УДК 669.14:620.2:006.354
ПОДГОТОВКА ПРОБ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА К АНАЛИЗУ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА
© Мурзин Александр Владимирович1, е-mail: MurzinAV@stw.ru; Мелинг Вячеслав Владимирович1; Дресвянкина Людмила Евгеньевна1;
Ананьева Елена Сергеевна1; Засухин Анатолий Леонтьевич1 Лисиенко Владимир Георгиевич2, д-р техн. наук, проф.; Путилов Сергей Леонидович1
1 ОАО «Северский трубный завод». Россия, г. Полевской Свердловской обл.
2 ФГАОУ ВПО «УрФУ им. первого Президента России Б.Н. Ельцина». Россия, г. Екатеринбург Статья поступила 15.04.2014 г.
СЕВЕРСКИЙ
ТРУБНЫЙ ЗАВОД
Разработано устройство, предназначенное для охлаждения пробы металла до требуемой температуры, с использованием в качестве охлаждающей среды сжатого воздуха с наложением акустических колебаний излучателя. Использование обдувочного аппарата в практике работы ЭСПЦ ОАО «СТЗ» позволило получить равномерно охлажденную по всей поверхности пробу металла, значительно сократить расход сжатого воздуха.
Ключевые слова: сталь; проба; обдувочный аппарат; сжатый воздух; акустический излучатель; акустические колебания.
Подготовка проб жидкого металла к анализу химического состава - важная и достаточно материалозатратная технологическая операция, требующая специального оборудования. Для получения достоверного химического анализа пробы важно не только выполнить ее отбор, но и правильно охладить. Отбор пробы жидкого металла и ее охлаждение производятся по ГОСТ 7565-81 (ИСО 377.2-89).
Обычный способ отбора пробы - это использование пробной ложки, которая перед взятием пробы должна быть предварительно нагрета и ошлакована во избежание приваривания металла к ложке. Кроме того, в плохо ошлакованной ложке сталь закипает, вследствие чего ее химический состав из-за окисления углерода и марганца изменяется, а температура понижается. Сталь в ложке для предохранения от быстрого остывания должна быть прикрыта шлаком и впоследствии разлита в изложницу для отбора проб [1].
Во втором способе отбора проб используют специальный пробоотборник. Основные требования к пробоотборнику - это целостная конструкция, состоящая из хорошо просушенного корпуса, изготовленного из прессованной бумаги, в котором находится разъемная пробница. Поверхность отобранной пробы по ГОСТ 756581 должна быть без раковин, шлаковых включений, цветов побежалости и других дефектов, что обеспечивает такой способ отбора проб.
Взятая пробоотборником из ковша с жидким металлом проба имеет температуру 800-850 °С, а температура пробы металла, при которой возможно проведение анализа для определения химического состава, должна быть не более 40-45 °С [2].
Изменили и способ охлаждения проб - отказались от вентиляторов и аппаратов для охлаждения, в которых используется компрессорный сжатый воздух. Вентиляторы маломощны и громоздки, что неприемлемо и по скорости охлаждения, и по габаритным размерам. Применение в обдувочных аппаратах цилиндрических насадок приводит к перерасходу сжатого воздуха, а использование в них сопел Лаваля повышает уровень шума из-за высоких скоростей выхода сжатого воздуха, подаваемого на пробу металла для его охлаждения, а также не обеспечивает равномерное охлаждение поверхности пробы металла.
В ОАО «Северский трубный завод» разработано устройство для равномерного охлаждения всей площади пробы металла при уменьшенном расходе сжатого воздуха. Устройство состоит из металлического корпуса с дверцей, в котором расположены подставка для установки на ней пробы металла, трубопровода, подающего для охлаждения пробы сжатый воздух, отводящего из корпуса устройства отработанный воздух, и акустический газовый излучатель. На сжатый воздух при прохождении его через акустический излу-
дывается на подставке 4, дверца 2 корпуса 1 закрывается, открывается кран подачи воздуха 7. Далее воздух поступает в акустический излучатель 6, где на струю воздуха накладываются акустические колебания с частотой 100-4000 Гц, и этот воздух подается на пробу металла, охлаждая ее. Отработанный воздух удаляется из корпуса устройства через трубу 8. Через 1,5-2 мин проба остывает до температуры 20-40 °С, кран подачи воздуха 7 закрывают, пробу металла 3 извлекают из обдувочного устройства и отправляют на анализ для определения химического состава металла. Использование обдувочного устройства такого типа позволяет получить равномерно охлажденную по всей поверхности пробу металла, снизить расход сжатого воздуха.
Испытания способа охлаждения пробы жидкого металла с наложением акустических колебаний на компрессорный воздух, а также испытание работоспособности обдувочного устройства проходили следующим образом: на штангу погружения пробоотборника закреплялся второй пробоотборник. Таким образом, за одно погружение в жидкий металл отбирались одновременно в одном месте сталеразливочного ковша сразу две
Таблица 1. Маркировочный анализ проб, охлажденных обычным способом и с наложением акустических колебаний
Дата Плавки Марка стали Метод С Mn Si P S & № Mo Al As
03.02.09 5264 40Х Об. 1 0,35 0,51 0,24 0,005 0,005 0,87 0,12 0,18 0,03 0,012 0,008
03.02.09 5264 40Х Ак. 1 0,36 0,51 0,24 0,005 0,005 0,86 0,12 0,18 0,03 0,011 0,008
03.02.09 5265 40Х Об. 2 0,31 0,47 0,16 0,004 0,009 0,76 0,11 0,20 0,03 0,001 0,007
03.02.09 5265 40Х Ак. 2 0,33 0,48 0,16 0,005 0,009 0,76 0,12 0,21 0,03 0,043 0,008
17.03.09 5872 Д-8 Об. 0,45 0,80 0,25 0,011 0,005 0,12 0,11 0,16 0,02 0,024 0,008
17.03.09 5872 Д-8 Ак. 0,45 0,80 0,24 0,012 0,006 0,12 0,11 0,16 0,02 0,024 0,007
15.04.09 6272 Д Об. 0,45 0,73 0,25 0,013 0,003 0,12 0,12 0,17 0,02 0,034 0,007
15.04.09 6272 Д Ак. 0,44 0,72 0,25 0,014 0,003 0,12 0,12 0,17 0,02 0,033 0,008
05.05.09 6428 Д-8 Об. 0,41 0,76 0,19 0,007 0,005 0,14 0,12 0,14 0,03 0,030 0,008
05.05.09 6428 Д-8 Ак. 0,42 0,76 0,19 0,007 0,005 0,14 0,12 0,14 0,03 0,030 0,007
18.06.09 7067 20КТ Об. 0,16 0,53 0,14 0,009 0,005 0,21 0,16 0,16 0,04 0,008 0,006
18.06.09 7067 20КТ Ак. 0,16 0,52 0,14 0,010 0,005 0,20 0,16 0,16 0,04 0,008 0,006
01.07.09 7220 38Г2СФ Об. 0,39 1,33 0,44 0,010 0,003 0,06 0,17 0,23 0,02 0,024 0,008
01.07.09 7220 38Г2СФ Ак. 0,40 1,33 0,43 0,012 0,003 0,06 0,18 0,24 0,02 0,027 0,009
11.08.09 7889 Д-8 Об. 0,47 0,78 0,20 0,007 0,006 0,06 0,12 0,16 0,02 0,026 0,007
11.08.09 7889 Д-8 Ак. 0,46 0,78 0,19 0,007 0,005 0,06 0,12 0,16 0,02 0,025 0,006
11.09.09 1712 Д Об. 0,44 0,72 0,22 0,006 0,010 0,09 0,12 0,19 0,02 0,05 0,006
11.09.09 1712 Д Ак. 0,43 0,72 0,23 0,006 0,011 0,09 0,12 0,19 0,02 0,05 0,006
20.10.09 2429 38Г2СФ Об. 0,28 1,12 0,28 0,008 0,023 0,05 0,14 0,20 0,02 0,01 0,009
20.10.09 2429 38Г2СФ Ак. 0,29 1,12 0,29 0,008 0,023 0,05 0,14 0,20 0,02 0,01 0,009
Примечание. Об. - охлаждение воздухом, Ак. - с наложением акустических колебаний.
{Р
Обдувочное устройство для охлаждения проб металла:
1 - металлический корпус; 2 - дверца корпуса; 3 - проба металла; 4 - подставка под пробу; 5 - трубопровод подачи сжатого воздуха; 6 - акустический излучатель; 7 - кран подачи воздуха; 8 - труба для удаления отработанного воздуха
чатель накладываются акустические колебания с частотой от 100 до 4000 Гц (см. рисунок).
Устройство работает следующим образом. Проба металла 3 с температурой 800-850 °С укла-
Таблица 2. Маркировочный анализ проб, охлажденных компрессорным воздухом и аргоном с акустическими колебаниями
Метод охлаждения Концентрация элемента, мас. %
C Mn Si P S Cr Ni Cu
Обычный (компрессорный воздух) 0,26 0,65 0,16 0,006 0,024 0,08 0,11 0,15
Акустика, аргон 0,26 0,66 0,16 0,006 0,023 0,08 0,11 0,15
Метод охлаждения Mo Al Ca Ti V W Sn As
Обычная (компрессорный воздух) 0,04 0,02 0,0001 0,002 0,008 0,009 0,007 0,006
Акустика, аргон 0,05 0,03 0,0001 0,003 0,011 0,006 0,007 0,006
пробы металла. Эти пробы одновременно охлаждались в двух обдувочных устройствах. К одному устройству был подведен компрессорный воздух под давлением Рв = 0,3-0,4 МПа, ко второму был подведен компрессорный воздух под тем же рабочим давлением, и наложены акустические колебания частотой 100-4000 Гц. Время остывания проб до температуры 20-40 °С в обоих устройствах оказалось практически одинаковым - около 1 мин, но расход воздуха на охлаждение пробы во втором устройстве оказался в 2,5-3 раза меньше. Охлажденные пробы передавали в лабораторию, где спектральным методом определяли химический состав металла. Результаты испытаний приведены в табл. 1.
Проведенный анализ показал, что из 220 определений концентраций 140 химических элементов имеют одинаковые значения, в остальных - концентрации химических элементов отличаются незначительно и укладываются в допустимую погрешность измерения спектрального метода анализа.
В ходе работы был опробован еще один способ охлаждения пробы металла, при этом сжатый воздух, используемый в обдувочном устройстве в качестве охлаждающей среды, был заменен ар-
гоном. На подаваемый в охлаждающее устройство аргон (под тем же давлением) накладывались акустические колебания с частотой 1004000 Гц, рабочим давлением рв = 0,3-0,4 МПа. Сравнительные результаты анализов представлены в табл. 2.
Маркировочный анализ проб, охлажденных разными способами, показал, что из 34 определенных концентраций элементов, 20 результатов не имеют отличий, в остальных случаях разница между полученными значениями незначительна и является допустимой. Также следует отметить, что время охлаждения пробы жидкого металла до температуры 20-40 °С аргоном больше, чем при охлаждении компрессорным воздухом.
Заключение. Внедрение обдувочного аппарата, предназначенного для охлаждения проб металла до требуемой температуры в практику работы ЭСПЦ ОАО «СТЗ», с использованием в качестве охлаждающей среды сжатого воздуха с наложением акустических колебаний излучателя с частотой 100-4000 Гц, позволило получить равномерно охлажденную по всей поверхности пробу металла, значительно (в 2-3 раза) снизить расход сжатого воздуха.
Библиографический список
1. Струговщиков Д.П. Сталевар мартеновской печи. М.: Металлургиздат, 1953. 351 с.
2. ГОСТ 7565-81. Чугун, стали и сплавы. Метод отбора проб для определения химического состава. 1981. 24 с.
3. Кузнецов Ю.В. Сжаты
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.