СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ УГЛЕРОДА В МЕТАЛЛОЛОМЕ Российский патент 2007 года по МПК G01N27/72 

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 U_c - действующее значение, питающего катушку, напряжения сети;

R - активное сопротивление катушки со сталью;

X_L - 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.

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.

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.