SU1718000A2 - Устройство дл отбора проб и замера температуры жидкого металла - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к черной металлургии , в частности к сталеплавильному производству, может быть использовано дл  контрол  основных технологических параметров жидкого металла и  вл етс  усовершенствованием известного ycfpoucTea, описанного в авт.св; № 147634Q. Целью изобретени   вл етс  удешевление контрол . Фиг.1

Description

Изобретение дополнительно обеспечивает снижение (удешевление) стоимости контрол . Устройство снабжено съемным полым блоком 1 новой конструкции многоразового использовани , представл ющим собственно стальную трубу с внутренним 41 и наружным 42 защитными сло ми (оболочками) и с огнеупорным каналом 2, а также имеющим новую (разъемную) .термопарную головку,

содержащую съемную термостойкую пробку с термопарой в защитном чехле. В качестве внутреннего защитного сло  трубы рекомендуетс  использовать материалы с плохой адгезией к жидкому металлу, например тонкостенную фторпластовую трубку, а дл  наружного защитного сло  - огнеупорную глину, армированную витками стальной проволоки 43. 2 ил.

Изобретение относитс  к черной металлургии , в частности к сталеплавильному производству, может быть использовано дл  контрол  основных технологических параметров жидкого металла и  вл етс  усовершенствованием известного устройства поавт.св. № 1476340.

Известно устройство дл  отбора проб и замера температуры жидкого металла позвол ющее решать задачу экспрессного комплексного контрол  основных технологических параметров жидкого металла, таких как его температура и химсостав, дл  определени  которого отбираетс  проба металла в виде порошка, который при наличии анализатора порошков сразу из устройства по отвод щему каналу (пневмопочтой) без какой-либо подготовки дл  анализа по-, ступает в анализатор, т.е. можно получать результат химсостава пробы менее чем за 1 мин от момента начала отбора порошкообразной пробы жидкого металла из металлургического агрегата. Это достигаетс  за счет того, что устройство содержит сменный полый термостойкий (бумажный или картонный ) термопарный блок типа ТПР-2075, снабженный огнеупорным каналом, который установлен в его боковой стенке и выдвинут в полость блока, насадку с соплом с в ыходом вверх, при этом уплотнительное кольцо установлено в нижней части насадки и составлено из двух трубок - внутренней стальной и наружной резиновой, а на цилиндрических поверхност х насадки,уплот- нительного кольца и контактного узла вдоль их всей длины со стороны огнеупорного капала выполнен срез (лыска). Кроме того, устройство снабжено электродом, электроизолированным от массы устройства и установленным над соплом на гарантированном (обеспечивающем устойчивый электросигнал) рассто ни  от него.

Недостатком прототипа  вл етс  то, что о нем используетс  относительно дорогой (около 2,0 руб.) сменный (одноразового использовани ) термопарный блок с платинородиевой термопарой (ПР 30/6), который после одного погружени  в жидкий металл (отбор пробы и замер температуры) дл  последующего использовани  не пригоден- и

выбрасываетс  вместе с термопарой, так как в самом блоке существенно тер етс  толщина его стенки из-за обгорени , а тер- моларнал головка разрушаетс . Таким образом , даже один такой комплексный

контроль оказываетс  относительно дорогим , а ведь за смену в конвертерном цехе необходимо выполн ть дес тки измерений. Целесообразность порошкообразной пробы наблюдаетс  при контроле технологии

обессеривани  жидкого чугуна, когда не нужно выполн ть трудоемкую операцию по вз тию стружки чугуна дл  анализа, так как порошок  вл етс  уже готовой пробой дл  проведени  анализа. Однако в любом случае одна проба - один использованный блок обходитс  дорого. Поэтому целесообразно иметь такое устройство, которое обеспечивало бы получение порошкообразных проб жидкого металла при многоразовом использовании его основных деталей, контактирующих с жидким металлом, и тем самым снизить стоимость контрол .

Целью изобретени   вл етс  удешевление контрол .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что сменный (съемный) полый блок выполнен из стальной трубы, на внутреннюю поверхность которой нанесен защитный слой материала с низкой адгезией к жидкому металлу,

например, из тонкостенной фторопластовой трубки, а на наружную поверхность нанесен слой огнеупорного материала.

На фиг. 1 показано устройство, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг.1.

Устройство содержит сменный (съемный ) полый блок 1 с огнеупорным каналом 2 и узлом термоэлемента (термопарна  гОло- вка) и газоподвод щую трубу 3 с цилиндрической полой насадкой 8, с уплотнительным

кольцом (полость) 4 и контактным узлом 5, которые соответственно один за другим соединены и закреплены на конце трубы 3, Контактный узел 5 содержит контактные кольца 6 и привода 7. отход щие от них. Цилиндрическа  пола  насадка 8 с соплом 9 установлена на нижнем торце газоподво- д щей трубы 3, котора  размещена в полости блока 1 и смещена практически вплотную к его стенке в противоположную сторону от огнеупорного канала 2 с образо- ванием таким образом между ними свобод- ного пространства - полости 10, необходимый дл  размещени  в ней той части насадки 8, в которой выполнено сопло 9 с выходом вверх и выдвинутой в полость блока 1 части огнеупорного канала 2, образуемого кварцевой трубкой 11, торец которой расположен в непосредственной близости у сопла 9 выше уровн  его среза (фиг.1 и 2). В этой же полости 10 значитель- но выше над соплом 9 на гэзоподвод щей трубе 3 через диэлектрическую оперу 12 установлен электрод 13. Он представл ет собой пластинку, выполненную из тонкой (например, около 0,5 мм) листовой нержаве- ющей стали, и расположен на гарантированном рассто нии (удалении) от выхода сопла 9. Под гарантированным удалением электрода подразумеваетс  участок рассто ни , который ограничен допустимыми ми- нимальным и максимальным пределами рассто ний от сопла 9 (наподобие глубины резкости при фотографировани ) и в пределах которого на электроде 13 есть наличие устойчивой величины электрического по- тенциала, при этом минимальный предел рассто ни  от сопла 9 до электрода ограничиваетс  наличием опасности заметалли- вани  электрода, а максимальный - наличием заметного падени  величины по- тенциала на электроде. Электрод 13 целесо- образно устанавливать на рассто нии от сопла 9 не ближе 50-60 мм со смещением от осевой линии последнего к опоре 12 и не дальше 100-120 мм. Электрод 13 через элек- тропривод14, проход щий через отверстие 15, выполненное в опоре 12 и стенке газоподвод щей трубы 3, и далее в полости .4 и 16 трубы 17, подключатс  к потенциалооп- редел ющему прибору (не показан). В этой же трубке 17 проход т провода 7 от контактных колец 6. Верхний конец трубки 17 (не показан) закрыт резиновой пробкой с про- хрд щими через нее проводами 7 и 14. Трубка 17, предназначенна  дл  отвода и защиты их от высоких температур, не дл  всех зондов  вл етс  об зательным элементом его конструкции, а только дл  нево- доохлаждаемых и примен емых дл  контрол  технологических параметров жид- кого металла по ходу плавки. В зоне, предназначенном дл  контрол  жидкого металла , при внепечной обработке металла провода 7 и 14 могут быть выведены из устройства по кольцевому каналу 18 зонда (о конструкции зонда ниже).

В нижней части насадки 8 установлено уплотнительное кольцо,которое составлено из двух, расположенных одна в другой трубок: внутренней стальной трубки 19 с отверсти ми 20 и наружной резиновой трубки 21, герметично.закрепленной по кра м проволочными хомутиками 22 на трубке 19. Снизу полость трубки 19 ограничена и герметично перекрыта резиновой прокладкой 23, котора  прижата хвостовиком контактного узла 5.

На цилиндрических поверхност х насадки 8, трубки 19 и контактного узла 5 вдоль всей их длины со стороны огнеупорного канала 2 и параллельно образующей стенке блока 1 выполнен плоский срез 24 (лыска). В результате этого образуетс  полость 25 (сегментное сечение), предназначенна  дл  продвижени  по ней выступающей части огнеупорного канала 2 (кварцевой трубки 11) при надвигании съемного блока 1 на газоподвод щую трубу 3.

Съемный полый блок, выполненный из стальной трубы 1, на нижнем торце имеет термопарную головку 26 (узел), котора  содержит термопару 27 и контактный хвостовик 28, предназначенный дл  размещени  на нем контактных концов 29 от термопары 27, а последн   заключена в защитную кварцевую трубку 30 и закрыта стальным тонкостенным колпачком 31 от механических повреждений и шлака при погружении устройства в металлургический агрегат.

Так как съемный полый блок (труба 1) .  вл етс  не часто смен емым узлом, а практически стационарным, то основное его закрепление (удерживание) на газоподвод щей трубе 3 теперь обеспечиваетс  сто- порно-штифтовыми винтами (фиг.1, у верхнего торца блока), а бобышки 32 в этом случае предназначаютс  только дл  фиксации в блоке насадки 8 и контактного узла 5. При этом верхний конец трубы 1 стыкуетс  с зондом через полую обойму 33, жестко закрепленную к торцу наружной трубы 34 зонда. В обойме 33 по месту соприкосновени  торца блока 1 с последней имеетс  резинова  прокладка 35, предназначенна  дл  обеспечени  герметичности между ними в конечный момент вкручивани  стопор- но-штифтовых винтов в обойму 33.

В боковой стенке обоймы 33 выполнено отверстие 36, в котором жестко закреплена газоподвод ща  труба 3 своим верхним, изогнутым (примерно под углом 30°) концом , и осуществл етс  подсоединение устройства к зонду и соединение полостей (каналов ) А и 10 устройства, предназначенных соответственно дл  подвода и отвода из него инертного эжектирующего газа, а соответствующими по назначению каналами 18 и 37 зонда,

Зонд (показан только его низ с установленной на нем обоймой 33) представл ет собой две, коаксиально установленные трубы 34 и 38, вверху жестко св занные между собой, В верхней части зонда (не показана) центральна  труба 38 соединена с сепаратором , предназначенным дл  отделени  металлического порошка от газа. Последний уходит в атмосферу через выход в сепараторе , перекрываемый заслонкой. Вверху зонда кольцевой канал 18 по торцу наружной трубы,вокруг центральной закрыт кольцом, которое жестко соедин ет обе трубы между собой, а наружна  труба 34 снабжена под- иодом дл  газа,

Дл  постановки блока 1 в нужное положение последний имеет метку 39, котора  при фиксации блока совпадает с аналогичной меткой 40 на обойме 33.

Дополнительно устройство снабжено новой конструкцией съемного полого блока 1 многоразового использовани , выполненного из стальной трубы 1, на внутреннюю поверхность которой нанесен защитный слой 41 материала с низкой адгезией к жидкому металлу, например такой слой образован установленной тонкостенной. (1-2 мм), фторопластовой оболочкой (трубкой 41), а па наружную поверхность трубы 1 (блока) нанесен слой 42 огнеупорного материала. Например, если в качестве такового вз ть огнеупорную глину, то дл  надежного закреплени  ее на трубе желательно армировать ее витками стальной проволоки 43 (фиг. 1). В боковой стенке стальной трубы 1 (блока) в месте, где находитс  огнеупорный капал 2, предназначенный дл  подачи жидкого металла в устройство, жестко установлено гнездо 44, предназначенное дл  установки и закреплени  в блоке (трубе 1) смен емой кварцевой трубки 11, котора  и образует огнеупорный канал 2. Крепление ее осуществл етс  за счет асбестовой набивки (уплотнени ) 45 с последующей наружной обмазкой огнеупорной глиной.

Конструкци  термопарной головки (узел термоэлемента) нового блока тоже выполнена таким образом, что она способствует удешевлению контрол  за счет экономии термопары, Дл  этого она снабжена внутренней съемной термостойкой пробкой 46 с размещенной в ней термопарой 27, защитной кварцевой трубкой 30 (чехол термопары ) и контактным хвостовиком 28, который вз т из термопарного блока типа ТПР-2075 (или новый типа ТПР-2085) и используетс  по своему пр мому назначению. Термопара

с контактным хвостовиком установлена в пробке стационарно, а защитна  кварцева  трубка (чехол термопэры)  вл етс  смен емой деталью и закрепл етс  в пробке при помощи асбестовой набивки (уплотнени )

0 47.

Таким образом, така  конструкци  термопарной головки позвол ет заменить термопару , не мен   всего блока, или заменить защитную кварцевую трубку (чехол термо5 пары), не мен   пробки с термопарой. При многоразовом использовании термопары, целесообразно изготавливать ее из термопарной проволоки (марки ПРЗО и ПРб) диаметром 0,2-0,3 мм (а не 0,07-0,10 мм как у

0 известных термопарных блоков типа ТПР). Защита наружной поверхности стальной трубы 1 (основы защитного блока устройства ) огнеупорным слоем от жидкого металла общепон тна. Защита же внутрен5 ней поверхности трубы 1 (фиг. 1 и 2) от металлической пыли и частичек распыливаемого жидкого металла обуславливаетс  р дом основных требований, относ щихс  как к надежной, эффективной и

0 универсальной конструкции устройства, так и к получаемой, при его помощи порошкообразной пробе по строгости соответстви  ее химсостава химсоставу в объеме жидкого металла, из которого отбираетс  проба.

5 Основное требование к конструкции устройства заключаетс  в том, чтобы поверхность канала 10 над выходом огнеупорного канала 2 и над соплом 9 оставалась чистой после вз ти  (отбора) пробы, т.е. после пре0 кращени  операции распылени  жидкого металла в порошок в пространстве канала 10. Это можно достичь только при наличии такого свойства поверхности канала 10. при котором расплавленные частицы металла в

5 момент распылени  и касани  поверхности канала не могут закрепитьс  (прилипнуть) на ней. В противном случае на этой поверхности образуетс  настыль (чулок), дл  удалени  которой требуетс  чистка стенки канала

0 10, либо замена его на новый, что приводит к целесообразности использовани  устройства (без внутреннего защитного сло ). Если не производить чистку, то при последующих отборах проб происходит заметалливание

5 канала 10, т.е. образуетс  сплошна  настыль, что приводит к нарушению процесса распылени , а в последующую (вторую) пробу попадают остатки пыли и частицы с настыли от предыдущей (первой) пробы, что искажает химсостав второй пробы. В прототипе эти вопросы решены за счет применени  серийно выпускаемых термопарных блоков типа ТПР-2075 (ТПР-2085), гильза (труба) которых изготовлена из бумаги или картона, т.е. материала, к которому жидкий металл-прилипнуть не может. Но из-за того, что они относительно дорогие и при одноразовом их использовании в промышленной практике контрол  (измерени ) расход их получаетс  большой, то и контроль получаетс  дорогим. Поэтому дл  удешевлени  контрол  (измерени ) необходимо многоразовое использование основной смен емой (съемной) детали (узла), т.е. защитного полого блока устройства, что и достигаетс  за счет замены бумажных или картонных блоков (без термопарных головок) одноразового использовани  на блоки многоразового использовани , в основе которых находитс  стальна  труба, снабженна  внутренним и наружным защитными сло ми (оболочками). Кроме того, термопара термопарной головки многоразового (нового) блока тоже используетс  многоразово. Дл  этого термопарна  головка снабжена съемной (сменной) термостойкой пробкой 46. Съемна  (смен ема ) пробка с термопарой пред- назначаетс  дл  изъ ти  из блока термопары после отработанного ею срока пригодности (5-10 раз погружений в жидкий металл: меньшее число характерно дл  стали , большее - дл  чугуна) и постановки в него новой термопары, т.е. драгоценный металл термопары не тер етс  безвозвратно, а сдаетс  как металлолом, что также удешевл ет контроль (или стоимость выполненного измерений).

За вл емое устройство дл  отбора проб и замера температуры жидкого металла отличаетс  от известного тем, что съемный полый блок выполнен из стальной трубы, на внутреннюю поверхность которой нанесен защитный слой материала с плохой адге зией к жидкому металлу, например из тонкостенной фторопластовой трубки, а на наружную поверхность нанесен слой огнеупорного материала.

Устройство работает следующим образом .

Перед проведением измерени  заранее подготовленный (собранный) блок 1 надвигают на газоподвод щую трубу 3 и ориентируют его так, чтобы выступающа  часть огнеупорного канала 2 продвигалась вдоль поверхности среза 24 в полости 25 сегментного сечени  (фиг.2) до плотного соприкосновени  торца блока (трубы 1 с защитным слоем 41) с уплотнением 35 и последующим прижатием к последнему, при помощи сто- лорно-штифтовых винтов, наход щихс  в

обойме 33 (фиг. 1), создают плотное соединение полости 10 блока 1 с полостью 37 центральной трубы 38 зонда через обойму 33. Блок фиксируют в полости, при котором мет- 5 ка 39 на блоке совпадает с меткой 40 на зонде (обойма 33, выполненных соответственно в плоскост х осевых линий огнеупорного канала 2 и сопла 9. При этом контактный хвостовик 28 войдет в контакт- 10 ный узел 5 и контактные концы 29 от термопары 27 окажутс  в плотном соприкосновении с контактными кольцами 6 узла 5, тем самым произойдет электрическое подключение термопары 27 к проводам 15 7, которые после выхода из трубки 17 наверху зонда подключаютс  к прибору (не показан ), регистрирующему температуру жидкого металла. Одновременно с этим выходом огнеупорного канала 2 располагаетс 

0 над соплом 9 (фиг. 1 и 2).

Дл  выполнени  отбора порошкообразной пробы и замера температуры жидкого металла устройство ввод т в металлургический агрегат при помощи зонда и одновре5 менно подают инертный газ по кольцевому каналу 18 зонда в полость 4 трубы 3. Из полости 4 через полость насадки 8 газ попадает в сопло 9 и вдоль торца огнеупорной трубки 11 создает в канале 2 в зависимости

0 от заданного режима эжекцию или, наоборот , часть газа по нему будет выходить наружу , создава  отдув. Из сопла газ попадает в полости 10 и 37 соответственно устройства и зонда (обоймы 33 - деталь зонда). Из зон5 да (верхн   часть зонда с сепаратором не показана) газ попадает в сепаратор, из которого уход газа в атмосферу регулируетс  заслонкой. Одновременно из полости насадки 8 газ поступает во внутреннюю трубку

0 19 уплотнительного кольца и через отверсти  20 - в наружную резиновую трубу 21, котора  давлением газа раздуваетс  и плотно прижимаетс  своей цилиндрической поверхностью к поверхности стенки блока 1,

5 обеспечива  отсечку газа в этом месте блока и предотвраща  воздействие газа на пробку 46 с термопарой, т.е. выталкивающей пробку силы не возникает.

До момента погружени  устройства в

0 жидкий металл (например, в конвертерную ванну или ковш) необходима работа его в режиме Отдув, при котором огнеупорный канал 2 предохран етс  выход щим из него газом от шлака.

5Режим Отдув осуществл етс  следующим образом.

При помощи заслонки прикрывают выход газа из сепаратора настолько, чтобы создалс  подпор газа в полости 10 и над соплом 9. Газовый подпор над соплом создает сопротивление потоку газа, выход щему из сопла, и снижает его скорость настолько , что эжекции в канале 2 не будет, а, наоборот, часть газа по каналу начинает выходить из устройства наружу, создава  от- дув.

Как только устройство достигнет заданного положени  в жидком металле, автоматически или вручную заслонку, котора  до этого момента прикрывала выход газа из сепаратора, резко отодвигают, открыва  полностью выход дл  газа, Газ быстро уходит в атмосферу, снима  газовый подпор над соплом 9. При этом газ, выход щий из сопла, приобретает максимальную скорость и, проход  вдоль торца огнеупорной трубки 11, начинает эжектировать жидкий металл по каналу 2 и на выходе из него, срыва  жидкий металл с торца трубки 11, будет дробить и распыл ть его на частички (порошок), которые, увлека сь потоком газа по полост м (каналам) 10 и 37 соответственно устройства и зонда, будут доставлены наверх к анализатору, предварительно отделившись в сепараторе от газа.

С момента начала распылени  жидкого металла, как только поток распыленных частиц (порошка) достигнет электрода 13 и пролетит вдоль его поверхности, потенциально определ ющий прибор (не показан), например осциллограф С1-35, начнет регистрировать величину электрического потен-, циала, возникающего на электроде 13 при наличии движени  металлических частиц вдоль его поверхности, т.е. по наличию потенциала на электроде получаем информацию о наличии процесса отбора.и о его продолжительности, и по этой информации качественно оценивает массу порошкообразной пробы металла,

Одновременно с началом процесса отбора пробы металла, как только устройство погрузили в металл, тонкостенный стальной колпачок 31 начинает плавитьс  и термопара 27 через 1-1,5 с начинает измер ть температуру жидкого металла, а через 2-3 с выдержки начинают выводить устройство из агрегата.

Если агрегат  вл етс  конвертером (или другой плавильный закрытый), то с начала

вывода устройства из жидкого металла можно осуществить два варианта режима работы: либо прекратить эжекцию и перевести устройство в режим Отдув, прикрыв заслонкой выход газа из сепаратора, либо продолжить эжекцию (отбор пробы по ходу движени  устройства вверх в металле, шлаке и газовой фазе). Осуществление первого варианта целесообразно в практике конвертерного производства стали, второго - в ис- следовательских цел х дл  изучени  конвертерного процесса.

После выхода устройства из металлургического агрегата прекращают подачу

инертного газа в устройство и подготавливают его дл  выполнени  следующего измерени , Подготовка заключаетс  в замене в блоке только кварцевых трубок 11 и 30, т/е. трубки огнеупорного канала и чехла термопэры , и в установке защитного колпачка 31 с применением дл  этого огнеупорной глины . Однако, если измерени  провод тс  на чугуне, то, как правило, их можно мен ть после 2-4 погружений. Кроме того, когда нет

необходимости при отборе пробы измер ть температуру жидкого металла, вместо пробки с термопарой целесообразно в термопарную головку устанавливать пробку-заглушку с целью предотвращени  ненужного износа

термопары, что, в конечном счете, тоже удешевл ет контроль (измерени ).

За вл емое устройство позвол ет удешевить контроль(измерени ) за счет экономии материала (бумаги или картона),

используемого на изготовление блоков, и за счет возврата драгметалла использованных термопар дл  повторной его переработки.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  отбора проб и замерз температуры жидкого металла по авт.св. № 1476340, отличающеес  тем, что, с целью удешевлени  контрол , сменный полый блок выполнен из стальной трубы, на внутреннюю поверхность которой нанесен защитный слой материала с низкой адгезией к жидкому металлу, например, из тонкостенной фторопластовой трубки, а на наружную поверхность нанесен слой огне- упорного материала.

   а.

   фи.г.2

   А-4

   /

   4/