ПОГРУЖНОЙ ЗОНД ДЛЯ ЗАМЕРА ТЕМПЕРАТУРЫ, ОКИСЛЕННОСТИ И ОТБОРА ПРОБЫ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО РАСПЛАВА

Полезная модель относится к средствам измерения и касается устройств погружных зондов для замера температуры, окисленности и отбора пробы металлического расплава, в частности жидкой стали.
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.
2
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/D 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.
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.
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.
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.
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.
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.