Погружное устройство для расплавленного металла и способ
Изобретение относится к металлургии, а именно к погружному устройству для контроля состояния расплавленного металла. Устройство содержит измерительную головку, держатель измерительной головки и штангу, которая съемно соединена с держателем или соединена с держателем посредством съемного трубчатого соединительного элемента. Имеется газовый канал от штанги к съемному соединительному элементу и газонепроницаемое соединение между соединительной поверхностью штанги и съемным трубчатым соединительным элементом. Трубчатый соединительный элемент содержит вытирающее средство в виде пластин, которое вытирает соединительную поверхность штанги во время прикрепления трубчатого соединительного элемента к штанге и/или снятия трубчатого соединительного элемента от штанги. Изобретение позволяет создать погружное устройство для расплавленного металла, которое делает возможной безотказную работу измерительной системы на основе штанги. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 1 ил.
Настоящее изобретение относится к погружному устройству для расплавленного металла, содержащему держатель измерительной головки и штангу, которая съемно соединена с держателем или может быть соединена с держателем посредством съемного трубчатого соединительного элемента, содержащего газовый канал от штанги к съемному трубчатому соединительному элементу, и газонепроницаемое соединение между соединительной поверхностью штанги и съемным трубчатым соединительным элементом. Настоящее изобретение дополнительно относится к способу производства стали.
Погружное устройство, содержащее штангу и держатель, известно из европейского патента 0143498 А2. Штанга погружного устройства соединена или может быть соединена с держателем посредством съемного трубчатого соединительного элемента или переходника, как известно из заявки на патент США 2014/0318276 А1.
Измерительная головка держателя может содержать пробоотборник для взятия проб из расплавов, имеющих температуру плавления выше 600°С, в частности, из расплавов металла или криолита, главным образом, расплавов чугуна или стали. Держатель может иметь погружной конец и узел камеры для проб, расположенный на погружном конце держателя. Этот узел может иметь впускное отверстие и полость для пробы расплава и может быть расположен, по меньшей мере, частично внутри держателя.
Измерительная головка держателя может содержать один или более датчиков. Выходные клеммы датчиков электрически соединены с контактным концом штанги.
Штанга служит для оперирования держателем, имеющим измерительную головку, при помощи автоматизированного механизма или вручную. Используя штангу, держатель, содержащий измерительную головку, погружают в расплав металла и выводят из расплава металла после выполнения измерения и/или получения пробы. Держатель, имеющий измерительную головку, является одноразовым изделием, которое удаляют после однократного использования, в то время как штангу используют неоднократно.
Одноразовые держатели, имеющие измерительную головку для выполнения измерений и получения металлургических проб, описаны, например, в патентах США 5515739 и 8479579 В2. Эти устройства, как правило, содержат измерительную головку с датчиками для измерения одного или более из следующего: температуры, содержания кислорода, содержания углерода, уровня ванны, а также для получения репрезентативного образца жидкой стали. Держатель служит опорой для измерительной головки, защищающей внутреннюю электрическую проводку и электрические соединения. Держатель состоит из наложенных друг на друга слоев картонных трубок. При погружении в расплавленный металл внешняя периферия картона быстро повреждается, но является достаточно толстой, чтобы прослужить несколько десятков секунд, в течение которых выполняют измерения и берут из ванны металлургическую пробу металла. Измерительную головку снимают со штанги, извлекают металлургическую пробу, и отработавший зонд выбрасывают. Данные постоянного напряжения от датчиков автоматически подаются в компьютер, который сравнивает реальные условия в ванне с прогнозированием на основе модели, чтобы предложить дальнейшие действия, которые должны быть осуществлены для завершения процесса производства стали с достижением целевых требований.
Точность входных данных зависит от наличия высококачественного электрического соединения между выходным соединителем зонда и приемными контактами штанги. В то время как, например, соединитель датчика используется только раз, и датчик выбрасывается после одного использования, приемные контакты штанги должны быть выполнены с возможностью выдерживать неоднократное использование. При погружении в расплавленную сталь картонные держатели нагреваются, выделяя водяной пар, деготь и смолы, присутствующие в картонных держателях. Водяной пар переносит эти деготь и смолы, которые откладываются на более холодных металлических частях электрического контакта и его корпусе, приводя к прерыванию и ухудшению электрических сигналов датчика, что влечет за собой недоступность данных или некорректность данных. При каждом последующем использовании штанги откладывается все больше и больше дегтя и смол, и когда они затвердевают, они представляют собой барьер для установления последующего электрического соединения, делая необходимой тщательную очистку, которая является как трудоемкой, так и занимающей много времени. Для борьбы с этим во внутреннюю полую часть вспомогательной штанги подают небольшое количество азота как продувочного газа, который выходит на соединительном конце штанги, чтобы сдуть пар с контактов. Хотя эта продувка является усовершенствованием, она полностью не устраняет проблему. Такая внутренняя полая часть вспомогательной штанги является частью газового канала, как он понимается в настоящем изобретении.
Это состояние и решение хорошо описаны в документе заявке на патент Японии 2000-28438 А. Погружное устройство снабжено электронной схемой, которая оцифровывает сигналы постоянного напряжения и передает эти сигналы сначала при помощи одного антенного провода, а затем путем радиопередачи, что позволяет смягчить, но не устранить, проблему конденсации воды и отложения дегтя и смол на элементах штанги, обеспечивающих электрический контакт. Время и стоимость очистки сравнимы с дополнительными техническими работами при использовании радиопередатчика, и в результате это нашло ограниченное применение.
При использовании пробоотборника, который описан в заявке на патент США 2014/0318276 А1, можно применять продувку инертным газом на участке от штанги до камеры отбора проб. Чтобы быстро брать такие аналитические пробы, требуется обеспечить воспроизводимое давление газа, что делает необходимым наличие системы контакта между электрикой и газом, которая свободна от водяного конденсата и отложений дегтя и смол, мешающих безотказной работе измерительной системы на основе штанги.
Штанга, имеющая трубчатую концевую часть, может иметь кольцевые уплотнения на внешней периферии. Эту трубчатую концевую часть, имеющую кольцевые уплотнения, нужно вставлять в съемный трубчатый соединительный элемент переходника или держателя, чтобы обеспечить газонепроницаемое соединение между штангой и переходником, т.е., соответственно, держателем. Таким образом, штанга и переходная часть создают газовый канал, который может идти к камере отбора проб.
Во время погружения поток продувочного газа протекает ожидаемым образом, однако, сразу после отсоединения переходника может происходить отложение дегтя и смол на уплотнительные кольца, что нарушает газонепроницаемость соединения между трубчатой концевой частью штанги и трубкой дополнительного переходника.
Задачей настоящего изобретения является предложить погружное устройство для расплавленного металла, которое делает возможной безотказную работу.
Задача настоящего изобретения достигается при помощи погружного устройства, содержащего признаки, указанные в пункте 1 формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения относятся к предпочтительным вариантам осуществления настоящего изобретения.
Погружное устройство для расплавленного металла, соответствующее объекту настоящего изобретения, указанному в пункте 1 формулы изобретения, содержит измерительную головку, держатель измерительной головки и штангу, которая съемно соединена с держателем или может быть соединена с держателем посредством съемного трубчатого соединительного элемента. Имеется газовый канал от штанги к держателю. Трубчатый соединительный элемент или держатель содержат одно или более вытирающих средств, которые вытирают соединительную поверхность штанги во время прикрепления трубчатого соединительного элемента, т.е., соответственно, держателя, к штанге и/или снятия трубчатого соединительного элемента, т.е., соответственно, держателя, от штанги.
Таким образом, при замене держателя держатель вместе с соединительным элементом чистят соединительную поверхность штанги, что гарантирует газонепроницаемое соединение между трубчатой концевой частью штанги и трубчатым соединительным элементом и делает возможной безотказную работу.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, вытирающие средства представляют собой одну или более пластин, которые делают возможной хорошую очистку.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, вытирающие средства и трубчатый соединительный элемент выполнены за одно целое. Одним из преимуществ этого является уменьшение числа составных частей.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, упомянутые одно или более вытирающих средств прижимаются к соединительной поверхности штанги, когда трубчатый соединительный элемент соединяют со штангой, что обеспечивает хорошую очистку. То же справедливо, если имеется непосредственное соединение между держателем и штангой.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, вытирающее средство выступает от трубчатой поверхности трубчатого соединительного элемента, т.е., соответственно, держателя, что делает возможной хорошую очистку.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, вытирающее средство отделено от трубчатой поверхности трубчатого соединительного элемента, т.е., соответственно, держателя, одной или более щелями, что делает возможной хорошую очистку из-за более гибкого поведения вытирающего средства.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, упомянутые одно или более вытирающих средств выполнены в форме кольца, что делает возможным газонепроницаемое соединение между соединительной поверхностью штанги и съемным трубчатым соединительным элементом, т.е., соответственно, держателем.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, соединительная поверхность штанги представляет собой внутреннюю поверхность трубчатой концевой части штанги. Таким образом, соединительная поверхность защищается, что предотвращает ее загрязнение.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, вытирающие средства выполнены из металла или пластика, что делает возможной хорошую очистку.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, вытирающие средства обеспечивают газонепроницаемое соединение между соединительной поверхностью штанги и съемным трубчатым соединительным элементом, т.е., соответственно, держателем. Чтобы обеспечить газонепроницаемое соединение, можно использовать дополнительные элементы, например, кольцевые уплотнения, но это не необходимо, что позволяет уменьшить число составных частей.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, держатель содержит картонную трубку.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, измерительная головка содержит пробоотборник для расплавленного металла или датчик для измерения температуры расплавленного металла, содержания кислорода в расплавленном металле, содержания углерода в расплавленном металле или уровня ванны расплавленного металла.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, штанга изготовлена из металла по соображениям прочности.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, штанга и держатель закрывают внутреннюю электрическую проводку и/или одно или более электрических соединений.
На Фиг.1 приведен разрез погружного устройства в качестве примера настоящего изобретения.
На Фиг.1 приведен разрез погружного устройства для расплавленного металла, соответствующего настоящему изобретению, которое содержит держатель измерительной головки, содержащий полую трубку 2, и штангу в виде полой трубки 1. Штанга 1 может быть соединена с держателем, содержащим трубку 2, посредством съемного трубчатого соединительного элемента 3.
Погружное устройство имеет газовый канал 4, создаваемый трубчатой штангой 1, трубчатым соединительным элементом 3 и трубчатым держателем 2, когда трубчатую штангу 1, трубчатый соединительный элемент 3 и трубчатый держатель 2 соединяют вместе.
Съемный трубчатый соединительный элемент содержит вытирающие средства в виде трех кольцевых пластин 5 на внешней периферии трубчатого соединительного элемента 3, которые вытирают внутреннюю соединительную поверхность 6 штанги 1 во время вставки трубчатого соединительного элемента 3 в штангу 1 и во время снятия трубчатого соединительного элемента 3 от штанги 1. Пластины 5 и трубчатый соединительный элемент 3 изготовлены как одна деталь, чтобы избежать изготовления множества деталей и необходимости прикреплять пластины 5 к трубчатому соединительному элементу 3. Кроме того, при изготовлении как одной детали возникает преимущество, заключающееся в том, что пластины 5 соединены с трубчатым соединительным элементом 3 надежным образом и с обеспечением газонепроницаемости. Так как пластины 5 проходят дальше периферии (представленной пунктирной линией 7) внутренней соединительной поверхности 6, пластины 5 прижимаются к соединительной поверхности 6 штанги 1, когда трубчатый соединительный элемент 3 соединяют со штангой 1. Как следствие, между пластинами 5 и внутренней соединительной поверхностью 6 возникает газонепроницаемое соединение. Так как каждая пластина 5 окружает трубчатый соединительный элемент 3 как кольцо, между штангой 1 и трубчатым соединительным элементом 3 возникает газонепроницаемое соединение, когда трубчатый соединительный элемент 3 вставляют в штангу 1.
Как показано на Фиг.1, пластины 5 выступают от трубчатой внешней поверхности 8 трубчатого соединительного элемента 3. Пластины 5 отделены от соседней трубчатой внешней поверхности 8 трубчатого соединительного элемента 3 кольцевыми щелями 9, в результате чего пластины являются более гибкими, что делает возможными хорошую очистку и надежное газонепроницаемое соединение.
Соединительная поверхность 6 штанги 1 является внутренней поверхностью трубчатой концевой части 10 этой штанги. Внутренний диаметр штанги 1 может быть меньше внутреннего диаметра трубчатой концевой части 10, как показано на Фиг.1.
Полая трубка 2 держателя может представлять собой картонную трубку. Штанга 1 может быть изготовлена из металла, а трубчатый соединительный элемент 3 изготовлен из пластика. Штанга 1 и полая трубка 2 держателя закрывают внутреннюю электрическую проводку 11, 12 и электрические соединители 13, 14. Электрический соединитель 14 полой трубки 2 держателя вставляют в электрический соединитель 13 штанги 1, когда штангу 1 прикрепляют к полой трубке 2 держателя при помощи трубчатого соединительного элемента 3.
От внешней поверхности 8 трубчатого соединительного элемента 3 выступает кольцевой упор 15 для полой трубки 2 держателя и штанги 1, который облегчает создание соединения.
Внутренний диаметр полой трубки 2 держателя меньше диаметра внешней поверхности 16 трубчатого соединительного элемента, за исключением конической концевой части 17. Таким образом, можно ввести концевую часть, содержащую поверхность 16, в полую трубку 2 держателя с обеспечением газонепроницаемости.
Держатель может содержать внешний полый цилиндр, изготовленный, например, из картона. Измерительная головка может быть прикреплена к погружному концу внешнего полого цилиндра. Внешний полый цилиндр держателя может иметь длину от 2 до 3 м, например, длину приблизительно 2,5 м. Когда штангу 1 соединяют с держателем, внешний полый цилиндр держателя может закрывать часть штанги 1.
1. Погружное устройство для контроля состояния расплавленного металла, содержащее измерительную головку, держатель (2) измерительной головки и штангу (1), которая съемно соединена с держателем (2) или может быть соединена с держателем (2) предпочтительно посредством съемного соединительного элемента (3), содержащего газовый канал (4) от штанги (1) к держателю (2), отличающееся тем, что оно снабжено вытирающим средством (5), которое вытирает соединительную поверхность (6) штанги (1) во время прикрепления штанги (1) и/или снятия штанги (1).
2. Погружное устройство по п.1, отличающееся тем, что вытирающие средства представляют собой одну или более пластин (5).
3. Погружное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что вытирающие средства (5) являются частью съемного соединительного элемента (3) и выполнены за одно целое с ним.
4. Погружное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что вытирающее средство (5) прижато к соединительной поверхности (6) штанги (1).
5. Погружное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что вытирающее средство (5) выступает от трубчатой поверхности (8) съемного соединительного элемента (3) или от трубчатой поверхности держателя (2).
6. Погружное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что вытирающее средство (5) отделено от трубчатой поверхности (8) съемного соединительного элемента (3) или от трубчатой поверхности держателя (2) одной или более щелями (9).
7. Погружное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что вытирающее средство (5) выполнено в форме кольца.
8. Погружное устройство по п.1, отличающееся тем, что соединительная поверхность (6) штанги (1) представляет собой внутреннюю поверхность трубчатой концевой части (10) штанги.
9. Погружное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что вытирающее средство (5) обеспечивает газонепроницаемое соединение между соединительной поверхностью (6) штанги (1) и съемным соединительным элементом (3).
10. Погружное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что вытирающее средство (5) является частью газонепроницаемого соединения.
11. Погружное устройство по п.1, отличающееся тем, что держатель содержит картонную трубку (2).
12. Погружное устройство по п.1, отличающееся тем, что измерительная головка содержит пробоотборник для расплавленного металла или датчик для измерения температуры расплавленного металла, содержания кислорода в расплавленном металле, содержания углерода в расплавленном металле или уровня ванны расплавленного металла.
13. Погружное устройство по п.1, отличающееся тем, что штанга (1) выполнена из металла.
14. Погружное устройство по п.1, отличающееся тем, что штанга (1) и держатель (2) закрывают внутреннюю электрическую проводку (11, 12) и/или один или более электрических соединителей (13, 14).
15. Способ производства стали, отличающийся тем, что используют погружное устройство по любому из пп.1-14 для контроля состояния расплавленного металла, причем держатель (2) и измерительную головку заменяют после их использования для контроля состояния расплавленного металла.
