Способ экспресс-анализа расплавленного металла

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК С 01 И 2 У САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ТЕЛЬСТВУ АВТОРСКОМУ яВЯКОТИ е Ф юСпо й с яоб по п.1 тем, что хлаждения и процесс после н ргаемую изотерм лого ногоь прождению кал а не под нагреваюески. Я ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Государственный научно-исследовательский, проектный и конструкторс кий институт сплавов и обработки цветных металлов и Каменск-Уральский завод по обработке цветных металлов (72) В.А.Холмянский, Ю.Д.Тювин и В.Ф.Бердьппев(56) Авторское свидетельство СССР У 331298, кл. С 01 Н 25/30, 1970,Каганов В.Ю. и др, Исследование возможности контроля состава стали методом термоЭДС. - "Известия Вузов ЧМ", 1970, 9 9, с. 171.(54)(57) 1, СПОСОБ ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗА РАСПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА, включающий отбор пробы, создание градиента температуры в ней и измерение сигнала.термоЭДС относительно электрода сравнения в процессе кристаллизации иохлаждения пробы, о т л и ч а"ющ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия, точности и чувствительности анализа, градиент температуры создают путем фиксации однойчасти пробы при температуре кристаллизации исследуемого металла и охлаждения другой части высокотеплопроводным теплоносителем, а в качествеэлектрода сравнения используют материал, имеющий сходный с анализируемымметаллом состав или величину термоЭДСИзобретение относится к областиисследования материалов с помощьютепловых средств, а именно к экспресс-анализу расправленного металла,и может быть использовано для корректировки состава расплава в процессеплавки сплавов как черных, так ицветных металлов,Известен "динамический" способэкспресс-анализа металла по термоЭДС, 1 Ов котором исключен отдельный этапподготовки пробы, а градиент температур создается за счет различной скорости нагревания термоэлектродовэлектродной системы (вследствие разницы по массе), погружаемой в расплав.Недостатком известного способа является то, что в процессе измеренияпроисходит изменение температуры обоих термоэлектродов, т.е. градиент является плавающим по температурнойшкале, Отсюда чрезмерно осложняетсяпроцедура измерения, при которой одновременно Фиксируются три изменяющиесл величины - температуры обоихэлектродов и ЭДС между ними. Крометого, точность измерения невысока,поскольку сравнительно невелика разница температур между термоэлектрода- Зрми, а скорость их охлаждения нестабильна и невоспроизводима от пробы кпробе. ФНаиболее близким техническим решением является способ экспресс-анализарасплавленного металла по термоЭДС,заключающийся в отборе пробы металла,создании градиента температуры в нейза счет различной скорости охлажденияразличных участков пробы вследствие 4 Оразницы по массе, обеспечиваемой формой изложницы, в которую заливаютпробу.Недостатком этого способа является значительное время анализа и недостаточная 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 термо- ЭДС 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 электродасравнения используют материал, имеющий сходный с анализируемым металломсостав или величину термоЭДС,а такжетем, что в процессе локального охлаждения и после него часть пробы, неподвергаемая этому охлаждению, нагревают изотермически. В случаях, когдатребуется определение термоЭДС пробыпри нескольких фиксированных температурах, изотермическая выдержка носитступенчатый характер. В случае когдаособенно важным является фиксирование исходной температуры всей пробы,пробу перед локальным охлаждением целиком подвергают изотермической выдержке, стабилизирующей состав илиструктуру пробы,Способ осуществляют следующим образом.Пробу получают заливкой расплавленного металла в пробницу, в которую предварительно помещен электродсравнения, изготовленный из материала, имеющего химсостав или термоЭДС,близкую к испытуемому расплаву. Например, для анализа плавки хромеляиспользуют электрод сравнения из хромелевой проволоки, термоЭДС которойизвестна,После заливки пробы производятпринудительное быстрое охлаждениечасти пробы за счет ее контакта сосредой, имеющей большой коэффициенттеплоотдачи, например, с водой. Вто же время остальная часть пробы,имеющая электрический контакт с электродом сравнения, или сравнительномедленно охлаждается в воздухе, илиее нагревают изотермически. При этомв пробе создается градиент температур, что является условием генерациитермоЗДС в термопаре, составленнойиз пробы испытуемого металла и электрода сравнения,В процессе температурных изменений в пробе регистрируют изменениетермоЭДС пробы, которая косвенно характеризует химсостав пробы.Таким образом, химсостав пробы определяют опосредованно через изменение ее термоЭДС с учетом известной заранее зависимости термоЗДС от содержания примесей, специфической для каждого сплава.Температура части пробы за счетпринудительного охлаждения за 5-20 с( , ) достигает комнатной, в это жевремя температура места контакта другой части пробы и электрода сравнения не может быть выше температурыплавления материала электрода и остается фиксированной при этой температуре, пока основнаямасса пробы охлаждается от исходной температуры расплава до температуры плавления электродаГв течение времени до Р). Если последняя выше или равнатемпературефазового превращения материала пробы(Тд), то фиксация во времени верхнейтемпературной границы градиента происходит также при температуре Т, Впротивном случае непременным условием фиксации во времени градиента температур является то, что время окончания изотермической ступени контакта основной части пробы и электродасравнения должно быть больше времениокончания принудительного охлаждениялокальной части пробы Ык )Фиксацией градиента достигаетсякак упрощение процедуры измерения,так как измерению подлежит толькотермоЭДС между пробой и электродомсравнения, так и увеличение точностиметода, в то время как в прототипезамеряют одновременно три величины,что делает способ громоздким, затрудняет обработку данных и тем самымограничивает возможности оперативного вмешательства в плавку,Интегральное значение термоЭДС Еопределяется произведением коэффициента Зеебека С и градиента температур й.Е =К 1. Отсюда относительнаяпогрешность измерения о Е равна суммеотносительных погрешностей 3 ж и 31".3 Е = цц К + Ь" Т.определяетсяпредставительностью пробы и свойст-.вами сплава, Величина 3 С равна Ь йй,где ЬС - абсолютна погрешность измерения температуры. Величина оС темменьше, чем больше градиент й. Поскольку для данного методавначалебольше 1000 С (для сплавов на основеГе, Сц, Б), то величина относительной погрешности 8невелика даже призаметных значениях абсолюной погрешности Ь . Величина исходного градиента температур в данном методе в 3-4раза больше, чем для прототипа. Отсюда интегральная погрешность о Е меньше, а следовательно, и точность предлагаемого метода выше,Чувствительность методаопределяется линейным отклонением стрелки регистрирующего прибора при изменении содержания исследуемого элемента ЬС на 17= Ьм /ЬС. При постоянстве физических параметров температуры и концентрационной константы1 О термоЭДС ИЕЙС) чувствительность обратно пропорциональна диапазону прибора (Бмк), в котором производятся1измерения.- Б . Выбор диапазонамкопределяется максимумом определяемой15 величины Ь Цма кс , Ь Пмакс "ПшкВ данном методе используется электрод стермоЭДС или составом, близким к исследуемой пробе. Поэтому максимальные значения измеряемых напряженийсущественно меньше, чем в способепрототипе. Отсюда и чувствительностьметода вышее.Использование предлагаемого способа экспресс-анализа расплавленногометалла обеспечивает по сравнениюс существующим способом следующиепреимущества:1. Возможность оперативной подшихтовки расплава термоэлектродных сплавов с целью получения материала с заданной термоЭДС. В результате уменьшается случайный разброс продукциипо термоЭДС, сокращается время плавки, а следовательно, и угар металлови расход электроэнергии. уменьшение35случайного 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 плавкидля всех сплавов, термоЭДС котбрыхзависит 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 сплавовхромель и алюмель сокращается в 2055 30 раз, а выход годного повышаетсяна 107.