Инновационные технологии экспрессного контроля температуры и химического состава железоуглеродистых сплавов
Выполнен анализ известных методов и средств экспрессного контроля температуры и химического состава сплавов в металлургии. Определены недостатки известных решений. Для устранения указанных недостатков созданы усовершенствованные технологии экспресс-контроля температуры и химического состава чугунов...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Металл и литье Украины |
|---|---|
| Дата: | 2018 |
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2018
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/166597 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Инновационные технологии экспрессного контроля температуры и химического состава железоуглеродистых сплавов / Л.Ф. Жуков, А.Л. Гончаров, Д.А. Петренко, Э.В. Захарченко, Е.А. Сиренко // Металл и литье Украины. — 2018. — № 11-12 (306-307). — С. 43-53. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859595287329243136 |
|---|---|
| author | Жуков, Л.Ф. Гончаров, А.Л. Петренко, Д.А. Захарченко, Э.В. Сиренко, Е.А. |
| author_facet | Жуков, Л.Ф. Гончаров, А.Л. Петренко, Д.А. Захарченко, Э.В. Сиренко, Е.А. |
| citation_txt | Инновационные технологии экспрессного контроля температуры и химического состава железоуглеродистых сплавов / Л.Ф. Жуков, А.Л. Гончаров, Д.А. Петренко, Э.В. Захарченко, Е.А. Сиренко // Металл и литье Украины. — 2018. — № 11-12 (306-307). — С. 43-53. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Металл и литье Украины |
| description | Выполнен анализ известных методов и средств экспрессного контроля температуры и химического состава сплавов в металлургии. Определены недостатки известных решений. Для устранения указанных недостатков созданы усовершенствованные технологии экспресс-контроля температуры и химического состава чугунов и углеродистых сталей. Методы и средства измерений температуры снижают время и стоимость температурного контроля, а также повышают его экспрессность в 1,5–4,0 раза. Установка термоэлектрического экспресс-анализа обеспечивает по ходу плавки контроль массового содержания С, Si и Mn в чугуне с абсолютной погрешностью не более 0,1 %. В установке термографического экспресс-анализа применена погружная пробница инновационной конструкции, а также реализован метод сравнения форм термограмм охлаждения, основанный на статистической обработке первичной термографической информации.
Виконано аналіз відомих методів та засобів експресного контролю температури і хімічного складу сплавів у металургії. Визначено недоліки відомих рішень. Для усунення вказаних недоліків створено удосконалені технології експрес-контролю температури і хімічного складу чавунів та вуглецевих сталей. Методи і засоби вимірювань температури знижують час та вартість температурного контролю, а також підвищують його експресність в 1,5–4,0 рази. Установка термоелектричного експрес-аналізу забезпечує по ходу плавки контроль масового вмісту С, Si та Mn в чавуні з абсолютною похибкою не більше 0,1 %. В установці термографічного експрес-аналізу застосовано заглибну пробницю інноваційної конструкції, а також реалізовано метод порівняння форм термограм охолодження, який ґрунтується на статистичній обробці первинної термографічної інформації.
The analysis of known methods and means of temperature and chemical composition express control in metallurgy is performed. Disadvantages of known solutions are determined. To exclude mentioned disadvantages improved technologies for express-control of cast irons and steels temperature and chemical composition are created. The methods and means of temperature measurements decrease time and cost of temperature control, as well as increase its expressity in 1.5–4.0 times. The set of thermoelectric express-analysis provides control of C, Si and Mn weight content in cast iron, during melting, with absolute error not bigger than 0.1 %. In the set for thermographic express-analysis new immersion probe device is applied. Also in this set the method of cooling thermal curves form comparison is implemented. The method is based on statistical processing of primary thermographic information.
|
| first_indexed | 2025-11-27T20:37:36Z |
| format | Article |
| fulltext |
43ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2018. № 11-12 (306-307)
При этом контроль температуры и химическо-
го состава должен выполняться экспрессно по ходу
плавки, что дает возможность управлять технологи-
ческими процессами в режиме реального времени.
Чем меньше времени будет занимать контроль, тем
он эффективнее.
Требованию экспрессности наиболее полно
удовлетворяет непрерывный температурный кон-
троль, обеспечивающий оперативное управление
процессами плавки, обработки и разливки метал-
лических сплавов. Так, непрерывный термокон-
троль технически и экономически целесообразен
на большегрузных металлургических печах и агре-
гатах. В свое время технологии непрерывного бес-
контактного и световодного контроля температуры
были внедрены на предприятиях Украины, стран
СНГ, Германии, США, Японии, Ирана и Болгарии
с высоким (около 2 млн USD) технико-экономиче-
ским эффектом [2].
Сейчас в отечественном литейном производстве
доминируют печи и агрегаты малой емкости. Поэтому,
в этих условиях наиболее экономически обоснован
периодический контроль температуры переносными
Д
ля стабильного производства металлопродукции
с заданными свойствами при минимально воз-
можных ресурсозатратах, необходимо, прежде
всего, обеспечить оптимальные температурные
режимы процессов получения, обработки и разлив-
ки жидкого металла. Поэтому не случайно термо-
контроль в структуре метрологического обеспечения
наиболее показательных японских литейных пред-
приятий занимает около 30 % [1]. Кроме того, очень
важно залить металл в форму не только, например, с
требуемой температурой, а также и с регламентиру-
емым стандартами химическим составом. Например,
в случае отливок из серого чугуна обычных конструк-
ционных марок необходимо выдерживать массовое
содержание С, Si и Mn в соответствии с табл. 1.
Для обеспечения требуемого уровня качества вы-
пускаемой металлопродукции и повышения эффек-
тивности производства также необходимо экспрессно
контролировать ряд технологических характеристик
и параметров, таких как степень модифицирования
и пористость металла, количество неметаллических
включений, объем усадочной раковины, протяжен-
ность границ зерен и т. д.
УДК 621.745.5.06./.07:536.5
Л.Ф. Жуков, д-р техн. наук, ст. науч. сотр., гл. науч. сотрудник
А.Л. Гончаров, канд. техн. наук, ст. науч. сотрудник
Д.А. Петренко, мл. науч. сотр., e-mail: dima-petrenko@meta.ua
Э.В. Захарченко, канд. техн. наук, ст. науч. сотрудник
Е.А. Сиренко, мл. науч. сотрудник
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, г. Киев, Украина
Инновационные технологии экспрессного контроля
температуры и химического состава железоуглеродистых
сплавов
Выполнен анализ известных методов и средств экспрессного контроля температуры и химического состава
сплавов в металлургии. Определены недостатки известных решений. Для устранения указанных недостатков
созданы усовершенствованные технологии экспресс-контроля температуры и химического состава чугунов и
углеродистых сталей. Методы и средства измерений температуры снижают время и стоимость температурного
контроля, а также повышают его экспрессность в 1,5–4,0 раза. Установка термоэлектрического экспресс-
анализа обеспечивает по ходу плавки контроль массового содержания С, Si и Mn в чугуне с абсолютной
погрешностью не более 0,1 %. В установке термографического экспресс-анализа применена погружная
пробница инновационной конструкции, а также реализован метод сравнения форм термограмм охлаждения,
основанный на статистической обработке первичной термографической информации.
Ключевые слова: температура, химический состав, железоуглеродистые сплавы, термоэлектрический
термометр, термоэлектрический сменный преобразователь, инструментальная погрешность,
термоэлектрический и термографический экспресс-анализ.
Таблица 1
Требования ГОСТ 1412-85 к химическому составу чугуна
Марка чугуна
Массовая доля элементов, %
С Si Mn P S
СЧ25 3,2–3,4 1,4–2,2 0,7–1,0 ≤ 0,2 ≤ 0,15
СЧ30 3,0–3,2 1,3–1,9 0,7–1,0 ≤ 0,2 ≤ 0,12
СЧ35 2,9–3,0 1,2–1,5 0,7–1,1 ≤ 0,2 ≤ 0,12
44 ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2018. № 11-12 (306-307)
модулей, что не всегда удобно в производственных
условиях. Предпочтительно, чтобы термометр был
выполнен в виде единого изделия, которое можно
оперативно перемещать между объектами темпера-
турного контроля.
Основным недостатком ТСП с картонной теплоза-
щитной гильзой является ограниченное количество
погружений (как правило, одно погружение). Это де-
лает экономически нецелесообразным их использо-
вание на печах малой емкости. Кроме того, конструк-
ция этих ТСП предполагает и допускает погружение
защищенного картонной теплозащитной гильзой
терморазъема в жидкий металл. При погружении в
жидкий металл терморазъем нагревается до высоких
температур, которые значительно повышают погреш-
ность измерений. Например, после последователь-
ных 3 погружений в жидкий металл с температурой
1600 °С абсолютная погрешность измерений дости-
гает 120 °С. Погрешность измерений также прямо
пропорционально возрастает за счет неизотермиче-
ского размещения контактов ТСП вдоль его оси [7].
К достоинствам ТСП типа ПТПР-2075 можно отне-
сти низкую инструментальную погрешность термоэ-
лектрического преобразователя типа ТПР (В). Но это
будет справедливо только при точном соблюдении
технологии изготовления ТСП, так как малейшие от-
клонения в геометрических размерах функциональ-
ных элементов приводят к потере однозначности из-
мерений температуры, а в худшем случае – к безвоз-
вратной порче ТСП [8]. К тому же, каждое измерение
сопровождается потерей драгоценных металлов, что
значительно удорожает эксплуатацию таких ТСП.
В ТСП многоразового погружения типа ПТВР-2
(также как и в одноразовом типа ПТВР-0688) для за-
щиты его термоэлектрического термометра исполь-
зована U-образная, ограничивающая верхний пре-
дел измерений до 1550 °С и количество погружений
до 3–5, тонкостенная кварцевая трубка. Кроме того, в
конструкции ТСП использованы выполненные из по-
лимерных низкотемпературных материалов элемен-
ты [7]. При излишней неконтролируемой выдержке
полимерные детали плавятся, ТСП выходит из строя
и зачастую вместе с терморазъемом. При этом в про-
цессе измерений исключается изотермичность раз-
мещенных по продольной оси контактов и свободных
концов термоэлектрического термометра ТСП, что
приводит к дополнительной погрешности измерений.
Тонкостенная с малым диаметром кварцевая трубка
ограничивает верхний предел измерений и не допу-
скает, даже незначительное, наличие шлака на по-
верхности термометрируемого расплава.
Указанные недостатки известных решений суще-
ственно ограничивают применение серийно произво-
димых средств экспрессного контроля температуры
металлических расплавов. Это приводит к росту по-
грешностей и стоимости измерений.
Для устранения перечисленных недостатков
ФТИМС НАН Украины был выполнен комплекс ис-
следований:
– влияния материалов и конструкции ТСП на вос-
производимость нагрева его рабочего контакта в ре-
гулярном тепловом режиме I рода;
термометрами с помощью термоэлектрических
сменных преобразователей (ТСП) погружения.
В Украине серийно производятся термоэлектри-
ческие термометры СКТР-0597, ТТЦ-103 (НПО «Тер-
моприбор»), предназначенные для работы с ТСП
различных типов [3]. В состав СКТР-0597 входит
погружной жезл с ТСП, вторичный измерительный
преобразователь (ВИП) и устройство сигнализации,
объединенные линией связи. ВИП и устройство сиг-
нализации монтируются стационарно на объекте
контроля. ТТЦ-103 является портативным прибором.
ООО «Техноцентрприбор» (Россия) выпуска-
ет портативные термометры ТЦП-1800П(S), ТЦП-
1800В, с которыми поставляются ТСП собственного
производства. К полустационарным термометрам
этой же компании относятся СКТР-1ВР-RS485, СКТР-
ПР(S), которые состоят из жезла с термоэлектриче-
ским сменным преобразователем, соединительного
кабеля, технологического измерителя-регулятора c
интерфейсом RS-485, преобразователя интерфей-
са для подключения к ПК и четырехразрядного циф-
рового табло. Стационарными термометрическими
системами являются КТ-5.2 и СКТР-П4к, причем по-
следняя позволяет вести многоканальную регистра-
цию температуры [4].
Известен термометр ТП-А 212П (ОАО «Обнинская
термоэлектрическая компания»), имеющий ориги-
нальную (поплавкового типа) конструкцию погружной
части термозонда. Такая конструкция предотвраща-
ет погружение ТСП в расплав на глубину, превыша-
ющую рабочую [5]. Компания Неraeus Electro-Nite
International (Бельгия) выпускает два типа термоэлек-
трических термометров для периодического термо-
контроля: портативный Digilance-4 и полустационар-
ный Digitemp [6].
Для измерений температуры металлических рас-
плавов в комплекте с термоэлектрическими термоме-
трами, в Украине выпускают ТСП разового погруже-
ния с картонной теплозащитной гильзой, в том числе
типов ПТПП-0788, ПТПР-0290 и ПТВР-0688, а также
ТСП многоразового погружения типа ПТВР-2 [3]. Кар-
тонные ТСП разового погружения также выпускают-
ся рядом зарубежных фирм, в том числе Heraeus
Electro Nite – типа Positerm, ОАО «Челябинский завод
«Теплоприбор» – типа ТПР/ТВР-2075, ТПР-2085 [7].
Для многоразового применения Heraeus Electro Nite
предлагает ТСП типа Maxi-Stik, Multi-Stik, XT, Multi-Tip
и другие [6].
Время измерения температуры расплава опреде-
ляется инерционностью ТСП, в комплекте с которым
работает термометр. Значительное время измере-
ния сокращает срок службы используемых ТСП. По-
вышается риск повреждения термозонда при погру-
жении его в расплав на чрезмерную (превышающую
рабочую) глубину. Следовательно, недостатком из-
вестных термометров является значительное время
выдержки ТСП в расплаве. Термометры, в которых,
благодаря малой термической инерции ТСП, вре-
мя измерения незначительно, рассчитаны на ТСП
одноразового погружения, что повышает стоимость
измерений. Некоторые термометры конструктивно
состоят из нескольких разнесенных в пространстве
45ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2018. № 11-12 (306-307)
– алгоритмов математической обработки резуль-
татов измерений термо-ЭДС ТСП в регулярном те-
пловом режиме I рода;
– метрологических характеристик разработанных
средств экспрессного температурного контроля.
В результате выполненных исследований разра-
ботаны средства экспрессного контроля температу-
ры металлических расплавов – переносной контакт-
ный термометр ТПК-05 (рис. 1) и термоэлектрический
сменный преобразователь штыревой ТСП-Ш [9].
Термометр включает ВИП (1), удлинительную
штангу (2), терморазъем (3) и ТСП (4). ВИП со-
стоит из корпуса (1.1), с размещенной в нем элек-
тронной платой и крышки (1.2). Клеммы для под-
соединения удлинительной штанги находятся под
крышкой корпуса на электронной плате. В корпу-
се также размещены выключатель питания (1.3),
4-разрядное светодиодное цифровое табло для
отображения результатов измерений и информа-
ционных сообщений (1.4), кнопка формирования
диалоговых команд (1.5) и универсальный разъ-
ем для подключения ПК и телефонной гарнитуры
(1.6). Технические характеристики термометра
ТПК-05 приведены в табл. 2.
Терморазъем ТПК-05 предназначен для работы с
термоэлектрическими сменными преобразователя-
ми ТСП-Ш.
Главным элементом электронной платы ВИП яв-
ляется микроконтроллер MSC1210Y4 производства
Texas Instruments, оснащенный 24-разрядным анало-
го-цифровым преобразователем (АЦП) [10].
Рассмотрим процедуру измерения температу-
ры ВИП. После усиления аналогового сигнала ТСП
и окончания аналого-цифрового преобразования
результат измерения термо-ЭДС записывается в
регистр памяти микроконтроллера. Затем к АЦП
подключается встроенный в микроконтроллер по-
лупроводниковый (диодный) сенсор температуры
свободных концов термоэлектрического термо-
метра ТСП (то есть клемм, к которым подключены
провода от ТСП). Полупроводниковый первичный
измерительный преобразователь имеет линейную
характеристику преобразования, чувствительность
375 мкВ/°С и при температуре 25 °С генерирует на-
пряжение 115 мВ [10]. Сигнал с диодного сенсора
оцифровывается АЦП и записывается в регистр
памяти. По собственной НСХ диодного сенсора вы-
числяется его температура, которая принимается
равной температуре свободных концов термоэлек-
трического термометра. Затем эта температура, в
соответствии с заданной НСХ термоэлектрического
термометра, пересчитывается в термо-ЭДС. Ком-
пенсация температуры свободных концов выполня-
ется путем программного суммирования термо-ЭДС,
соответствующей температуре диодного сенсора, и
термо-ЭДС термоэлектрического термометра. За-
тем микроконтроллер, в соответствии с заданной
обратной НСХ термоэлектрического термометра,
вычисляет результат измерения температуры и пе-
редает его на индикацию. Для отображения резуль-
татов измерений использовано табло из 4 семисег-
ментных светодиодных индикаторов, работающих в
режиме динамической индикации.
Передача измерительной информации в ПК осу-
ществляется с помощью последовательного интер-
фейса RS-232С. Выход для подключения соедини-
тельного кабеля интерфейса совмещен с выходом
для телефонной гарнитуры. Телефонная гарнитура
предназначена для звуковой сигнализации пользова-
теля о процессе измерения температуры.
Пользователь управляет ВИП с помощью кнопки,
длительность нажатия которой соответственно ин-
терпретируется микроконтроллером с целью выпол-
нения нужной команды.
Конструкция термометра ТПК-05Рис. 1.
Таблица 2
Технические характеристики термометра ТПК-05
Параметр Значение
Диапазон измерений, °С /
тип номинальной статической характеристики (НСХ)
термоэлектрического преобразователя
0–800 / ХК (L);
0–1300 / ХА (К)
0–1600 / ПП (S)
300–1800 / ПР (В)
0–1800 / ВР (А)-1, ВР (А)-2, ВР (А)-3
Рабочие условия эксплуатации: – температура 0–50 °С;
– массовая доля влаги 80 % при 50 °С
Количество хранимых в памяти ВИП измерений
110
Электропитание, В 4,5; постоянное напряжение
Масса ВИП без штанги, кг 1
46 ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2018. № 11-12 (306-307)
ВИП имеет два вида работы: «Измерения» и
«Сервис». Вид работы «Измерения» предполагает
два режима: автоматический и ручной. Автоматиче-
ский режим применяется только для ТСП-Ш. ВИП по
специальному алгоритму прогнозирует температуру
термодинамического равновесия рабочего контакта
термоэлектрического термометра и термометрируе-
мого расплава [9]. Ручной режим предназначен для
любых других ТСП. При этом время измерения тем-
пературы будет определяться термической инерцией
применяемого ТСП.
Вид работы «Сервис» позволяет просмотреть
10 последних результатов измерений температуры,
сформировать протокол измерений, объемом до 110
отсчетов, передать на ПК протокол измерений, за-
дать режим измерений, а также НСХ термоэлектри-
ческого преобразователя применяемого ТСП.
К преимуществам термометра ТПК-05 можно от-
нести портативную и эргономичную конструкцию,
минимизированное, благодаря алгоритму прогнози-
рования, время измерения температуры расплава,
возможность работы с ТСП многоразового погруже-
ния, наличие интерфейса для связи с ПК, а также
простоту управления с помощью одной кнопки.
Выполнены исследования инструментальной по-
грешности термометра ТПК-05 при различной тем-
пературе электронной платы его ВИП [9]. Основной
вклад в состав инструментальной погрешности вно-
сит полупроводниковый первичный измерительный
преобразователь температуры, измеряющий темпе-
ратуру свободных концов термоэлектрического тер-
мометра. При этом влияние погрешности первичного
измерительного преобразователя температуры на
инструментальную погрешность ТПК-05 будет раз-
личным для сигналов ТСП, соответствующим раз-
личным измеряемым температурам. Исследования
выполнены в диапазоне изменений термо-ЭДС, со-
ответствующем НСХ ВР (А)-1 (табл. 3), так как термо-
электрические термометры, применяемые в ТСП-Ш,
чаще всего имеют эту НСХ.
В соответствии с указанными в табл. 3 температу-
рами определены значения термо-ЭДС, подаваемые
на ВИП вместо реальных сигналов ТСП. Поскольку
входные сигналы были фиксированными, а измеря-
лась только температура окружающей ВИП среды,
вследствие термокомпенсации реальные проверяе-
мые температурные точки не соответствовали ука-
занным в табл. 3. Для точного соответствия нужно
было бы, в зависимости от температуры окружающей
среды, подбирать входной сигнал, который, с учетом
термокомпенсации, соответствовал бы указанным в
табл. 3 температурным точкам Tпр. Это внесло бы до-
полнительное усложнение в эксперимент. Диапазон
температур окружающей среды выбран с учетом ра-
бочих условий ТПК-05.
Исследования выполнялись на установке, включа-
ющей термостат с эталонным средством измерений
температуры (медный термометр сопротивления)
и источник постоянного напряжения, имитирующий
сигнал ТСП. Электронная плата ВИП помещалась в
термостат, после достижения термодинамического
равновесия между средой и платой эталонным сред-
ством измерений измерялась температура среды Tср
в термостате. Затем на плату подавался входной сиг-
нал U (Tпр, 0), и фиксировались показания табло. Та-
ким образом, перебирались все 5 проверяемых точек
по термо-ЭДС (см. табл. 3), после чего переходили к
следующей температуре среды Tср в термостате. Ис-
следования выполнены при 7 значениях Tср.
Инструментальная погрешность термометра
ТПК-05 определялась в соответствии с выражением:
∆Tи = Tизм − Tд = Tизм − f(U(Tс.к., 0) + U(TТЭТ, Tс.к.)),
где Tизм – измеренное термометром значение темпе-
ратуры; Tд – действительное значение температуры;
U(Tс.к., 0) – термо-ЭДС по НСХ ВР(А)-1, соответству-
ющая действительной температуре Tс.к.. свободных
концов термоэлектрического термометра, измерен-
ной эталонным средством измерений; в услови-
ях термодинамического равновесия в термостате
Tс.к. = Tср; U(TТЭТ, Tс.к.) = U(Tпр, 0) – термо-ЭДС термо-
электрического термометра, генерируемая при тем-
пературе TТЭТ его рабочего контакта и температуре
Tс.к. его свободных концов; в условиях эксперимента
равна фиксированному входному сигналу в соответ-
ствии с табл. 3.
Зависимости инструментальной погрешности тер-
мометра ТПК-05 от температуры среды в термоста-
те для различных входных сигналов приведены на
рис. 2.
Как видно из рис. 2, в точках -3,9, 20,4 и 30,5 °С ин-
струментальные погрешности близки для всех вход-
ных сигналов. В остальных точках они существенно
отличаются, причем в крайних точках заметен рост по-
грешности с возрастанием входного сигнала. Встро-
енный в микроконтроллер первичный измерительный
преобразователь температуры свободных концов
термоэлектрического термометра имеет наимень-
шую погрешность в диапазоне температур от 20 до
30 °С. Влияние погрешности измерения температуры
Таблица 3
Входные сигналы, подаваемые на ВИП
Температура, Tпр, °С 262 860 1344 1540 1736
Термо-ЭДС U (Tпр, 0), мВ 3,880 13,207 21,201 23,825 26,246
Зависимости инструментальной погрешности тер-
мометра ТПК-05 от температуры среды в термостате для
различных входных сигналов
Рис. 2.
47ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2018. № 11-12 (306-307)
встроенным сенсором увеличивается с возрастани-
ем уровня входного сигнала. Это обусловлено умень-
шением чувствительности термоэлектрического пре-
образователя с НСХ ВР (А)-1 при росте температуры.
Для работы в комплекте с термометром ТПК-05
предназначен термоэлектрический сменный преоб-
разователь штыревой ТСП-Ш (рис. 3) [11, 12].
Терморазъем является элементом, обеспечива-
ющим передачу первичной измерительной инфор-
мации от ТСП-Ш к ВИП и механическую фиксацию
ТСП-Ш на удлинительной штанге термометра. На-
ружная стенка терморазъема состоит из тонкостен-
ных стальных крышки 1 и корпуса 2, соединяющихся
посредством резьбового соединения 3. Внутренняя
стенка 4 терморазъема представляет собой сталь-
ной цилиндр. С целью теплоизоляции от рабочей
среды кольцевой зазор между наружной и внутрен-
ней стенками терморазъема заполнен каолиновой
ватой 5. Также в терморазъеме расположены ма-
трицы штыревого разъема 6, электроизоляционная
втулка 7, узел штыревых матриц 8 и удлинительные
(компенсационные) провода 9. Термоэлектрический
термометр 10 электроизолирован трубкой 11 и раз-
мещен в защитном наконечнике 12, который герме-
тично связан с корпусом 13 и установлен в нем на
глубине h, равной 1,5–2,5 наружным диаметрам за-
щитного наконечника. Рабочий контакт 14 термоэлек-
трического термометра удален от торца электроизо-
лирующей трубки 11 на расстояние L, равное 10–50
диаметров его термоэлектродов. Термоэлектроды и
рабочий спай термометра 10 окислены или снабже-
ны специальным покрытием 15. Соединения штыре-
вых контактов 16 с термоэлектродами термометра
10 имеют клеевое покрытие 17. В рабочем состоянии
штыревые контакты 16 размещены в матрицах шты-
ревого разъема 6, которые запрессованы в электро-
изоляционную втулку 7 узла штыревых матриц 8.
Данный узел жестко закреплен между корпусом 2 и
внутренней стенкой 4 терморазъема. Соединения
удлинительных (компенсационных) проводов 9 с ма-
трицами штыревого разъема 6 снабжены клеевым
покрытием 18.
Процесс изготовления ТСП-Ш включает следую-
щие этапы [9]:
– изготовление термоэлектрической вставки,
– формовку защитного корпуса;
– сушку;
– проверку работоспособности и определение по-
лярности штыревых контактов.
Перечень материалов, применяемых при из-
готовлении ТСП-Ш, приведен в табл. 4. В качестве
термоэлектродов допускается применять проволоку,
соответствующую термоэлектрическим преобразова-
телям, НСХ которых указаны в табл. 2.
Термоэлектрическая вставка собирается в следу-
ющей последовательности:
1. Изготавливается рабочий конец термоэлектри-
ческого преобразователя путем скручивания (5–7
витков) термоэлектродов.
2. Рабочему концу придается форма эллипса, боль-
шой диаметр которого равен 10 мм, а малый – 3 мм.
3. Свободные концы термоэлектродов продевают-
ся в электроизолятор.
4. Вышедшие из электроизолятора термоэлектро-
ды присоединяются к медным штыревым контактам.
Длина заготовки для штыревого контакта составляет
40 мм, причем один ее конец затачивается под конус,
а другой, длиной 5 мм, загибается на 180 °, образуя
зажим для термоэлектрода.
5. После присоединения термоэлектродов к мед-
ным штыревым контактам и обжатия соединения, это
соединение покрывается электропроводным лаком и
термостойким клеем.
Формовка защитного корпуса ТСП-Ш выполняется
в специальной стальной пресс-форме, рассчитанной
на 10 преобразователей [9]. При этом необходимо
Термоэлектрический сменный преобразователь
штыревой ТСП-Ш: а – внешний вид; б – конструкция ТСП-Ш
и терморазъема термометра ТПК-05
Рис. 3.
Таблица 4
Материалы, применяемые при изготовлении ТСП-Ш
№ п/п Наименование
1. Наконечник из кварцевого стекла, диаметром 9 мм, длиной 100 мм (ГОСТ 19908-90)
2. Термоэлектрическая проволока диаметром 0,1; 0,15; 0,2 мм, длиной 160 мм
3. Муллитокремнеземистый двухканальный электроизолятор (соломка) диаметром 3,0–3,5 мм, длиной 115 мм
4. Медная проволока диаметром 1,8 мм, длиной 80 мм
5. Цемент М500
6. Песок речной просеянный
7. Термостойкий, электропроводный лак
8. Термостойкий, влагостойкий клей (например, КЛ А35 или КМХ-2)
ба
48 ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2018. № 11-12 (306-307)
соблюдать следующую последовательность дей-
ствий:
1. Приготовить формовочную смесь (1 часть пе-
ска; 2 части цемента).
2. После тщательного перемешивания смеси за-
лить ее водой, перемешать и дать отстоятся 15 минут
(в течение этого времени рабочие поверхности дета-
лей пресс-формы протирают машинным маслом).
3. В отверстия фишек вложить медные штыревые
контакты, затем соединить одна с другой половинки
пресс-формы путем затягивания соответствующих
болтовых соединений.
4. Формовочную смесь после выдержки переме-
шать, при необходимости добавить воды.
5. Уложить формовочную смесь в пресс-форму до
верхнего среза.
6. Рабочий конец термоэлектрического преобра-
зователя и электроизолятор, выступающие над верх-
ним срезом пресс-формы, закрыть кварцевым нако-
нечником. После частичного затвердевания, смесь
утрамбовать. В пресс-форме ТСП-Ш должны нахо-
дится 20–30 часов.
Сушка вынутых из пресс-формы ТСП-Ш предпола-
гает выдержку их во влажной атмосфере в течение 48
часов, выдержку при комнатных условиях в течение
24 часов, а также выдержку в сушильном шкафу (му-
фельной печи) при температуре 120–150 °C в течение
20–30 часов. После этого, с помощью мультиметра,
проводится контроль работоспособности ТСП-Ш и
определение полярности их штыревых контактов.
Инструментальная погрешность ТСП-Ш опреде-
ляется погрешностью применяемого в нем термо-
электрического преобразователя и соответствует
требованиям ДСТУ EN 60584-1:2016.
При испытаниях в производственных условиях
установлено, что ТСП-Ш с термоэлектрическим пре-
образователем типа ТВР обеспечивает измерение
температуры железоуглеродистых расплавов в диа-
пазоне от 600 до 1650 °С. Доказано, что на сталях Гад-
фильда количество погружений на глубину 73–75 мм,
при длительности измерений 7–10 с, достигает 15–20
[7]. Предложенные конструкция и материалы ТСП-Ш,
а также терморазъема существенно уменьшают вре-
мя установления термодинамического равновесия
между рабочим контактом и термометрируемым
расплавом и, следовательно, продолжительность
каждого измерения температуры. За счет этого уве-
личивается количество измерений одним преобразо-
вателем и снижается их стоимость. При этом за счет
ускорения установления термодинамического равно-
весия, исключения проникновения воздуха в полость
защитного наконечника, повышения изотермичности
соединений термоэлектродов термоэлектрическо-
го термометра со штыревыми контактами и матриц
штыревого разъема с удлинительными (компенсаци-
онными) проводами, а также обеспечения герметич-
ности и влагостойкости этих соединений, снижается
погрешность измерений температуры.
При получении, обработке и разливке жидкого ме-
талла, кроме температуры, также необходимо экс-
прессно контролировать и выдерживать в требуемых
пределах его химический состав и связанные с ним па-
раметры. В структуре метрологического обеспечения
металлургических предприятий с высокой культурой
производства контроль химического состава составля-
ет 5–6 % [1]. Для анализа химического состава метал-
лических сплавов в лабораторных и производствен-
ных условиях применяются химические, термографи-
ческие, микрорентгеноспектральные и спектральные
технологии, перечисленные в порядке снижения точ-
ности измерений [13]. Наиболее перспективными для
экспрессного контроля химического состава металли-
ческих сплавов являются термоэлектрические и тер-
мографические технологии. ФТИМС НАН Украины на-
коплен многолетний опыт по их усовершенствованию
с целью повышения точности измерений, а также рас-
ширения области применения этих технологий.
Основными производителями термоэлектриче-
ских технологий экспресс-контроля являются «Та-
мис» (Россия) и «Netzsch» (Германия). Технологии
основаны на зависимостях термоэлектрических ха-
рактеристик железоуглеродистых сплавов в контакте
с медным горячим электродом от химического со-
става сплавов. К наиболее существенным недостат-
кам этих технологий относят использование медных
горячих электродов, разовые, без статистической
обработки, измерения термо-ЭДС, что снижает ме-
трологические характеристики экспресс-анализа.
Существующие решения не обеспечивают надежный
контроль содержания Mn в чугунах и сталях.
Для экспресс-контроля химического состава также
широко используются термографические технологии
«Heraeus Electro-Nite International» (Бельгия), «L&N
Metallurgical products Co.», «Metlab Systems & Foundry
Information Systems», «Minco», «Elkem Metals» (США),
«ITACA Thermal Analysis» и «ProService Technologies»
(Италия), «Nova Cast» (Швеция), «Toshiba» (Япония).
Термографический регрессионный анализ железоу-
глеродистых сплавов проводится только по кривым
охлаждения образцов, то есть по температурам
фазовых превращений «ликвидус» и «солидус». Он
обычно ограничивается определением содержания
C и Mn, а также расчетом углеродного эквивалента.
При этом точность измерений содержания C не до-
стижима для других известных методов экспресс-
анализа, а по Si не удовлетворяют требованиям
производства. Поэтому на практике термографиче-
ские установки перечисленных производителей ис-
пользуются только для определения содержания С.
Стоимость одного анализа составляет около 10 USD.
Значительные погрешности контроля содержания Mn
в железоуглеродистых сплавах стимулируют разра-
ботку новых алгоритмов обработки первичной изме-
рительной информации в термографии. В 2013 году
появились публикации из КНР об успешном исполь-
зовании термографического анализа для контроля
химического состава сплавов методом сравнения [9].
Для повышения метрологических характеристик и
экспрессности, а также снижения стоимости контро-
ля химического состава чугунов и углеродистых ста-
лей, был выполнен комплекс исследований:
– термоэлектрических характеристик железоугле-
родистых сплавов в контакте с другими металличе-
скими материалами при различных температурах;
49ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2018. № 11-12 (306-307)
– влияния условий изготовления образцов для
термоэлектрического анализа на воспроизводимость
и однородность их металлографической и термо-
электрической структуры;
– влияния условий термографического экспресс-
анализа железоуглеродистых сплавов методом срав-
нения на критерий распознавания их термограмм ох-
лаждения.
В результате проведенных исследований разра-
ботаны алгоритмы, методы и средства термоэлек-
трического и термографического экспресс-анализа
химического состава чугуна.
Устройство установки УТЭА-Ч для термоэлектри-
ческого экспресс-анализа химического состава чугу-
нов представлено на рис. 4 [14].
Принцип работы установки основан на зависимо-
стях термо-ЭДС образцов серого, белого и пестрого
чугуна в контакте с горячим термоэлектродом от мас-
сового содержания в них С, Si и Mn.
Установка состоит из термоэлектрического моду-
ля (ТМ) и ВИП. ТМ включает горячий 1 и холодный
2 электроды, размещенные в термостатах 3 и 4 со-
ответственно повышенной и комнатной температур.
Между электродами находится образец 5 в подложке
6. В контактирующие с образцом части электродов
установлен дифференциальный термоэлектриче-
ский термометр 7, подключенный ко входу регулято-
ра температуры 8, выход которого подключен к на-
гревателю термостата 9. Подвижный электрод снаб-
жен пружинным регулятором усилия прижатия 10.
Измерительная термоэлектрическая цепь «горячий
электрод – образец – холодный электрод» замыкает-
ся через входную цепь ВИП.
Горячий электрод нагревается до рабочей тем-
пературы, которая измеряется дифференциальным
термоэлектрическим термометром и поддерживается
регулятором температуры. Регулятор температуры
реализован в ВИП. Подготовленный для измерений
образец устанавливается в подложку, и к его противо-
положным торцам прижимаются горячий и холодный
электроды, постоянство усилия прижатия которых
обеспечивается пружинным регулятором. Термо-ЭДС
образца измеряется и сохраняется в памяти ВИП.
Затем образец проворачивается в подложке вокруг
своей оси на некоторый угол и операция измерения
повторяется. Количество повторов составляет 7–14.
Поскольку оси термостатов электродов и подложки
смещены относительно друг друга, то точки измере-
ний будут располагаться на окружности радиуса R,
который равен величине смещения. Из-за исполь-
зования специальных термоэлектродов установка
УТЭА-Ч имеет высокую чувствительность при из-
мерениях термо-ЭДС. Это, а также неоднородность
сплава образца, приводят к сильному разбросу в ре-
зультатах измерений. Поэтому, результаты измерений
обрабатываются ВИП по специальному алгоритму с
целью проверки их достоверности, после чего исклю-
чаются промахи и, по отобранным результатам, вы-
числяется массовое содержание С, Si и Mn в образце.
В результате сравнительных исследований под-
тверждена более высокая, по сравнению с другими
методами, в том числе спектральным и термографи-
ческим, точность термоэлектрического экспресс-ана-
лиза химического состава чугунов. Установлено, что
абсолютная погрешность измерений УТЭА-Ч не пре-
вышает 0,1 %.
Одним из преимуществ УТЭА-Ч является то, что
холодный и горячий электроды выполнены из мате-
риала, стойкого к окислению, механически твердого
и развивающего в контакте с контролируемым об-
разцом высокую термо-ЭДС [14]. Этим требовани-
ям наиболее полно удовлетворяет копель (сплав
Cu-Ni-Mn). Высокая термо-ЭДС (в 1,5 раза выше,
чем у электродов из Ag или Cu) повышает чувстви-
тельность установки и уменьшает влияние темпе-
ратуры окружающей среды и холодного электрода
на разность температур между горячим и холодным
электродами. Указанные характеристики электродов
стабилизируют теплофизические параметры их кон-
тактов с образцом и снижают погрешность измере-
ний химического состава чугуна.
Другое преимущество УТЭА-Ч по сравнению с из-
вестными решениями заключается в статистической
обработке результатов измерений, предназначенной
для обнаружения и исключения промахов [14]. Сме-
щение образца относительно оси соосных электро-
дов на величину, не превышающую радиус наиболее
термоэлектрически однородной осевой части об-
разца и возможность его вращения в подложке во-
круг продольной оси, обеспечивает многократные
б
а
Установка УТЭА-Ч для термоэлектрического экс-
пресс-анализа химического состава чугунов: б – внешний
вид; а – функциональная схема
Рис. 4.
50 ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2018. № 11-12 (306-307)
измерения термо-ЭДС в размещенных вокруг оси об-
разца наиболее термически однородных точках.
Основным условием получения достоверных ре-
зультатов измерений для УТЭА-Ч является воспро-
изводимость контактной температуры в локальных
областях контакта электродов с контролируемым об-
разцом, а также строгое соблюдение методики полу-
чения и подготовки образцов для анализа [9].
Для термографического экспресс-анализа хи-
мического состава чугунов разработана установка
УТГЭА-Ч (рис. 5).
В этой установке реализован метод термографи-
ческого экспресс-анализа на основе сравнения форм
термограмм охлаждения [9]. Установка включает по-
гружную пробницу 1, терморазъем 2, удлинительную
штангу 3, модуль АЦП 4, кабели 5 для связи модуля
АЦП с интерфейсным блоком (ИБ) 6 и ИБ с ПК 7. При
соответствующей адаптации программного обеспе-
чения УТГЭА-Ч может использоваться для опреде-
ления массового содержания C в сталях; Al и Cu – в
цинковых сплавах; Fe, Al и Zn – в медных сплавах; Si,
Fe, Mg, Ni, Cu, Mn, Zn и Ti – в алюминиевых сплавах,
а также следующих технологических характеристик:
степени модифицирования; количества неметалли-
ческих включений; пористости; объема усадочной
раковины; протяженности границ зерен с последую-
щей оценкой связанных с ней параметров.
Основным элементом УТГЭА-Ч, определяющим
ее метрологические характеристики, является по-
гружная пробница. При отборе проб необходимо обе-
спечить:
– одинаковую температуру жидкого металла в ти-
гле печи при отборе проб;
– одинаковый стабильный объем пробы металла;
– равномерный теплообмен с окружающей средой;
– расположение рабочего контакта термоэлектри-
ческого преобразователя на оси тепловой симметрии
в геометрическом центре пробницы.
В качестве погружной пробницы авторами статьи
предложено использовать тонкостенный стальной
стаканчик-пробоотборник, покрытый огнеупорной те-
плоизолирующей краской (толщина покрытия – 1 мм)
с вмонтированным ТСП-Ш [9]. Для фиксации ТСП-Ш
используется терморазъем, аналогичный применя-
емому в термометре ТПК-05. В ТСП-Ш предложено
использовать термоэлектрический преобразователь
типа ТХА (К) с диаметром термоэлектродов 0,3 мм.
Для защиты рабочего контакта термоэлектрического
преобразователя используется кварцевый наконеч-
ник диаметром 3 мм с толщиной стенки 0,3 мм. Про-
боотборник предназначен для отбора проб жидкого
металла в условиях реального производства в индук-
ционной среднечастотной печи (160 кг), в транспор-
тно-заливочном ковше, а также в небольшой лабора-
торной печи (2,5 кг).
Для преобразования сигнала с ТСП-Ш в цифровую
форму применен 4-канальный модуль аналого-циф-
рового преобразования WAD-AIK-BUS. Он оснащен
24-разрядным АЦП, интерфейсом RS-485 и обеспе-
чивает надежную регистрацию и запись кривых ох-
лаждения металлических расплавов. Интерфейсный
блок предназначен для согласования интерфейса
RS-485, с помощью которого передает сигнал модуль
АЦП, и интерфейса USB, который есть у ПК.
Установка УТГЭА-Ч работает следующим обра-
зом [9]. Оператор погружает пробницу в расплав чу-
гуна таким образом, чтобы жидкий металл заполнил
весь ее объем, при этом ТСП-Ш оказывается погру-
женным в расплав внутри пробницы. После заполне-
ния расплавом пробница извлекается из расплава и
устанавливается с удлинительной штангой в фикса-
тор для остывания в состоянии покоя. Модуль АЦП
оцифровывает значения термо-ЭДС рабочего кон-
такта ТСП-Ш с частотой дискретизации 10 Гц, а также
рассчитывает соответствующие значения темпера-
туры в соответствии с обратной НСХ термоэлектри-
ческого преобразователя типа ТХА (К). Полученные
значения температуры записываются в ПК в виде
двумерных временных массивов с помощью про-
граммы ThermoEX и представляют собой термограм-
му охлаждения. В ПК также содержится база данных
с референсными (образцовыми) термограммами ох-
лаждения и соответствующими им химическими со-
ставами и другими показателями качества жидкого
металла. Референсные термограммы охлаждения
должны быть получены при работе с расплавами,
химический состав которых заранее известен. Про-
грамма ThermoEX проводит обработку термограмм
охлаждения, которая заключается в сравнении за-
писанной термограммы с референсными из базы
данных. Сравнение осуществляется путем расчета
критерия соответствия [9]. После выбора, по крите-
рию соответствия, наиболее близкой референсной
термограммы, химический состав анализируемого
чугуна считается идентичным химическому составу,
соответствующему выбранной референсной кривой.
Экспериментально установлено, что абсолютная
погрешность измерений содержания C с помощью
УТГЭА-Ч не превышает 0,1 %. Метрологические ха-
рактеристики УТГЭА-Ч по Si оказались ниже характе-
ристик УТЭА-Ч.
Преимуществом УТГЭА-Ч по сравнению с извест-
ными решениями является усовершенствованный
материал покрытия погружной пробницы. Сейчас
крупнейшими мировыми производителями средств
термографического экспресс-анализа широко ис-
пользуется Te-покрытие для пробниц, опасное для
человека и окружающей среды. Авторами статьи
предложено использовать для покрытия пробниц
Установка УТГЭА-Ч для термографического экс-
пресс-анализа химического состава чугунов
Рис. 5.
51ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2018. № 11-12 (306-307)
огнеупорную краску с такими же характеристика-
ми и ценой, но экологически безопасную. Также на
данный момент в промышленности применяются
только одноразовые песчаные пробницы. В ходе
исследований разработаны многоразовые (до 1000
проб) металлические окрашиваемые пробницы, по-
зволяющие повысить воспроизводимость измерений
и экономическую эффективность экспресс-контроля.
Алгоритм статистической обработки термограмм ох-
лаждения и разработанный критерий соответствия
зарегистрированной и референсной термограмм ох-
лаждения также повышают точность термографиче-
ского экспресс-анализа химического состава железо-
углеродистых сплавов.
Таким образом, в результате теоретических и экс-
периментальных исследований, значительно усо-
вершенствованы технологии экспрессного контро-
ля температуры и химического состава чугунов и
углеродистых сталей. Разработаны новые средства
экспрессного контроля, включающие переносной
контактный термометр ТПК-05, термоэлектриче-
ский сменный преобразователь ТСП-Ш, установки
УТЭА-Ч и УТГЭА-Ч соответственно для термоэлек-
трического и термографического экспресс-анализа
химического состава железоуглеродистых сплавов.
Термометр ТПК-05 имеет портативную и эргономич-
ную конструкцию, минимизированное, за счет алго-
ритма прогнозирования, время измерения темпера-
туры, а также прост в эксплуатации. Установлено, что
инструментальная погрешность ТПК-05 в рабочих
условиях не превышает 4 °С. ТСП-Ш обеспечивает
многоразовые (до 20 погружений) измерения темпе-
ратуры железоуглеродистых расплавов в диапазоне
от 600 до 1650 °С. Разработанные методы и средства
измерений температуры снижают время и стоимость
температурного контроля, а также повышают его экс-
прессность в 1,5–4,0 раза.
Установка термоэлектрического экспресс-анализа
химического состава чугунов УТЭА-Ч обеспечивает
экспрессный, по ходу плавки, контроль массового со-
держания в чугуне С, Si и Mn. Установлено, что аб-
солютная погрешность УТЭА-Ч не превышает 0,1 %.
В УТЭА-Ч устранены такие недостатки налогов, как
применение медных горячих электродов, а также
отсутствие статистической обработки первичной из-
мерительной информации. Специальная методика
получения и подготовки образцов для анализа позво-
ляет свести к минимуму случайные погрешности.
Для термографического экспресс-анализа хими-
ческого состава чугунов методом сравнения форм
термограмм охлаждения разработана установка
УТГЭА-Ч. Преимуществом ее является инновацион-
ная конструкция погружной пробницы, а также при-
менение алгоритма статистической обработки тер-
мограмм охлаждения и разработанного критерия
соответствия зарегистрированной и референсной
термограмм охлаждения.
1. Жуков Л.Ф., Петренко Д.А., Корниенко А.Л. История, состояние и перспективы развития температурных измерений в
металлургии // Металл и литье Украины. – 2012. – № 7. – C. 27–34.
2. Винахідники України – еліта держави. Винаходи та інновації / Автор-упорядник М. Серб. – Київ: ТОВ «Видавничий
центр «Логос Україна», 2016. – 148 с.
3. НПО Термоприлад: Прилади контролю температури в металургії. URL: http://thermo.lviv.ua/index.php/uk/
produktsiia%3Fid=24.html
4. Техноцентрприбор: Каталог продукции для измерений температуры чугуна. URL: http://www.tcpribor.ru/izmerenie-
temperatury-chuguna
5. Улановский A., Куракин A. Вольфрамрениевые термозонды в литейном и металлургическом прозводствах, 2006. URL:
http://otc.obninsk.com/publications.php
6. Heraeus Electro-Nite International: Каталог продукции для контроля температуры чугуна. URL: https://www.heraeus.com/
ru/hen/products_and_solutions_hen/foundry/temperature_control_iron/temperature_control.aspx
7. Жуков Л.Ф., Петренко Д.А., Гончаров А.Л., Корниенко А.Л. Термоэлектрический сменный преобразователь погру-
жения для периодических измерений температуры металлических расплавов // Металл и литье Украины. – 2014. –
№ 10. – C. 29–33.
8. Температурные измерения: Справочник / Под ред. О.А. Геращенко. – Киев: Наукова думка, 1989. – 704 с.
9. Исследовать и разработать методы и средства экспрессного комплексного контроля температуры и химического со-
става чугунов и углеродистых сталей: Отчет о НИР / Рук. темы д-р техн. наук Л.Ф. Жуков. – Киев: ФТИМС НАН Украи-
ны, 2014. – 177 с.
10. MSC1210 precision analog to digital converter with 8051 microcontroller and flash memory. URL: https:// http://www.ti.com/lit/
ug/sbau077/sbau077.pdf
11. Патент № 14740А Україна, МПК G01K13/12, G01K7/02. Пристрій для вимірювань температури розплавів / Жуков Л.Ф.,
Коновалов І.О., Смірнов М.І. Опубл. 30.06.1997, Бюл. № 3.
12. Патент № 95334U Україна, МПК G01K13/12, G01K7/02. Пристрій для вимірювання температури рідких і газоподібних
середовищ / Жуков Л.Ф., Петренко Д.О., Гончаров О.Л., Корнієнко А.Л. Опубл. 25.12.2014, Бюл. № 24.
13. 50 лет в Академии наук Украины: ИЛП, ИПЛ, ФТИМС / Найдек В.Л., Гаврилюк В.П., Евлаш К.Ф. и др. – Киев: Редакция
журнала «Процессы литья», 2008 – 500 с.
14. Патент № 37573А Україна, МПК G01N25/30. Пристрій для термоелектричного контролю сплавів / Жуков Л.Ф., Гонча-
ров О.Л., Штіфзон О.Й. Опубл. 15.05.2001, Бюл. № 4.
ЛИТЕРАТУРА
Поступила 30.10.2018
52 ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2018. № 11-12 (306-307)
1. Zhukov, L.F., Petrenko, D.А., Kornienko, А.L. (2012). History, state and development perspectives of temperature measurements
in metallurgy. Metall i lit’o Ukrainy, no. 7, pp. 27–34 [in Russian].
2. Serb, М. et al. (2016). Inventors of Ukraine – state elite. Inventions and innovations. Kiev: LLC “Publishing center “Logos
Ukraina”, 148 p. [in Ukrainian].
3. SPA Thermopribor: Devices of temperature control in metallurgy. URL: http://thermo.lviv.ua/index.php/uk/produktsiia%3Fid=24.
html [in Ukrainian].
4. Technocentrpribor: Catalogue of products for cast iron temperature measurements. URL: http://www.tcpribor.ru/izmerenie-
temperatury-chuguna [in Russian].
5. Ulanovskiy, А., Kurakin, A. (2006). Tungsten-rhenium thermoprobes in foundry and metallurgical productions. URL: http://otc.
obninsk.com/publications.php [in Russian].
6. Heraeus Electro-Nite International: Catalogue of products for cast iron temperature control. URL: https://www.heraeus.com/ru/
hen/products_and_solutions_hen/foundry/temperature_control_iron/temperature_control.aspx [in Russian].
7. Zhukov, L.F., Petrenko, D.А., Goncharov, А.L., Коrnienkо, А.L. (2014). Тhermoelectrical changeable immersion transducer for
periodical temperature measurements of metal melts. Metall i lit’o Ukrainy, no. 10, pp. 29–33 [in Russian].
8. Gerashchenko, О.А et al. (1989). Теmperature measurements: Handbook. Kiev: Naukovа dumka, 704 p. [in Russian].
9. To research and develop methods and means of express complex control of cast irons and carbon steels temperature and
chemical composition: Report about scientific-research work (2014). Supervisor Prof. L.F. Zhukov. Kiev: PTIMA NAS of
Ukraine, 177 p. [in Russian].
10. MSC1210 рrecision analog to digital converter with 8051 microcontroller and flash memory. URL: http://www.ti.com/lit/ug/
sbau077/sbau077.pdf [in English].
11. Patent no. 14740А Ukraine, IPC G01K13/12, G01K7/02. Device for temperature measurements of melts. Zhukov L.F.,
Konovalov I.А., Smirnov М.I. Published 30.06.1997, Bull. no. 3 [in Ukrainian].
12. Patent no. 95334U Ukraine, IPC G01K13/12, G01K7/02. Device for temperature measurement of liquid and gaseous media.
Zhukov L.F., Petrenkо D.O., Goncharov O.L., Kоrnienko А.L. Published 25.12.2014, Bull. no. 24 [in Ukrainian].
13. Naidek, V.L., Gаvriliuk, V.P., Еvlash, K.F. et al. (2008). 50 years in Academy of sciences of Ukraine: ILP, IPL, FTIMS. Kiev:
Editorial office of journal “Protsessy lit’ia”, 500 p. [in Russian].
14. Patent no. 37573А Ukraine, IPC G01N25/30. Device for thermoelectrical control of alloys. Zhukov L.F., Goncharov O.L.,
Shtifzon О.I. Published 15.05.2001, Bull. no. 4 [in Ukrainian].
REFERENCES
Received 30.10.2018
Анотація
Л.Ф. Жуков, д-р техн. наук, ст. наук. співр., гол. наук. співробітник;
О.Л. Гончаров, канд. техн. наук, ст. наук. співробітник; Д.О. Петренко,
мол. наук. співр., e-mail: dima-petrenko@meta.ua; Е.В. Захарченко, канд.
техн. наук, ст. наук. співробітник; К.А. Сіренко, мол. наук. співробітник
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України,
м. Київ, Україна
Інноваційні технології експресного контролю температури і хімічного складу
залізовуглецевих сплавів
Виконано аналіз відомих методів та засобів експресного контролю температури і хімічного складу сплавів у металургії.
Визначено недоліки відомих рішень. Для усунення вказаних недоліків створено удосконалені технології експрес-
контролю температури і хімічного складу чавунів та вуглецевих сталей. Методи і засоби вимірювань температури
знижують час та вартість температурного контролю, а також підвищують його експресність в 1,5–4,0 рази. Установка
термоелектричного експрес-аналізу забезпечує по ходу плавки контроль масового вмісту С, Si та Mn в чавуні з
абсолютною похибкою не більше 0,1 %. В установці термографічного експрес-аналізу застосовано заглибну пробницю
інноваційної конструкції, а також реалізовано метод порівняння форм термограм охолодження, який ґрунтується на
статистичній обробці первинної термографічної інформації.
Ключові слова
Температура, хімічний склад, залізовуглецеві сплави, термоелектричний термометр,
термоелектричний змінний перетворювач, інструментальна похибка, термоелектричний
і термографічний експрес-аналіз.
53ISSN 2077-1304. МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ. 2018. № 11-12 (306-307)
Summary
The analysis of known methods and means of temperature and chemical composition express control in metallurgy is
performed. Disadvantages of known solutions are determined. To exclude mentioned disadvantages improved technologies
for express-control of cast irons and steels temperature and chemical composition are created. The methods and means
of temperature measurements decrease time and cost of temperature control, as well as increase its expressity in 1.5–4.0
times. The set of thermoelectric express-analysis provides control of C, Si and Mn weight content in cast iron, during melting,
with absolute error not bigger than 0.1 %. In the set for thermographic express-analysis new immersion probe device is
applied. Also in this set the method of cooling thermal curves form comparison is implemented. The method is based on
statistical processing of primary thermographic information.
Temperature, chemical composition, ferrous-carbon alloys, thermoelectric thermometer, ther-
moelectric changeable transducer, instrumental error, thermoelectric and thermographic ex-
press analysis.
Keywords
L.F. Zhukov, Doctor of Engineering Sciences, Senior Researcher, Chief
Researcher; A.L. Goncharov, Candidate of Engineering Sciences, Senior
Researcher; D.A. Petrenko, Junior Researcher,
e-mail: dima-petrenko@meta.ua; E.V. Zakharchenko, Candidate of
Engineering Sciences, Senior Researcher; K.A. Sirenko, Junior Researcher
Physico-technologycal Institute of Metals and Alloys of the NAS of Ukraine,
Kyiv, Ukraine
Innovative technologies of express control of ferrous-carbon alloys temperature and
chemical composition
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-166597 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2077-1304 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-27T20:37:36Z |
| publishDate | 2018 |
| publisher | Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Жуков, Л.Ф. Гончаров, А.Л. Петренко, Д.А. Захарченко, Э.В. Сиренко, Е.А. 2020-02-26T18:42:30Z 2020-02-26T18:42:30Z 2018 Инновационные технологии экспрессного контроля температуры и химического состава железоуглеродистых сплавов / Л.Ф. Жуков, А.Л. Гончаров, Д.А. Петренко, Э.В. Захарченко, Е.А. Сиренко // Металл и литье Украины. — 2018. — № 11-12 (306-307). — С. 43-53. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 2077-1304 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/166597 621.745.5.06./.07:536.5 Выполнен анализ известных методов и средств экспрессного контроля температуры и химического состава сплавов в металлургии. Определены недостатки известных решений. Для устранения указанных недостатков созданы усовершенствованные технологии экспресс-контроля температуры и химического состава чугунов и углеродистых сталей. Методы и средства измерений температуры снижают время и стоимость температурного контроля, а также повышают его экспрессность в 1,5–4,0 раза. Установка термоэлектрического экспресс-анализа обеспечивает по ходу плавки контроль массового содержания С, Si и Mn в чугуне с абсолютной погрешностью не более 0,1 %. В установке термографического экспресс-анализа применена погружная пробница инновационной конструкции, а также реализован метод сравнения форм термограмм охлаждения, основанный на статистической обработке первичной термографической информации. Виконано аналіз відомих методів та засобів експресного контролю температури і хімічного складу сплавів у металургії. Визначено недоліки відомих рішень. Для усунення вказаних недоліків створено удосконалені технології експрес-контролю температури і хімічного складу чавунів та вуглецевих сталей. Методи і засоби вимірювань температури знижують час та вартість температурного контролю, а також підвищують його експресність в 1,5–4,0 рази. Установка термоелектричного експрес-аналізу забезпечує по ходу плавки контроль масового вмісту С, Si та Mn в чавуні з абсолютною похибкою не більше 0,1 %. В установці термографічного експрес-аналізу застосовано заглибну пробницю інноваційної конструкції, а також реалізовано метод порівняння форм термограм охолодження, який ґрунтується на статистичній обробці первинної термографічної інформації. The analysis of known methods and means of temperature and chemical composition express control in metallurgy is performed. Disadvantages of known solutions are determined. To exclude mentioned disadvantages improved technologies for express-control of cast irons and steels temperature and chemical composition are created. The methods and means of temperature measurements decrease time and cost of temperature control, as well as increase its expressity in 1.5–4.0 times. The set of thermoelectric express-analysis provides control of C, Si and Mn weight content in cast iron, during melting, with absolute error not bigger than 0.1 %. In the set for thermographic express-analysis new immersion probe device is applied. Also in this set the method of cooling thermal curves form comparison is implemented. The method is based on statistical processing of primary thermographic information. ru Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Металл и литье Украины Инновационные технологии экспрессного контроля температуры и химического состава железоуглеродистых сплавов Інноваційні технології експресного контролю температури і хімічного складу залізовуглецевих сплавів Innovative technologies of express control of ferrous-carbon alloys temperature and chemical composition Article published earlier |
| spellingShingle | Инновационные технологии экспрессного контроля температуры и химического состава железоуглеродистых сплавов Жуков, Л.Ф. Гончаров, А.Л. Петренко, Д.А. Захарченко, Э.В. Сиренко, Е.А. |
| title | Инновационные технологии экспрессного контроля температуры и химического состава железоуглеродистых сплавов |
| title_alt | Інноваційні технології експресного контролю температури і хімічного складу залізовуглецевих сплавів Innovative technologies of express control of ferrous-carbon alloys temperature and chemical composition |
| title_full | Инновационные технологии экспрессного контроля температуры и химического состава железоуглеродистых сплавов |
| title_fullStr | Инновационные технологии экспрессного контроля температуры и химического состава железоуглеродистых сплавов |
| title_full_unstemmed | Инновационные технологии экспрессного контроля температуры и химического состава железоуглеродистых сплавов |
| title_short | Инновационные технологии экспрессного контроля температуры и химического состава железоуглеродистых сплавов |
| title_sort | инновационные технологии экспрессного контроля температуры и химического состава железоуглеродистых сплавов |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/166597 |
| work_keys_str_mv | AT žukovlf innovacionnyetehnologiiékspressnogokontrolâtemperaturyihimičeskogosostavaželezouglerodistyhsplavov AT gončaroval innovacionnyetehnologiiékspressnogokontrolâtemperaturyihimičeskogosostavaželezouglerodistyhsplavov AT petrenkoda innovacionnyetehnologiiékspressnogokontrolâtemperaturyihimičeskogosostavaželezouglerodistyhsplavov AT zaharčenkoév innovacionnyetehnologiiékspressnogokontrolâtemperaturyihimičeskogosostavaželezouglerodistyhsplavov AT sirenkoea innovacionnyetehnologiiékspressnogokontrolâtemperaturyihimičeskogosostavaželezouglerodistyhsplavov AT žukovlf ínnovacíinítehnologííekspresnogokontrolûtemperaturiíhímíčnogoskladuzalízovuglecevihsplavív AT gončaroval ínnovacíinítehnologííekspresnogokontrolûtemperaturiíhímíčnogoskladuzalízovuglecevihsplavív AT petrenkoda ínnovacíinítehnologííekspresnogokontrolûtemperaturiíhímíčnogoskladuzalízovuglecevihsplavív AT zaharčenkoév ínnovacíinítehnologííekspresnogokontrolûtemperaturiíhímíčnogoskladuzalízovuglecevihsplavív AT sirenkoea ínnovacíinítehnologííekspresnogokontrolûtemperaturiíhímíčnogoskladuzalízovuglecevihsplavív AT žukovlf innovativetechnologiesofexpresscontrolofferrouscarbonalloystemperatureandchemicalcomposition AT gončaroval innovativetechnologiesofexpresscontrolofferrouscarbonalloystemperatureandchemicalcomposition AT petrenkoda innovativetechnologiesofexpresscontrolofferrouscarbonalloystemperatureandchemicalcomposition AT zaharčenkoév innovativetechnologiesofexpresscontrolofferrouscarbonalloystemperatureandchemicalcomposition AT sirenkoea innovativetechnologiesofexpresscontrolofferrouscarbonalloystemperatureandchemicalcomposition |