RU2450257C1 - Method of analysing high-temperature metal melts and apparatus for realising said method - Google Patents
Method of analysing high-temperature metal melts and apparatus for realising said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2450257C1 RU2450257C1 RU2010138917/28A RU2010138917A RU2450257C1 RU 2450257 C1 RU2450257 C1 RU 2450257C1 RU 2010138917/28 A RU2010138917/28 A RU 2010138917/28A RU 2010138917 A RU2010138917 A RU 2010138917A RU 2450257 C1 RU2450257 C1 RU 2450257C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- parameters
- values
- melt
- viscosity
- electrical resistance
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемые способ и устройство относятся к технической физике, а именно к способам и устройствам для контроля и измерения физических параметров веществ, и предназначены для бесконтактного измерения вязкости и электропроводности высокотемпературных металлических расплавов, в частности, на основе железа, никеля или меди фотометрическим методом определения характеристик крутильных колебаний тигля с расплавом. Сферой применения являются металлургические и учебные процессы, в частности разработка технологических схем формирования заданных параметров, а также лабораторные работы в процессе обучения студентов.The proposed method and device relates to technical physics, namely to methods and devices for monitoring and measuring the physical parameters of substances, and are intended for non-contact measurement of the viscosity and conductivity of high-temperature metal melts, in particular, based on iron, nickel or copper by the photometric method for determining the characteristics of torsional oscillations of the crucible with the melt. The scope is metallurgical and educational processes, in particular the development of technological schemes for the formation of specified parameters, as well as laboratory work in the process of training students.
Многопараметрическое определение физико-химических параметров высокотемпературных (tпл=1000…2000°С) металлических жидкостей и расплавов, прежде всего, вискозиметрия - определение кинематической вязкости в образце, помещенном в цилиндрический тигель объемом несколько кубических сантиметров, который подвешен на упругой проволоке внутри вакуумной электропечи, а также бесконтактное определение электропроводности (электросопротивления) образца способом вращающегося магнитного поля 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, причем определяемые параметры связаны между собой соотношениями, количественно совпадающими с экспериментами (см. Баум. Б.А. и др. «Металлические расплавы в прогрессивных технологиях», в кн. «Свойства металлических расплавов», часть 1, Екатеринбург, УГТУ-УПИ, 2008, с.109…111). При этом анализ политерм двух важнейших структурно-чувствительных термозависимых параметров вязкости и электросопротивления (см. С.И.Филиппов и др. «Физико-химические методы исследования металлургических процессов», М., Металлургия, 1968, с.280) позволяет выделять особые температурные точки - температуру начала гистерезиса tг, критическую tкр и температуру аномального изменения свойств расплава tан, а также гистерезисные характеристики цикла «нагрев - охлаждение». Несмотря на то, что оба параметра - вязкости и электросопротивления являются структурно-чувствительными по отношению к температуре, их взаимосвязь носит, строго говоря, корреляционный, а не функциональный характер. Принято считать, что средние значения определяемых величин по времени являются важной характеристикой детерминированных и стохастических сигналов. В случае если результаты усреднения, которые представляют собой численные значения, зависят от параметров, например от времени или, в нашем случае, от температуры и от времени, пользуются функциями средних значений и важнейшей из них в технике измерений - корреляционной функцией (см. «Измерения в промышленности», справочник под ред. П. Профоса, М., Металлургия, 1980, раздел 2.5.2.3, с.115…117). Экспериментальное определение политерм каждого из вышеуказанных параметров, в том числе гистерезиса (ветвления политерм) и его особенностей, в частности его хода, а также фиксацию температур tг, tкр и tан осуществляет высококвалифицированный персонал в процессе сложного многочасового эксперимента, характеризуемого большим энергопотреблением и многочасовыми подготовительными работами.Multiparametric determination of the physicochemical parameters of high-temperature (t pl = 1000 ... 2000 ° C) metal liquids and melts, primarily viscometry - the 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 the non-contact determination of the electrical conductivity (electrical resistance) of the sample by the method of a rotating magnetic field allow the analysis of materials and give recommendations data for producing alloys with desired 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, and the determined parameters are interrelated by ratios that quantitatively coincide with experiments (see Baum. B.A. et al. “Metal melts in advanced technologies” , in the book “Properties of metal melts”,
Известен нестационарный бесконтактный фотометрический способ определения кинематической вязкости путем измерения параметров экспоненциального затухания (декремента) крутильных колебаний тигля с расплавом, подвешенного на упругой нити (см. патент РФ №2386948 - аналог).Known 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 - analogue).
Известны способ и устройство для бесконтактного измерения электрического сопротивления металлического твердого образца или его расплава методом вращающегося магнитного поля (см. патент РФ №2299425 - аналог).A known method and device for non-contact measurement of electrical resistance of a solid metal sample or its melt by the method of a rotating magnetic field (see RF patent No. 2299425 - analogue).
Недостатками вышеуказанных аналогов являются, во-первых, трудоемкость и сложность сравнительного анализа результатов измерений каждого из параметров расплава и их взаимосвязи, что не позволяет обеспечить упрощение, а также снижение трудозатрат, продолжительности и стоимости экспериментов.The disadvantages of the above analogues are, firstly, the complexity and complexity of the comparative analysis of the measurement results of each of the melt parameters and their relationship, which does not allow for simplification, as well as reducing labor costs, duration and cost of experiments.
Во-вторых, в результате многопараметровых экспериментов на различных установках информация о расплаве носит, с одной стороны, избыточный характер, в том числе по характеристикам гистерезиса политерм или вышеуказанных температур tг, tкр, tан, с другой стороны, отсутствует достоверная количественная оценка связи измеряемых параметров.Secondly, as a result of multi-parameter experiments at various facilities, information about the melt is, on the one hand, redundant, including the characteristics of hysteresis of polytherms or the above temperatures t g , t cr , t an , on the other hand, there is no reliable quantitative estimate communication of measured parameters.
В-третьих, в случае необходимости многократного, в частности повторного, через какой-то срок, например через месяц или год, исследования этого же расплава, например после изменения технологии его создания, повторяют заново, от начала до конца, весь цикл многопараметровых экспериментов вследствие отсутствия вышеупомянутой достоверной количественной оценки связи измеряемых параметров.Thirdly, if it is necessary to repeatedly, in particular, repeat, after some time, for example, a month or a year, the studies of the same melt, for example, after changing the technology of its creation, repeat again, from beginning to end, the whole cycle of multi-parameter experiments due to the absence of the above reliable quantitative assessment of the relationship of the measured parameters.
В-четвертых, значения обоих параметров без количественной оценки их связи при обучении студентов, в том числе в вузовских лабораторных работах, не обеспечивают полноценное усвоение преподаваемого материала, несмотря на трудоемкость, дороговизну и сложность многочасовых экспериментов.Fourth, the values of both parameters without a quantitative assessment of their relationship when teaching students, including in university laboratory work, do not provide full assimilation of the taught material, despite the complexity, cost and complexity of hours of experimentation.
Наиболее близким к предлагаемой группе изобретений по технической сущности и достигаемому результату является бесконтактный фотометрический метод определения вязкости с дополнительной возможностью определения, посредством метода вращающегося магнитного поля, электросопротивления высокотемпературных расплавов (до 2000°С), реализуемый на комбинированной установке с общим для обоих методов образцом расплава (см. вышеуказанное С.И. Филиппов…, с.250…252, рис.105 - прототип). В способе исследования высокотемпературных металлических расплавов несколько раз определяют, в том числе путем прямых измерений, температурные зависимости параметров вязкости и электросопротивления расплава на основе железа, никеля или меди с получением значений параметров в виде электрических сигналов. Устройство для исследования высокотемпературных металлических расплавов содержит блок определения температурных зависимостей параметров вязкости и электросопротивления расплава на основе железа, никеля или меди, имеющий два выхода для вывода значений параметров в виде электрических сигналов.The closest to the proposed group of inventions in terms of technical nature and the achieved result is a non-contact photometric method for determining viscosity with the additional possibility of determining, using the rotating magnetic field method, the electrical resistance of high-temperature melts (up to 2000 ° C), implemented on a combined installation with a melt sample common to both methods (see the above S.I. Filippov ..., p. 250 ... 252, Fig. 105 - prototype). In the method for studying high-temperature metal melts, it is several times determined, including by direct measurements, the temperature dependences of the viscosity parameters and the electrical resistance of the melt based on iron, nickel or copper to obtain the parameter values in the form of electrical signals. A device for studying high-temperature metal melts contains a unit for determining the temperature dependences of the viscosity and electrical resistance parameters of a melt based on iron, nickel, or copper, which has two outputs for outputting parameter values in the form of electrical signals.
Определение обоих параметров расплава в прототипе, в том числе путем прямых измерений, для каждой температурной точки заключается в неоднократном последовательном измерении температурных зависимостей параметров, сначала вязкости, затем электросопротивления расплава с получением значений параметров в виде электрических сигналов, после чего производят измерение в следующей температурной точке и т.д., причем полученные политермы вязкости и электропроводности анализируют, по сути дела, независимо друг от друга.The determination of both 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, first the viscosity, then the electrical resistance of the melt to obtain the parameter values in the form of electrical signals, and then measure at the next temperature point etc., and the obtained polytherms of viscosity and electrical conductivity are analyzed, in fact, independently of each other.
Недостатками способа и 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 конструктивных требований к ней, например для определения вязкости желателен объем расплава 5…10 см3, а для электросопротивления - на порядок меньше, что 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 method and device of the prototype 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 design requirements for it, for example, to determine the viscosity, the melt volume is desirable 5 ... 10 cm 3 , and for electrical resistance - an order of magnitude smaller, which causes differences in the corresponding requirements for the design of the main components of the installation, in particular the crucibility of the crucible with its elastic suspension system (mass, length, thickness of the wire thread and insulating part), electric heater power, heating time of the sample, the presence of coils that create 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 tг, tкр и tан, 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 an , requires an increased total experiment time, which can additionally cause the melting of the components of the melt.
В-третьих, в результате многопараметровых экспериментов информация о параметрах расплава носит избыточный характер, в том числе по характеристикам оценки степени гистерезиса политерм и температур tг, tкр, tан, однако, при этом отсутствует достоверная количественная оценка связи обоих измеряемых параметров.Thirdly, as a result of multi-parameter experiments, information on the melt parameters is redundant, including on the characteristics of assessing the degree of hysteresis of polytherms and temperatures t g , t cr , t an , however, there is no reliable quantitative assessment of the relationship between both measured parameters.
В-четвертых, в случае необходимости многократного и, в частности, повторного через какой-то срок, 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 обоих параметров, что не позволяет обеспечить упрощение, а также снижение трудоемкости и стоимости экспериментов.Fourth, if it is necessary to repeatedly and, in particular, repeat after a certain period of time, for example, 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 whole cycle of multi-parameter experiments due to the lack of the aforementioned reliable quantitative assessment of the relationship between both parameters, which does not allow for simplification, as well as a decrease in the complexity and cost of experiments.
В-пятых, определение обоих параметров 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 both parameters without a quantitative assessment of their relationship when teaching students, including in university laboratory work, does not provide full assimilation of the taught material, despite the laboriousness, high cost and complexity of many hours of experiments.
Технической задачей предложенной группы технических решений является обеспечение возможности удешевления, уменьшения трудоемкости и объема экспериментов, в том числе многократных и повторных, на основе определения величины корреляции двух структурно-чувствительных параметров, вязкости и электросопротивления расплава, обеспечение по одному из параметров и коэффициенту корреляции К определения другого параметра, упрощение многократных экспериментов и подготовки к ним с учетом этой корреляции, а также повышение качества учебного материала при обучении студентов.The technical task of the proposed group of technical solutions is to provide the opportunity to reduce the cost, reduce the complexity and volume of experiments, including repeated and repeated ones, based on determining the correlation value of two structurally sensitive parameters, melt viscosity and electrical resistance, providing one of the parameters and correlation coefficient another parameter, the simplification of multiple experiments and preparation for them, taking into account this correlation, as well as improving the quality of training materials Methods and material in teaching students.
Для решения поставленной задачи предлагаются способ исследования высокотемпературных металлических расплавов и устройство для его осуществления.To solve this problem, a method for the study of high-temperature metal melts and a device for its implementation are proposed.
Способ исследования высокотемпературных металлических расплавов, при котором несколько раз определяют, в том числе путем прямых измерений, температурные зависимости параметров вязкости и электросопротивления расплава на основе железа, никеля или меди с получением значений параметров в виде электрических сигналов, отличается тем, что в первый раз определяют значения параметров вязкости и электросопротивления расплава путем прямых измерений при одинаковых значениях температуры, значения каждого из этих параметров подают на свой вход коррелометра, на выходе которого получают значение коэффициента корреляции К этих параметров, при определении указанных параметров расплава в следующий раз определяют путем прямых измерений значения только одного из параметров, а по значениям этого параметра и значению коэффициента корреляции К определяют значения другого параметра.A method for studying high-temperature metal melts, in which it is determined several times, including by direct measurements, the temperature dependences of the viscosity and electrical resistance parameters of a melt based on iron, nickel or copper to obtain parameter values in the form of electrical signals, characterized in that for the first time it is determined values of the parameters of viscosity and electrical resistance of the melt by direct measurements at the same temperature values, the values of each of these parameters are fed to its input the correlometer, at the output of which the value of the correlation coefficient K of these parameters is obtained, when determining the indicated melt parameters, the next time is determined by direct measurements of only one of the parameters, and the values of this parameter and the value of the correlation coefficient K determine the values of another parameter.
В устройство для исследования высокотемпературных металлических расплавов, содержащее блок определения температурных зависимостей параметров вязкости и электросопротивления расплава на основе железа, никеля или меди, имеющий два выхода для вывода значений параметров в виде электрических сигналов, введен коррелометр с двумя входами, каждый из которых соединен с одним из выходов блока определения температурных зависимостей параметров вязкости и электросопротивления.A correlometer with two inputs, each of which is connected to one, is introduced into a device for researching high-temperature metal melts, which contains a unit for determining the temperature dependences of the viscosity and electrical resistance of a melt based on iron, nickel, or copper, which has two outputs for outputting parameter values in the form of electrical signals from the outputs of the unit for determining the temperature dependences of the parameters of viscosity and electrical resistance.
Предложенная группа технических решений обеспечивает уменьшение трудоемкости, объема и стоимости работ при многократном определении температурных зависимостей параметров вязкости и электросопротивления расплава за счет определения коэффициента корреляции двух параметров расплава - вязкости и электросопротивления при первом измерении указанных параметров и использования значения коэффициента корреляции при последующем определении указанных параметров, когда измерение одного из параметров заменяется его вычислением. Указанный результат важен как при промышленном использовании способа, так и при использовании его в учебных целях, при обучении студентов.The proposed group of technical solutions provides a reduction in the complexity, volume and cost of work when repeatedly determining the temperature dependences of the viscosity parameters and the electrical resistance of the melt by determining the correlation coefficient of two parameters of the melt - viscosity and electrical resistance during the first measurement of these parameters and 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 method, and when using it for educational purposes, when teaching students.
Предложенные технические решения, содержащие вышеуказанные совокупности ограничительных и отличительных признаков, не выявлены в известном уровне техники, что, при достижении вышеописанного технического результата, позволяет считать предложенные технические решения имеющими изобретательский уровень.The proposed technical solutions containing the above combination of restrictive and distinctive features are not identified in the prior art, which, when the above technical result is achieved, allows us to consider the proposed technical solutions as inventive.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
Фиг.1. Блок-схема измерительного комплекса.Figure 1. The block diagram of the measuring complex.
Фиг.2. Политермы электросопротивления, электроповодности и вязкости рельсовой стали К1 (• - нагрев, ο - охлаждение).Figure 2. Polytherms of electrical resistance, electrical conductivity and viscosity of K1 rail steel (• - heating, ο - cooling).
Фиг.3. Политермы электросопротивления, электроповодности и вязкости рельсовой стали H1 (• - нагрев, ο - охлаждение).Figure 3. Polytherms of electrical resistance, electrical conductivity and viscosity of H1 rail steel (• - heating, ο - cooling).
Фиг.4. Политермы электросопротивления, электроповодности и вязкости меди (• - нагрев).Figure 4. Polytherms of electrical resistance, electrical conductivity and viscosity of copper (• - heating).
Фиг.5. Политермы электросопротивления, электроповодности и вязкости жаропрочного никелевого сплава ЖС26 (• - нагрев, ο - охлаждение).Figure 5. Polytherms of electrical resistance, electrical conductivity and viscosity of the heat-resistant nickel alloy ЖС26 (• - heating, ο - cooling).
Фиг.6. Алгоритм передачи электрических сигналов в измерительном комплексе по шине USB.6. Algorithm for transmitting electrical signals in the measuring complex via the USB bus.
Устройство для реализации способа исследования высокотемпературных металлических расплавов (фиг.1) содержит блок 1 определения температурных зависимостей параметров вязкости и электросопротивления расплава, в состав которого входят установка 2 для изучения вязкости и установка 3 для изучения электросопротивления, а также коррелометр 4 с дисплеем 5. Основные узлы (на схеме не показаны в подробностях) установок 2, 3 одинаковы и представляют собой вакуумную вертикальную электропечь, в зоне нагрева которой на подвеске коаксиально подвешен тигель с исследуемым образцом, соединенный с упругой проволочной частью подвески с помощью керамического стержня, фотометрическое измерительное устройство, которое состоит из зеркала, закрепленного на верхнем конце керамического стержня, источника света и измерительного фотоприемного устройства. Каждая из установок 2 и 3 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 6 для вывода значений параметров установки 2 для изучения вязкости и выход 7 для вывода значений параметров установки 3 для изучения электросопротивления. Выходы портов USB (или LPT) вышеупомянутых компьютерных блоков, являющиеся выходом 6 для вывода значений параметров установки 2 для изучения вязкости и выходом 7 для вывода значений параметров установки 3 для изучения электросопротивления, т.е. соответствующими выходами блока 1 определения температурных зависимостей параметров вязкости и электросопротивления расплава, соединены по отдельности со входами коррелометра 4 с дисплеем 5. Таким образом, входы коррелометра 4 с дисплеем 5 соединены с соответствующими выходами блока 1 определения температурных зависимостей параметров вязкости и электросопротивления расплава 1. Кроме того, 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.A device for implementing a method for researching high-temperature metal melts (Fig. 1) contains a
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). Компьютерные блоки управления и обработки результатов исследования каждой из установок 2 и 3 выполнены на основе персонального компьютера уровня не ниже Pentium-3. Коррелометр 4 с дисплеем 5 выполнен в виде отечественного серийного коррелометра Ф7016 или реализован в виде виртуального прибора - коррелометра 4 на персональном компьютере, работающем с программой Excel. В этом случае каждый из выходов 6 и 7 установок 2 и 3, 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 4 на персональном компьютере.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). Computer control units and processing the results of the research of each of installations 2 and 3 are made on the basis of a personal computer of a level not lower than Pentium-3. The correlometer 4 with display 5 is made in the form of a domestic serial correlometer F7016 or is implemented as a virtual device - correlometer 4 on a personal computer running Excel. In this case, each of outputs 6 and 7 of units 2 and 3, made in the form of a USB port, is connected via a USB-UART bridge implemented on two FTD32 FTDI microcircuits with a corresponding USB input port of a virtual device - correlometer 4 on a personal computer .
Изучение температурных зависимостей (политерм) параметров вязкости и электросопротивления высокотемпературных расплавов и корреляции между ними, в том числе при многократных исследованиях, осуществляют следующим образом.The study of temperature dependences (polytherms) of the viscosity and electrical resistance parameters of high-temperature melts and the correlation between them, including during multiple studies, is carried out as follows.
После выполнения подготовительных работ на каждой из установок 2 и 3, на них раздельно, синхронно или не синхронно, осуществляют соответствующие эксперименты по снятию политерм вязкости и электросопротивления у одного и того же расплава в необходимом температурном диапазоне в одних и тех же температурных точках ti, которые задают в процессе эксперимента, при этом каждая из этих точек должна быть задана в обеих установках 2 и 3 с максимально возможной степенью совпадения значения ti, например, с различием меньше +/- 5°С в области температур 1000…1500°С, причем точки цикла «нагрев-охлаждение» отделены друг от друга и не обязательно совпадают по величине. Количество точек ti желательно иметь несколько десятков, но практически получают около десяти точек, что увеличивает отклонение результатов измерений от нормального закона распределения и незначительно снижает уровень достоверности коэффициента корреляции К. Тем не менее, 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 6 и 7, отражающие для установок 2 и 3 термозависимые параметры вязкости или электросопротивления расплава, подают с выходных шин - портов USB каждой из установок 2 и 3, как описано выше, на USB входы коррелометра 4. Синхронность попадания этих электрических сигналов на USB входы коррелометра 4 возможна, но не обязательна. Коррелометр 4 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 коэффициент корреляции К между ними. Это значение К отражает степень взаимосвязи между двумя важнейшими структурно-чувствительными термозависимыми параметрами - вязкостью и электросопротивлением и показывает, насколько определяемые параметры связаны между собой соотношениями, количественно совпадающими с экспериментами (см. вышеуказанное Баум Б.А.).After the preparatory work is carried out on each of the plants 2 and 3, separately, synchronously or not synchronously, they carry out the corresponding experiments to remove the polytherms of viscosity and electrical resistance of the same melt in the required temperature range at the same temperature points t i , which are set during the experiment, each of these points must be set in both units 2 and 3 with the maximum possible degree of coincidence of the value of t i , for example, with a difference of less than +/- 5 ° C in the
Кроме того, коррелометр 4 с дисплеем 5, в частности, в виртуальном виде может быть использован как пороговый сигнализатор, в котором исследователи могут осуществить предустановку, например программную, минимальной пороговой величины определяемого коэффициента корреляции К=Апор. В этом случае можно реализовать простую бинарную систему сигнализации с отражением на дисплее 5 коррелометра 4, например зеленой/красной индикации (светодиодного типа), величины коэффициента корреляции К для случаев больше/меньше его порогового значения Апор. Это обеспечивает расширение функциональных возможностей использования коррелометра 4.In addition, the correlometer 4 with the display 5, in particular, in a virtual form can be used as a threshold signaling device, in which researchers can preset, for example, software, the minimum threshold value of the determined correlation coefficient K = A pore . In this case, it is possible to implement a simple binary signaling system with a reflection on display 5 of correlometer 4, for example, green / red indication (LED type), the value of the correlation coefficient K for cases greater than / less than its threshold value A pore . This provides enhanced functionality for using the correlometer 4.
При проведении многократных или повторных последующих экспериментов по определению термозависимых параметров вязкости и электросопротивления 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 двухпараметровых экспериментов вследствие отсутствия достоверной количественной оценки связи обоих параметров. При использовании коэффициента корреляции К отпадает необходимость повторять заново, от начала до конца, весь цикл двухпараметровых 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 Апор, выбранной экспериментатором на основании оценки результатов предыдущих экспериментов и требуемой точности определения прогнозируемого параметра, например, Апор=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 другого параметра, электропроводности.When conducting repeated or repeated subsequent experiments to determine the temperature-dependent parameters of viscosity and electrical resistance of the same melt, for example, a month or a year, in particular after changing the technology of its creation, they usually repeat the whole cycle of the above two-parameter experiments again from beginning to end due to the lack of reliable quantitative assessment of the relationship between both parameters. When using the correlation coefficient K, there is no need to repeat again, from beginning to end, the entire cycle of two-parameter experiments. 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. If K is not less than the threshold value 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 if the study is sufficient for this melt only one of the parameters, for example viscosity. At the same time, the value of another parameter, electrical conductivity, is predicted.
В качестве примеров реализации предложенных технических решений приведены результаты определения коэффициента корреляции К для параметров вязкости, электросопротивления и электропроводности образцов различных расплавов, полученные посредством виртуального коррелометра 4 с дисплеем 5, реализованного в виде дополнительного компьютера, работающего с программой Excel. В этом случае вышеуказанные электрические сигналы подают с выходов 6 и 7 - портов USB каждой из установок 2 и 3 посредством моста «USB-UART» на USB входы виртуального коррелометра 4, вводят в таблицу Excel и вычисляют коэффициент корреляции К по стандартной формуле, имеющейся в Excel.As examples of the implementation of the proposed technical solutions, the results of determining the correlation coefficient K for viscosity parameters, electrical resistance and electrical conductivity of samples of various melts, obtained by means of a virtual correlometer 4 with display 5, implemented as an additional computer working with Excel, are presented. In this case, the above electrical signals are supplied from the outputs 6 and 7 of the USB ports of each of the installations 2 and 3 through the USB-UART bridge to the USB inputs of the virtual correlometer 4, they are entered into the Excel table and the correlation coefficient K is calculated using the standard formula available in Excel
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 Кнагр при нагреве равны соответственно -0,972 и +0,976. При охлаждении образца расплава коэффициенты корреляции Кохл равны соответственно -0,893 и +0,921. По этим значениям, при выборе пороговой величины коэффициента корреляции К=Апор=0,8, даже при минимальной величине Кохл=-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 are equal to heat when heating -0.972 and 0.976, respectively. When the melt sample is cooled, the correlation coefficients K cool are equal to -0.893 and +0.921. 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 Кнагр равен -0,978 и +0,969; Кохл равен - 0,995 и +0,997. По этим значениям даже при выборе пороговой величины коэффициента корреляции К=Апор=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; To cool equal to - 0.995 and +0.997. According to these values, even when choosing the 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 Combine, and to conclude that the production technology is supposedly more advanced.
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 Кнагр=-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 polytherm of viscosity, electrical resistance and electrical conductivity of a sample of copper melt, constructed from literature (see Belousov A.A. et al. "Physico-chemical properties of liquid copper and its alloys." Reference, Yekaterinburg, 1977 , pp. 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 Кнагр=-0,969 и +0,971, Кохл=-0,866 и +0,867. По этим значениям, при выборе пороговой величины коэффициента корреляции К=Апор=0,8, даже при минимальной величине Кохл=-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 the 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.
На фиг.6 приведен алгоритм, используемый для передачи и обработки электрических сигналов от блока 1 в виртуальный коррелометр 4.Figure 6 shows the algorithm used to transmit and process electrical signals from
Приведенные примеры подтверждают реализацию поставленной задачи при использовании предложенной группы технических решений.The given examples confirm the implementation of the task when using the proposed group of technical solutions.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010138917/28A RU2450257C1 (en) | 2010-09-21 | 2010-09-21 | Method of analysing high-temperature metal melts and apparatus for realising said method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010138917/28A RU2450257C1 (en) | 2010-09-21 | 2010-09-21 | Method of analysing high-temperature metal melts and apparatus for realising said method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2010138917A RU2010138917A (en) | 2012-03-27 |
| RU2450257C1 true RU2450257C1 (en) | 2012-05-10 |
Family
ID=46030565
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010138917/28A RU2450257C1 (en) | 2010-09-21 | 2010-09-21 | Method of analysing high-temperature metal melts and apparatus for realising said method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2450257C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2535525C1 (en) * | 2013-04-23 | 2014-12-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Electrical resistivity determination method and device for its implementation |
| US9921208B2 (en) | 2012-07-26 | 2018-03-20 | Ascensia Diabetes Care Holdings Ag | Apparatus and methods for reducing electrical shock hazard from biosensor meters |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU699398A1 (en) * | 1977-02-01 | 1979-11-25 | Белорусский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт | Device for deuermining physico-chemical properties of molten metals |
| SU1541532A1 (en) * | 1987-05-12 | 1990-02-07 | Мариупольский металлургический институт | Method of determining components of internal resistance of electric network |
| EP1158290A2 (en) * | 2000-05-26 | 2001-11-28 | Symyx Technologies, Inc. | Instrument for high throughput measurement of material physical properties and method of using same |
-
2010
- 2010-09-21 RU RU2010138917/28A patent/RU2450257C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU699398A1 (en) * | 1977-02-01 | 1979-11-25 | Белорусский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт | Device for deuermining physico-chemical properties of molten metals |
| SU1541532A1 (en) * | 1987-05-12 | 1990-02-07 | Мариупольский металлургический институт | Method of determining components of internal resistance of electric network |
| EP1158290A2 (en) * | 2000-05-26 | 2001-11-28 | Symyx Technologies, Inc. | Instrument for high throughput measurement of material physical properties and method of using same |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Филиппов С.И. и др. Физико-химические методы исследования металлургических процессов. - М.: Металлургия, с.280, 1968. Баум Б.А. и др. Металлические расплавы в прогрессивных технологиях, в кн. «Свойства металлических расплавов», ч. 1. - Екатеринбург, УГТУ-УПИ, с.109-111, 2008. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9921208B2 (en) | 2012-07-26 | 2018-03-20 | Ascensia Diabetes Care Holdings Ag | Apparatus and methods for reducing electrical shock hazard from biosensor meters |
| RU2535525C1 (en) * | 2013-04-23 | 2014-12-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Electrical resistivity determination method and device for its implementation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2010138917A (en) | 2012-03-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104422711B (en) | Variable temperature sample platform and thermoelectric property measuring method | |
| CN105115628B (en) | A kind of thermal resistance dynamic response test system and its method of testing | |
| RU2450257C1 (en) | Method of analysing high-temperature metal melts and apparatus for realising said method | |
| Dobrzański et al. | Optimization of heat treatment conditions of magnesium cast alloys | |
| Ceschini et al. | Microstructure and mechanical properties of heavy section ductile iron castings: experimental and numerical evaluation of effects of cooling rates | |
| CA1271982A (en) | Power control device for a resistance heater in an oven | |
| RU104721U1 (en) | DEVICE FOR RESEARCH OF HIGH-TEMPERATURE METAL MELTS | |
| RU2724148C1 (en) | Method of measuring thermal resistance of transition-case of power semiconductor devices | |
| JP2013058099A (en) | Control performance evaluation device, control performance evaluation system, control performance evaluation program, and control performance evaluation method | |
| CN102517610A (en) | On-line monitoring system of furnace edge shape of aluminium electrolytic tank | |
| CN2529227Y (en) | Device for measuring variation of dynamic temp. of wide cross-section furnace intersecting surface | |
| CN113468684B (en) | Method and system for measuring temperature of melt in melting device | |
| RU2531064C2 (en) | Method and apparatus for investigating parameters of molten mass | |
| CN103033402B (en) | Design method of slab band annealing test sample and test sample thereof | |
| LeBreux et al. | Is the performance of a virtual sensor employed for the prediction of the ledge thickness inside a metallurgical reactor affected by the thermal contact resistance? | |
| RU2583343C1 (en) | Method for determining intensity of structural adjustment of melts of high-temperature alloys | |
| Biryukov et al. | Diagnosis of temperature conditions in metals when heated in continuous furnaces | |
| RU182131U1 (en) | The device for assessing the equilibrium of metal melts | |
| RU131179U1 (en) | MEASUREMENT COMPARISON DEVICE | |
| RU2680984C1 (en) | Metal melts equilibrium estimating method | |
| RU2795262C1 (en) | Method for determining microheterogeneity of a melt of a sample of a multicomponent metal alloy | |
| Hoffman | Turbulent Forced Convection Heat Transfer in Circular Tubes Containing Sodium Hydroxide | |
| Bunt et al. | Developing a Low-Cost Instrumented Heat Transfer Apparatus for Measuring Thermal Conductivity Using Steady-State Methods | |
| RU2771997C1 (en) | Method for measuring specific thermal resistance and device for its implementation | |
| RU2329492C2 (en) | Method of complex determination of thermophysical properties of materials and method for its implementation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120922 |