УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБЫ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА

Полезная модель относится к области контроля металлургических процессов, в частности к устройствам для отбора пробы металла из расплава и может быть использована для отбора проб из ковша после выпуска расплава из плавильного агрегата, после внепечной обработки, из кристаллизатора МНЛЗ.
Известно устройство для отбора пробы жидкого металла, содержащее корпус в виде многослойной бумажной гильзы, в один из концов которой вставлена металлическая разъемная пробница, скрепленная металлической скобой и снабженная жаростойкой трубкой. Пробница закреплена внутри трубы огнеупорным наполнителем, снаружи она закрыта защитным металлическим колпачком. При отборе пробы нераскисленного металла пробоотборник дополнительно снабжается камерой, в которой помещается раскислитель, как правило алюминий. Пробоотборник свободным концом надевается на трубу и опускается в металл (Новиков В.Н., Макашов В.В., Климашин П.С.и др. Совершенствование методики отбора и подготовки проб металла для экспресса-анализа. - 1983, бюллетень ЧМ №5, с.35).
Известно устройство для отбора пробы жидкого металла, содержащее герметичную кварцевую ампулу с отверстием, перекрытым металлической фольгой, причем ампула снабжена металлическим холодильником в донной ее части, объем которого равен 30-35% объема ампулы, причем отверстие выполнено диаметром 0,08-0,15 диаметра ампулы (авторское свидетельство СССР №429307, кл. G01N 1/10, 1974).
Недостатком устройства является низкое качество пробы, так как верхняя часть ее получается неровной, а высота меняется в зависимости от глубины погружения в жидкий металл, что затрудняет подготовку пробы к анализу. Кроме того, из-за быстрого прогрева кварцевой ампулы быстро прогревается холодильник, снижается его охлаждающая способность и проба кристаллизуется недостаточно быстро.
4
Известно устройство для отбора пробы жидкого металла, содержащее корпус, разъемную мульду, выполненную из двух половинок, образующих щель для выхода газов, камеру смешения и соединяющую их огнеупорную трубку, при этом мульда снабжена пластиной, выполненной из легкоплавкого металла-раскислителя и установленной по периметру мульды между ее половинками (авторское свидетельство СССР №1161840, МПК G01N 1/10, опубл. 15.06.85. Бюлл. №22).
Недостатком устройства является то, что масса, геометрия проб и конструкция пробоотборника не позволяют фиксировать в отобранном металле состав и размеры присутствующих в нем неметаллических включений из-за незначительной скорости охлаждения и кристаллизации расплава.
6
Известно устройство для отбора пробы жидкого металла, содержащее огнеупорную ампулу, изготовленную из пористого материала с пористостью 20-70%, имеющую отверстие, покрытое металлической фольгой. Ампула имеет металлический холодильник, расположенный в ее донной части и выполненный в виде стаканчика с боковым отверстием, совпадающим с отверстием в ампуле (патент РФ №2122194, МПК G01N 1/10, опубликовано 20.11.1998).
Известно устройство для отбора пробы жидкого металла, состоящее из стальной штанги и приваренного к ней цилиндрического стального корпуса в виде стакана с крышкой из медного листа, служащей для предотвращения попадания в устройство шлака (ГОСТ Р ИСО14284-2009-прототип).
Общим недостатком выше перечисленных устройств является то, что их конструкционные особенности не позволяют быстро охладить отобранную пробу металла, что приводит к трансформации состава и размера неметаллических включений.
Техническим результатом предлагаемого решения является создание конструкции устройства, позволяющего повысить качество отобранных из расплава проб и зафиксировать размеры и химический состав неметаллических включений, находящихся в жидком металле в момент отбора пробы.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для отбора пробы жидкого металла, состоящем из корпуса, штанги для погружения и крышки, выполненной из медного листа, согласно предлагаемой полезной модели, корпус изготовлен из двух плоских прямоугольных медных пластин, скрепленных между собой болтами, по разъему пластин корпус имеет сквозное отверстие, соосно с которым выполнена пробоотборная камера в виде клинообразной щелевидной полости, при этом с одного конца сквозного отверстия установлена кварцевая трубка для прохождения жидкого металла к пробоотборной камере, с другого сквозное отверстие соединено со штангой, выполненной в виде полой трубы для отвода газов, а крышка, выполнена в виде защитного колпачка и надета на кварцевую трубку.
При этом корпус устройства выполнен разборным, с внешней стороны корпус покрыт огнеупорной теплозащитной массой, а кварцевая трубка установлена с помощью асбестового уплотнения.
На рисунке изображено устройство для отбора пробы жидкого металла (в разрезе).
Штанга (1) в виде трубы предназначена для погружения устройства в расплавленный металл, а также для отвода газов из полости в корпусе.
Массивный корпус, состоящий из двух прямоугольных пластин (2) размером 100×100×10 из меди - материала, имеющего высокую (в пять раз большую, чем у железа) теплопроводность, соединенных между собой болтами (3, 9), предназначен для забора, необходимого количества жидкого металла, формирующего пробу и быстрого его охлаждения до твердого состояния. Увеличению скорости охлаждения жидкого металла, отобранной пробы способствует относительно большая масса корпуса, высокая теплопроводность и теплоемкость меди, а также максимально возможная площадь теплоотвода поверхности самой пробы металла, которую обеспечивает плоская клинообразная, щелевидная пробоотборная камера (7). Корпус выполнен разборным для упрощения технологии изготовления щелевидной пробоотборной камеры и для извлечения из нее полученной пробы путем рассоединения пластин.
Кварцевая трубка (5) установлена в отверстие корпуса с помощью асбестового уплотнения (6) и служит для подвода жидкого металла к щелевидной пробоотборной камере. Защитный колпачок (4) из медного листа, надеваемый на кварцевую трубку, служит для предотвращения попадания шлака в пробоотборную камеру и растворяется в металле после прохождения через шлаковый слой.
Огнеупорное теплозащитное покрытие корпуса (11) предназначено для минимизации теплового воздействия на него жидкого металла, в который погружается устройство и способствует увеличению скорости охлаждения металла пробы.
Способ взятия пробы расплавленного металла с использованием описанного выше устройства.
Устройство погружается с помощью удлинительной штанги (10) в расплав на 3-4 секунды и затем извлекается. За это время после прохождения слоя шлака, который обычно покрывает расплавленный металл, медный колпачок расплавляется, и жидкий металл по кварцевой трубке поступает в пробоотборную камеру. При этом вытесненный металлом газ выходит через сквозное отверстие (8) в корпусе и через трубу штанги в атмосферу. В пробоотборной камере металл остывает и кристаллизуется, образуя пленки толщиной около 0,5 мм. Геометрия пробоотборной камеры выбрана такой, чтобы поверхность пробы имела максимальную поверхность и обеспечивала максимальный теплоотвод от отобранной пробы металла. Поэтому камера выполнена в виде плоской клинообразной щели. Клинообразность камере придана для получения минимальной толщины пробы с целью ускорения ее охлаждения. Большая масса корпуса устройства (7 кг), относительно массы пробы (50 г), и большая теплопроводность материала, из которого он изготовлен, создают большой температурный градиент, что позволяет за 0,2 сек. (согласно расчету) охладить металл пробы до твердого состояния. Короткое время охлаждения минимизирует процессы трансформации химического состава и размеров неметаллических включений, происходящие во время охлаждения пробы.
Таким образом, состав и размеры неметаллических включений в металле пробы практически идентичны составу и размерам включений, которые находятся в расплавленном металле во время отбора. Теплозащитное огнеупорное покрытие корпуса устройства предотвращает отрицательное воздействие на него температуры металла, в который погружается устройство, и также способствует быстрой кристаллизации пробы и предотвращению трансформации неметаллических включений.
После извлечения зонда из расплава и его охлаждения огнеупорный слой разбивается и счищается с корпуса, пластины рассоединяются и проба извлекается для анализа. Устройство позволяет получить высокое качество пробы за счет быстрой кристаллизации жидкого металла.