3.6.4. Экспресс - контроль чугуна по ходу плавки
По ходу плавки параметрами для оценки качества чугуна являются: температура, химический состав и форма графита (для высокопрочного чугуна с шаровидным графитом).
Контроль температуры осуществляют путем периодического её замера контактым и бесконтактным методами. Бексконтактый замер температуры производят при помощи оптических пирометров, однако точность измерений при этом зависит от квалификации оператора и наличия шлака или дыма у поверхности расплава. Наиболее достоверные результаты даёт замер температуры контактным методом с помощью термопар погружения.
Термопара состоит из двух разнородных термоэлектродов в виде проволоки, при нагреве в местах соединения которых возникает ЭДС, которая фиксируется в виде показаний температуры на регистрирующем приборе (Рис. 3.6.6). Для замера температуры чугуна применяют термоэлектроды из платины и платины с 10 % родия (П/ПР10), платинородиевых сплавов (ПР30/ПР6). Рабочий диапазон измерений этих термопар до 1800 оС. Из-за дороговизны термоэлектроды, содержащие платину, заменяют вольфрам – рениевыми (ВР5/ВР20).
Рис. 3.6.6. Конец термопары погружения, защищённый кварцевым колпачком
При замере температуры в больших печах и ковшах, когда трудно удержать термопару с небольшим погружением в металл (в пределах длины кварцевого колпачка), используют сменные термоэлектрические преобразователи (Рис. 3.6.7).
Рис. 3.6.7. Сменные термоэлектрические преобразователи
В качестве регистрирующих приборов используют стационарные или переносные цифровые индикаторы. Современные оптические пирометры обеспечивают высокую точность измерения температуры (±5 градусов).
Экспресс контроль химического состава чугуна осуществляют спектральным методом с использованием фотоэлектрических (ГОСТ 18895-97) и более точных рентгеноспектральных (ГОСТ 8088-2000) спектрометров.
Отечественные многоканальные вакуумные фотоэлектрические спектральные приборы типа ДФС-31, ДФС-10М, «Папуас», «Барс» и др. позволяют в течение 2-3 мин определить содержание в чугунном образце кремния, марганца, фосфора, хрома, никеля, углерода и других элементов. Анализ серы и углерода также можно производить на этих спектрометрах. Для этого в образцах для определения химического состава не должны иметь свободного углерода. Поэтому пробы для анализа получают путем заливки чугуна в металлическую пробницу. Однако, для получения более точных результатов содержание углерода и серы необходимо использовать специальные приборы: АН-29 (Россия), Леко (США) или Эльтра (ФРГ).
Транспортировку проб от места отбора до аналитического центра осуществляют при помощи пневмопочты, что значительно сокращает время получения результатов анализа.
Для оперативного определения содержания кремния, марганца и углерода непосредственно на плавильной площадке у печей применяют приборы экспресс-контроля, работающие на принципе измерения ЭДС, возникающей при помещении анализируемого образца между холодным и горячим контактными электродами (Рис. 3.6.8).
Рис. 3.6.8. Прибор для экспресс - контроля кремния, марганца и углерода
Вличина ЭДС коррелирует с содержанием в образце контролируемых элементов, поэтому их значения находят по градуировочным таблицам или номограммам. Диапазон измерения составляет: по кремнию - от 0,5 до 3,2, по марганцу - от 0,3 до 1,2, по углероду - от 2,0 до 3,8, при погрешности измерения 0,1 % и продолжительность контроля 2 с (не считая времени подготовки образца).
Более универсальным является термический анализ жидкого металла по кривым охлаждения. Метод состоит в непрерывном замере температуры при охлаждении пробы жидкого чугуна, залитого в специальный тигель с термоэлементом, и записи кривой охлаждения. Углеродный эквивалент и содержание углерода и кремния определяют по температурным остановкам, соответствующим температурам ликвидуса и солидуса сплава. Устройство для термоанализа состоит из пробоотборника с формой для заливки образца (Рис. 3.6.9) и прибора для снятия кривой охлаждения. В форме пробоотборника установлена хромель-алюмелевая термопара в защитном кварцевом колпачке.
Пробоотборник и блок преобразования аналогового сигнала располагаются непосредственно у плавильного агрегата. Блок сопряжения и компьютер должны находиться в помещении, отвечающим требованиям эксплуатации вычислительной техники и могут располагаться далеко от места заливки пробоотборника (до 1200 м).
Рис. 3.6.9. Формы-пробницы для термографического экспресс-анализа чугуна
Для получения достоверных результатов анализа необходимо проводить корректировку показаний прибора при перемене марки выплавляемого чугуна или существенном изменении химического состава шихтовых материалов. Для этого необходимо провести 20-30 измерений и сравнить полученные данные с результатами, полученными стандартными методами. При использовании этого прибора также следует учитывать, что уменьшение массы металла, заливаемого в пробник, ведёт к изменению параметров кристаллизации и неправильной оценке получаемых результатов. Температура металла, заливаемого в пробник, должна быть выше температуры ликвидус не менее чем на 100 оС, а максимальная - не должна превышать 1500 оС, во избежание получения некорректных результатов.
Одним из растпространенных методов полуколичественной оценки качества чугуна является контроль склонности чугуна к отбелу. Для этого изготовляют клиновую пробу путем заливки жидкого чугуна в песчаную форму, установленную на металлическую плиту (Рис. 3.6.10).
Рис. 3.6.10. Форма на металлической плите для заливки клина на отбел
(Заменить на рис.59 из Клецкина)
Форма открыта с обеих сторон, поэтому при заливке нижняя сторона клина при соприкосновении с металлической плитой ускоренно охлаждается и в зависимости от состава чугуна и, в первую очередь, степени эвтектичности в изломе пробы будет наблюдаться отбел разной величины, который можно измерить линейкой.
Опытным путём можно определить необходимую величину отбела на клине, при котором получаются необходимые свойства в конкретной стенке отливки. Величину отбела можно регулировать добавками ферросилиция; количество добавки также можно подобрать опытным путём. Вид и размеры клина могут быть любыми, соответственно для каждого типоразмера свои зависимости величины отбела от состава чугуна.