Устройство для определения содержания углерода в жидком металле

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 19) (11) З(51) 0 ЫЙ НОМИТЕТ СССР ОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ТЕЛЬСТВ ВТОРСКОМУ С(71) Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистическойреволюции,(56) 1. Авторское свидетельство СССРВ 771165, кл. С 21 С 5/38, 1979,2. Авторское свидетельство СССРВ 877428, кл. 6 01 Б 33/20, 1980,(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯСОДЕРЖАНИЯ УГЛЕРОДА В ЖИДКОМ МЕТАЛЛЕ,содержащее водоохлаждаемый зонд, наторце которого установлен пробоотборник с пробоотборной и дополнительной полостями с фотоэлементом внутризонда, причем в дополнительной полости помещен эталон из сплава железо- углерод, а пробоотборная полость гер" метизирована сверху прозрачным материалом, и на ее боковой поверхности на разных уровнях выполнены отверс тия, закрытые легкоплавким материалом, о т л н ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно дополнительно содержит интегратор, блок памяти, блок соотношения, дополнительный фотоэлемент внутри зонда, а также последовательно соединенные с соединенными дифференциально фотоэлементами вторичный прибор, преобразовательный блок, дифференциатор, счетчик импульсов, дешифратор и коьвюутатор, через комФ мутирующие цепи которого подсоеди- . нены вход интегратора к выходу преобразовательногоблока, один вход блока памяти к выходу дешифратора, два других входа к выходу интегратора все выходы блока памяти к блоку соотношения,15 Изобретение относится к чернойметаллургии, а именно к контролю примесей и жидком металле,Известно устройство для определения содержания углерода в жидком металле, в котором на торце водоохлаждаемой Фурмы размещены два спая термопар, включенных дифференциально,причем олин спай помещен в пробоотборник из кварца, а второй помещенв корпус из циркониевого огнеупоРа Г 13.Недостатком этого устройства является повышенный расход термоэлектРодов, требующих обновления спаевтермопар после каждого замера.Наиболее близким к изобретениюявляется устройство для определения.содержания углерода, в котором на,торце водоохлаждаемого зонда совстроенным внутри него Фотоэлементом выполнены, по крайней мере, дведополнительные и одна пробоотборнаяполости в огнеупорном материале, например из кварца, причем в дополнительных полостях помещены эталонныесплавы железо-.углерод с различнымсодержанием углерода, пробоотборнаяполость герметизирована сверху прозрачным материалом, а в боковой поверхности ее на разных уровнях выполнены два отверстия, закрытые легкоплавким материалом 21.Недостатком этого устройства является наличие погрешности измерения,возникающей от изменения скорости охлаждения проб. 35Целью изобретения является повышение точности измерения содержанияуглерода,Цель достигается тем, что в устройстве, содержащем водоохлаждаемый 4 Озонд, на торце которого установленпробоотборник с пробоотборной и дополнительной полостями с фотоэлементом внутри зонда, причем в дополни"тельной полости помещен эталон из 45сплава железо-углерод, а пробоотборная полость герметизирована сверхупрозрачным материалом, и на ее боковой поверхности на разных уровнях, выполнены отверстия, закрытые легкоплавким материалом, содержит интегратор, блок памяти, блок соотношения,дополнительный фотоэлемент внутризонда, а также последовательно соединенные с включенными дифференциально фотоэлементами вторичный прибор, преобразовательный блок, дифференциатор, счетчик импульсов, дешифратор и коммутатор, через коммутирующие цепи которого подключены входинтегратора к выходу преобразовательОного блока, один вход блока памятик выходу дифференциатора, два другихвхода к выходу интегратора, все выходы блока памяти к блоку соотношения. 65 На фиг. 1 показана блок-схемами устройства для измерения углерода; на Фиг. 2 - график зависимости соотношения площадей пиков на диаграмме от концентрации, углерода.Устройство для определения содержания углерода в жидком металле содержит зонд 1 с установленными на его торце пробоотборником 2 с отверстиями 3 и 4, закрытых легкоплавким материалом 5 и б, а также дополнительная полость 7 с эталоном 8 сплава железо-углерод. Пробоотборная полость загерметизирована сверху прозрачным материалом 9. Внутри зонда 1 установлены два Фотоэлемента 10 и 111 каждь;Я с оптическим увеличителем 12 и 13, свизированными на поверхность отобранной пробы в полости пробоотборника 2 и эталон 8 в дополнительной полости 7. Фотоэлементы 10 и 11 включены дифференциально. К выходу вторичного прибора 14 подключены последовательно преобразовательный блЬк 15, дифференциатор 16, счетчик 17 импульсов, дешифратор 18, коммутатор 19. К входу преобразовательного блока 15 подключен интегратор 20, а к выходу дифферен-" циатора 16 подключен один вход блока 21 памяти, а два других входа блока памяти подключены к выходу интегратора 20 Три выхода блока 21 памяти подключены к входу блока 22 соотношения с цифровым табло 23.На схеме показаны коммутирующие цепи 24-30.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 пробы в полости эталон 8 в полости 7, охлаждаясь, кристаллизуется. При этом первой кристаллизируется проба, а затем эталон. Для этого эталонный сплав подбирают с содержанием углерода более 1,5-2. При охлаждении пробы и эталона до температуры фазового превращения первого иэ них на вторичном приборе 14 записывается на диаграмме кривая охлаждения в виде нулевой линии 31, так как выходные сигналы фотоэлементов 10 и 11 в этот момент равны и при их дифференциальном включении на выходе будет нулевой сигнал.При достижении температуры кристаллизации в пробе жидкого металла в полости выделяется скрытая теплота кристаллизации, На вторичном приборе 14 в этот момент зафиксирован пик 33, площадь которото характеризует количество выделившейся откры1037152 аказ 6000/45 Тираж 873 Подписное ИИП ППП фПатент", г.ужгород,ул.Проектна Фи той теплоты кристаллизации пробы жидкого металла в полости.Такимобразом, площади пиков 32и 33 характеризуют количественно величины теплот, выделяющихся при кристаллизации соответственно пробы иэталона. По соотношению площадей,образуемых пиками 32 и 33, определяют концентрацию углерода, как видноиз фиг. 2, где показана зависимостьвеличин соотношений площадей пиков 1032 и 33 от концентрации углерода впробе жидкого металла, Точность измерения концентрации углерода этимустройством ло сравнению с известнымвыше, поскольку дифференциальное 15включение измерителей температурыдает меньшую погрешность и измерениесоотношений величин площадей исключает погрешность, возникающую от неравномерного охлаждения пробы и эталона.Выходной сигнал с вторичного прибора 14 поступает на преобразовательный блок 15 и далее на дифференциатор,16 и интегратор 20. Дифференциатор 25фиксирует начало и конец пиков, привозникновении которых на выходе .егопоявляются скачкообразные импульсы,которые отсчитывает счетчик 17 импульсов. К счетчику 17 импульсов подсоединен дешифратор 18, который послесоответствующего отсчета включаеткоммутатор 19 и его коммутирующиецепи. Коммутирующая цепь 24 подключает интегратор 20 к вторичному прибору 14 через преобразовательный блокЗ 515 в начале пиков 32 и 33 и отключает его в конце этих пиков. Таким образом интегратор периодически фиксирует величины площадей этих пиков ичерез коммутирующие цепи 26 и 27 передает их на блок 21 памяти,После этого эти две величины, пропорциональные площадям пиков 32 и 33,через коммутирующие цепи 29 и 30 поступают на блок 22 соотношения, выход с которого подключен на цифровоетабло 23, где Фиксируется цифра, выражающая величину концентрации углерода.Для точного измерения соотношениявеличин площадей пйков 32 и 33, пропорциональных теплотам, выделяющимсяпри фазовых переходах, необходимо,чтобы обе массы пробы жидкого метал"ла (в полости и эталона в полости 7)охлаждались с одинаковой скоростью.Для этого в устройстве предусмотрена коммутирующая цепочка 25, подключающая блок 21 памяти к дифференциатору 16, и цепь 28, подключающаяблок.,22 соотношения к блоку 21 памяти, По этим цепям проходит корректирующий сигнал на блок соотношенияот дифференциатора.Этот сигнал про.порционален величине рассогласованияскоростей охлажцения пробы жидкогометалла и эталона. Величина рассогласо.вания скоростей охлаждения пробы и:эталона на диаграмме вторичного прибора выражается углом между нулевойлинией 31 и горизонталью (или вертикалью). Эта величина рассогласования поступает через дифференциатор16 и коммутирующую цепь 25 на блок25 памяти и далее, в качестве корректирующего сигнала на блок 22 соотношения в соответствующий момент черезкоммутирующую цепь 28. На Фиг. 2видно, что в блоке соотношения корректируется измерение соотношения5 мпо кривым рассогласования скоЪ;.рости охлаждения У - Ч,Это устройство позволяет повыситьточность измерения и сократить расходтермоэлектродов в сравнении с базовым объектом, где расход термоэлектродов составляет более 3 тыс.руб,в год на один конвертер.Ожидаемый экономический эффектсоставит 55 тыс. руб. на одну мартеновскую печь.