Спосіб вимірювання витрати металевого розплаву на зливному жолобі

Реферат: Спосіб вимірювання витрати металевого розплаву на зливному жолобі подавальної установки в процесі дозованого заливання розплаву в металоприймач, шляхом визначення миттєвого значення сили, створеної масою розплаву на жолобі протягом заданого проміжку часу. В процесі лиття неперервно вимірюють пондеромоторну силу взаємодії магнітного поля електромагніта, установленого під жолобом, із розплавом на жолобі і використовують отриманий сигнал для автоматичного визначення витрати розплаву. UA 78412 U (54) СПОСІБ ВИМІРЮВАННЯ ВИТРАТИ МЕТАЛЕВОГО РОЗПЛАВУ НА ЗЛИВНОМУ ЖОЛОБІ UA 78412 U UA 78412 U 5 10 15 20 25 30 35 Корисна модель належить до вимірювальної техніки і може бути використаний в ливарному виробництві при дозованому заливанні металевих розплавів у метало приймачі, а також у металургійному виробництві в процесі неперервного лиття заготовок. Відомо спосіб вимірювання швидкості електропровідної рідини або електропровідного матеріалу [DE 19859009 (А1), B22D 11/16; G01P 3/50, опубл. 06.07.2000] на похилому жолобі подавальної установки шляхом визначення напруженості магнітного поля, створеного постійним магнітом чи електромагнітом, пропорційної швидкості рідини на жолобі. Недоліком цього способу є суттєвий вплив на результати вимірювань фізико-хімічних характеристик електропровідної рідини, а, особливо, металевих розплавів, що призводить до підвищення похибки вимірювань. Також відомо спосіб регулювання тиску при литті під низьким електромагнітним тиском [авт. свид. 1138238, SU, D22d 17/32 опубл. 07.02.1985, Бюл. № 5] системою індуктор-електромагніт, який полягає в тому, що зміну електромагнітного тиску здійснюють шляхом зміни напруги на електромагніті пропорційно силі його механічної реакції на пондеромоторну електромагнітну силу в активній зоні магнітодинамічної установки. Недоліком цього способу є низькі метрологічні показники при застосуванні його для вимірювання витрати розплаву, що обумовлено значною масою електромагніта, установленого на силовимірювальній платформі. Найбільш близьким до корисної моделі щодо технічної суті та досягнутого результату є спосіб вимірювання витрати рідких електропровідних середовищ у трубопроводах великого (13) (11) діаметра [Пат. 2002108501 А RU , G01F 1/58, опубл. 20.01.2004], який включає збудження знакоперемінного електромагнітного поля у потоці рідини, що контролюється, одним або кількома датчиками локальної швидкості, реалізованими у вигляді котушки збудження і системи електродів, розташованих на фіксованій глибині занурення, формування інформаційного сигналу по виміряній величині ЕРС, вимірювання площі поперечного перерізу трубопроводу, визначення середньої швидкості потоку і розрахунок об'ємної витрати рідини, причому розраховують фізичні параметри рідини: кінематичну в'язкість і число Рейнольдса, а також коефіцієнт швидкості не збудженого потоку. Недоліком прототипу є складність реалізації цього способу, особливо для вимірювання витрати металевого розплаву на зливному жолобі, а також недостатня точність і надійність процесу вимірювання витрати розплаву. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення точності і надійності процесу вимірювання витрати розплаву на зливному жолобі. Поставлена задача вирішується тим, що запропонований спосіб вимірювання витрати металевого розплаву на зливному жолобі подавальної установки в процесі дозованого заливання розплаву в металоприймач шляхом визначення миттєвого значення сили, створеною масою розплаву на жолобі протягом заданого проміжку часу, передбачає те, що в процесі лиття неперервно вимірюють пондеромоторну силу взаємодії магнітного поля електромагніта, установленого під жолобом, із розплавом на жолобі і використовують отриманий сигнал для автоматичного визначення витрати розплаву по формулі: 3 QFp   kф  Fp / 2  cг  Fp , 40   де Q Fp - витрата розплаву на жолобі, кг/с; 2 Fp - пондеромоторна сила, Н (кг·м/с ); k ф - коефіцієнт, який враховує фізичні властивості розплаву, геометричні параметри 2 45 1/2 жолоба (kр ≥ 1), с ·(м/кг) ; c г - постійна, яка враховує геометричні параметри жолоба, його положення відносно зливного носика металопроводу та фізичні властивості розплаву (с г ≥ 0), с/м;  2   в    b  2 1/2 ; c ·(м/кг) kф    3/2   g Sr  k m   2   в      b c г  2g H2  H3  sin  , с/м, g  Sr  k m де  в - коефіцієнт вертикального стиснення потоку   0,75  0,85 ;  - коефіцієнт бічного стиснення потоку, при h / b  1 ,   0,85  0,9 ;  - коефіцієнт швидкості   0,97 ; b - ширина зливного жолоба, м;  50  1 UA 78412 U 2 g - прискорення вільного падіння, м/с ; 3  - густина розплаву, кг/м ; S r - площа проекції дії електромагнітних сил електромагніта на горизонтальну площину 2 5 жолоба, м ; k m - коефіцієнт поправки на зміну об'єму взаємодії магнітного поля з розплавом в залежності від висоти потоку розплаву у жолобі над площиною Sr;  - коефіцієнт внутрішнього тертя потоку розплаву у жолобі (коефіцієнт в'язкості); H2 - перепад рівнів між зливним носиком металопроводу та жолобом, м; H3 - перепад рівнів у жолобі між його початком та закінченням (де здійснюється заливання 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 та зливання розплаву з жолоба), м;  - кут нахилу жолоба відносно горизонталі, рад. Запропонований спосіб дозволяє підвищити точність і надійність процесу вимірювання витрати металевого розплаву на зливному жолобі подавальної установки, наприклад магнітодинамічної завдяки безконтактному вимірюванню пондеромоторної сили взаємодії магнітного поля електромагніта з розплавом на жолобі. Суть корисної моделі пояснює креслення. На кресленні наведено структурно-функціональну схему пристрою, який реалізує спосіб вимірювання витрати металевого розплаву на зливному жолобі. Подавальний пристрій 1, наприклад, магнітодинамічна ливарна установка, має у своєму складі металопровід 2 із зливним носиком 3. Металевий розплав 4 з носика 3 надходить на зливний жолоб 5 і по ньому в металоприймач 6. Під жолобом 5 розміщено електромагніт 7, котушка якого закріплена на нерухомій основі, а сердечник 8 з'єднаний з силовим входом силовимірювального тензорезисторного датчика 9 також закріпленого на нерухомій основі. Між сердечником 8 і жолобом 5 передбачено невеликий (1-2 мм) повітряний зазор, а вісь сердечника 8 є перпендикулярною поздовжній осі жолоба 5. Вихід датчика 9 через підсилювач 10 і аналогоцифровий перетворювач 11 з'єднано з входом мікропроцесорного блока 12 з клавіатурою 13 та цифровим індикатором 14 миттєвого значення витрати розплаву 4 на жолобі 5. Живлення електромагніта 7 здійснюють від блока 15 живлення, підключеного до мережі змінного струму напругою 220 В і частотою 50 Гц та до блока 16 управління. Вихід блока 12 підключений до системи автоматичного управління (САУ) процесом заливання розплаву 4 по жолобу 5 у металоприймач 6 із подавального пристрою 1 у дискретному чи неперервному режимах (на схемі не показано). Процес вимірювання витрати металевого розплаву на зливному жолобі подавального пристрою відбувається наступним чином. У вихідному стані подавальний пристрій 1 і витратовимірювальна схема знаходяться в очікувальному режимі, а на індикаторі 14 висвітлені нулі в усіх розрядах. Після вмикання подавального пристрою 1 розплав 4 по металопроводу 2 з носика 3 починає надходити на жолоб 5 і з нього в металоприймач 6. Як тільки розплав 4 на жолобі 5 досягає сердечника 8 електромагніта 7 виникає пондеромоторна сила Fp, яка є результатом взаємодії магнітного поля електромагніта 7 з розплавом 4 на жолобі 5. Ця сила пропорційна миттєвому значенню маси об'єму розплаву, охопленого магнітним полем електромагніта 7 у площині, перпендикулярній потоку розплаву 4 на жолобі 5 і діє через повітряний зазор між сердечником 8 і жолобом 5 на силовий вхід датчика 9. Вихідний сигнал Um(t) датчика 9, пропорційний миттєвому значенню маси об'єму розплаву, охопленого магнітним полем електромагніта 7, через підсилювач 10 і аналого-цифровий перетворювач 11 надходить у мікропроцесорний блок 12, де по спеціальній програмі, в якій задіяна вищенаведена формула, формується сигнал Q(Fp), який відображається на цифровому індикаторі 14 і використовується в САУ для управління процесом заливання розплаву по жолобу 5 у металоприймач 6 в дискретному або неперервному режимах. Необхідною умовою якісної роботи цього пристрою, який реалізує запропонований спосіб вимірювання витрати металевого розплаву на зливному жолобі, є дотримання температури розплаву вище точки Кюрі для даного сплаву. Таким чином, запропонований спосіб, на відміну від прототипу та інших аналогів, дає змогу одержати новий технічний результат, виражений у підвищенні точності і надійності вимірювання витрати розплаву на зливному жолобі, за рахунок відсутності механічного зв'язку між силовимірювальним датчиком і зливним жолобом, що позитивно впливає на собівартість ливарної продукції. 2 UA 78412 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Спосіб вимірювання витрати металевого розплаву на зливному жолобі подавальної установки в процесі дозованого заливання розплаву в металоприймач, шляхом визначення миттєвого значення сили, створеної масою розплаву на жолобі протягом заданого проміжку часу, який відрізняється тим, що в процесі лиття неперервно вимірюють пондеромоторну силу взаємодії магнітного поля електромагніту, установленого під жолобом, із розплавом на жолобі і використовують отриманий сигнал для автоматичного визначення витрати розплаву по формулі: 3 QFp   k  Fp / 2  c г  Fp , де Q - витрата розплаву на жолобі, кг/с; Fp - пондеромоторна сила, Н; k - коефіцієнт, який враховує фізичні властивості розплаву (k≥1), с2·(м/кг)1/2; c г - постійна, яка враховує геометричні параметри жолоба та його положення відносно 15 зливного носика металопроводу та фізичні властивості розплаву с≥0, с/м. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3