Устройство для контроля концентрации алюминия

 

Союз Советских

Сощмапнстмчеснмх

Рвспубпни

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К А®ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (и)926539 (б! ) Дополнительное к авт. саид-ву (22)Заявлено 09.0б.80 (21) 2938881/22-02 с присоединением заявки 1та(23) Приоритет "

Опубликовано 07.05.82. Вюллетеаь М 17 (51)М. Кл.

6 01 К 7/38

1веудщкиеввы6 камвтет

CCCP вв девам вааератеввв н втерев (53) УДК 536.53 (088. 8) Дата опубликования описания 07.05.82

Ю. С. Изгорев, Г. И. Недужий, А. В. Магд ч и С. Г. Хижняк (72) Авторы изобретения!

Киевский институт автоматики им. XXV съезда- КПСС (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ КОНЦЕНТРАЦИИ

АЛОМИНИЯ

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к контролю концентрации алюминия в расплаве преимущественно при выплавке сплавов для постоянных магнитов в индукционных печах.

Известно устройство для определения концентрации элементов в магнитных сплавах, основанное на количественном оптическом спектральном методе анализа, содержащее кварцевый спектрограф ИСП-30, дуговой генера1Å тор ДГ-2, микрофотометр МФ-4, спектропроектор ПС-18. Устройство позволяет производить анализ магнитных сплавов Я.

Недостатки устройства - невозможность контроля концентрации элементов по ходу плавки и низкая точностьанализа °

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, состоящее из индуктора, используемого в качестве соленоида-датчика и фазометра, отгра" дуированного в С. В соленоиде созда- ют переменное магнитное поле и по сдвигу фаз между током и напряжением в цепи питания соленоида судят о тем" пературе металла. Устройство позволяет контролировать температуры выше точки Кюри t2j.

Недостаток известного устройствафункциональная ограниченность, а именно измерение только одного параметра жидкого металла - температуры.

Функциональная ограниченность известного устройства проявляется, на" пример, при контроле параметров расплава при выплавке сплавов для постоянных магнитов. В заключительный период плавки наиболее важными параметрами являются температура и содержание алюминия, которые непрерывно меняются: температура повышается, а содержание алюминия падает за счет угара. Для каждой марки сплава существует нижнее предельное значение концентрации алюминия, ниж которого получается брак по магнитным свойствам.

926539

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства, а именно повышение оперативности контроля концентрации алюминия в процессе плавки при выплавке сплавов для 5 постоянных магнитов в индукционных печах.

Указанная цель достигается тем, что устройство для контроля концентрации алюминия в расплаве преимущест- венно при выплавке сплавов для постоянных магнитов в индукционных печах, включающее фазометр, содержит датчик температуры расплава, задатчик типа магнитов, вторичные приборы и вычис-. лительный блок, на вход которого подключены датчик температуры, фазометр и задатчик типа магнитов, а выход которого подключен к вторичным приборам.

Вычислительный блок содержит раз- 20 множитель сигнала, два блока масштабирования, инвертор, сумматор, причем вход размножителя сигнала являющийся входом блока, соединен с фазометром, выход размножителя сигнала соединен со входом первого блока масштабирования и первым вторичным прибором, выход первого блока масштабирования соединен с первым входом сумматора, второй вход которого через ЗО инвертор соединен с датчиком температуры расплава, другие входы которого соединены с задатчиком типов магнитов, .выход сумматора через второй блок масштабирования соединен со вторым вторичным прибором.

В соответствии с технологией выплавки сплавов для постоянных магнитов ввод алюминия производится в за40 ключительный период плавки. После ввода алюминия расплав нагревают до определенной температуры и производят заливку его в литейные формы. Однако в процессе нагрева происходит неконтролируемый угар алюминия вследствие его высокой активности при высоких температурах (до 1700 С). Остальные элементы сплава (кобальт, железо и т.д.) угарают незначительно. Таким образом, в заключительный период плавки сдвиг фаз между током и напряжением индуктора зависит от температуры металла -и его химического состава. Содержание всех элементов сплава, кроме алюминия, для конкретного типа магнита можно принять постоянным.

В этом случае сдвиг фаз между током и напряжением является функцией тем-. пературы и концентрации алюминия. змеряя сдвиг фаз между током и напряжением индуктора и температуру металла можно определить концентрацию алюминия в расплаве, например, по предварительно полученным статическим зависимостям.

В заключительный период плавки сплавов для постоянных магнитов в индукционных печах в тигле происходят сложные процессы. На электрические параметры системы индуктор-садка, и в частности, на cosM индуктора, оказывают влияние помимо постоянных для данной печи параметров изменяющиеся по ходу плавки температура и химсостав расплава. Влияние указанных параметров на cos9 индуктора носит сложный характер, однако в общем случае чем выше активное сопротивление садки, тем выше со У . При повы- шении температуры сопротивление садки увеличивается, что приводит к повышению cos 9,. Ввод алюминия (повышение концентрации его в расплаве) снижает сопротивление садки и тем самым снижает cos 9 . Угар алюминия (понижение его концентрации в расплаве) повышает сопротивление и, следовательно, также повышает cos 3, Для каждого типа магнита существует определенная температура окончания плавки (заливки металла), которая зависит от конфигурации магнита, его геометрических размеров, литниковой системы и т.д.

Для каждого типа магнита при данной температуре и заданном (например, среднем по ГОСТУ) химсоставе при прочих равных условиях cos 4 имеет определенное (постоянное) значение. Так как в заключительный период плавки химсоставов сплава изменяется в основном за счет изменения алюминия, то можно считать, что cos 4 является функцией типа магнита, температуры и концентрации алюминия, т.е.

cos 9 = f(A, i T, ь А1), (1) где А — параметр, характеризующий тип магнита; аТ = Т вЂ” Т,- разность температур выпуска для данного магнита и текущей, фактической; ьА) = - разность концен= А1сн- А1ср — траций алюминия средней по ГОСТУ для

+ Кт(Мс1 - ЮсР (j j

»о где .U (Я вЂ” сигнал, пропорциональный текуцему значению cos Ч;

Ug - постоянный по величине сигнал, характеризующий тип магнита;

К» - коэффициент пропорциональности, характеризующий зависимость cos Ч от температуры;

К - коэффициент пропорциональности, характеризующий зависимость cos9 от содержания алюминия;

Т Р() - текущие значения температуры и концентрации алюминия.

Коэффициент К», Kp и постоянную

U определяют статическим путем, на основе обр4Ьотки экспериментальных данных.

Из зависимости (2) следует

Ar e) =, О,+К,.Т »

»

° к. key- ê,ò () -u»(T)

3S

На фиг. 1 представлена структур»ая схема устройства для контроля

«онцентрации алюминия; на фиг. 2 " элок-схема вычислительного блока.

Устройство состоит из фазометра 1, включенного в цепь питания индуктора 2, в поле которого размещен ти" гель 3 с расплавом 4. Датчик 5 температуры, например. пирометр, установ"

45 лен над расплавом и его выход подключен к вычислительному блоку 6. На вход вычислительного блока подключены также фазометр 1 и задатчик 7 типа магнитов. Выход вычислительного блока подключен к вторичному прибо"

50 ру 8 для регистрации концентрации алюминия и вторичному прибору 9 для регистрации температуры расплава.

Вычислительный блок 6 содержит задатчик 10 величины cosg для данного типа магнита при температуре выпуска и заданном химсоставе, задатчик 11 величины К», Тв, задатчик 12

5 9265 данного сплава и текуцей, фактической.

В общем случае зависимость (1) имеет сложный характер. Для реализации в вычислительном блоке предлагаемого устройства принят следующий вид зависимости (1):

О» () - Оа К»(Т Т р® ) +

39 б. величины К А1,р . Задатчик 7 типа магнитов содержит размножитель 13 сигнала фактической температуры

Тф®, блок 14 масштабирования температуры, выполняющий функцию умножения K» T (t), инвертор 15 величины текущего значения созЧ(преобразование U» — -Uq) сумматор 1Ü, выполняющий функцию суммирования величин

U» + К„т, + К,А1 р- К,т,р() - U, (), блок t7 масштабирования выходного сигнала концентрации алюминия, выполняющий функцию умножения выходного

1 сигнала сумматора на величину 1г.

Устройство работает следующим образом.

При работе печи индуктор, питаемый переменным током, создает переменное магнитное поле, вызывающее вихревые токи в контролируемом сплаве. В ре" зультате взаимодействия контуров вихревых токов и индуктора в индуктор вносится дополнительное сопротивление, создающее сдвиг фаз между током и напряжением индуктора. Величина вносимого сопротивления зависит от сопротивления контура, образованного вихревыми токами, т.е. от электропроводностИ контрблируемого расплава, которая зависит от температуры и химического состава. Так как в составе сплава для постоянных магнитов в за" ключительный период изменяется только концентрация алюминия, то измеря" емый фазометром 1 сдвиг фаз между током и напряжением индуктора 2 для каждого типа магнита зависит от температуры расплава 4 и концентрации алюминия s нем. Температура расплава измеряется датчиком 5 температуры.

Сигналы от фазометра 1 и датчика 5 температуры поступают на вход вычис" лительного блока б, в котором сравни- ваются сигналы от индуктора и датчика 5 температуры. По разности сигналов можно судить о концентрации алюминия, так как сигнал индуктора 2 зависит от температуры и концентрации, сигнал датчика 5 температуры - от кон" центрации алюминия не зависит. При этом сигнал индуктора 2 зависит и от химсостава магнитов, это влияние компенсируется задатчикои 7 типа магнитов. Выходной сигнал вычислительного блока 6 постуйает на вход вторичного прибора 8, шкала которого отградуирована в процентах концентрации алюми ния, и на вход вторичного прибора 9, 926539 шкала которого отградуирована в единицах температуры (С).

Таким образом, осуществляется расширение функциональных"возможностей предлагаемого устройства за счет оперативного контроля концентрации алюминия. Оперативность контроль достигается непрерывной работой устройства в течение всего заключительного периода плавки.

Технико-экономическая эффективность работы предлагаемого устройства выражается в уменьшении или полном исключении плавок с недопустимо низким содержанием алюминия, так как за счет оперативности контроля еще в процессе плавки могут быть приняты меры для дополнительного ввода алюминия.

Формула изобретения

1. Устройство для контроля концент рации алюминия в расплаве преимущественно при выплавке сплавов для noctoянных магнитов в индукционных печах, включающее фазометр., о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения оперативности контроля концентрации алюминия, оно дополнительно содержит датчик температуры расплава, задатчик типа магнитов, вторичные приборы и вычислительный блок, на вход которого подсоединены фазометр, датчик температуры расплава и задатчик типа магнитов, а выход которого подсоединен к вторичным приборам.

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что вычислительный блок содержит размножитель сигнала, два блока масштабирования, 10 инвертор, сумматор, причем вход размножителя сигнала, являющийся входом блока, соединен с фазометром, выход размножителя сигнала соединен с входом первого блока масштабирования и

15 первым вторичным прибором, выход первого блока масштабирования соединен с первым входом сумматора, второй вход которого через инвертор соединен с датчиком температуры рас о плава, другие входы которого соединены с задатчиком типов магнитов, выход сумматора через второй блок масштабирования соединен с вторым вторичнь.м прибором.

25 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Рышкина Т. А.и Чемисова Л. М.

Спектральный анализ сплава кунико.

В кн.: Перспективы развития изготов30 ления магнитотвердых материалов. Труды ВНИИП. Л., 1968, с. 21.

2. Авторское свидетельство СССР

М 273480, кл. G 01 К 7/38, 1969.

926539

Составитель Ю. Романов

Редактор М. Голаковски Техред А. Бабинец Корректор Ю. Макаренко., Заказ 2972/36 Тираж 883 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4