SU892284A1

SU892284A1 - Устройство дл измерени содержани компонентов, например углерода, в жидком расплаве плавильного агрегата

Info

Publication number: SU892284A1
Application number: SU802901139A
Authority: SU
Inventors: Евгений Алексеевич Нечаев; Николай Сергеевич Григорьев; Виктор Григорьевич Перфильев; Валентин Петрович Поклад; Владимир Петрович Ливенцев; Геннадий Сергеевич Козлов
Original assignee: Череповецкий Ордена Ленина Металлургический Завод Им.50-Летия Ссср; Череповецкий Филиал Северо-Западного Политехнического Института
Priority date: 1980-03-31
Filing date: 1980-03-31
Publication date: 1981-12-23

Description

Изобретение относится к металлургии железа, в частности к устройствам для измерения содержания компонента, например углерода, в жидком расплаве металлургических плавильных агрегатов·, например кислородных конвертеров, мартеновских и двухванных печей и т.д.

Известно устройство для определения содержания углерода в жидком расплаве, содержащее два электрода с разными температурами, соединенные с измерительным прибором. В качестве одного из электродов используется эталонный термоэлектрод, в качестве второго - металлический пруток, непрерывно вытягиваемый из расплавленного металла £l ].

Недостатки указанного устройства трудности технической реализации, а также погрешности, связанные с растворением эталонного термоэлектрода в жидком металле.

Известно также устройство для определения содержания углерода по температуре кристаллизации, состоящее из пробоотборника, выполненного в виде кварцевого баллона, имеющего отверстие на рабочем, торце, защищенного металлическим колпаком. В металлический колпак вставлена огнеупорная пробка для предотвращения попадания колпака через отверстие в кварцевый баллон при растворении колпака в металле. После растворения колпака пробка всплывает и металл затекает в кварцевый баллон через его отверстие £21.

Наиболее, близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения содержания углерода в жидком расплаве сталеплавильного агрегата, содержащее два электрода с разными температурами, соединенные с измерительным прибором. Электроды выполнены в виде одинаковых металли·· ческих стержней, размещенных в медном стакане, и снабжены системой охлаждения для поддержания на электродах разных температур. Измерение содержания углерода производится путем погружения электродов в жидкий расплав £31.

Однако для работы этого устройства необходимо образование твердой пленки металла между электродами в результате охлаждения их. Кроме того , устройство не обеспечивает необходимых характеристик и требуемой оперативности, так как не дает необходимого темпа обновления пленки по ходу технологического процесса плавки.

Целью изобретения является улучшение метрологических характеристик и повышение оперативности контроля и, тем самым, увеличение производительности сталеплавильного агрегата.

Эта цель достигается тем, что в устройстве для измерения содержания компонентов, например углерода, в жидком расплаве плавильного агрегатй, содержащем два электрода с разными их температурами, соединенные с измерительным прибором, и анализируемый металл, размещенный между ними,электроды выполнены в виде сочетания открытой керамической трубки и керамической ампулы, заполненных армко-железом, при этом керамическая ампула снабжена вставкой с электронной проводимостью, размещенной в погружаемой в расплав части ампулы.

На фиг,1 изображено предлагаемое устройство для измерения содержания углерода; на фиг.2 - градуировочные характеристики устройства; на фиг.З “ электрическая схема устройства.

Устройство содержит два электрода 1 и 2, соединенные с измерительным прибором 3 посредством проводников 4. Электрод 1 выполнен в виде трубки, электрод 2 - в виде герметичной керамической ампулы. Оба электрода 1 и 2 выполнены армко-железом в виде стержней 5. Керамическая ампула 2 снабжена вставкой 6 с электронной проводимостью, которая размещается в погруженной в расплав 1 части ампулы и может быть выполнена из металла, нерастворимого в расплаве, например платины, вольфрама, вставляется в отверстие диаметром 1-2 мм в стенке ампулы и герметизируется огнеупор ной массой. Трубка 1 и ампула 2 могут быть объединены в один блок. Устройство работает следующим образом.

В нерабочем положении устройство находится вне сталеплавильного агрегата. Для измерения содержания углерода устройство погружается в расплав, При этом часть стержней 5 из 10 армко-железа в трубке 1 и ампуле 2 расплавляется. В трубке 1 расплавившаяся часть стержня 5 из армко-железа перемешивается с расплавом 7. В ампуле 2, вследствие ее герметичности, 15 имеется только электрический контакт армко-железа 5 с расплавом 7 через металлическую вставку 6.

Температура электрода 1 равна температуре ликвидуса армко-железа, так 20 как при этой температуре выполняется усилие равновесия процессов расплавления стержня 5 из армко-железа и кристаллизации жидкого расплава.

Температура погружаемой части ίэлектрода 2 равна температуре жидкого расплава 7, так как расплавленное армко-железо герметично заключено в ампуле 2. Температура расплава 7 может быть зафиксирована любым 30 известным прибором, например, с помощью термопары 8, погруженной в расплав 7.

По величине термо-ЭДС, фиксируемой прибором 3, и температуре расплВва 7, _3J фиксируемой прибором 9, определяем содержание углерода по градуировочной характеристике (фиг.2), которая представляет собой экспериментально установленную зависимость изменения термо-ЭДС прибора Е от изменения тем4v пературы расплава tp при различных содержаниях углерода С(=О,54%; С^= =0,34?; Сз=0,18% в расплаве.

Согласно теории термо-ЭДС ЗеебекаПельтье можно для схемы (фиг.З) записать термо-ЭДС анализатора

SS

Ina Тр ^Tncx

Е - J Q(a,T)«H +J Q(a,T)dT* J q(x,t)<Ht ^To ^Tna ^TP

Тад In * J Q(qj)dT‘b(a j)J + E(a,T)J + _ Ij ^Tna

Tncx To T_na + E(X,T)J -»E(a,T)j - E(a,l)J Tncx J’o

Έ(α,τ )Γ+Έ (Υ,τ )}^ПС-Е (a ,τ) т_{р Т}р » где Q(x,T)

Q(a,T) т т т т о * па ’ псх’ р абсолютная диффе-j ренциальная термо-ЭДС жидкого расплава; абсолютная диффе-. $ ренциальная термо -ЭД С армко-железа; соответственно температура в 1· месте присоединения прибора, температура ликвидуса армко-железа, температура лик- ’5 видуса расплава и температура составляющего длительность 2-10 мин, что исключает возможность эффективного управления технологическим процессом.

Ожидаемая экономия от вйёдрения данного устройства в сталеплавильном производстве связана с возможностью более эффективного управления технологическим режимом сталеплавильного агрегата вследствие применения уст- . ройства для контроля углерода высокой оперативности, что позволяет сократить продолжительность продувки металла кислородом, снизить удельный расход кислорода и ферросплавов, уменьшить угар металла, улучшить качество стали.

расплава.

Так как Т_па=Т_псХ, следовательно _ _, Тггсх Тпо ^ТР Тр

E(a,T)=const, так как а и Т известны, тогда

Tficx

Цпо где Е_п=Е(а,Т)Г. считаем известным, так как для армко-железа а,Тр,Т_Па величины известные.

Соотношение (1) теоретически подтверждает возможность создания устройства для измерения содержания углерода в жидком расплаве методом термо-ЭДС. .

Предложенное устройство позволяет, резко повысить оперативность измерения содержания углерода в жидком расплаве, так как исключает необхо- димость в операциях отбора, подготовки и транспортировки пробы на анализ в помещении экспреес-лабораторий. На эти операции требуется, как правило, 60% и более полного времени анализа,

2S

4S

Claims

Изобретение относитс к металлургии железа, в частности к устройствам дл измерени содержани компонента, например углерода, в жидком расплаве металлургических плавильных агрегатов-, например кислородных конвертеров, мартеновск и двухванных печей и т.д. Известно устройство дл определени содержани углерода в жидком расплаве, содержащее два электрода с разными температурами, соединенны с измерительным прибором. В качеств одного из электродов используетс эталонный термоэлектрод, в качестве второго - металлический пруток, непрерывно выт гиваемый из расп авлен ного металла . Недостатки указанного устройства трудности технической реализации, а также погрешности, св занные с раст ворением эталонного термоэлектрода в жидком металле. Известно также устройство дл определени содержани углерода по температуре кристаллизации, состо щее из пробоотборника, выполненного в виде кварцевого баллона, имеющего отверстие на рабочем, торце, защищенного металлическим колпаком. В металлический колпак вставлена огнеупорна пробка дл предотвращени попадани колпака через отверстие в кварцевый баллон при растворении колпака в металле. После растворени колпака пробка всплывает и металл затекает в кварцевый баллон через его отверстие 2. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату вл етс устройство дл измерений содержани углерода в жидком расплаве сталеплавильного агрегата, содержащее два электрода с разными температурами, соединенные с измерительным прибором. Электроды выполнены в виде одинаковых металли ческих стержней, размещенных в медном стакане, и снабжены системой охлаждени дл поддержани на электродах разных температур. Измерение содержани углерода производитс путем погружени электродов в жидкий расплав ,ЗХ Однако дл работы этого устройства необходимо образование твердой пленки металла между электродами в результате охлаждени их. Кроме того , устройство не обеспечивает необходимых характеристик и требуемой оперативности, так как не дает необходимого темпа обновлени пленки по ходу технологического процесса плавЦелью изобретени вл етс улучшение метрологических характеристик и повышение оперативности контрол и, тем самым, увеличение производительности сталеплавильного агрегата. Эта цель достигаетс тем, что в устройстве дл измерени содержани компонентов, например углерода, в жидком расплаве плавильного агрегатй содержащем два электрода с разными их температурами, соединенные с измерительным прибором, и анализируемы металл, размещенный между ними,электроды выполнены в виде сочетани открь той керамической трубки и керамической ампулы, заполненных армко-железом , при этом керамическа ампула снабжена вставкой с электронной про водимостью , размещенной в погружаемой в расплав части ампулы. На фиг,1 изображено предлагаемое устройство дл измерени содержани углерода; на фиг.2 - градуировочные характеристики устройства; на фиг.З электрическа схема устройства. Устройство содержит два электрода } и 2, соединенные с измерительным прибором 3 посредством проводников k Электрод 1 выполнен в виде трубки, электрод 2 - в виде герметичной керамической ампулы. Оба электрода 1 и 2 выполнены армко-железом в виде стержней 5. Керамическа ампула 2 снабжена вставкой 6 с электронной проводимостью, котора размещаетс в погруженной в расплав 7 масти ампулы 1л может быть выполнена из металла, нерастворимого в расплаве, например платины, вольфрама, вставл етс в отверстие диаметром 1-2 мм в стенке ампулы и герметизируетс огнеупор . 4 ной массой. Трубка 1 и ампула 2 могут быть объединены в один блок. Устройство работает следующим образом . В нерабочем положении устройство находитс вне сталеплавильного агрегата . Дл измерени содержани углерода устройство погружаетс в расплав . При этом часть стержней 5 из армко-железа в трубке 1 и ампуле 2 расплавл етс . В трубке 1 расплавивша с часть стержн 5 из армко-железа перемешиваетс с расплавом 7. В ампуле 2, вследствие ее герметичности, имеетс только электрический контакт армко-железа 5 с расплавом 7 через металлическую вставку 6. Температура электрода 1 равна температуре ликвидуса армко-железа, так как при этой температуре выполн етс усилие равновеси процессов расплавлени стержн 5 из армко-железа и кристаллизации жидкого расплава. Температура погружаемой части лектрода 2 равна температуре жидкого расплава 7 так как расплавленное армко-железо герметично заключено в ампуле 2. Температура расплава 7 может быть зафиксирована любым известнь1м прибором, например, с помощью термопары 8, погруженной в расплав 7. По величине термо-ЭДС, фиксируемой прибором 3, и температуре расплйва 7 фиксируемой прибором 9, определ ем содержание углерода по градуировочной характеристике (фиг,2), котора представл ет собой экспериментально установленную зависимость изменени термо-ЭДС прибора Е от изменени температуры расплава tp при различных содержани х углерода , 0 0,3 ,18% в расплаве. Согласно теории термо-ЭДС ЗеебекаПельтье можно дл схемы (фиг.З) записать термо-ЭДС анализатора Е j Q(q,T)dt -HJ Q(a,T)dT I Q(x,T)at,t Tn J C|(q,T)dT-E(a,T)J f E(a,T}J TncxTO ,T)J tECa,T)j -ЕСа,Т)Г TTICXTO -Е(а,т)Г.Еид)Г (аГТ); где Q(x,T) - абсолютна диффе ренциальна термо-ЭДС жидкого расплава; Q(a,T) - абсолютна диффе ренциальна термо-ЭДС армко-железа; o naVx P соответственно температура в месте присоединен НИИ прибора, температура ликвидуса армко-железа, температура ликвидуса расплава и температура расплава. Так как . следовательно Ux.T),,}- РТр E(CS7 CO«5t E(a,T)const, так как а и Т известны , тогда Псу (х,Т)Г ), J- где (а,Т). считаем известным, так как дл армко-железа a,Tp,,, величины известные. Соотношение (1) теоретически подтверждает возможность создани устройства дл измерени содержани углерода в жидком расплаве методом термо-ЭДС. . Предложенное устройство позвол ет резко повысить оперативность измерени содержани углерода в жидком расплаве, так как исклкмает необходимость в операци х отбора, подготов ки и транспортировки пробы на анализ в помещении экспресс-лабораторий. На эти операции требуетс , как правило, 60 и более полного времени анализа. составл ющего длительность 2-10 мин, что исключает возможность эффективного управлени технологическим процессом . Ожидаема экономи от вйёдрени данного устройства в сталеплавильном производстве св зана с возможностью более эффективного управлени технологическим режимом сталеплавильного агрегата вследствие применени уст-. ройства дл контрол углерода высокой оперативности, что позвол ет сократить продолжительность продувки металла кислородом, снизить удельный расход кислорода и ферросплавов, уменьшить угар металла, улучшить качество стали. Формула изобретени Устройство дл измерени содержани компонентов, например углерода, в жидком расплаве плавильного агрегата , содержащее два электрода, соединенные с измерительным прибором, отличающеес тем, что, с целью повышени точности и оперативности контрол , один из электродов выполнен в виде керамической трубкиj а второй - керамической ампулы , причем оба электрода заполнены армко-железом, при этом керамическа ампула снабжена вставкой из материала с электронной проводимостью, размещенной в погружаемой в расплав части ампулы. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 583166, кл. С 21 С 5/30, 1967.
2.Авторское свидетельство СССР № 3|2912, кл, С 21 С 5М, 1970.
3.Тулуевский Ю.Н., Нечаев Е.А. Информационные проблемы интенсификации сталеплавильных процессов, М.,Металлурги , 1Э78, с.158-159, 163.