Для непосредственного определения содержания углерода используется традиционный метод экспресс-анализа отобранной пробы. Этот способ используется для формирования паспорта плавки. В конверторном процессе большое значение придается быстродействию методов и, как правило, используются вакуумные квантометры, работающие по принципу спектрального разложения света, полученного при сжигании металла в дуге или измерения скорости ионов. Но все они требуют отбора и специальной подготовки пробы.

Метод Ликвидуса

Линия Ликвидуса определяет температурный переход из жидкого состояния в твердое в зависимости от концентрации элемента в сплаве. При температуре Ликвидуса осуществляется кристаллизация сплава, которая сопровождается выделением энергии. Теплота кристаллизации эквивалентна теплоте плавления. Чем больше температура Ликвидуса, тем меньше содержание углерода.

В пробницу заливается жидкая сталь и происходит охлаждение этого металла.

Проба металла отбирается с использованием термозонда, погружаемого в рабочее пространство.

Метод Ликвидуса можно использовать только периодически, для этого требуется наличие информационного зонда и набор пробниц и блоков термопар для измерения.

Непрерывный контроль окисленности металла.

Концентрация кислорода в растворенном металле измеряется актиометром. Принцип действия актиометра основан на явлении ионной проводимости на границе твердого электролита из ZrO2 (двуокись циркония) или Al2O3, если на границе этого электролита существует разница концентраций О2.

Величина ЭДС, возникающая на границе твердого электролита определяется

формула

где F — число Фарадея;
R — универсальная газовая постоянная;
T — температура расплава;
P’O2 — парциальное давление в эталонной среде;
O2 — парциальное давление в измеряемой среде.

Наконечник из ZrO2 (двуокись циркония) или Al2O3 погружается в расплавленный металл. Внутри наконечника есть синтетический чугун с постоянным содержанием углерода и минимальным количеством кислорода (постоянное содержание). В синтетический чугун погружен графитовый стержень, который необходим для измерения потенциала. Второй электрод для сигнала Ex является фурмой, погруженной в металл.

схема

Датчик является идеальным для измерения содержания кислорода в продуктах сгорания. Датчик обладает уникальными характеристиками: практически безынинерционный и величина ЭДС увеличивается с уменьшением концентрации O2 в анализируемой среде.

Недостатки: показания датчика зависят от температуры измеряемой среды, в результате существенного влияния примесей на образование твердого электролита не удается получить стабильного состава.

Существует определенная зависимость между концентрацией углерода в стали и активностью кислорода. Обнаружена следующая закономерность:

таблица

Все эти методы требуют периодического отбора пробы или погружения активометра в ванну.

По балансу углерода

Текущее содержание углерода в металле можно определить расчетным путем по балансу углерода.

Принцип основан на следующем допущении: единственным крупным источником углерода является металлическая шихта и если известь достаточно хорошо обожжена (CaCO3=CaO + CO2), то можно предположить, что углерод покидает рабочее пространство конвертера только в виде CO или CO2. Учитывая это, мгновенную скорость изменения углерода можно рассчитать в соответствии с выражением:

V= 0.00536·VОГ(COОГ+CO2ОГ),

где VОГ — расход отходящих газов;

COОГ, CO2ОГ — содержание CO и CO2 в отходящих газах.

Тогда количество углерода, которое может выгореть за интервал времени (0;τ ) может быть определено:

формула

Но это количество углерода можно определить:

формула

где GMo — масса металлической шихты;

[C]o — среднее начальное содержание углерода в металлической шихте;

GM — масса металла в процессе плавки;

[C]τ — текущее содержание углерода в металле.

Приравняв (1) и (2), можно определить текущее содержание углерода в ванне

формула

Для расчета по этой формуле необходимо знать начальное содержание углерода в шихте, массу металлической шихты G0, текущую массу металла G(τ), текущий расход плавильных газов из конвертера (сухих) и концентрацию CO и CO2 в конвертерных газах.

Концентрация CO, CO2 и H2 измеряется оптико-акустическим газоанализатором. Для измерения расхода запыленных конвертерных газов используется труба Вентурри (в виде газопровода).

Данная формула дает удовлетворительный результат при измерении расхода сухого газа. Если в плавильных газах существует влага, то необходимо рассчитать корректирующие поправки. Для этого используется дополнительный анализ плавильных газов на водород.