Устройство для определения содержания углерода в жидком металле

 

Изобретение относится к устройствам для определения содержания . углерода в жидком металле., Цель изобретения - повышение точности измерения . Сущность изобретения заключается в том, что при погружении зонда 1 в жидкий металл в полость затекает проба жидкого металла, а эталон 8 сплава в полости 7 расплавляется. При поднятии зонда 1 проба и эталон кристаллизуются. Температура кристаллизующегося металла измеряется фото-, элементами 10 и 11 и записьшается на приборе 14, к которому фотоэлемен (Л фиг. 1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

„9,яи«„ (59 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К д BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«<< 1 41

Е <,«<< <

ГОСУДАРСТВЕНКЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3957191/22-02 (22) 17.09.85 (46) 07.08.87. Бюл. № 29 (72) Л.И.Бондаренко, А.В.Плохенко, А.М.Шипиленко и В.Ф.Янковский (53) 543,226 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1037152, кл. С 01 N 25/06, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ УГЛЕРОДА В ЖИДКОМ МЕТАЛЛЕ (57) Изобретение относится к устройствам для определения содержания, углерода в жидком металле.. Цель изобретения — повышение точности измерения. Сущность изобретения заключается в том, что при погружении зонда 1 в жидкий металл в полость затекает проба жидкого металла, а эталон 8 сплава в полости 7 расплавляется.

При поднятии зонда 1 проба и эталон кристаллизуются. Температура кристаллизующегося металла измеряется фотоэлементами 10 и 11 и записывается на приборе 14, к которому фотоэлемен13287 ты подключены дифференциально. Выходной сигнал с прибора 14 через преобразовательный блок 15 поступает на входы компаратора 16, интегратора 20, дифференциатора 21 и пикового детектора 22, сигналы с которых запоминаются в блоке 23 памяти и передаются на блок 24 соотношения. В блоке 23 памяти фиксируются площади пиков 36 и 37 с интегратора 20. Отношение этих площадей, определяемое в блоке 24, пропорционально содержанию углерода в пробе и фиксируется на цифровом табло 25. Дифференциатором 21 при

47 определении содержания углерода вносится поправка, пропорциональная величине рассогласования скоростей охлаждения жидкого металла пробы и эталона. Для определения содержания углерода в диапазоне 0,2 — 0,5X используется пиковый детектор 22, который фиксирует амплитуду пиков 36 и 37 и через коммутирующие цепи 32 и 33 передает их на блок 23 памяти, иэ которого они поступают на блок 24 соотношения, в котором по отношению амплитуд определяется концентрация углерода. 6 ил.

Изобретение относится к термографическим измерениям в черной металлургии, а именно к контролю примесей в жидком металле.

Цель изобретения — повышение точности измерения, На фиг.1 показана блок-схема устройства; на фиг. 2 — график зависимостей соотношения площадей пиков на диаг- . рамме от концентрации углерода; на фиг.3- î график записи дифференциальной кривой термограммы; на фиг.4 — схема .электрическая принципиальная первого компаратора, счетчика импульсов и дешифратора; на фиг.5 — схема электрическая функциональная блока соотношения, второго компаратора и второго коммутатора, на фиг.6 — совме-, щенная временная диаграмма работы элементов устройства, Устройство содержит зонд 1 с установленным íà его торце пробоотборником 2 с отверстиями 3 и 4, закрытыми легкоплавким материалом 5 и 6, а также дополнительную полость 7 с

25 эталоном 8 сплава железоуглерод. Пробоотборная полость загерметизирована сверху прозрачным материалом 9, Внутри зонда 1 установлены два фотоэлемента 10 и 11 каждый с оптическим увеличителем 12 и 13, свизированным на поверхность отобранной пробы в полости пробоотборника 2 и эталон 8 в дополнительной полости 7. Фотоэлементы 10 и 11 включены дифференциально. 35

К выходу вторичного прибора 14 подключены последовательно преобразовательный блок 15, первый компаратор

16, счетчик 17 импульсов, дешифратор

18, коммутатор 19. К выходу преобразовательного блока 15 подключены интегратор 20, дифференциатор 21, пиковый детектор 22.

Два входа блока 23 памяти подключены к выходу интегратора 20, один вход блока 23 памяти — к выходу дифференциатора 21, выход пикового детектора 22 подключен к двум другим входам блока 23 памяти. Пять выходов блока 23 памяти подключены к входу блока 24 соотношения с цифровым табло 25. К одному выходу блока 24 соотношения подключены последовательно второй компаратор 26, второй коммутатор 27. На схеме показаны коммутирующие цепи 28-33 коммутатора 19 и коммутирующая цепь 34 второго коммутатора 27.

В качестве вторичного прибора 14 может использоваться самописец КСП-4.

Преобразовательный блок 15 может быть выполнен по схеме неинвертирующего усилителя. Схема электрическая принципиальная первого компаратора

16, счетчика 17 импульсов и дешифратора 18 приведена на фиг.4. В качестве коммутатора могут быть использованы герконовые реле Р3С 44, подключенные к выходам дешифратора 18.

Блок 23 памяти состоит из пяти ячеек памяти, входы и выходы которых соответствуют входам и выходам блока памяти. Ячейки памяти могут быть выполнены по схеме неинвертирующего

1328747 устройства выборки и хранения. Блок24 соотношения (фиг.5) состоит из двух делителей напряжения, выполненных на аналоговых перемножителях 525ПС2 в режиме деления, и неичвертирующего сумматора.

На вход "Х" первого делителя поступает сигнал интегратора, на выходы "1,0" и "0,1" сумматора — сигналы соответственно интегратора и дифференциатора. На второй делитель подаются сигналы пикового детектора.

На сдвоенном компараторе напряжения 521СА1 (фиг.5) выполнен второй компаратор 26. В качестве второго коммутатора 27 может быть использовано герконовое реле, например РЭС 55.

Цифровое табло может быть выполнено на аналого-цифровом преобразователе в семисегментный код 572ПВ2 и семисегментных индикаторах 521АЛС или

524АЛС.

Устройство работает следующим образом.

При погружении зонда 1 в жидкий металл в полость затекает проба жидкого металла, а эталон 8 в полости 7 расплавляется под влиянием высокой температуры окружающего расплава.

При поднятии зонда 1 над уровнем расплава проба и эталон, охлаждаясь, кристаллизуются. При этом первой кристаллизуется проба,. а затем эталон. Для этого эталонный сплав подбирают с содержанием углерода более

1, 5-27..

При охлаждении пробы и эталона до температуры фазового превращения первой иэ них на диаграмме вторичного прибора 14 записывается кривая охлаждения в виде нулевой линии 35 (фиг.1), так как выходной сигнал дифференциально включенных фотоэлементов 10 и 11 в этот момент времени равен нулю.

При достижении температуры кристаллизации в пробе жидкого металла в полости выделяется скрытая теплота кристаллизации. На вторичном приборе

14 в этот момент фиксируется пик 36, площадь которого характеризует количество выделившейся скрытой теплоты кристаллизации пробы жидкого ме/ талла в полости.

Таким образом, площади пиков 36 и 37 характеризуют количественно величины теплот, выделяющихся при кристаллизации соответственно пробы и

55 эталона. По соотношению площадей, образуемых пиками 36 и 37, определяют концентрацию углерода, как видно из фиг.2, где показана зависимость величин соотношений площадей пиков 36 и 37 от концентрации углерода в пробе жидкого металла.

Выходной сигнал с вторичного при-1 бора 14 поступает на преобразовательный. блок 15 и далее на первый компаратор 16, интегратор 20, дифференциатор 2 1 и пиковый детектор 22. Первый компаратор 16 фиксирует начало и конец поступающих на его вход пиков.

На его выходе появляются скачкообразные импульсы, которые отсчитывает счетчик 17 импульсов. К счетчику 1? импульсов подсоединен дешифратор 18, включающий после соответствующего отсчета коммутатор 19 и его коммутирующие цепи.

Коммутирующая цепь 28 подключает интегратор 20 к вторичному прибору

14 через преобразовательный блок 15 в начале пиков 36 и 37 и отключает его в конце этих пиков. Таким образом, интегратор периодически фиксирует величины площадей этих пиков и через коммутирующие цепи 29 и 30 передает их на блок 23 памяти.

Два сигнала, пропорциональные площадям пиков 36 и 37, из блока памяти поступают в канал измерения соотношения площадей пиков блока 24 соотношения, выход которого через коммутирующую цепь 34 второго коммутатора 27 подключен к цифровому табло 25, где фиксируется цифра, выражающая величину концентрации углерода.

В устройстве предусмотрены контакты реле коммутатора 19 (фиг.4), находящиеся в цепи разряда интегрирующей емкости интегратора. Контакты замкнуты на время до и после интегрирования пиков напряжения.

Для точного измерения соотношения величин площадей пиков 36 и 37, пропорциональных теплотам, выделяющимся при фазовых переходах, необходимо, чтобы жидкий металл пробы и эталон 8 охлаждались с одинаковой скоростью.

Для этого в устройстве предусмотрена коммутирующая цепь 31, подключающая в соответствующий моент времени дифференциатор 21 к блоку 23 памяти и далее к каналу измерения соотношения площадей пиков блока 24 соотношения.

По этой цепи проходит корректирующий, 5 13 сигнал от дифференциатора на блок содтношения. Этот сигнал пропорционален величине рассогласования скоростей охлаждения жидкого металла пробы и эталона.

Величина рассогласования скоростей охлаждения пробы и эталона на диаграмме вторичного прибора выражается углом между нулевой линией 35 и горизонталью (или вертикалью). На фиг.2 видно, что в блоке соотношения корректируется измерение соотношения

S >

В диапазоне концентраций углерора 0,2 — 0,5Х величина выделяющейся теплоты кристаллизации практически не изменяется. Следовательно, площаць пика 36, характеризующая количество выделившейся скрытой теплоты кристаллизации пробы, в диапазоне концентрации углерода 0,2 — 0,5Х практически постоянна и точность измерения содержания углерода низка.

Для определения концентрации углерода в этом диапазоне в устройстве используется пиковый детектор 22, подключаемый коммутирующими цепями

32 и 33 к блоку 23 памяти и далее к блоку соотношения.

Вьщеление теплоты кристаллизации происходит неравномерно в течение всего отрезка времени, пока проба жидкого железоуглеродистого сплава не затвердеет. Для каждой концентрации углерода изменение скорости выделения теплоты кристаллизации величина определенная. Следовательно, арочные кривые, характеризующие изменение скорости выделения теплоты кристаллизации, имеют различную кривизну. Отсюда, как видно из фиг.3 для различных концентраций углерода в диапазоне О 2 — 0,5X при равенсте площадей S =S2=S ъ амплитуды пиков А .

2 Ъ 1

А, А различны.

gÝ

Таким образом, пиковый детектор

22 фиксирует амплитуду пиков 36 и 37 и через коммутирующие цепи 32 и 33 передает на блок 23 памяти. Два сигнала, пропорциональные амплитудам пиков 36 и 37, из,блока памяти поступают в канал измерения соотношения амплитуд пиков блока 24 соотношения, в котором по соотношению амплитуд пиков пробы и эталона определяется концентрация углерода.

К выходу канала измерения с отно-, шения площадей пиков блока 24 соотно28747 6

5 !

О

50 шения подключен второй компаратор 26 с вторым коммута.тором 27, включающимся в процессе измерения, если величина измеренного и блоке 24 соотношения площадей пиков 36 и 37 соответствует концентрации углерода 0,2 — 0,5Х. При этом коммутирующая цепь 34 второго коммутатора 27 отключает KctHBJI измерения соотношения площадей пиков 36 и 37 блока 24 соотношения от цифрового табло 25 и подключает к нему канал измерения соотношения амплитуд пика.

Искомая величина концентрации углерода фиксируется на цифровом табло

25.

Применение z устройстве пикового детектора 22 и компароторов 16 и 26 позволяет повысить точность измерения концентрации углерода в диапазоне

0,2 — 0,5Х являющимся весьма важным для большинства выплавляемых марок стали.

I

Формула изобретения, .Устройство для определения седержания углерода в жидком металле, содержащее водоохлаждаемый зонд, на торце которого установлен пробоотборник с пробоотборной и дополнительной полостями, с фотоэлементами внутри зонда, причем в дополнительной полости помещен эталон из сплава железоуглерод, а пробоотборная полость герметизирована. сверху прозрачным материалом и на ее боковой поверхности на разных уровнях выполнены отверстия, закрытие легкоплавким материалом, два дифференциально включенных фотоэлемента соединены с вторичным прибором, который соединен с преобразовательным блоком, и последовательном соединенные счетчик импульсов, дешифратор, коммутатор, а также дифференциатор, интегратор, блок памяти, блок соотношения, цифровое табло, причем выход преобразовательного блока подсоединен к дифференциатору, через коммутирующие цепи коммутатора вход интегратора подсоединен к выходу преобразовательного блока, один вход блока памяти — к выходу дифференцнатора, два других входа — к выходу интегратора, все выходы блока памяти — к блоку соотношения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено пиковым детектором, двумя компараторами, вторым коммутатором, причем выход преобразо1328747

УБ

ЩГ2

„28"

L фиг. 4 вательного блока соединен с входом пикового детектора и первого компаратора, выход которого соединен со счетчиком импульсов, два входа блока памяти через коммутирующие цепи первого коммутатора подсоединены к выходу пикового детектора, первый выход блока соотношения последовательно соединен с вторым компаратором, вторым коммутатором, первый и второй выходы блока соотношения через коммутирующую цепь второго коммутатора подсоединены к цифровому табло.

1328747

ОЛ &ока ь ааият

ubllg 14

0ььи, 16 а„

ulbN И!

Ь хЛ г

Оь„, 0.0

Ь. ч уьудррг

u„, гп их. („г,Ч

Оьы„гг

„20 -„И"- 0ключаеные иели

Уиг. б

Составитель А.Абросимов

Техред N. Ходанич

Редактор П. Гереши

Корректор А. Тяско

Заказ 3479/47

Тираж 776

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4