Полезная модель относится к средствам измерения и касается устройств погружных зондов для замера температуры, окисленности и отбора пробы металлического расплава, в частности жидкой стали.The utility model relates to measuring instruments and relates to immersion probe devices for measuring temperature, oxidation and sampling of a metal melt, in particular liquid steel.
На сегодняшний день современная технология выплавки стали в электропечах, конвертерах и других сталеплавильных агрегатах предусматривает использование сменных (разовых) зондов для отбора пробы металлургического расплава, а также для замера температуры и ряда других параметров. В некоторых устройствах предусмотрена возможность одновременного отбора пробы металла и замера температуры расплава. Примером такого зонда является «Устройство для взятия проб и измерения температуры металла в конвертере» (Патент на полезную модель №57163 от 02.05.2006 г., МПК B22D 2/00, МПК С21С 5/46, опубл. 10.10.2006 г. Бюл. №28), включающее бумажный корпус, внутри которого установлена керамическая вставка с закрепленными в ней U-образной трубкой с горячим спаем термоэлектродов, провода которого соединены с держателем контактов, установленными в корпусе, и пробоотборником, выступающие части которого и U-образной трубки снабжены защитой, при этом внутри корпуса между керамической вставкой и держателем контактов установлены плотно соединенные между собой бумажная втулка и керамическая пробка, через которые пропущены провода термоэлектродов, а защита выполнена из двух защитных колпаков, один из которых установлен над U-образной трубкой с горячим спаем термоэлектродов, а другой над пробоотборником, корпус выполнен составным из 3-х бумажных гильз, последовательно вставленных друг в друга, на наружной поверхности верхней гильзы выполнен паз для отвода газов из пробоотборника. Недостатком зонда является низкая надёжность, трудоёмкость изготовления и отсутствие возможности измерения окисленности металла.Today, modern technology for steel smelting in electric furnaces, converters and other steelmaking units involves the use of interchangeable (single) probes for sampling metallurgical melt, as well as for measuring temperature and a number of other parameters. In some devices, it is possible to simultaneously take a metal sample and measure the temperature of the melt. An example of such a probe is “A device for sampling and measuring the temperature of a metal in a converter” (Utility Model Patent No. 57163 dated 05/02/2006, IPC B22D 2/00, IPC C21C 5/46, published on 10/10/2006 Byul No. 28), including a paper case, inside of which there is a ceramic insert with a U-shaped tube fixed to it with a hot junction of thermoelectrodes, the wires of which are connected to the contact holder installed in the case, and a sampler, the protruding parts of which and the U-shaped tube are equipped protection, while inside the case between the ceramics A paper insert and a ceramic stopper are installed tightly interconnected with a paper insert and a contact tube, through which the wires of thermoelectrodes are passed, and the protection is made of two protective caps, one of which is installed above the U-shaped tube with a hot junction of thermoelectrodes, and the other above the sampler, the case made of 3 paper sleeves, sequentially inserted into each other, on the outer surface of the upper sleeve made a groove for the removal of gases from the sampler. The disadvantage of the probe is its low reliability, the complexity of manufacturing and the inability to measure metal oxidation.
Также известны «Измерительные зонды для измерения и взятия проб в металлическом расплаве» (Пат. РФ 2548401 от 17.06.2011 г., МПК G01N 1/10, 33/20, опубл. 20.04.2015 г. Бюл. 11), имеющие измерительную головку, которая содержит, по меньшей мере, датчик температуры и камеру для проб. Камера для проб, по меньшей мере, частично окружена измерительной головкой и включает проходящий через измерительную головку входной канал. Входной канал имеет расположенный в измерительной головке внутренний участок длиной L и, по меньшей мере, в одном месте на этом внутреннем участке имеет минимальный диаметр D, причем отношение L/D2 меньше 0,6 мм. Также измерительная головка имеет противодавление Pg меньше 20 мбар. Достигаемый при этом технический результат заключается в улучшении качества получаемых проб. Основным недостатком указанного зонда является наличие одной измерительной головки, что не позволяет использовать его повторно для замера и отбора пробы стального расплава.Also known are “Measuring probes for measuring and sampling in a metal melt” (Pat. RF 2548401 dated 06/17/2011, IPC G01N 1/10, 33/20, published on 04/20/2015 Bull. 11), having measuring a head that includes at least a temperature sensor and a sample chamber. The sample chamber is at least partially surrounded by a measuring head and includes an input channel passing through the measuring head. The inlet channel has an inner section of length L located in the measuring head and, at least in one place on this inner section, has a minimum diameter D, the ratio L / D 2 being less than 0.6 mm. The measuring head also has a Pg back pressure of less than 20 mbar. The technical result achieved in this case is to improve the quality of the samples obtained. The main disadvantage of this probe is the presence of one measuring head, which does not allow to use it again for measuring and sampling steel melt.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели по конструкции и технической сущности является «Устройство для замера температуры и отбора проб расплавленного металла» (Патент РФ на полезную модель №34011 от 02.09.2003 г., МПК G01K 7/02, G01N 1/12, опубл. 20.11.2003 г. Бюл. 32), содержащее сменный блок, имеющий полый кожух из теплостойкого материала, в котором закреплен огнеупорный корпус с пробоотборной камерой и первым термоэлементом, закрытыми первым металлическим колпачком, второй термоэлемент и второй металлический колпачок, устройство снабжено дополнительным полым кожухом из теплостойкого материала с закрепленным в нем дополнительным огнеупорным корпусом, второй термоэлемент размещен в дополнительном корпусе и закрыт вторым металлическим колпачком, полые кожухи установлены последовательно и соединены между собой, а на наружной стороне дополнительного полого кожуха выполнена проточка, полый кожух из теплостойкого материала с огнеупорным корпусом частично вставлен в дополнительный полый кожух, проточка на наружной стороне дополнительного кожуха выполнена кольцевой и размещена на уровне первого металлического колпачка. Наличие двух измерительных головок (огнеупорных корпусов) позволяет по ходу плавки производить два последовательных замера одним зондом. Однако, в то же время, в зонде-прототипе отсутствует возможность замера окисленности стального расплава. Как правило, при ведении плавки сталевару-оператору первоначально необходимо произвести замер температуры расплава, после чего он принимает решение о дальнейшей «доводки» плавки - додувки в конвертере, подогреве в электропечи и др. После окончательной обработки требуется произвести отбор пробы готового металла, замерить его температуру и окисленность для расчета требуемого количества вводимого раскислителя.Closest to the claimed utility model in design and technical nature is "Device for measuring temperature and sampling of molten metal" (RF Patent for utility model No. 34011 of 09/02/2003, IPC G01K 7/02, G01N 1/12, publ. November 20, 2003, Bull. 32), comprising a replaceable unit having a hollow casing of heat-resistant material, in which a refractory housing with a sampling chamber and a first thermocouple closed with a first metal cap, a second thermocouple and a second metal cap is fixed, the device is equipped with an additional a hollow casing of heat-resistant material with an additional refractory casing fixed in it, the second thermocouple is placed in the additional casing and closed by a second metal cap, the hollow casing is installed in series and interconnected, and a groove is made on the outside of the additional hollow casing, a hollow casing of heat-resistant material with a refractory casing is partially inserted into an additional hollow casing, the groove on the outer side of the additional casing is circular and placed on ur Aries of the first metal cap. The presence of two measuring heads (refractory bodies) allows two consecutive measurements with one probe during the melting process. However, at the same time, in the prototype probe there is no possibility of measuring the oxidation of the steel melt. As a rule, when conducting smelting, the steelworker-operator initially needs to measure the temperature of the melt, after which he makes a decision on further “refinement” of the smelting - blowing in the converter, heating in an electric furnace, etc. After final processing, it is necessary to take a sample of the finished metal, measure it temperature and oxidation to calculate the required amount of deoxidizer added.
Целью полезной модели является создание надёжного двухкорпусного зонда (с двумя измерительными головками), позволяющего производить два погружных замера одним зондом и определять температуру расплава, окисленность и производить отбор пробы расплава.The purpose of the utility model is to create a reliable two-body probe (with two measuring heads) that allows you to make two submersible measurements with one probe and determine the temperature of the melt, oxidation and sampling of the melt.
Поставленная цель достигается тем, что предлагается погружной зонд для замера температуры, окисленности и отбора пробы металлического расплава, содержащий сменный блок в виде составного полого кожуха из теплостойкого материала, в котором последовательно установлены два керамических огнеупорных корпуса - первый, содержащий пробоотборную камеру и термоэлемент, и второй, содержащий только термоэлемент, оба корпуса закрыты индивидуальным металлическим колпачком, при этом второй керамический корпус размещен в дополнительном полом кожухе, на наружной стороне которого выполнена проточка, полый кожух с первым керамическим корпусом частично вставлен в дополнительный полый кожух, а проточка на наружной стороне дополнительного кожуха выполнена кольцевой и размещена на уровне первого металлического колпачка, отличающийся тем, что устройство дополнительно содержит тубулярный тигель с электролитом для определения активности кислорода в металлическом расплаве. В предпочтительном варианте полезной модели указанный тубулярный тигель размещён в первом керамическом корпусе и выполнен из диоксида циркония, стабилизированного оксидом магния, а электролит представляет собой смесь порошков хрома и оксидов хрома. При этом второй керамический корпус со вторым термоэлементом размещены в начальной части зонда, а в хвостовой части зонда установлена керамическая втулка электродов с контактодержателем для соединения с измерительным блоком. Теплостойкий кожух зонда выполнен в виде трубки из специального картона повышенной огнестойкости. Форма проботборной камеры может содержать раскислитель для увеличения точности анализа малых концентраций активных металлов. Раскислителем может быть алюминий, титан, цирконий или другой элемент II-V группы периодической системы химических элементов.This goal is achieved by the fact that it offers an immersion probe for measuring the temperature, oxidation and sampling of a metal melt, containing a removable unit in the form of a composite hollow casing of heat-resistant material, in which two ceramic refractory cases are installed in series - the first one containing a sampling chamber and a thermocouple, and the second, containing only a thermocouple, both cases are closed by an individual metal cap, while the second ceramic case is placed in an additional hollow casing , on the outside of which a groove is made, the hollow casing with the first ceramic case is partially inserted into the additional hollow casing, and the groove on the outer side of the additional casing is circular and placed at the level of the first metal cap, characterized in that the device further comprises a tubular crucible with electrolyte for determination of oxygen activity in a metal melt. In a preferred embodiment of the utility model, said tubular crucible is placed in a first ceramic case and is made of zirconia stabilized with magnesium oxide, and the electrolyte is a mixture of chromium powders and chromium oxides. In this case, the second ceramic case with the second thermocouple is placed in the initial part of the probe, and in the rear part of the probe there is a ceramic sleeve of electrodes with a contact holder for connection with the measuring unit. The heat-resistant casing of the probe is made in the form of a tube from a special cardboard with increased fire resistance. The shape of the sample chamber may contain a deoxidizer to increase the accuracy of the analysis of low concentrations of active metals. The deoxidizing agent may be aluminum, titanium, zirconium, or another element of group II-V of the periodic system of chemical elements.
Общий вид нового устройства (продольный разрез) представлен на фиг. 1. Оно содержит полый кожух 1 с керамическим корпусом 2, содержащим термопреобразователь 3, пробоотборную камеру с пробницей 4 и кварцевой трубкой 5, тубулярный тигель с электролитом 6, защитный колпак 7, устройство также содержит дополнительный полый кожух 8 с внешней кольцевой проточкой 13, керамическим корпусом 9, оборудованным термопреобразователем 10 и защитным колпаком 11, в хвостовой части зонда установлена керамическая втулка электродов с контактодержателем 12.A general view of the new device (longitudinal section) is shown in FIG. 1. It contains a hollow casing 1 with a ceramic body 2 containing a thermocouple 3, a sampling chamber with a probe 4 and a quartz tube 5, a tubular crucible with electrolyte 6, a protective cap 7, the device also contains an additional hollow casing 8 with an external annular groove 13, ceramic case 9, equipped with a thermal converter 10 and a protective cap 11, in the rear of the probe there is a ceramic sleeve of electrodes with a contact holder 12.
Работа устройства осуществляется следующим образом. Зонд закрепляется на жезл или автоматический манипулятор и подключается к измерительному прибору через контактодержатель 12. По сигналу светофора проверяется исправность подключения, после чего зонд погружается в расплав на несколько секунд. Защитный колпак 11 сгорает и производится замер температуры жидкой стали посредством термопреобразователя 10. Повторное погружение производится после окончательной «доводки» плавки, зонд вновь погружается в расплав, при этом происходит излом кожуха 8 по кольцевой проточке 13, в результате чего оголяется металлический колпак 3 и жидкий металл затекает по кварцевой трубке 5 в пробницу 4, одновременно производится замер температуры готового металла посредством термопреобразователя 3 и его окисленность с помощью тубулярного тигля с электролитом 6.The operation of the device is as follows. The probe is mounted on a rod or an automatic manipulator and connected to the measuring device through the contact holder 12. At the signal of the traffic light, the serviceability of the connection is checked, after which the probe is immersed in the melt for several seconds. The protective cap 11 burns out and the temperature of the molten steel is measured by means of a thermal converter 10. Re-immersion is carried out after the final “refinement” of the melt, the probe is again immersed in the melt, and the casing 8 is broken along the annular groove 13, as a result of which the metal cap 3 and the liquid are exposed the metal flows through the quartz tube 5 into the probe 4, at the same time, the temperature of the finished metal is measured by means of a thermal converter 3 and its oxidation using a tubular crucible with electrolyte volume 6.
