Спосіб визначення вмісту водню у рідких алюмінієвих сплавах

Реферат: Винахід належить до ливарного виробництва Спосіб визначення вмісту водню у рідких алюмінієвих сплавах під час їх вакуумної обробки у вакуумній магнітодинамічній установці включає реєстрацію початкового та поточного значення величини електричного струму у первинному колі індуктора вакуумної магнітодинамічної установки, причому поточне кількісне значення вмісту водню визначають за номограмами залежно від різниці між величиною електричного струму у первинному колі індуктора магнітодинамічної установки, що реєструють перед початком вакуумної обробки сплаву, та поточним значенням струму у процесі вакуумної обробки. Спосіб дозволяє оперативно кількісно визначити вміст водню у рідкому алюмінієвому сплаві без переривання процесу його вакуумної обробки у вакуумній магнітодинамічній установці. UA 115590 C2 (12) UA 115590 C2 UA 115590 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до ливарного виробництва та металургії легких сплавів та може бути використаний для приготування ливарних та деформівних алюмінієвих сплавів. Відомий спосіб визначення вмісту водню у рідкому металі за виділенням з нього у вакуумі перших бульбашок водню [1]. Суть способу полягає у залежності кількості розчиненого водню у рідкому металі від парціального тиску водню у газовій фазі над металом. Недоліком цього способу є зниження продуктивності процесу приготування сплаву з огляду на необхідність відбирання проби рідкого металу та проведення аналізу з визначення вмісту водню, що займає 8-10 хвилин. У разі незадовільних результатів аналізу процес вакуумного рафінування поновлюється. Така процедура проведення аналізу не дозволяє оперативно визначати вміст водню у сплаві в процесі його приготування. Відомий спосіб оперативного визначення вмісту водню у рідкому металі за допомогою занурюваного у розплав щупа з датчиком [2]. Недоліком цього способу є низька стійкість щупа до впливу розплавленого металу, що становить лише 20 годин безперервного перебування у розплаві. Найбільш близьким за технічною суттю (прототипом) до запропонованого винаходу є спосіб обробки металу в індукційній канальній печі [3], який передбачає попередню реєстрацію величини струму у первинному колі індуктора індукційної канальної печі перед початком вакуумної обробки сплаву і припинення процесу вакуумної обробки при досягненні струмом значення, близького або рівного попередньо зареєстрованому. Проте, цей спосіб передбачає лише визначення моменту, коли вакуумне рафінування сплаву може бути завершене і не дає можливості кількісного визначення вмісту водню у рідкому сплаві у процесі вакуумної обробки. Задача винаходу - можливість оперативного кількісного визначення вмісту водню у рідкому алюмінієвому сплаві без переривання процесу його вакуумної обробки у вакуумній МГДустановці. Поставлена задача вирішується тим, що у пропонованому способі визначення вмісту водню у рідкому алюмінієвому сплаві під час його вакуумної обробки у вакуумній МГД-установці згідно з винаходом, поточне кількісне значення вмісту водню визначається за номограмами залежно від різниці між величиною електричного струму у первинному колі індуктора магнітодинамічної установки, зареєстрованого перед вакуумною обробкою сплаву (початкове значення струму Іпочат), та поточним значенням струму у процесі вакуумної обробки (І поточ). Фізична суть процесів, покладених в основу пропонованого способу така: під час вакуумної обробки рідкого металу бульбашки водню, які утворюються в його об'ємі, значно збільшують активний опір рідкометалевого витка, який у магнітодинамічній установці є вторинною обмоткою індуктора. Відповідно зменшується струм у первинному колі індуктора. У процесі вакуумної обробки бульбашки водню видаляються зі сплаву, активний опір рідкометалевого витка знижується, а струм у первинному колі індуктора збільшується, досягаючи значення, близького або рівного Іпочат (фіг. 1). Методика побудови номограм для оперативного визначення вмісту водню в алюмінієвих сплавах полягає у наступному: 1) зі сплаву, що знаходиться у вакуумній магнітодинамічній установці, відбирається проба рідкого металу для визначення початкового вмісту водню методом першої бульбашки на установці Дардела-Гудченка [1]; 3 2) за відомою методикою [4, с. 97] сплав насичується воднем до рівня ~0,6 см /100 г. 3) реєструється значення сили струму у первинному колі індуктора магнітодинамічної установки (Іпочат); 4) у вакуумній камері магнітодинамічної установки створюється залишковий тиск 0,133 кПа; 5) ведеться спостереження за приладом, який реєструє зміни струму у первинному колі індуктора магнітодинамічної установки. Коли величина струму досягне мінімуму і значення почнуть збільшуватись, проводяться безпосередні заходи з отримання даних для побудови номограм, а саме: 5.1) через спеціальну шлюзову камеру, яка дозволяє відбирати проби рідкого металу під вакуумом, береться проба металу для визначення вмісту водню методом вакуум-плавлення [5]; 5.2) одночасно з відбиранням проби рідкого металу оператором реєструється числове значення електричного струму у первинному колі індуктора магнітодинамічної установки (І поточ); 5.3) через кожні 3-4 хвилини дії, описані у п.5.1 та 5.2, повторюються доти, поки струм у первинному колі індуктора не досягне значення, рівного або близького до І почат. 6) за отриманими даними Іпоточ та відповідними їм значенням вмісту водню у сплаві 3 будується графік в осях координат "вміст водню [Н 2], см /100 г" та "І=Іпочат-Іпоточ, А", який може слугувати у подальшому номограмою для оперативного визначення вмісту водню в процесі 3 вакуумного рафінування сплаву при початковому вмісті водню у ньому 0,6 см /100 г; 1 UA 115590 C2 5 10 15 20 25 30 35 7) аналогічним чином будуються номограми для оперативного визначення вмісту водню при 3 початковому його вмісті у сплаві відповідно 0,5, 0,4 та 0,3 см /100 г. 8) для кожного конкретного сплаву будується окрема серія номограм. Реалізація способу була здійснена у вакуумній магнітодинамічній установці (Фіг. 2) з корисною ємністю тигля 300 кг на алюмінієвому сплаві В93пч (ОСТІ 90026-80) при температурі 1000 K. Установка складається з тигля 1, з'єднаного з П-подібним горизонтальним каналом 2. Канал охоплює індуктор 3 з котушкою 4 та електромагніт 5 з котушками 6. Виток рідкого металу у каналі та тиглі установки є вторинною обмоткою індуктора. Тигель, канал, індуктор та електромагніт розміщені у вакуумній камері 7. Система створення вакууму та амперметр, який вимірює величину електричного струму індуктора, умовно не показані. Приготування сплаву здійснюють наступним чином: у тигель заливають розплавлений алюміній, на котушки індуктора та електромагніта подається регульована напруга змінного струму, внаслідок чого у магнітопроводі індуктора утворюється змінний магнітний потік, який індукує у рідкому металі кільцевого П-подібного горизонтального каналу електричний струм. При цьому відбувається нагрівання металу до заданої температури та його електромагнітне перемішування. Швидкість нагрівання залежить від величини індукованого струму у рідкому металі, а інтенсивність електромагнітного перемішування - від величини напруги, поданої на котушки електромагніта. У рідкий алюміній завантажують легуючі елементи та розчиняють їх. Наступні дії відбуваються згідно методики, наведеної вище. За отриманими даними була побудована серія номограм для оперативного визначення вмісту водню у сплаві В93пч при його приготуванні у вакуумній магнітодинамічній установці залежно від початкового вмісту водню у сплаві (Фіг. 3). При апробації пропонованого способу було проведене визначення вмісту водню у сплаві В93 за отриманими номограмами. Перед початком вакуумної обробки реєстрували початкове значення електричного струму у первинному колі індуктора магнітодинамічної установки, а також відбирали проби металу для визначення початкового вмісту водню у сплаві за методом 3 першої бульбашки. Для цієї конкретної плавки початковий вміст водню складав 0,42 см /100 г, тому для оперативного визначення вмісту водню у процесі вакуумної обробки застосовувалася номограма № 2. Вакуумна обробка металу проводилась при залишковому тиску у вакуумній камері 0,133 кПа. На 10-й, 15-й, 20-й і 25-й хвилинах вакуумної обробки відбирали проби металу для визначення вмісту водню методом вакуум-плавлення і одночасно з цим реєстрували числове значення електричного струму у первинному колі індуктора магнітодинамічної установки. За величиною І=Іпочат-Іпоточ по номограмі № 2 визначали поточний вміст водню у сплаві. Результати визначення вмісту водню за номограмою та відповідні їм результати, отримані методом вакуум-плавлення, наведені у таблиці. Таким чином, запропонований спосіб визначення вмісту водню дає змогу отримати новий технічний ефект, виражений у можливості оперативного кількісного визначення вмісту водню у рідкому алюмінієвому сплаві без переривання процесу його вакуумної обробки у вакуумній магнітодинамічній установці. 40 Таблиця Результати визначення вмісту водню у рідкому алюмінієвому сплаві В93пч під час його приготування у вакуумній магнітодинамічній установці 3 Тривалість вакуумування, хвилин 10 15 20 25 * 45 Вміст водню, см /100 г визначений згідно з визначений методом винаходом вакуум-плавлення 0,31 0,33 0,22 0,24 0,12 0,13 0,08 0,09 Похибка*, % 6,1 8,3 7,7 11,1 - у порівнянні з методом вакуум-плавлення Джерела інформації: 1. ГОСТ 21132.0-75 Алюминий и сплавы алюминиевые. Метод определения содержания водорода в жидком металле. 2. Новый метод контроля содержания водорода в алюминиевых сплавах. А. Фрешер, Э. Мур // Литейщик России. - 2007. - № 5. - с. 25-28. 2 UA 115590 C2 5 3. А. с. 1376695 СССР, МПК F27D 11/06 Способ обработки металла в индукционной канальной печи / Л.П. Пужайло, В.И. Дубоделов, О.А. Ермачков. - № 4100288/31-02, Заявл. 31.07.86; Зарегистр. 22.10.87. 4. Рафинирование алюминиевых сплавов в вакууме / Альтман М.Б., Глотов Е.Б., Рябинина P.M., Смирнова Т.И. - М.: Металлургия. - 1970. - 160 с. 5. ГОСТ Р50965-96 Алюминий и сплавы алюминиевые. Метод определения водорода в твердом металле. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 Спосіб визначення вмісту водню у рідких алюмінієвих сплавах під час їх вакуумної обробки у вакуумній магнітодинамічній установці, який включає реєстрацію початкового та поточного значення величини електричного струму у первинному колі індуктора вакуумної магнітодинамічної установки, який відрізняється тим, що поточне кількісне значення вмісту водню визначають за номограмами залежно від різниці між величиною електричного струму у первинному колі індуктора магнітодинамічної установки, що реєструють перед початком вакуумної обробки сплаву, та поточним значенням струму у процесі вакуумної обробки. 3 UA 115590 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4