное устройство позволяет одновременно проводить отборы проб, а также измерять температуру ванны расплавленного металла и температуру ликвидуса. Однако, в случае необходимости предварительного или повторного замера температуры ванны расплавленного металла, с целью корректировки параметров дальнейшей плавки, данное устройство является неоправданно сложным и дорогостоящим, так как сменный блок является невосстанавливаемым и рассчитан на одно погружение в жидкий металл, т.е. является одноразовым.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является устройство по патенту на полезную модель РФ № 34011. Указанное устройство для замера температуры и отбора пробы расплавленного металла содержит первый полый кожух из теплостойкого материала, например, многослойного картона, пропитанного огнеупорным составом. Внутри кожуха со стороны одного из его торцов закреплен огнеупорный корпус с пробоотборной камерой и первым термоэлементом. Пробоотборная камера и первый термоэлемент защищены колпаком. Устройство снабжено дополнительным полым кожухом из теплостойкого материала, например, многослойного картона, пропитанного огнеупорным составом. В дополнительном полом кожухе зафиксирован дополнительный огнеупорный корпус, в нем размещен второй термоэлемент, закрытый колпаком. На наружной стороне дополнительного полого кожуха выполнена кольцевая проточка. Первый полый кожух с огнеупорным корпусом вставлен в дополнительный полый кожух таким образом, чтобы кольцевая проточка находилась на уровне колпака первого огнеупорного корпуса. Термоэлементы выполнены в виде термопар, изолированных кварцевыми трубками. Термопары с помощью проводников соединены с контактным узлом, посредством которого устройство соединяется с контактодержателем жезла, закрепленного на машине для проведения измерения. При этом контактный узел установлен в отдельном корпусе, соединенном с корпусом устройства с помощью дополнительного полого элемента (фиг.1, патент РФ № 34011).

Перед проведением измерения устройство соединяют с контактодержателем жезла, закрепленного на машине для проведения измерений, и с ее помощью жезл с устройством опускают в ванну расплавленного металла. Первоначально осуществляется предварительный замер температуры термоэлементом, расположенным в огнеупорном корпусе дополнительного полого кожуха. Это необходимо для дальнейшей корректировки параметров плавки. За время предварительного замера дополнительный полый кожух прогорает в месте кольцевой проточки. При этом, при вынимании устройства из ванны расплавленного металла происходит отрыв дополнительного полого кожуха со вторым термоэлементом и его сгорание. После предварительного замера температуры параметры плавки корректируются и устройство без замены блока 1 повторно опускается в ванну расплавленного металла. При этом производится второе измерение температуры первым термоэлементом и отбор пробы в пробоотборную камеру. По окончании измерения температуры и взятия пробы устройство вынимается и разбирается для изъятия пробы с целью проведения ее химического анализа.

Указанное устройство позволяет предварительно измерять температуру ванны расплавленного металла с целью корректировки параметров плавки, а в дальнейшем без замены сменного блока производить второе измерение температуры и отбор пробы расплавленного металла.

Однако данное устройство является недостаточно простым, в частности имеет достаточно сложное устройство корпуса, требующее осуществления дополнительных операций для выполнения кольцевой проточки наружного кожуха.

Описанное техническое решение по патенту РФ № 34011 выбрано заявителем в качестве прототипа.

Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание более простой и дешевой конструкции устройства для отбора проб и измерения параметров расплава металлов и шлаков.

Техническим результатом является упрощение конструкции устройства для отбора проб и измерения параметров расплава металлов и шлаков.

Дополнительным результатом является снижение стоимости изготовления устройства для отбора проб и измерения параметров расплава металлов и шлаков.

Заявленный технический результат достигается тем, что в устройстве для отбора проб и измерения параметров расплавов металла и шлака, содержащем корпус, состоящий из отдельных секций, в каждой из которых установлен измерительный блок с размещенными в нем рабочими элементами. В задней части корпуса устройства расположен контактный узел, секции корпуса последовательно соединены друг с другом посредством полого кожуха, выполненного из теплостойкого материала. Согласно полезной модели, кожух выполнен в виде гладкой трубки с толщиной стенки 5-10 мм.

Выполнение корпуса, состоящего из отдельных секций, в каждой из которых установлен измерительный блок с размещенными в нем рабочими элементами, а также расположение в задней части корпуса устройства контактного узла, позволяет создать простую «ступенчатую» конструкцию, обеспечивающую последовательное измерение различных параметров расплава металла с выводом данных на единый контактный узел.

Последовательное соединение секций корпуса друг с другом посредством полого кожуха, выполненного из теплостойкого материала, позволяет получить простую конструкцию устройства, обеспечивающую возможность неоднократного погружения устройства в расплав металла с целью последовательного измерения различных параметров и отбора проб расплава металла и шлака. Использование теплостойкого материала, например, многослойного картона, способствует созданию простой и дешевой конструкции с одновременным обеспечением возможности неоднократного измерения параметров расплавленного металла и шлака одним устройством.

Выполнение кожуха в виде гладкой трубки толщиной 5-10 мм позволяет упростить конструкцию корпуса и, следовательно, устройства в целом за счет исключения необходимости выполнения проточки, требующей дополнительных операций при изготовлении корпуса. Толщина стенки кожуха 5-10 мм при этом обеспечивает, с одной стороны, необходимую прочность для выполнения его функций, с другой стороны, сохранение работоспособности устройства при ступенчатом измерении параметров расплава с использованием различных датчиков и камер для отбора проб.

Указанный диапазон толщины обусловлен тем, что при толщине стенки кожуха менее 5 мм не обеспечивается необходимая прочность корпуса, а также не обеспечивается достаточный промежуток времени для измерения параметров и отбора проб, поскольку стенка кожуха прогорает быстрее, чем производится замер параметров и отбор проб.

При толщине стенки кожуха свыше 10 мм не обеспечивается своевременное разрушение стенки кожуха для удаления первой ступени измерения параметров и происходит перегрев машины для замера параметров плавки, поэтому интервал толщины стенки кожуха 5-10 мм является оптимальным и позволяет создать простое устройство при сохранении его работоспособности и обеспечении оптимального временного промежутка для отгорания части кожуха первой ступени в процессе замера параметров плавки и отбора проб.

Дополнительно упрощение конструкции ведет к снижению стоимости изготовления устройства в целом, а данный результат также является важным для подобного рода устройств, которые по способу использования являются одноразовыми.

Заявляемое устройство имеет отличия от прототипа и не следует явным образом из уровня техники, т.е. соответствует критерию «новизна». Кроме того, предлагаемое устройство может быть изготовлено в промышленных масштабах и найдет применение в области металлургии, т.е. характеризуется критерием «промышленная применимость».

Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежом, где представлен пример конкретного выполнения конструкции заявляемого устройства.

Устройство для отбора проб и измерения параметров расплавов металла и шлака содержит корпус, состоящий из отдельных секций, в каждой из которых установлен измерительный блок с размещенными в нем рабочими элементами. В задней части корпуса устройства расположен контактный узел, секции корпуса последовательно соединены друг с другом посредством полого кожуха, выполненного из теплостойкого материала в виде гладкой трубки с толщиной стенки 5-10 мм.

Толщина стенки в заданном диапазоне может варьироваться в зависимости от того, какие рабочие элементы устанавливаются в измерительные блоки устройства и определяется их быстродействием. При установке в измерительный блок первой ступени датчиков температуры и пробоотборных камер наиболее оптимальной толщиной стенки кожуха будет являться диапазон от 5 до 7,5 мм, при установке датчиков активности кислорода или датчиков содержания серы - диапазон от 6,5 до 10 мм.

В частности, в примере конкретного выполнения, изображенном на чертеже, представлена конструкция устройства для замера температуры и отбора пробы расплавленного металла. Корпус включает две секции 1 и 2. Измерительные блоки 3 и 4, а также контактный узел 5 установлены в корпусе последовательно, при этом каждый измерительный блок 3 и 4 расположен в отдельной секции корпуса - соответственно 1 и 2, контактный узел 5 расположен в секции 2 корпуса. Секции 1 и 2 корпуса соединены друг с другом посредством полого кожуха 6, выполненного в виде гладкой трубки из теплостойкого материала, например, в виде склеенной картонной гильзы с толщиной стенки 6-7,5 мм.

Измерительные блоки 3 и 4 представляют собой устройства, содержащие огнеупорный керамический корпус 7. В корпусе в зависимости от тогоё какие измерения требуется провести и/или взять пробу металла, могут быть установлены различные рабочие элементы, например, пробоотборная камера, термоэлементы, датчики активности кислорода, камера измерения температуры ликвидуса и другие датчики, как совместно, так и по отдельности. Для защиты рабочих элементов, размещенных в корпусе 7, обычно используется защитный колпачок 8. В случае, когда требуется измерить параметры шлака, то защитный колпачок 8 на измерительном блоке не устанавливается.

В качестве рабочего элемента измерительного блока 3 устройства, представленного на чертеже, используется термоэлемент 9, установленный в керамическом корпусе 7 и имеющий крышку 10. В качестве рабочих элементов измерительного блока 4 используется термоэлемент 11, имеющий крышку 12, и пробоотборная камера 13 с крышкой 14. Термоэлемент 11 и пробоотборная камера 13 установлены в керамическом корпусе 7 измерительного блока 4. Термоэлементы 9 и 11 выполнены в виде термопар. Выводы 15 термопар проходят к контактному узлу 5, который представляет собой втулку с контактами. Паз 16 во втулке контактного узла 5 предназначен для отвода воздуха из пробоотборной камеры 13, но способ отвода воздуха из пробоотборной камеры может быть выполнен и другим способом.

Со стороны задней части устройства в полый корпус вставляется контактодержатель, закрепленный в металлическом жезле. Металлический жезл прикрепляется к машине для замера параметров плавки (на чертежах не показаны).

Заявляемое устройство работает следующим образом.

Перед проведением измерения устройство соединяют с контактодержателем, закрепленным в металлическом жезле, металлический жезл установлен в машину для замера параметров плавки и с ее помощью жезл с устройством опускают в ванну расплавленного металла. Первоначально осуществляется замер параметров и/или отбор пробы с помощью измерительного блока 3. В случае, если в измерительном блоке 3 установлен только термоэлемент, как это показано в примере конкретного выполнения, то осуществляется предварительный замер температуры расплавленного металла или шлака. Если в измерительном блоке установлен пробоотборник или датчик активности кислорода в металле или в шлаке, камера для измерения температуры ликвидуса или другой датчик, то одновременно осуществляется забор пробы расплавленного металла или определение параметров металла или шлака соответственно.

Предварительный замер температуры ванны расплавленного металла осуществляется следующим образом.

При прохождении через шлаковый слой металлический колпачок 8 измерительного блока 3, а также крышка 10 защищают термоэлемент 9 от воздействия шлака. Когда устройство входит в расплав металла, металлический колпачок 8 и крышка 10 расплавляются, и термоэлемент 9 начинает измерять температуру ванны расплава. Сигнал от термоэлемента 9 через выводы термопар передается в контактный узел 5, а затем через кольца контактодержателя в металлический жезл и далее на регистрирующие приборы машины для замера параметров. Предварительный замер осуществляется в течение 8-15 секунд, в течение которых полый кожух 6, благодаря определенной толщине его стенки, прогорает, и при вынимании устройства происходит отрыв части кожуха 6 вместе с измерительным блоком 3, которые сгорают в расплаве металла.

После предварительного замера температуры или других параметров параметры плавки могут быть откорректированы. Далее металлический жезл без замены устройства повторно на 8-15 секунд погружается в ванну расплавленного металла. Аналогично выше описанному процессу, колпачок 8, установленный на измерительном блоке 4, и крышки 12 и 14 защищают рабочие элементы от воздействия шлака, а затем расплавляются при погружении в расплав металла. Как правило, при повторном погружении происходит замер температуры или других параметров способом, описанным выше, а также производится отбор пробы с помощью пробоотборной камеры 13. Воздух из пробоотборной камеры отводится через паз 16 во втулке контактного узла 5. Далее измерительный блок вынимается и проба извлекается для проведения химического анализа.

В случае, когда требуется измерить параметры шлака, то используется устройство без защитных колпачков 8, обеспечивающих защиту рабочих элементов от воздействия шлака. Все необходимые замеры параметров шлака осуществляются аналогично описанным выше примерам.

Описанный пример конкретного выполнения не ограничивают возможность использования более двух измерительных блоков для измерения других параметров расплава, а также не ограничивают возможности использования в измерительных блоках различных рабочих элементов и их сочетаний, например, из следующих возможных: термоэлементы для определения температуры расплава или шлака, датчики активности кислорода в металле или шлаке, камера измерения температуры ликвидуса, датчик измерения содержания серы в металле и другие, пробоотборные камеры металла и шлака.

Также описанный пример конктерного выполнения не ограничивает способы выполнения различных вариаций корпуса устройства. В частности, на чертеже, иллюстрирующем пример выполнения, показано, что измерительный блок 4 и контактный узел 5 установлены в одной секции корпуса 2. Но контактный узел может быть установлен и в отдельной секции корпуса.

С целью выявления оптимальной толщины стенок корпуса, включая толщину стенки полого кожуха 6, в условиях металлургического комбината проводились испытания устройства БС-2000-2ТПО с наружным диаметром по кожуху 93,5 мм, толщиной стенки кожуха 6-7,5 мм, толщиной стенки секции 2 корпуса 15,75 мм и ее наружными диаметрами 80 и 83 мм, в измерительном блоке первой ступени была установлена пробоотборная камера и термоэлемент. Испытания показали, что данная конструкция работоспособна. При выходе с первого замера первая головка либо уже полностью отгорела, либо весит на проводах. После второго измерения остаточная толщина стенок гильзы (секции корпуса 2) составляет примерно 3 мм для гильзы диаметром 80 мм и 4-5 мм для гильзы диаметром 83 мм.

Аналогично было испытано устройство БС-2000-2ТП2О с толщиной стенки полого кожуха 7,58-9,510 мм, где в измерительном блоке первой ступени был установлен датчик активности кислорода. Проведенные испытания также подтвердили работоспособность устройства.

Заявленное устройство является простым и дешевым в изготовлении, при этом позволяет без замены однократно использованного устройства произвести дополнительные замеры различных параметров и отбор проб тем же устройством, что также позволяет ускорить процесс контроля за параметрами выплавляемого металла.

Claims (1)

1. Устройство для отбора проб и измерения параметров расплавов металла и шлака, содержащее корпус, состоящий из отдельных секций, в каждой из которых установлен измерительный блок с размещенными в нем рабочими элементами, а в задней части корпуса устройства расположен контактный узел, при этом секции корпуса последовательно соединены друг с другом посредством полого кожуха, выполненного из теплостойкого материала, отличающееся тем, что кожух выполнен в виде гладкой трубки с толщиной стенки 5-10 мм.

   

Images