RU104721U1

RU104721U1 - DEVICE FOR RESEARCH OF HIGH-TEMPERATURE METAL MELTS

Info

Publication number: RU104721U1
Application number: RU2010150072/28U
Authority: RU
Inventors: Аркадий Моисеевич Поводатор; Владимир Викторович Вьюхин; Владимир Степанович Цепелев; Виктор Васильевич Конашков
Priority date: 2010-12-06
Filing date: 2010-12-06
Publication date: 2011-05-20

Abstract

Устройство для исследования высокотемпературных металлических расплавов, содержащее блок определения температурных зависимостей параметров расплава, имеющий выходы для вывода значений параметров в виде электрических сигналов, отличающееся тем, что в него введены коррелометр и сигнализатор, коррелометр имеет входы, каждый из которых соединен с одним из выходов блока определения температурных зависимостей параметров расплава, а выход коррелометра соединен со входом сигнализатора. A device for researching high-temperature metal melts, comprising a unit for determining the temperature dependences of the melt parameters, having outputs for outputting parameter values in the form of electrical signals, characterized in that a correlometer and an alarm device are introduced into it, the correlometer has inputs, each of which is connected to one of the outputs of the block determining the temperature dependences of the melt parameters, and the output of the correlometer is connected to the input of the signaling device.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к технической физике, а именно, к устройствам для контроля и измерения физических параметров веществ, и предназначено для бесконтактного оптического измерения ряда параметров высокотемпературных металлических расплавов путем измерения затухания крутильных колебаний тигля с расплавом, а также плотности и поверхностного натяжения посредством обьемометрии капли расплава, лежащей на подложке. Полезная модель может быть использована в промышленности, лабораторных исследованиях, в вузовских учебных процессах, в частности, лабораторных работах.The proposed utility model relates to technical physics, namely, devices for monitoring and measuring the physical parameters of substances, and is intended for non-contact optical measurement of a number of parameters of high-temperature metal melts by measuring the damping of torsional vibrations of a crucible with a melt, as well as density and surface tension by droplet volumetric measurement melt lying on a substrate. The utility model can be used in industry, laboratory research, in university educational processes, in particular, laboratory work.

Известен ряд методов определения основных физико-химических параметров высокотемпературных (t_пл=1000…2000°С) металлических жидкостей и расплавов. К ним относятся, во первых, бесконтактное фотометрическое определение кинематической вязкости в образце, помещенном в цилиндрический тигель объемом несколько кубических сантиметров, который подвешен на упругой проволоке внутри вакуумной электропечи, а также аналогичное определение электропроводности (электросопротивления) образца расплава способом вращающегося магнитного поля. Во вторых, измерение плотности и поверхностного натяжения неподвижно лежащей на подложке, в горизонтальной высокотемпературной электропечи, эллипсовидной капли образца расплава посредством фотоэлектронной объемометрии. Вышеуказанные характеристики позволяют проводить анализ материалов и давать рекомендации для получения сплавов с заданными характеристиками на предприятиях, в частности, корректировать технологические режимы. В основе анализа политерм (термозависимостей) многокомпонентных промышленных расплавов лежат сведения о температурных зависимостях физических характеристик металлов. Анализ политерм вышеуказанных структурно чувствительных термозависимых параметров позволяет выделять особые температурные точки - температуру начала гистерезиса t_г, критическую t_кр и температуру аномального изменения свойств расплава t_ан, а также гистерезисные характеристики цикла «нагрев - охлаждение». Несмотря на то, что вышеуказанные параметры являются структурно чувствительными по отношению к температуре, их взаимосвязь носит, строго говоря, корреляционный, а не функциональный характер. В случае, если результаты усреднения, которые представляют собой численные значения, зависят, например, в нашем случае, от температуры, пользуются функциями средних значений и корреляционной функцией. Экспериментальное определение политерм каждого из вышеуказанных параметров, в том числе, гистерезиса (ветвления политерм) и его особенностей, в частности, его хода, а также фиксацию температур t_г, t_кр и t_ан осуществляет высококвалифицированный персонал в процессе сложного многочасового эксперимента, характеризуемого большим энергопотреблением и многочасовыми подготовительными работами. При экспериментах используют установки, которые измеряют как один, так и несколько параметров.A number of methods are known for determining the basic physicochemical parameters of high-temperature (t _PL = 1000 ... 2000 ° C) metal liquids and melts. These include, firstly, non-contact photometric determination of the kinematic viscosity in a sample placed in a cylindrical crucible with a volume of several cubic centimeters, which is suspended on an elastic wire inside a vacuum electric furnace, as well as a similar determination of the electrical conductivity (electrical resistance) of a melt sample by a rotating magnetic field. Secondly, the measurement of the density and surface tension of a ellipsoid droplet of a melt sample lying motionlessly lying on a substrate in a horizontal high-temperature electric furnace by photoelectron volumetry. The above characteristics make it possible to analyze materials and give recommendations for producing alloys with specified characteristics at enterprises, in particular, to adjust technological conditions. The analysis of polytherms (thermal dependencies) of multicomponent industrial melts is based on information on the temperature dependences of the physical characteristics of metals. Analysis POLYTERM above structurally sensitive temperature-dependent parameters allows to select specific temperature point - onset temperature hysteresis t _g, t _kr critical temperature and an abnormal change in the melt properties _en t and hysteresis cycle characteristics "heating - cooling". Despite the fact that the above parameters are structurally sensitive with respect to temperature, their relationship is, strictly speaking, correlated, and not functional. If the results of averaging, which are numerical values, depend, for example, in our case, on temperature, use the functions of average values and the correlation function. The experimental determination of the polytherms of each of the above parameters, including hysteresis (branching of the polytherms) and its features, in particular, its course, as well as fixing the temperatures t _g , t _cr and t _{en, is} carried out by highly qualified personnel in the course of a complex many-hour experiment, characterized by a large power consumption and many hours of preparatory work. In experiments, facilities are used that measure one or several parameters.

Известна полезная модель - устройство для изучения кинематической вязкости расплавов - см. патент РФ РФ на полезную модель №96660 - аналог. Недостатком полезной модели является невозможность количественной оценки связи политерм вязкости с политермами других вышеупомянутых параметров расплавов и сигнализации о величине этой связи.A useful model is known - a device for studying the kinematic viscosity of melts - see RF patent for utility model No. 96660 - analogue. A disadvantage of the utility model is the impossibility of quantifying the relationship between viscosity polytherms and polytherms of the other aforementioned parameters of melts and signaling the magnitude of this relationship.

Известна установка для определения поверхностных свойств и плотности расплавов с полуавтоматической подачей образцов в зону нагрева - см. Ниженко В.И., Смирнов Ю.И., в кн. «Методы исследования и свойства границ раздела контактирующих фаз», Киев, Наукова думка, 1977, с.33…40. - аналог. Недостатком установки является невозможность количественной оценки связи политерм плотности и поверхностного натяжения как между собой, так и с политермами других вышеупомянутых параметров расплавов и сигнализации о величине этой связи.A known installation for determining the surface properties and density of melts with semi-automatic feeding of samples into the heating zone - see Nizhenko V.I., Smirnov Yu.I., in the book. “Research methods and properties of the boundaries of the contact phases”, Kiev, Naukova dumka, 1977, p.33 ... 40. - analogue. The disadvantage of the installation is the impossibility of a quantitative assessment of the relationship between the density polytherms and surface tension, both among themselves and with the polytherms of the other aforementioned parameters of the melts and signaling the magnitude of this connection.

Прототипом является устройство для исследования высокотемпературных металлических расплавов, выполненное в виде установки с общим образцом расплава для исследования нескольких параметров, в данном случае, вискозиметрии и определения электропроводности - см. С.И.Филиппов «Физико-химические методы исследования металлургических процессов». Металлургия, М., 1968, с.250…252, рис.105, в котором несколько раз определяют, в том числе путем прямых измерений, температурные зависимости нескольких параметров расплава, в данном случае, вязкости и электросопротивления. Устройство для исследования высокотемпературных металлических расплавов содержит блок определения температурных зависимостей параметров расплава, имеющий выходы для вывода значений параметров в виде электрических сигналов.The prototype is a device for researching high-temperature metal melts, made in the form of an installation with a common melt sample for studying several parameters, in this case, viscometry and determining conductivity - see S. I. Filippov “Physicochemical Methods for Investigating Metallurgical Processes”. Metallurgy, Moscow, 1968, p. 250 ... 252, Fig. 105, which several times determine, including by direct measurements, the temperature dependence of several parameters of the melt, in this case, viscosity and electrical resistance. A device for the study of high-temperature metal melts contains a unit for determining the temperature dependences of the parameters of the melt, having outputs for outputting parameter values in the form of electrical signals.

Определение нескольких параметров расплава в прототипе, в том числе путем прямых измерений, для каждой температурной точки, заключается в неоднократном последовательном измерении температурных зависимостей параметров, например, сначала вязкости, затем электросопротивления, с получением значений параметров в виде электрических сигналов, после чего производят измерение в следующей температурной точке и т.д., причем полученные политермы параметров анализируют, практически, независимо друг от друга.The determination of several parameters of the melt in the prototype, including by direct measurements for each temperature point, consists in repeatedly sequentially measuring the temperature dependences of the parameters, for example, first the viscosity, then the electrical resistance, to obtain the parameter values in the form of electrical signals, and then measure the next temperature point, etc., and the resulting polytherm parameters are analyzed, almost independently of each other.

Недостатками устройства по прототипу являются, во первых, трудоемкость и сложность длительных экспериментов, вследствие различных несовпадающих требований к процедуре и установке для измерения каждого из параметров расплава, сложность оптимизации установки вследствие компромиссных требований к ней. Например, для определения вязкости желателен объем расплава 5…10 кубических сантиметров, а для электросопротивления - на порядок меньше. Это вызывает различия в соответствующих требованиях к конструкции основных узлов установки, в частности, тигля с системой его упругого подвеса (масса, длина, толщина проволочной нити и изолирующей части), мощности электронагревателя, времени нагрева образца, наличия катушек, создающих вращающееся магнитное поле и проч. Кроме того, отсутствует достоверная количественная информация о корреляции определяемых параметров расплава; одним из следствий этого является необходимость, например, при измерении электропроводности, проведения трудоемкой градуировки установки по твердому вольфрамовому образцу с известным электросопротивлением, что не позволяет обеспечить упрощение, а также снижение трудоемкости и стоимости экспериментов.The disadvantages of the prototype device are, firstly, the complexity and complexity of lengthy experiments, due to various mismatching requirements for the procedure and installation for measuring each of the melt parameters, the difficulty of optimizing the installation due to compromise requirements for it. For example, a melt volume of 5 ... 10 cubic centimeters is desirable for determining viscosity, and an order of magnitude less for electrical resistance. This causes differences in the corresponding requirements for the design of the main components of the installation, in particular, the crucible with its elastic suspension system (mass, length, thickness of the wire thread and insulating part), electric heater power, sample heating time, presence of coils creating a rotating magnetic field, etc. . In addition, there is no reliable quantitative information on the correlation of the determined melt parameters; One of the consequences of this is the need, for example, when measuring electrical conductivity, carrying out laborious graduation of the installation using a solid tungsten sample with a known electrical resistance, which does not allow simplification, as well as reducing the complexity and cost of experiments.

Во вторых, определение политерм каждого из параметров посредством вышеуказанной установки, в том числе - гистерезиса (ветвления политерм) и его особенностей, температур t_г, t_кр и t_ан требует увеличенного общего времени экспериментов, что может вызвать дополнительно угар компонентов расплава.Secondly, the determination of the polytherms of each of the parameters by means of the above installation, including hysteresis (branching of the polytherms) and its features, temperatures t _g , t _cr and t _en requires an increased total experiment time, which can additionally cause the melting components to burn out.

В третьих, в результате многопараметровых экспериментов информация о параметрах расплава носит избыточный характер, в том числе, по характеристикам оценки степени гистерезиса политерм и температур t_г, t_кр и t_ан, однако, при этом отсутствует достоверная количественная оценка связи измеряемых параметров.Thirdly, as a result of multi-parameter experiments, information on the melt parameters is redundant, including on the characteristics of evaluating the degree of hysteresis of polytherms and temperatures t _g , t _cr and t _an , however, there is no reliable quantitative assessment of the relationship between the measured parameters.

В четвертых, в случае необходимости многократного и, в частности, повторного, например, через месяц или год, исследования этого же расплава, например, после изменения технологии его создания, проводят заново, от начала до конца, весь цикл многопараметровых экспериментов, вследствие отсутствия вышеупомянутой достоверной количественной оценки связи параметров расплава, что не позволяет обеспечить упрощение, а также снижение трудоемкости и стоимости экспериментов.Fourth, if it is necessary to repeatedly and, in particular, repeat, for example, in a month or a year, studies of the same melt, for example, after changing the technology of its creation, are carried out anew, from beginning to end, the entire cycle of multi-parameter experiments, due to the absence of the above reliable quantitative assessment of the relationship of the melt parameters, which does not allow for simplification, as well as reducing the complexity and cost of experiments.

В пятых, определение параметров расплава без количественной оценки их связи при обучении студентов, в том числе в вузовских лабораторных работах, не обеспечивает полноценное усвоение преподаваемого материала, несмотря на трудоемкость, дороговизну и сложность многочасовых экспериментов.Fifthly, the determination of the melt parameters without quantitative assessment of their connection when teaching students, including in university laboratory work, does not ensure the full assimilation of the taught material, despite the complexity, high cost and complexity of many hours of experiments.

Задачей предложенного технического решения является обеспечение, путем использования предлагаемой полезной модели, возможности удешевления, уменьшения трудоемкости и объема экспериментов, в том числе многократных и повторных, на основе определения величины корреляции нескольких структурно чувствительных параметров, в частности, вязкости, электросопротивления, плотности и поверхностного натяжения расплава, обеспечение по одному из параметров и коэффициенту корреляции К определения другого параметра, сигнализации о величине коэффициента корреляции К, упрощение многократных экспериментов и подготовки к ним с учетом этой корреляции, а также повышение качества учебного материала при обучении студентов.The objective of the proposed technical solution is to ensure, by using the proposed utility model, the possibility of cheapening, reducing the complexity and volume of experiments, including multiple and repeated ones, based on determining the correlation value of several structurally sensitive parameters, in particular, viscosity, electrical resistance, density and surface tension melt, providing one of the parameters and the correlation coefficient K to determine another parameter, signaling the magnitude of the coefficient correlation coefficient K, simplification of multiple experiments and preparation for them, taking into account this correlation, as well as improving the quality of educational material when teaching students.

Для решения поставленной задачи предлагается полезная модель - устройство для исследования высокотемпературных металлических расплавов.To solve this problem, a useful model is proposed - a device for the study of high-temperature metal melts.

В устройство для исследования высокотемпературных металлических расплавов, содержащее блок определения температурных зависимостей параметров расплава, имеющий выходы для вывода значений параметров в виде электрических сигналов, введены коррелометр и сигнализатор, коррелометр имеет входы, каждый из которых соединен с одним из выходов блока определения температурных зависимостей параметров расплава, а выход коррелометра соединен со входом сигнализатора.A correlometer and an alarm device are introduced into the device for researching high-temperature metal melts, which contains a unit for determining the temperature dependences of the melt parameters, which has outputs for outputting the parameter values in the form of electric signals, and the correlometer has inputs, each of which is connected to one of the outputs of the unit for determining the temperature dependences of the melt parameters , and the output of the correlometer is connected to the input of the detector.

Предложенное техническое решение обеспечивает уменьшение трудоемкости и стоимости экспериментов при многократном определении температурных зависимостей и коэффициента корреляции параметров расплава при первом измерении указанных параметров, а также путем использования значения коэффициента корреляции при последующем определении указанных параметров, когда измерение одного из параметров заменяется его вычислением. Указанный результат важен как при промышленном использовании устройства, так и при использовании его в учебных целях, при обучении студентов.The proposed technical solution reduces the complexity and cost of experiments when repeatedly determining the temperature dependences and the correlation coefficient of the melt parameters during the first measurement of these parameters, as well as by using the value of the correlation coefficient in the subsequent determination of these parameters, when the measurement of one of the parameters is replaced by its calculation. The specified result is important both in the industrial use of the device, and when using it for educational purposes, when teaching students.

Предложенное техническое решение, содержащее вышеуказанную совокупность ограничительных и отличительных признаков, позволяет считать это решение имеющим уровень полезной модели.The proposed technical solution containing the above set of restrictive and distinctive features allows us to consider this solution as having a utility model level.

Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами:The proposed utility model is illustrated by drawings:

фиг.1. Блок-схема измерительного комплекса;figure 1. Block diagram of a measuring complex;

фиг.2. Политермы электросопротивления, электропроводности и вязкости рельсовой стали К1 (• - нагрев, о - охлаждение);figure 2. Polytherms of electrical resistance, electrical conductivity and viscosity of K1 rail steel (• - heating, о - cooling);

фиг.3. Политермы электросопротивления, электропроводности и вязкости рельсовой стали H1 (• - нагрев, о - охлаждение);figure 3. Polytherms of electrical resistance, electrical conductivity and viscosity of rail steel H1 (• - heating, о - cooling);

фиг.4. Политермы электросопротивления, электропроводности и вязкости меди (• - нагрев);figure 4. Polytherms of electrical resistance, electrical conductivity and viscosity of copper (• - heating);

фиг.5. Политермы электросопротивления, электропроводности и вязкости жаропрочного никелевого сплава ЖС26 (• - нагрев, о - охлаждение);figure 5. Polytherms of electrical resistance, electrical conductivity and viscosity of heat-resistant nickel alloy ЖС26 (• - heating, о - cooling);

фиг.6. Политермы вязкости и поверхностного натяжения стали 08Х14Н7МЛ (ВНЛ1) (•, ▲ - нагрев);Fig.6. Polytherms of viscosity and surface tension of 08Kh14N7ML (VNL1) steel (•, ▲ - heating);

фиг.7. Политермы плотности и вязкости алюминия марки А99 (▲ - нагрев, Δ - охлаждение, • - нагрев, о - охлаждение);Fig.7. Polytherms of density and viscosity of A99 grade aluminum (▲ - heating, Δ - cooling, • - heating, о - cooling);

фиг.8. Алгоритм передачи электрических сигналов в измерительном комплексе по шине USB.Fig.8. Algorithm for transmitting electrical signals in the measuring complex via the USB bus.

Устройство для исследования высокотемпературных металлических расплавов (фиг.1) содержит блок 1 определения температурных зависимостей нескольких параметров расплава, в состав которого входят установка 2 для изучения вязкости, установка 3 для изучения электросопротивления, установка 4 для изучения плотности и поверхностного натяжения, коррелометр 5, блок сигнализации 6. Основные узлы (на схеме не показаны в подробностях) установок 2, 3, 4 - вакуумная электропечь, в зоне нагрева которой коаксиально помещен исследуемый образец, фотометрическое измерительное устройство с фотоприемным устройством. Каждая из установок 2, 3, 4 имеет свой компьютерный блок (на схеме не показано) управления и обработки результатов исследования. Блок 1 определения температурных зависимостей параметров вязкости и электросопротивления расплава содержит выход 7 для вывода значений параметров установки 2 для изучения вязкости, выход 8 для вывода значений параметров установки 3 для изучения электросопротивления, выход 9 для вывода значений параметров установки 4 для изучения плотности и поверхностного натяжения. Выходы портов USB (или LPT) вышеупомянутых компьютерных блоков, являющиеся выходами 7, 8, 9 для вывода значений параметров установок 2, 3, т.е. соответствующими выходами блока 1 определения температурных зависимостей параметров вязкости, электросопротивления, плотности и поверхностного натяжения расплава, соединены с соответствующими входами коррелометра 5. Кроме того, коррелометр 5 может содержать управляющий вход 10, посредством которого программным способом по USB шине или вручную, например, потенциометрически изменяя уровень опорного электрического сигнала, исследователь может осуществлять предустановку значения пороговой величины определяемого коэффициента корреляции К=А_пор и, соответственно, регулировать порог срабатывания сигнализатора 6. Установка 3 для изучения электросопротивления содержит источник вращающегося с частотой 50 Гц постоянного по амплитуде магнитного поля в виде статора трехфазного трансформатора, расположенного вблизи зоны нагрева электропечи (на схеме не показано).A device for studying high-temperature metal melts (Fig. 1) contains a unit 1 for determining the temperature dependences of several parameters of the melt, which includes a unit 2 for studying viscosity, a unit 3 for studying electrical resistance, a unit 4 for studying density and surface tension, a correlometer 5, a block alarms 6. The main components (not shown in detail in the diagram) of units 2, 3, 4 are a vacuum electric furnace, in the heating zone of which the test sample is coaxially placed, photometrically e measuring device with photodetector. Each of the installations 2, 3, 4 has its own computer unit (not shown in the diagram) for controlling and processing the research results. Block 1 for determining the temperature dependences of the parameters of viscosity and electrical resistance of the melt contains an output 7 for outputting the values of the parameters of the installation 2 for studying viscosity, an output 8 for outputting the values of the parameters of the installation 3 for studying the electrical resistance, output 9 for outputting the values of the parameters of the installation 4 for studying the density and surface tension. The outputs of the USB ports (or LPT) of the aforementioned computer units, which are outputs 7, 8, 9 for outputting the values of the parameters of the settings 2, 3, i.e. the corresponding outputs of the unit 1 for determining the temperature dependences of the parameters of viscosity, electrical resistance, density and surface tension of the melt are connected to the corresponding inputs of the correlometer 5. In addition, the correlometer 5 may contain a control input 10, through which programmatically via the USB bus or manually, for example, by potentiometrically changing level of the reference electrical signal, the researcher can preset the threshold value of the determined correlation coefficient K = A _pore and, accordingly, adjust the threshold of the signaling device 6. Installation 3 for studying electrical resistance contains a source of a magnetic field of a constant-amplitude magnetic field rotating at a frequency of 50 Hz in the form of a stator of a three-phase transformer located near the electric furnace heating zone (not shown in the diagram).

Установка 2 для изучения вязкости выполнена в виде устройства для реализации нестационарного бесконтактного фотометрического способа определения кинематической вязкости путем измерения параметров экспоненциального затухания (декремента) крутильных колебаний тигля с расплавом, подвешенного на упругой нити - см. патент РФ №2386948. Установка 3 для изучения электросопротивления выполнена в виде устройства для бесконтактного измерения электрического сопротивления металлического твердого образца или его расплава методом вращающегося магнитного поля - см. патент РФ №2299425. Установка 4 для определения плотности и поверхностного натяжения расплава методом «большой капли», лежащей на подложке, типовая, выполнена в виде горизонтальной вакуумной электропечи с видеокамерой в качестве фотоприемного устройства. Компьютерные блоки управления и обработки результатов исследования каждой из установок 2, 3, 4 выполнены на основе персонального компьютера уровня не ниже Pentium-3. Коррелометр 5 выполнен в виде отечественного серийного коррелометра Ф7016, или реализован в виде виртуального прибора - коррелометра 5 на персональном компьютере, работающем с программой Excel. В этом случае каждый из выходов 7, 8, 9 установок 2, 3, 4, выполненный в виде порта USB, соединен посредством моста «USB-UART», реализованного на двух микросхемах FT232R фирмы FTDI, с соответствующим входным портом USB виртуального прибора - коррелометра 5 на персональном компьютере. Блок сигнализации 6 (на схеме не показан в подробностях) содержит, по меньшей мере, двухдиапазонный (зеленый-красный) светодиодный и двухчастотный звуковой сигнализаторы с регулируемыми параметрами, например, временем сигнализации. Он реализован в виде сигнализатора устройства для изучения кинематической вязкости расплавов - см. «Устройство для изучения кинематической вязкости расплавов», патент РФ на полезную модель №96660. Коррелометр 5 в виде виртуального прибора может быть совмещен с виртуальным сигнализатором 6, при этом исследователь может осуществлять программную предустановку минимальной пороговой величины определяемого коэффициента корреляции К=А_пор и, соответственно, порог срабатывания сигнализатора 6. В этом случае реализуют сигнализацию с отражением на дисплее виртуального коррелометра 5, например, посредством зеленой/красной индикации (светодиодного типа), величины коэффициента корреляции К для случаев больше/меньше его порогового значения А_пор, одновременно осуществляют акустическую сигнализацию посредством компьютерных колонок. Виртуальные коррелометр 5 и сигнализатор 6 обеспечивают расширение функциональных возможностей их использования.Installation 2 for studying viscosity is made in the form of a device for implementing a non-stationary non-contact photometric method for determining the kinematic viscosity by measuring the parameters of the exponential damping (decrement) of torsional vibrations of a crucible with a melt suspended on an elastic thread - see RF patent No. 2386948. Installation 3 for studying electrical resistance is made in the form of a device for non-contact measurement of electrical resistance of a metal solid sample or its melt by the rotating magnetic field method - see RF patent No. 2299425. The installation 4 for determining the density and surface tension of the melt by the "big drop" method lying on the substrate is typical, made in the form of a horizontal vacuum furnace with a video camera as a photodetector. Computer control units and processing the results of the research of each of the installations 2, 3, 4 are made on the basis of a personal computer at least Pentium-3 level. The correlometer 5 is made in the form of a domestic serial correlometer F7016, or is implemented as a virtual device - correlometer 5 on a personal computer running Excel. In this case, each of the outputs 7, 8, 9 of installations 2, 3, 4, made in the form of a USB port, is connected via a USB-UART bridge implemented on two FTDI FT232 microcircuits with a corresponding USB input port of a virtual device - correlometer 5 on a personal computer. The alarm unit 6 (not shown in detail in the diagram) contains at least a dual-band (green-red) LED and dual-frequency audible annunciators with adjustable parameters, for example, alarm time. It is implemented as a signaling device for studying the kinematic viscosity of melts - see "Device for studying the kinematic viscosity of melts", RF patent for utility model No. 96660. The correlometer 5 in the form of a virtual device can be combined with a virtual signaling device 6, while the researcher can programmatically pre-set the minimum threshold value of the determined correlation coefficient K = A _pore and, accordingly, the threshold of operation of the signaling device 6. In this case, an alarm with reflection on the virtual display correlometer 5, for example, by means of a green / red indication (LED type), the value of the correlation coefficient K for cases is greater / less than its threshold value And _then , at the same time carry out acoustic signaling through computer speakers. Virtual correlometer 5 and annunciator 6 provide enhanced functionality for their use.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

После выполнения подготовительных работ на каждой из установок 2, 3, 4 на них раздельно, синхронно или не синхронно, осуществляют соответствующие эксперименты по снятию политерм вязкости, электросопротивления, плотности и поверхностного натяжения у одного и того же расплава в необходимом температурном диапазоне в одних и тех же температурных точках t_i, которые задают в процессе эксперимента, при этом каждая из этих точек должна быть задана в установках 2, 3, 4 с максимально возможной степенью совпадения значения t_i,, например, с различием меньше +/-5°С в области температур 600…1800°С, причем точки цикла «нагрев-охлаждение» не обязательно совпадают по величине. Количество точек t_i желательно иметь несколько десятков, но практически получают около десяти точек. Число точек пять и более является достаточным для обработки результатов эксперимента без установления закона распределения - см. А.В.Фремке «Электрические измерения», Ленинград, изд. Энергия, 1980, с.53. Электрические сигналы с выходов 7, 8, 9, отражающие для установок 2, 3, 4 термозависимые параметры расплава, подают с выходных шин-портов USB каждой из установок 2, 3, 4, как описано выше, на USB входы коррелометра 5. Синхронность попадания этих электрических сигналов на USB входы коррелометра 5 возможна, но не обязательна. Коррелометр 5 осуществляет обработку вышеуказанных электрических сигналов, причем основными операциями обработки являются перемножение этих сигналов и усреднение полученного результата интегрированием - см. вышеупомянутое А.В.Фремке «Электрические измерения», Ленинград, изд. Энергия, 1980, с 383, 384, и определяет парный коэффициент корреляции К между ними. Это значение К отражает степень взаимосвязи между структурно чувствительными термозависимыми параметрами и показывает, насколько определяемые параметры связаны между собой соотношениями, количественно совпадающими с экспериментами.After the preparatory work on each of the plants 2, 3, 4 on them separately, synchronously or not synchronously, carry out the appropriate experiments to remove polytherms of viscosity, electrical resistance, density and surface tension of the same melt in the required temperature range in the same the same temperature points t _i that are set during the experiment, each of these points must be set in units 2, 3, 4 with the maximum possible degree of coincidence of the value of t _i , for example, with a difference in above +/- 5 ° С in the temperature range 600 ... 1800 ° С, and the points of the heating-cooling cycle do not necessarily coincide in magnitude. The number of points t _i it is desirable to have several tens, but almost ten points are practically obtained. The number of points of five or more is sufficient to process the results of the experiment without establishing the distribution law - see A.V. Fremke "Electrical Measurements", Leningrad, ed. Energy, 1980, p. 53. Electrical signals from outputs 7, 8, 9, reflecting thermally dependent melt parameters for plants 2, 3, 4, are fed from the USB output bus ports of each of the plants 2, 3, 4, as described above, to the USB inputs of the correlometer 5. Synchronization of hit These electrical signals to the USB inputs of the correlometer 5 are possible, but not required. The correlometer 5 processes the above electrical signals, and the main processing operations are the multiplication of these signals and the averaging of the result obtained by integration - see the aforementioned A.V. Fremke "Electrical Measurements", Leningrad, ed. Energy, 1980, with 383, 384, and determines the pair correlation coefficient K between them. This value of K reflects the degree of correlation between structurally sensitive thermally dependent parameters and shows how the determined parameters are related by ratios that quantitatively coincide with the experiments.

При проведении многократных или повторных последующих экспериментов по определению термозависимых параметров этого же расплава, например, через месяц или год, в частности, после изменения технологии его создания, обычно повторяют заново, от начала до конца, весь цикл вышеуказанных многопараметровых экспериментов вследствие отсутствия достоверной количественной оценки связи параметров. При использовании коэффициента корреляции К отпадает необходимость повторять заново, от начала до конца, весь цикл экспериментов. На основании анализа коэффициента корреляции К может оказаться, что достаточно ограничиться определением одного параметра и прогнозированием другого посредством коэффициента корреляции К между ними. В случае величины К не меньше пороговой величины А_пор, выбранной экспериментатором на основании оценки результатов предыдущих экспериментов и требуемой точности определения прогнозируемого параметра, например, А_пор=0,8 принимают решение о прекращении одного из последующих повторных экспериментов и достаточности для данного расплава изучения только одного из параметров, например, вязкости. При этом прогнозируют значение других параметров, например, электропроводности.When conducting repeated or repeated subsequent experiments to determine the temperature-dependent parameters of the same melt, for example, a month or a year, in particular, after changing the technology of its creation, the whole cycle of the above multi-parameter experiments is usually repeated again from beginning to end due to the lack of a reliable quantitative estimate communication parameters. When using the correlation coefficient K, there is no need to repeat the whole cycle of experiments again, from beginning to end. Based on the analysis of the correlation coefficient K, it may turn out that it is enough to limit ourselves to determining one parameter and predicting another by means of the correlation coefficient K between them. In the case, the value of K is not less than the threshold value of A _pore chosen by the experimenter on the basis of evaluating the results of previous experiments and the required accuracy of determining the predicted parameter, for example, A _pore = 0.8, a decision is made to terminate one of the subsequent repeated experiments and the study will only have sufficient one of the parameters, for example, viscosity. In this case, the value of other parameters is predicted, for example, electrical conductivity.

В качестве примеров реализации предложенного технического решения приведены результаты определения парных коэффициентов корреляции К для нескольких параметров - вязкости, электросопротивления (электропроводности), плотности и поверхностного натяжения образцов различных расплавов, полученные посредством виртуального коррелометра 5, реализованного в виде дополнительного компьютера, работающего с программой Excel. В этом случае вышеуказанные электрические сигналы подают с выходов 7, 8, 9 - портов USB каждой из установок 2, 3, 4 посредством моста «USB-UART» на USB входы виртуального коррелометра 5, вводят в таблицу Excel и вычисляют коэффициент корреляции К по стандартной формуле, имеющейся в Excel.As examples of the implementation of the proposed technical solution, the results of determining the pair correlation coefficients K for several parameters - viscosity, electrical resistance (electrical conductivity), density and surface tension of samples of various melts, obtained by means of a virtual correlometer 5, implemented as an additional computer working with Excel, are presented. In this case, the above electrical signals are supplied from the outputs 7, 8, 9 of the USB ports of each of the installations 2, 3, 4 through the USB-UART bridge to the USB inputs of the virtual correlometer 5, they are entered into the Excel table and the correlation coefficient K is calculated using the standard Excel formula.

Пример 1. На фиг.2 показаны полученные посредством вышеуказанных установок 2 и 3 политермы вязкости, электросопротивления и электропроводности образца расплава мартеновской рельсовой стали марки М76В (К1), выпускаемой Кузнецким металлургическим комбинатом. Вычисленные по девяти точкам этих политерм коэффициенты корреляции К_нагр при нагреве равны, соответственно -0,972 и +0,976. При охлаждении образца расплава коэффициенты корреляции, К_охл равны, соответственно, -0,893 и +0,921. По этим значениям, при выборе пороговой величины коэффициента корреляции К=А_пор=0,8, даже при минимальной величине К_охл=-0,893 достаточно провести экспериментальное определение одного из параметров и не проводить в следующий раз эксперименты по определению второго параметра.Example 1. Figure 2 shows the obtained through the above installations 2 and 3 polytherm viscosity, electrical resistance and electrical conductivity of the melt sample of open-hearth rail steel grade M76B (K1), manufactured by the Kuznetsk Metallurgical Combine. Calculated for these nine points POLYTERM correlation coefficients K _heating when heated are respectively 0.976 and -0.972. When the melt sample is cooled, the correlation coefficients, K _cool are equal to -0.893 and +0.921, respectively. From these values, the choice of the threshold correlation coefficient K = 0.8 A = _long, even when the minimum value of K = -0.893 _OHL sufficient to carry out experimental determination of one of the parameters and carry out the next time experiments to determine the second parameter.

Пример 2. На фиг.3 показаны полученные посредством вышеуказанных установок 2 и 3 политермы вязкости, электросопротивления и электропроводности образца расплава мартеновской рельсовой стали марки М76В (H1), выпускаемой Нижнетагильским металлургическим комбинатом. Для этого расплава вычисленный по девяти точкам этих политерм К_нагр равен -0,978 и +0,969; К_охл равен -0,995 и +0,997. По этим значениям, даже при выборе пороговой величины коэффициента корреляции К=А_пор=0,95 достаточно провести экспериментальное определение одного из параметров данного расплава и не проводить в следующий раз эксперименты по определению второго параметра.Example 2. Figure 3 shows the polytherms of viscosity, electrical resistance, and electrical conductivity obtained by means of the above installations 2 and 3 for a sample of a melt of open-hearth rail steel M76B (H1), manufactured by the Nizhny Tagil Metallurgical Combine. To this melt calculated from these nine points POLYTERM TO _LOAD is equal to -0.978 and 0.969; By _OHL equal -0.995 and 0.997. According to these values, even when choosing a threshold value of the correlation coefficient K = A _pore = 0.95, it suffices to conduct an experimental determination of one of the parameters of this melt and not to conduct experiments the next time to determine the second parameter.

Сравнение результатов этих примеров позволяет прогнозировать более высокую степень стабильности и предсказуемости параметров образца расплава рельсовой стали H1, выпускаемой Нижнетагильским металлургическим комбинатом, и сделать вывод о предположительно более совершенной технологии производства.A comparison of the results of these examples allows us to predict a higher degree of stability and predictability of the parameters of the molten sample of H1 rail steel manufactured by the Nizhny Tagil Metallurgical Plant, and to conclude that the production technology is supposedly more perfect.

Пример 3. На фиг.4 показаны политермы вязкости, электросопротивления и электропроводности образца расплава меди, построенные по литературным источникам - см. Белоусов А.А. и др. «Физико-химические свойства жидкой меди и ее сплавов», Справочник, Екатеринбург, 1977, с.72-73, табл.3.1, с.85, табл.4.1. Для этого расплава вычислены по пяти точкам политерм при нагреве значения коэффициента корреляции К_нагр=-0,959 и +0,979. Такие высокие значения коэффициента корреляции, даже для малой выборки, позволяют сделать предположение о возможности не проводить в следующий раз эксперименты по определению второго параметра.Example 3. Figure 4 shows the polytherms of viscosity, electrical resistance, and electrical conductivity of a sample of copper melt, constructed from published sources - see Belousov A.A. et al. “Physico-chemical properties of liquid copper and its alloys”, Handbook, Yekaterinburg, 1977, p. 72-73, Table 3.1, p. 85, Table 4.1. To this melt were calculated on five points POLYTERM during heating value correlation coefficient K _Heat = -0.959 and 0.979. Such high values of the correlation coefficient, even for a small sample, allow us to make an assumption about the possibility not to conduct experiments next time to determine the second parameter.

Пример 4. На фиг.5 показаны политермы вязкости, электросопротивления и электропроводности образца литейного никелевого жаропрочного расплава ЖС 26, содержащего добавки Cr, W, Mo, Co, Al, Ti, V и др.; политермы построены по данным экспериментов, выполненных на установках 2 и 3 в 80-х годах в Уральском политехническом институте в лабораториях кафедры физики - см. кн. «Свойства металлических расплавов», часть 2, Екатеринбург, УГТУ-УПИ, 2008, с.79…82. Для этого расплава вычислены по восьми точкам политерм значения коэффициента корреляции К_нагр=-0,969 и +0,971, К_охл=-0,866 и +0,867. По этим значениям, при выборе пороговой величины коэффициента корреляции К=А_пор=0,8, даже при минимальной величине К_охл=-0,866 (для политермы охлаждения) достаточно провести экспериментальное определение одного из параметров и не проводить в следующий раз эксперименты по определению второго параметра данного литейного никелевого жаропрочного расплава ЖС 26.Example 4. Figure 5 shows the polytherm of viscosity, electrical resistance and electrical conductivity of a sample of casting nickel heat-resistant melt ZhS 26 containing additives Cr, W, Mo, Co, Al, Ti, V, etc .; polytherms are built according to experiments performed at facilities 2 and 3 in the 80s at the Ural Polytechnic Institute in the laboratories of the Department of Physics - see book. “Properties of metal melts”, part 2, Yekaterinburg, UGTU-UPI, 2008, p. 79 ... 82. To this melt calculated on eight points POLYTERM value correlation coefficient K _Heat = -0.969 and 0.971, _OHL K = -0.866 and 0.867. From these values, the choice of the threshold correlation coefficient K = 0.8 A = _long, even when the minimum value of K = -0.866 _OHL (polythermals for cooling) To sufficiently experimental determination of one of the parameters and carry out the next time experiments on the second parameter of this foundry nickel refractory melt ZhS 26.

Пример 5. На фиг.6 показаны политермы вязкости и поверхностного натяжения для расплава стали 08Х14Н7МЛ (ВНЛ1), которые получены при экспериментах, выполненных на установках 2 и 4 в 80-х годах в Уральском политехническом институте в лабораториях кафедры физики. В данных экспериментах политермы в случаях нагрева и охлаждения практически совпали, поэтому величина коэффициента корреляции К=-0,837 определена по тринадцати точкам на каждой общей для цикла «нагрев-охлаждение» политерме.Example 5. Figure 6 shows the polytherm of viscosity and surface tension for the 08Kh14N7ML (VNL1) steel melt, which were obtained in experiments performed on units 2 and 4 in the 80s at the Ural Polytechnic Institute in the laboratories of the Department of Physics. In these experiments, the polytherms in the cases of heating and cooling almost coincided, therefore, the correlation coefficient K = -0.837 was determined by thirteen points on each polytherm common for the “heating-cooling” cycle.

Пример 6. На фиг.7 показаны политермы вязкости и плотности алюминиевого расплава А99, которые также получены при экспериментах, выполненных на установках 2 и 4 в 80-х годах в Уральском политехническом институте в лабораториях кафедры физики. Для этого расплава вычислены, по десяти точкам политерм при нагреве и по шестнадцати точкам при охлаждении, значения коэффициента корреляции К_нагр=+0,943, К_охл=+0,952.Example 6. Figure 7 shows the polytherms of viscosity and density of aluminum melt A99, which were also obtained in experiments performed on plants 2 and 4 in the 80s at the Ural Polytechnic Institute in the laboratories of the Department of Physics. For this melt, calculated at ten points of the polytherms during heating and at sixteen points during cooling, the values of the correlation coefficient K _load = + 0.943, K _cool = + 0.952.

Примеры 1…6 показывают, что взаимосвязь различных структурно чувствительных параметров высокотемпературного расплава высокая: в большинстве случаев парный коэффициент корреляции К составляет около 0,95, при минимальной величине К около 0,84. В зависимости от пороговой величины К=А_пор на управляющем входе 10, блок сигнализации 6 вырабатывает соответствующие значению минимального (порогового) коэффициента корреляции К световой и акустический сигналы, которые уведомляют исследователя о необходимости или ненужности повторения в следующий раз всего многопараметрического эксперимента с данным расплавомExamples 1 ... 6 show that the relationship between various structurally sensitive parameters of the high-temperature melt is high: in most cases, the pair correlation coefficient K is about 0.95, with a minimum value of K about 0.84. Depending on the threshold value K = A of the _pore at the control input 10, the signaling unit 6 generates light and acoustic signals corresponding to the value of the minimum (threshold) correlation coefficient K, which notify the researcher of the necessity or unnecessary repetition of the entire multi-parameter experiment with this melt next time.

На фиг.8 приведен алгоритм, используемый для передачи электрических сигналов от блока 1 в виртуальный коррелометр 5.On Fig shows the algorithm used to transmit electrical signals from block 1 to the virtual correlometer 5.

Приведенные примеры подтверждают реализацию поставленной задачи при использовании предложенной полезной модели.The given examples confirm the implementation of the task when using the proposed utility model.

Claims

A device for researching high-temperature metal melts, comprising a unit for determining the temperature dependences of the melt parameters, having outputs for outputting parameter values in the form of electrical signals, characterized in that a correlometer and an alarm device are introduced into it, the correlometer has inputs, each of which is connected to one of the outputs of the block determining the temperature dependences of the melt parameters, and the output of the correlometer is connected to the input of the signaling device.