Устройство для определения содержания углерода в жидком металле Советский патент 1983 года по МПК G01N25/06 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к контролю пр месей в жидком металле. Известно устройство для определе ния содержания углерода в жидком ме талле, в котором на торце водоохлаж даемой фурмы размешены два спая тер мопар, включенных дифференциально, причем один спай помещен в пробоотборник из кварца, а второй помещен в корпус Из циркониевого огнеупора 1. Недостатком этого устройства-является повышенный расход термоэлект родов, требующих обновления спаев термопар после каждого замера. Наиболее близким к изобретению является устройство для определения, содержания углерода, в котором на, торце водоохлаждаемого зонда со встроенным внутри него фотоэлементом выполнены, по крайней мере, две дополнительные и одна пробоотборная полости в огнеупорном материале, например из кварца, причем в дополнительных полостях помещены эталонные сплавы железо-углерод с различным содержанием углерода, пробоотборная полость герметизирована сверху прозрачным материалом, а в боковой поверхности ее на разных уровнях выпол нены два отверстия, закрытые легкоплавким материалом 2. Недостатком этого устройства является наличие погрешности измерения возникающей от изменения скорости ох лаждения проб. Целью изобретения является повышение точности измерения содержания углерода. Цель достигается тем, что в устройстве, содержащем водоохлаждаемый зонд, на торце которого установлен пробоотборник с пробоотборной и дополнительной полостями с фотоэлементом внутри зонда, причем в дополнительной полости помещен эталон из сплава железо-углерод, а пробоотборная полость герметизирована сверху прозрачным материалом, и на ее боковой поверхности на разных уровнях выполнены отверстия, закрытые легкоплавким материалом, содержит интегра тор, блок памяти, блок соотношения, дополнительный фотоэлемент внутри зонда, а также последовательно соединенные с включенными дифференциально фотоэлементами вторичный прибор, преобразовательный блок, дифференциатор, счетчик импульсов, дешифратор и коммутатор, через коммутирую щие цепи которого подключены вход интегратора к выходу преобразователь ного блока, один вход блока памяти к- выходу дифференциатора, два других входа к выходу интегратора, все выходы блока памяти к блоку соотношения. На фиг. 1 показана блок-схс-маа 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 11; каждый 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 блок 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 из 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 характ еризует количество выделившейся рткрытой теплоты кристаллизации пробы жид кого металла в полости. Таким образом, площади пиков 32 и 33 характеризуют количественно величины теплот, выделяющихся при крис таллизации соответственно пробы и эталона. По соотношению площадей, образуемых пиками 32 и 33, определяют концентрацию углерода, как видно из фиг. 2, где показана зависимость величин соотношений площадей пиков 32 и 33 от концентрации углерода в пробе жидкого металла. Точность измерения концентрации углерода этим устройством ло сравнению, с известным выше, поскольку дифференциальное включение измерителей температуры дает меньшую погрешность и измерение соотношений величин площадей исключает погрешность, возникакядую от неравномерного охлаждения пробы и эталона. Выходной сигнал с вторичного прибора 14Поступает на преобразователь ный блок 15 и далее на дифференциато ,16 и интегратор 20. Дифференциатор фиксирует начало и конец пиков, при возникновении которых на выходе его появляются скачкообразные импульсы, которые отсчитывает счетчик 17 импульсов. К счетчику 17 импульсов под соединен дешифратор 18, который посл соответствующего отсчета включает коммутатор 19 и его коммутирующие цепи. Коммутирующая цепь 24 подключает интегратор 20 к вторичному прибору 14 через преобразовательный бло 15 в начале пиков 32 и 33 и отключает его в конце этих пиков. Таким образом интегратор периодически фиксирует величины площадей этих пиков и через коммутирующие цепи 26 и 27 передает их на блок 21 памяти. После этого эти две величины, про порциональные площадям пиков 32 и 33 через коммутирующие цепи 29 и 30 поступают на блок 22 соотношения, выход с которого подключен на цифровое табло 23, где фиксируется цифра, выражающая величину концентрации углерода. Для точного измерения соотношения величин площадей пиков 32 и 33, пропорциональных теплотам, выделяющимся при фазовых переходах, необходимо, чтобы обе массы пробы жидкого металла (в полости и эталона в полости 7) охлаждались с одинаковой скоростью. Для этого в устройстве предусмотрена коммутируюгцая цепочка 25, подключающая блок 21 памяти к дифференциатору 16, и цепь..28, подключаквдая блок .22 соотношения к блоку 21 памяти. По этим цепям проходит корректирующий сигнал на блок соотношения от дифференциатора.Этот сигнал про-порционален величине рассогласования скоростей охлаждения пробы жидкого металла и эталона.Величина рассогласования скоростей охлаждения пробы и зталона на диаграмме вторичного прибора выражается углом между нулевой линией 31 и горизонталью (или вертикалью) . Эта величина рассогласования поступает через дифференциатор 16 и коммутирующую цепь 25 на блок 25 памяти и далее, в качестве корректирующего сигнала на блок 22 соотношения в соответствующий момент через коммутирующую цепь 28. На фиг. 2 видно, что в блоке соотношения корректируется измерение соотношения 7.- по кривым рассогласования скоЬо,сг. рости охлаждения - . Это устройство позволяет повысить точность измерения и сократить расход термоэлектродов в сравнении с базовъвл объектом, где расход термоэлектродов составляет более 3 тыс,руб. в год на один конвертер. Ожидаемый экономический эффект составит 55 тыс. руб. на одну мартеновскую печь.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОЙЕ4 ЖАНИЯ УГЛЕРОДА в жидком МЕТАЛЛЕ, содержащее водоохлаждае 1ый зонд, на торце которого установлен пробоотборник с пробоотборной и дополнительной полостями с фотоэлементом внутри зонда, причем в дополнительной полости помещен эталон из сплава железоуглерод, а пробоотборная полость герметизирована сверху прозрачным материалом, и на ее боковой поверхности на разных уровнях выполнены отверстия, закрытые легкоплавк.им материалом, отличающееся 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, импульсов, дешифратор и коммут.атор, через ком- . мутирующие цепи которого подсоеди- нены вход интегратора к выходу преобразовательного блока, один вход блока памяти к выходу дешифратора, два других входа к выходу интегратора все выходы блока памяти к блоку соотношения.