УСТРОЙСТВО КОМПЛЕКСНОГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА УГЛЕГРАФИТОВЫХ БЛОКОВ Российский патент 2003 года по МПК G01N27/00 G01N25/00 

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано для контроля качества при изготовлении и применении углеграфитовых изделий в электродной, алюминиевой, атомной областях промышленности.

Углеграфитовые изделия представляют собой композиционный материал, спресованный из смеси песчинок угля и графита со смолоподобными связующими из углеводородов. Отформованное таким образом изделие далее спекают при высокой температуре, при этом удаляются летучие вещества и между песчинками образуются твердые углеводородные мостики. Все изделие становится твердым при низких и высоких температурах.

Известно устройство контроля качества углеграфитовых блоков при изготовлении катодной секции, включающее регистрирующий блок, токоподвод, датчики измерения КТР, уд. электросопротивления, температуры (авт. св. СССР 1696598, МПК С 25 С 3/20, 1991). Данное устройство принято за аналог и прототип.

Однако данное устройство не позволяет получить достоверные результаты качества углеграфитовых блоков из-за небольшого количества измеряемых параметров, а также невозможности определения дефектов блоков непосредственно в катодной секции в процессе обжига подины, что ведет к снижению оперативности и точности измерений.

Основная задача изобретения заключается в повышении оперативности и точности измерений физико-механических свойств углеграфитовых материалов, позволяющих в комплексе оценить их качество за счет выявления неоднородности свойств блоков, сколов, трещин, включений.

Для решения поставленной задачи в устройство для комплексного контроля качества углеграфитовых блоков, включающее токоподвод, датчики измерения КТР, удельного электросопротивления, температуры, регистрирующий блок, дополнительно введены попарно параллельно расположенные рамки, одна из которых запитана переменным током, вокруг блока для измерения их взаимной индуктивности в зависимости от свойств и структуры углеграфитового блока, медный датчик термоэдс, подключенный к регистрирующему прибору, и блок определения термограммы плоскостей, представляющий первичный преобразователь и тепловизор для преобразования измерений информации в термограмму плоскостей блока, причем каждый из датчиков установлен на отдельных направляющих базовых пластин, жестко связанных с пневмоцилиндрами, соединенными через блок управления и вычислительный блок с выходом блока переключения, к соответствующим входам последнего подключены датчики измерения, а выход к входу вычислительного блока, один выход которого соединен с блоком управления, а другой с регистрирующим и информационным блоками. Датчики установлены на отдельных направляющих с возможностью свободного перемещения по ним.

Установка используемых датчиков на отдельных направляющих базовых пластин с возможностью свободного перемещения по ним позволяет измерять свойства углеграфитовых блоков по всей длине и ширине блока и комплексно оценивать качество блока в целом. Оснащение устройства блоками переключения, вычислительным, управления, регистрирующим и информационным позволяет повысить оперативность и точность комплексного контроля качества углеграфитовых блоков.

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства, общий вид.

Устройство для комплексного контроля качества углеграфитовых блоков включает базовые пластины 1, 2 с направляющими 3, 4, на каждой из которых закреплены датчики измерения: общего и удельного сопротивления 5, величины температуры 6, коэффициента термического расширения 7, датчики взаимной индуктивности 8, медный датчик термоэдс 9, первичный преобразователь при определении термограммы плоскостей 10 с возможностью свободного перемещения по направляющим 3, 4. Базовые пластины 1 и 2 жестко соединены с пневмоцилиндрами 11, 12, которые управляются блоком управления 13. Входы вычислительного блока 14 соединены через блок переключения 15 с датчиками измерения общего и удельного сопротивления 5, температуры 6, коэффициента термического расширения 7, датчиками взаимной индуктивности 8, медным датчиком термоэдс 9 и первичным преобразователем при определении термограммы плоскостей 10, а выходы с блоком управления 13 и регистрирующим блоком 16, и информационным блоком 17. На чертеже изображено также контролируемое изделие (углеграфитовый блок) 18 с многоточечными контактами 19 подвода постоянного или переменного тока.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Углеграфитовый блок 18 помещают между базовыми пластинами 1, 2 с направляющими 3, 4, на которых расположены датчики 5, 6, 7, 8, 9, 10. Через блок 18 посредством многоточечных контактов 19 пропускают переменный или постоянный ток.

Датчики взаимной индуктивности 8 представляют собой параллельно расположенные рамки, установленные на определенном расстоянии друг от друга на одном общем сердечнике, каким является углеграфитовый блок 18, таких пар может быть две или три. На первичную рамку подается переменный ток и измеряется индуктивность через регистрирующий блок 16, если в углеграфитовом блоке 18 находятся инородные металлические включения, то происходит увеличение индуктивности на второй рамке, что свидетельствует об изменении свойств блока или наличии пустотелой полости. Датчик термоэдс 9 представляет собой медный провод, одним концом подсоединенный к вольтметру в регистрирующем блоке 16, другим концом которого проводят по поверхности нагретого блока 18, который нагревается пропусканием тока как спираль. Изменение возникающей термоэдс указывает на изменение свойств и структуры блока и позволяет рассортировать их на группы с одинаковыми свойствами. Плоскости углеграфитовых блоков нагреваются неравномерно при пропускании через них электрического тока. Термограмму плоскостей, т.е. картину изменения или распределения абсолютной и относительной температуры по плоскости, получают измерением температуры первичным преобразователем 10, им может служить термометр, термопара, термоэлемент и пр. в нескольких точках на плоскости и преобразование измерений информации в термограмму плоскостей при помощи, например, тепловизора регистрирующего блока 16.

По команде готовности к работе вычислительного блока 14, поступающей на вход блока управления 13, последним осуществляется включение пневмоцилиндров 11 и 12. Жестко связанные с ними базовые пластины 1 и 2 приводят направляющие 3, 4 с датчиками 5, 6, 7, 8, 9, 10 в механический контакт с углеграфитовым блоком 18, сигналы которых, коммутируемые блоком переключения 15, поступают поочередно в вычислительный блок 14, где происходит статистическая обработка измерительной информации. Результаты поступают в регистрирующий прибор 16 и информационный блок 17, а в блок управления 13 подается сигнал об окончании замера и готовности к очередному. Блоком управления 13 вырабатывается сигнал о перемещении датчиков 5, 6, 7, 8, 9, 10 по направляющим 3 и 4 для замера свойств по длине и ширине углеграфитового блока 18, после чего пневмоцилиндры 11 и 12 вновь включаются и осуществляется следующий цикл измерений.

Контроль за достоверностью результатов измерений производится по всему комплексу свойств углеграфитовых блоков и при появлении результата, выходящего за границы допустимого диапазона, управление процессом измерения передается оператору.

Углеграфитовые подовые блоки при электролитическом получении технического алюминия осуществляют следующие функции: подводят электрический ток, проводят тепло, служат тигельным материалом для плавки электролита и алюминия и механически защищают стальной блюмс и керамические кирпичи от расплавов электролита и расплава металла. Следовательно, они должны соответствовать следующим требованиям: быть устойчивыми при высоких температурах; быть целостными, без трещин и сколов; обладать однородным составом и свойствами по объему, длине, сечению и малым коэффициентом термического расширения в широком интервале температур; хорошо соединяться друг с другом через подовую массу, т.е. иметь хорошую адгезию к подовой набивочной массе.

Подина электролизера выкладывается углеграфитовыми блоками в количестве, примерно, шестидесяти штук, которые жестко соединены в единое целое. Соединение их осуществляется за счет обжига подовой набивочной массы. Такая конструкция работает не при комнатной температуре, при которой происходит их монтаж, а при высокой. При такой температуре свойства блоков заметно отличаются от тех, которые они имели при комнатной температуре, т.е. свойства блоков заметно изменяются с ростом температуры. Если подовый блок неоднороден по длине и сечению, то он один (даже изолированный) может разрушиться при нагревании. Если в подине хотя бы один блок имеет существенно различные параметры измеряемых свойств, то смонтированная подина разрушится после ее нагревания, т.е. образуются трещины и подина не пригодна к работе.

На предлагаемом устройстве осуществлен комплексный контроль качества углеграфитовых подовых блоков алюминиевого электролизера. Оказалось, что углеграфитовые блоки имеют разные свойства. Так, общее электросопротивление изменялось в пределах от 0,02 до 0,04 Ом, удельное электросопротивление от 0,1 до 0,2 Ом•см, коэффициент термического расширения от 2,3•10^-6 до 4,5•10^-6 К^-1, термоэдс от 35 до 200 мкв. При средней температуре блока 50^oС изменение температуры по плоскостям достигало 49-51^oС. По вышеприведенным данным в ста исследованных углеграфитовых блоках обнаружены внутренние и внешние трещины, металлический шар в блоке и проведена классификация на четыре группы блоков, близких по свойствам.

Таким образом, использование предлагаемого устройства по сравнению с прототипом позволяет оперативно проводить комплексный контроль качества углеграфитовых блоков и повысить его точность.

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано для контроля качества при изготовлении и применении углеграфитовых изделий в электродной, алюминиевой, атомной областях промышленности. Техническим результатом изобретения является повышение оперативности и точности измерений физико-механических свойств углеграфитовых материалов, позволяющее в комплексе оценить их качество за счет выявления неоднородности свойств блоков, сколов, трещин, включений. Сущность: устройство включает токоподвод, датчики измерения КТР, удельного электросопротивления, температуры, регистрирующий блок, попарно параллельно расположенные рамки, одна из которых запитана переменным током, вокруг блока для измерения их взаимной индуктивности в зависимости от свойств и структуры углеграфитового блока, медный датчик термоэдс, подключенный к регистрирующему прибору, и блок определения термограммы плоскостей, представляющий первичный преобразователь и тепловизор для преобразования измерений информации в термограмму плоскостей блока, причем каждый из датчиков установлен на отдельных направляющих базовых пластин, жестко связанных с пневмоцилиндрами, соединенными через блок управления и вычислительный блок с выходом блока переключения, к соответствующим входам последнего подключены датчики измерения, а выход - к входу вычислительного блока, один выход которого соединен с блоком управления, а другой - с регистрирующим и информационным блоками. Датчики установлены на отдельных направляющих с возможностью свободного перемещения по ним. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Устройство комплексного контроля качества углеграфитовых блоков, содержащее токоподвод, датчики измерения коэффициента термического расширения, общего и удельного электросопротивления, температуры, регистрирующий блок, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено попарно параллельно расположенными рамками, одна из которых запитана переменным током, вокруг блока для измерения их взаимной индуктивности в зависимости от свойств и структуры углеграфитового блока; медным датчиком термоэдс, подключенным к регистрирующему прибору и блоком определения термограммы плоскостей, представляющим первичный преобразователь и тепловизор для преобразования измерений информации в термограмму плоскостей блока, причем каждый из датчиков установлен на отдельных направляющих базовых пластин, жестко связанных с пневмоцилиндрами, соединенными через блок управления и вычислительный блок с выходом блока переключения, к соответствующим входам которого подключены датчики измерения, а выход блока переключения через вычислительный блок соединен с регистрирующим и информационным блоками. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что датчики установлены на направляющих с возможностью свободного перемещения по ним.