Способ измерения содержания углерода в металлоломе
Владельцы патента RU 2300760:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кузбасская государственная педагогическая академия (КузГПА) (RU)
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам оперативного измерения содержания углерода в стали. Технический результат: повышение технологичности. Сущность: при подъеме порции металлолома с помощью электромагнитного подъемного крана регистрируют силу тока в катушке электромагнита крана. Измеряют массу порции исследуемого металлолома, пересчитывают ее в значение объемной плотности металлолома. По плотности выбирают шкалу измерения массового содержания углерода в металлоломе в процентах в функции электрического тока. По выбранной шкале и силе тока в катушке электромагнита подъемного крана находят содержание углерода в металлоломе. 1 ил.
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам оперативного измерения содержания углерода в стали.
Известен способ для классификации стали, заключающийся в том, что анализируемый стальной образец подводится к двум обмоткам, первичная обмотка возбуждается на нескольких частотах генератором сигналов; сигналы, измеряемые на высокоимпедансной нагрузке, подключенной к зажимам вторичной обмотки, соответствуют значениям индукции образца при частотах возбуждения первичной обмотки, и по значениям индукции осуществляется классификация образцов (Междунар. заявка №86/04991, опубл. 86.08.28, №19).
Недостатком этого способа является узкая направленность его промышленного применения, причем требуется предварительное специальное изготовление образцов анализируемого материала.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ реализации устройства, осуществляющего измерение науглероживания печной трубы. Он включает контроль науглероживания внутренней поверхности печной трубы и измерение в целом ее магнитной проницаемости путем создания вблизи поверхности трубы излучения двух различных частот; одно излучение пронизывает всю стенку трубы, а другое ограничено скин-эффектом в поверхностном слое; при этом измеряют электродвижущую силу (ЭДС), новодимую в детектирующих катушках указанными излучениями; и по ЭДС находят степень науглероживания (Международная заявка ЕР №0049951, опубл. 82.04.21, №16).
Недостатком способа является сложность его промышленного применения для измерения углерода в металлоломе, так как его использование предполагает определенность и стабильность характеристик металлического объекта-образца, содержание углерода в котором измеряется. Свойства же металлолома могут меняться в широких пределах. Так может существенно меняться насыпная плотность (легковес, средневес, тяжеловес) и химический состав металлолома не только от одной порции к другой, но и внутри каждой порции. При измерении содержания углерода в металлоломе использование указанного способа с предварительным отбором, обработкой и последующим анализом образцов становится еще более проблематичным. Большие объемы перерабатываемого лома в металлургии, требования оперативного измерения параметров его химического состава, массовый характер процессов сортировки, перегрузки, складирования с использованием электромагнитных кранов предопределяют необходимость поиска высокотехнологичных оперативных способов измерения содержания углерода в металлоломе.
Задачей изобретения является измерение массового содержания углерода в объемах, перегружаемых с помощью кранов с магнитными шайбами порций металлолома, повышение технологичности измерений и расширение функциональных возможностей способа для оперативного измерения содержания углерода в металлоломе.
Это достигается за счет того, что в способе измерения содержания углерода в металлоломе, при подъеме порции металлолома с помощью электромагнитного подъемного крана регистрируют силу тока в катушке электромагнитного крана, измеряют массу порции исследуемого металлолома, пересчитывают ее в значение объемной плотности металлолома, по плотности выбирают шкалу измерения массового содержания углерода в металлоломе в процентах в функции электрического тока, а по выбранной шкале и силе тока в катушке электромагнита подъемного крана находят содержание углерода в металлоломе.
Сущность изобретения состоит в следующем.
Известно, что если в магнитное поле поместить вещество, то при изменении напряженности магнитного поля магнитный поток и магнитная индукция, формируемые в данном веществе, также изменяются. Величина, показывающая на сколько изменяется магнитная индукция в веществе при изменении напряженности магнитного поля, называется магнитной проницаемостью μ. Подавляющее количество металлолома относится к вторичному сырью ферромагнитных черных металлов (сталь, чугун). Магнитная проницаемость его велика.
При подъеме электромагнитом порции металлолома, на металлолом действует магнитное поле электромагнита. Причем, чем выше содержание углерода в металлоломе, тем ниже становится его магнитная проницаемость μ.
Сила тока (I) в катушке электромагнита
(см. книгу «Миловзоров. В.П. Электромагнитные устройства автоматики. М.: Высшая школа, 1983», формула 2.1 на стр.33),
где Uc - действующее значение, питающего катушку, напряжения сети;
R - активное сопротивление катушки со сталью;
XL - индуктивное сопротивление катушки со сталью;
ω - промышленная частота питающего напряжения;
L - индуктивность катушки со сталью.
Активное сопротивление R определяется как активными потерями в самой катушке, так и потерями на перемагничивание (гистерезис) и с вихревыми токами (токами Фуко) в ферромагнитном сердечнике и металлоломе.
Значение индуктивности
(там же, стр.10),
где ψ - потокосцепление;
I - сила тока в катушке.
Величина потокосцепления
(там же, стр.9-10),
где Ф - магнитный поток в стали;
ω - число витков катушки.
(там же, формула 1 на стр.10),
где S - площадь поперечного сечения стальной массы, через которую проходит, создаваемый катушкой, магнитный поток;
В - магнитная индукция.
(там же, формула 1.1 на стр.9),
где μ - магнитная проницаемость ферромагнитного вещества, по которому замыкается магнитный поток Ф;
μ0 - магнитная постоянная;
Н - напряженность создаваемого магнитного поля.
(там же, стр.9),
где l - длина магнитных силовых линий.
После подстановки формул (3), (4), (5) и (6) в (2), имеем:
что тождественно равно известному выражению (там же, стр.33).
Далее, подставляя формулу (8) в (1) имеем:
где выражение 
для определенных условий можно считать константой.
Из формулы (9) следует, что электрический ток, протекающий через электромагнит, обратно пропорционален магнитной всего проницаемости того вещества, которое помещено в магнитное поле. Часть своего пути в замкнутом контуре магнитный поток проходит по сердечнику электромагнита, а оставшуюся часть пути - по поднятой порции металлолома.
Включая в цепь электромагнита амперметр и градуируя ряд его шкал (различных для разных групп плотностей металлолома) в единицах измерения содержания углерода в металлоломе, можно для найденной плотности каждой данной порции металлолома измерить процентное содержание углерода в нем.
На чертеже представлен пример устройства, реализующего способ измерения содержания углерода в металлоломе.
Измерение происходит следующим образом:
При подъеме и взвешивании очередной порции лома сигнал с тензодатчика 1, встроенного в траверсу магнитного крана, поступает на вход регистратора веса 2 и далее - на вход масштабирующего усилителя 3, с помощью которого регистрируемый вес пересчитывается в значение объемной плотности металлолома ρ; с выхода масштабирующего усилителя 3 сигнал поступает на первый вход элемента сравнения 4, на второй вход которого с первого выхода блока запоминания 5 поступают сигналы опорных уровней объемной плотности лома ρ*, соответствующие определенной градуировочной шкале процентного содержания углерода в металле в функции электрического тока, протекающего через электромагнит; с выхода элемента сравнения 4 сигнал, в случае совпадения объемной плотности лома данной порции с задаваемыми опорными уровнями этого сигнала ρ*, поступает на вход ключа 6, через который со второго выхода блока запоминания на первый вход блока формирования результата 7 выдается соответствующая градуировочная шкала; на второй вход блока формирования результата 7 подается сигнал с регистратора силы тока 8 (амперметра), включенного в цепь электромагнита подъемного крана; с выхода блока формирования результата 7 сигнал процентного значения содержания углерода в металлоломе, соответствующий регистрируемому сигналу электрического тока поступает на вход индикационного табло 9.
Предлагаемый способ может быть использован в копровых цехах и на участках подготовки металлолома для сортировки лома и измерения в нем содержания углерода.
Способ измерения содержания углерода в металлоломе, заключающийся в том, что при подъеме порции металлолома с помощью электромагнитного подъемного крана регистрируют силу тока в катушке электромагнита крана, измеряют массу порции исследуемого металлолома, пересчитывают ее в значение объемной плотности металлолома, по плотности выбирают шкалу измерения массового содержания углерода в металлоломе в процентах в функции электрического тока и по выбранной шкале и силе тока в катушке электромагнита подъемного крана находят содержание углерода в металлоломе.
