Способ экспресс-анализа расплавленного металла

 

1. СПОСОБ ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗА РАСПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА, включающий отбор пробы, создание градиента температуры в ней и измерение сигнала термоЭДС относительно электрода сравнения в процессе кристаллизации и охлаждения пробы, о т л и ч а щ и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия, точности и чувствительности анализа, градиент температуры создают путем фиксации одной части пробы при температуре кристаллизации исследуемого металла и охлаждения другой части высокотеплопроводным теплоносителем, а в качестве злектрода сравнения используют материал , имеющий сходный с анализируемым металлом состав или величину термо§ ЭДС. 2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что лов процессе после него и кального охлаждения часть пробы, не. подвергаемую этому охлаждению, нагревают изотермически.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11) сю4 G 01 N 25/33

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ - 13

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) (57) 1. СПОСОБ ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗА

РАСПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА, включающий отбор пробы, создание градиента тем(21 ) 3423289/18-25 (22) 15.04.82 (46) 07.07.86 Бюл. ¹ 25 (71) Государственный научно-исследовательский, проектный и конструкторский институт сплавов и обработки цветных металлов и Каменск-Уральский завод по обработке цветных металлов (72) В.А.Холмянский, Ю.Д.Тювин и В.Ф.Бердыщев (53) 539.219.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 331298, кл. G 01 N 25/30, 1970.

Каганов В.Ю. и др. Исследование возможности контроля состава стали методом термоЭДС. — "Известия Вузов

ЧМ", 1970, № - 9, с. 171. пературы в ней и измерение сигнала термоЭДС относительно электрода сравнения в процессе кристаллизации и охлаждения пробы, о т л и ч а"юшийся тем, что, с целью повышения быстродействия, точности и чувствительности анализа, градиент температуры создают путем фиксации одной части пробы при температуре кристаллизации исследуемого металла и охлаждения другой части высокотеплопроводным теплоносителем, а в качестве электрода сравнения используют материал, имеющий сходный с анализируемым металлом состав или величину термоЭДС. е

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что в процессе локального охлаждения и после него С часть пробы, не подвергаемую этому охлаждению, нагревают изотермически. р

1074244

Изобретение относится к области исследования материалов с помощью тепловых средств, а именно к экспресс-анализу расправленного металла, и может быть использовано для корректировки состава расплава в процессе плавки сплавов как черных, так и цветных металлов, Известен "динамический" способ экспресс-анализа металла по термоЭДС, 1р в котором исключен отдельный этап подготовки пробы, а градиент температур создается за счет различной скорости нагревания термоэлектродов электродной системы (вследствие раз- 15 ницы по массе), погружаемой в расплав.

Недостатком известного способа является то, что в процессе измерения происходит изменение температуры обо- 2р их термоэлектродов, т.е. градиент является плавающим по температурной шкале, Отсюда черезмерно осложняется процедура измерения, при которой одновременно фиксируются три изменяю- 25 щиесл величины — температуры обоих электродов и ЭДС между ними. Кроме того, точность измерения невысока, поскольку сравнительно невелика разница температур между термоэлектрода- gp ми, а скорость их охлаждения нестабильна и невоспроизводима от пробы к пробе. Ф

Наиболее близким техническим решением является способ экспресс-анализа расплавленного металла по термоЭДС, заключающийся в отборе пробы металла, создании градиента температуры в ней за счет различной скорости охлаждения различных участков пробы вследствие 4р разницы по массе, обеспечиваемой формой изложницы, в которую заливают пробу.

Недостатком этого способа является значительное время анализа и не- 45 достаточная точность, Цель изобретения — повышение быстродействия, точности и чувствительности анализа.

Для достижения поставленной цели в способе экспресс-анализа расплавленного металла, включающем отбор пробы, создание градиента температуры в ней и измерение сигнала термоЭДС относительно электрода сравнения в процессе кристаллизации и охлаждения пробы, градиент температуры создают путем фиксации одной части пробы при температуре кристаллизации исследуемого металла и охлаждения другой части высокотеплопроводным теплоносителем, а в качестве электрода сравнения используют материал, имеющий сходный с анализируемым металлом состав или величину термоЭДС,а также тем, что в процессе локального охлаждения и после него часть пробы, не подвергаемая этому охлаждению, нагревают изотермически. В случаях, когда требуется определение термоЭДС пробы при нескольких фиксированных температурах, изотермическая выдержка носит ступенчатый характер. В случае когда особенно важным является фиксирование исходной температуры всей пробы, пробу перед локальным охлаждением целиком подвергают изотермической выдержке, стабилизирующей состав или структуру пробы, Способ осуществляют следующим образом.

Пробу получают заливкой расплавленного металла в пробницу, в которую предварительно помещен электрод сравнения, изготовленный из материала, имеющего химсостав или термоЭДС, близкую к испытуемому расплаву. Например, для анализа плавки хромеля используют электрод сравнения из хромелевой проволоки, термоЭДС которой известна.

После заливки пробы производят принудительное быстрое охлаждение части пробы sa счет ее контакта со средой, имеющей большой коэффициент теплоотдачи, например, с водой. В то же время остальная часть пробы, имеющая электрический контакт с электродом сравнения, или сравнительно медленно охлаждается в воздухе, или ее нагревают изотермически. При этом в пробе создается градиент температур, что является условием генерации термоЭДС в термопаре, составленной из пробы испытуемого металла и электрода сравнения, В процессе температурных изменений в пробе регистрируют изменение термоЭДС пробы, которая косвенно характеризует химсостав пробы.

Таким образом, химсостав пробы определяют опосредованно через изменение ее термоЭДС с учетом известной заранее зависимости термоЭДС от содержания примесей, специфической для каждого сплава.

1074244

Температура части пробы за счет принудительного охлаждения за 5-20 с () достигает комнатной, в это же время температура места контакта другой части пробы и электрода сравнения не может быть выше температуры плавления материала электрода и остается фиксированной при этой температуре, пока основная масса пробы охлаждается от исходной температуры расплава до температуры плавления электрода

Гв течение времени до Р„). Если последняя выше или равна температуре фазового превращения материала пробы (T„), то фиксация во времени верхней температурной границы градиента происходит также при температуре Т . В противном случае непременным условием фиксации во времени градиента температур является то, что время окончания изотермической ступени контакта основной части пробы и электрода сравнения должно быть больше времени окончания принудительного охлаждения локальной части пробы (к> „).

Фиксацией градиента достигается как упрощение процедуры измерения, так как измерению подлежит только термоЭДС между пробой и электродом сравнения, так и увеличение точности метода, в то время как в прототипе замеряют одновременно три величины,. что делает способ громоздким, затрудняет обработку данных и тем самым ограничивает возможности оперативного вмешательства в плавку, Интегральное значение термоЭДС Е определяется произведением коэффициента Зеебека рС и градиента темперагур t.E =c(t. Отсюда относительная погрешность измерения о Е равна сумме относительных погрешностей g g.и 34 *

".3 Е = ц K + g t. gg определяется представительностью пробы и свойст-вами сплава. Величина3й равна Ь t/t, где 6t — абсолютна погрешность измерения температуры. Величина Ь t тем меньше, чем больше градиент t. Поскольку для данного метода t вначале больше 1000 С (для сплавов на основе

Fe, Cu, Ni), то величина относительной погрешности S t невелика даже при заметных значениях абсолюной погрешности 6 t. Величина исходного градиента температур в данном методе в 3-4 раза больше, чем для прототипа. Отсюда интегральная погрешность о Е меньше, а следовательно, и точность предлагаемого метода выше.

Чувствительность метода () определяется линейным отклонением стрелки регистрирующего прибора при изменении содержания исследуемого элемента ЬС на 17 g = Ь!„,„ /ЬС. При постоянстве физических параметров температуры и концентрационной константы термоЭДС (ciE/ЙС) чувствительность обратно пропорциональна диапазону при- . бора (U„„), в котором производятся

1 измерения. g - U . Выбор диапазона мк определяется максимумом определяемой

BeJIH HnM Ь U a rq Ь Пмакс Пук ° В данном методе используется электрод с термоЭДС или составом, близким к исследуемой пробе. Поэтому максимальные значения измеряемых напряжений существенно меньше, чем в способепрототипе. Отсюда и чувствительность метода вышее.

Использование предлагаемого способа экспресс-анализа расплавленного металла обеспечивает по сравнению с существующим способом следующие преимущества:

l. Возможность оперативной подшихтовки расплава термоэлектродных сплавов с целью получения материала с заданной термоЭДС. В результате уменьшается случайный разброс продукции по термоЭДС, сокращается время плавки, а следовательно, и угар металлов и расход электроэнергии. уменьшение

35 случайного разброса по термоЭДС приводит к повышению качества продукции (термоэлектродной проволоки).

2. Воэможность более точного определения химсостава расплава.

Описанный способ может быть использован для экспресс-анализа и оперативной регулировки состава плавки для всех сплавов, термоЭДС которых зависит от химсостава. В частности, изобретение предполагается использовать для сплавов хромель, алюмель, копель, константан, бериллиевая бронза, латунь, а также чугун.

50 Время предложенного экспресс-анализа по сравнению с анализом по действующей промьппленной технологии производства термоэлектродных сплавов хромель и алюмель сокращается в 2055 30 раз, а выход годного повышается на lOX.