автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Методология определения физико-химических параметров плавки металлов на основе спектроаналитических данных

На правах рукописи

КАРИХ ФЕЛИКС ГАНСОВИЧ

МЕТОДОЛОГИЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПЛАВКИ МЕТАЛЛОВ НА ОСНОВЕ СПЕКТРОАНАЛИТИЧЕСКИХ ДАННЫХ

Специальности: 05.16.02 - «Металлургия чёрных, цветных и редких металлов» и 02.00.04 - «Физическая химия»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Челябинск - 2004

Работа выполнена на кафедре «Машины и технология литейного производства» Камского государственного политехнического института

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Гудим ЮА, ЗАО «МЭТАКО», г. Челябинск

доктор химических наук, профессор Пупышев АА., УГТУ-УПИ, г. Екатеринбург

доктор технических наук, доцент Чуманов И.В., Златоустовский филиал ЮУрГУ

Ведущее предприятие - ОАО «КамАЗ-Металлургия», (г. Набережные Челны).

Защита диссертации состоится 3 ноября 2004 г. в 14 часов в конференц-зале на заседании диссертационного совета Д 212.298.01 при ЮжноУральском государственном университете.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЮУрГУ.

Ваш отзыв в двух экземплярах, заверенный гербовой печатью, просим направлять по адресу: 454080, Челябинск, пр-т им. В.ИЛенина, 76, ЮУрГУ, ученый совет. Тел. (3512)67-91-23, факс (3512)67-99-00.

Автореферат разослан 30 сентября 2004г.

Ученый секретарь совета,

доктор физ.-мат. наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Качество выпускаемой продукции металлургического производства определяется эффективностью системы измерения и контроля параметров процесса, основным из которых является химический состав приготавливаемого расплава. При этом контроль химического состава выпускаемого сплава осуществляется после его пробоотбора из печи и отверждения с последующей передачей в лабораторию, где основным методом определения состава пробы является атомно-эмиссионный спектральный анализ (АЭСА). Такой вид контроля состава приготавливаемого сплава характеризуется значительной инерционностью, что не обеспечивает возможности проведения контроля физико-химических параметров (ФХП) сплава в процессе его приготовления, а,следовательно, и качественного регулирования и поддержания оптимальных параметров работы печи.

Принципиально новым направлением в решении указанной проблемы является разработка способов контроля металлургического процесса по ходу приготовления сплава В отечественной и зарубежной научно-технической литературе имеется информация об использовании физических методов контроля состояния плавки в реальном времени. Среди них наиболее распространёнными являются лазерный и рентгеновский способы контроля состава расплава. Однако из-за технических сложностей эти способы при контроле металлургических процессов широкого распространения не получили. Для непрерывного контроля процесса приготовления сплава в настоящее время иногда применяют дымоанализаторы, принцип работы которых основан на измерении оптической плотности света, пропускаемого через отходящий поток газа. Недостатком их применения является невозможность определения химического состава продуктов расплава, уносимых отходящими газами.

В данной работе эти недостатки решаются путём использования методов АЭСА состава продуктов уноса компонентов расплава отходящими газами (ОГ), реализуемых на базе разработки принципиально нового специализированного источника возбуждения спектра газовых потоков -шестиэлектродного высоковольтного факельного разряда (ВФР). Основные разделы работы выполнены в соответствие с грантами по решению актуальных проблем в области фундаментальных исследований металлургии и машиностроения в период 1989...2000 гг.

Цель работы. Разработка методологии непрерывного определения физико-химических параметров выплавки металла на основе АЭСА его компонентов, уносимых ОГ.

Поставленная цель реализовывалась путём проведения комплексных исследований по ряду направлений, в ходе которых потребовалось решить следующие задачи:

- на базе синтеза газовых смесей заданного состава теоретически и экспериментально обосновать возможность определения состава расплава по содержанию его компонентов в отходящих потоках;

- на основе исследований разработать конструкцию ВФР, способного активно захватывать продукты уноса (ПУ) компонентов приготавливаемого сплава отходящими газами и изучить закономерности их проникновения в его внутренние зоны;

для получения спектроаналитических данных о составе ПУ в отходящих газах разработать методы синтезирования газовых потоков заданного состава с устранением эффекта фракционной возгонки элементов различной летучести на базе исследований работы специализированных испарителей стандартных образцов сравнения, применяемых для синтеза газовых потоков заданного состава, содержащих:

- пары графита для контроля ОГ дуговых печей с графитовыми электродами;

- пары металлов и их окислов, отходящих из индукционных и нагревательных печей;

- углеводородные компоненты в ОГ пирометаллургии;

- разработать методы спектроаналитических измерений процентного содержания элементов в ОГ печей различного типа с обеспечением заданных точностных характеристик;

- изучить закономерности зависимости величины спектроаналитических данных от режима работы печи и влияния окружающей атмосферы;

- исследовать газодинамику подводимого к плазме потока контролируемого газа для обеспечения высокоэффективного введения продуктов уноса во внутренние зоны ВФР;

- исследовать способ газодинамической стабилизации приэлектродных плазменных струй ВФР для обеспечения длительной непрерывной его эксплуатации;

- теоретически и экспериментально изучить и оптимизировать процесс испарения частиц продуктов уноса в потоке плазмы ВФР;

- обеспечить малую инерционность системы газообеспечения с устранением «эффекта памяти».

Научная новизна работы:

-разработан и теоретически обоснован новый принцип контроля содержания компонентов приготавливаемого расплава в ходе металлургического процесса путём получения атомно-эмиссионного спектра продуктов уноса компонентов расплава при использовании высоковольтного шестиэлекгродного факельного разряда;

-установлена связь спектроаналитической информации о составе ОГ с ФХП плавки, позволяющая определять скорость уноса компонентов расплава;

-предложен метод определения температуры расплава, приготавливаемого в электродуговых печах с графитовыми электродами, основанный на измерении интенсивности спектральной линии натрия, входящего в состав продуктов сублимации графита;

-установлено, что химический состав продуктов уноса компонентов расплава является информативно ёмким объектом, позволяющим оптимизировать состав расплава и изучать химическую кинетику и термодинамику металлургических процессов.

Практическая значимость работы:

-методология позволяет повысить качество выпускаемой продукции путем корректирования дошихтовкой недостающих компонентов по ходу металлургического процесса, повысить производительность печей, снизить расход легирующих элементов и объём брака на различных печах в среднем вдвое;

-разработанный и запатентованный автором стабильный высоковольтный источник возбуждения спектра компонентов сплава, содержащихся в отходящих газах, при длительной его эксплуатации в непрерывном режиме обеспечивает возможность контроля физико-химических параметров по ходу процесса приготовления сплава;

-разработан метод управления работой плавильного агрегата, основанный на введении спектроаналитического сигнала в систему автоматизированного дозирования компонент шихтового материала;

- разработанные методики контроля химического состава расплава, основанные на измерении содержания его компонентов в отходящем газе, позволяют оптимизировать параметры работы различных плавильных агрегатов - электродуговых, газопламенных, индукционных, нагревательных и печей выдержки;

- разработаны и исследованы способы и устройства для проведения арбитражного контроля химического состава продуктов уноса.

Реализация работы. Основные разработки диссертационной работы апробированы и внедрены на Новосибирском авиационном заводе (п/я Г-4744) и в ОАО «КамАЗ-Металлургия», г. Набережные Челны. Результаты диссертации могут быть использованы в научно-исследовательской деятельности институтов, занимающихся проблемами совершенствования металлургических процессов. Отдельные результаты работы могут быть использованы для учебных целей при чтении курсов «Физические методы контроля», «Металлургия», «Управление и контроль качества» и «Автоматизация металлургических процессов».

Достоверность результатов. Экспериментальные исследования проведены на основе теории инженерного эксперимента с проверкой адекватности теоретических моделей по статистическим критериям Стьюдента и Фишера. Эффективность оптимизации технологических процессов приготовления сплава, достигнутая применением спектроаналитической информации о содержании его компонентов в отходящих газах, подтверждена практическим использованием результатов исследований на конкретных плавильных агрегатах. Правильность определения состава расплава в реальном времени измерений подтверждена методами анализа отверждённых образцов после завершения процесса приготовления сплава, а также практической деятельностью предприятия, использующего разработанную систему.

Личный вклад автора состоит в формировании научного направления, постановке общих и решении конкретных задач на всех этапах теоретических и экспериментальных исследований, систематизации, обобщении и анализе полученных результатов. Работа имеет комплексный характер: от разработки теоретических основ определения содержания компонентов расплава, уносимых отходящим потоком газа, до конструирования всех устройств, обеспечивающих требуемые точностные характеристики измерений; подготовки методик анализа, их унификации и метрологического обеспечения с последующим внедрением в практику атомно-эмиссионной спектроаналитики. При выполнении работы участвовали аспиранты, программисты и научные сотрудники, работавшие под руководством автора диссертации.

Апробация работы. Основные результаты работы защищены 17 авторскими свидетельствами СССР и патентами РФ, с опубликованием 14 статей в журналах, сборниках научных трудов и 75 тезисов докладов на различных конференциях и съездах. Результаты работы частично освещены в трёх научно-технических отчётах по фундаментальным исследованиям и разработкам спектроаналитики продуктов, уносимых отходящим потоком газа.

Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзном симпозиуме по применению плазматрона в спектроскопии (г.Фрунзе, 1970г.), 17-м Всесоюзном съезде по спектроскопии (г.Минск, 1971г.), 3-й Болгарской конференции по спектроскопии (г.Варна, 1971г.), 8-й Сибирской конференции по спектроскопии (г. Иркутск, 1972г.), 2-й Всесоюзной конференции по спектроскопии (г. Иркутск, 1981г) 10-й Уральской конференции по спектроскопии (г. Магнитогорск, 1982г.), 19-ом Всесоюзном съезде по спектроскопии (г. Москва, 1983г.), Всесоюзной НТК ВНИИПВтор Цвет.Мет.(г. Донецк, 1991г.), Международной научно-практической конференции (г. Пенза, 1994г.), Международной НТК «Механика машиностроения» (г. Набережные Челны, 1995, 1997гг.),

Международной конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы охраны окружающей среды» (г. Томск, 1995г.), 21-ом съезде по спектроскопии (г. Звенигород, Моск. область, 1995г), 22-ом съезде по спектроскопии (г. Звенигород, Моск. обл., октябрь, 2001г.), 3-м Международном симпозиуме «Проблемы выживания и экологические механизмы хозяйствования» (г. Набережные Челны, февраль, 2002г.), заседании кафедры «Машины и технология литейного производства» МГТУ МАМИ (г. Москва, 04 марта, 2003 г.), семинаре-совещании заведующих кафедрами по специальности 12.03.00 на кафедре МТ-5 МГТУ им. Баумана (г. Москва, 05 марта, 2003г.), международной научно-технической выставке-конференции «Машиностроительная отрасль - будущее России» (г. Москва, КВЦ Сокольники, 17-19 сентября, 2003г.) и других конференциях и съездах.

Структура и объём работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, библиографического списка из 223 наименований и приложения. Ее содержание изложено на 289 страницах машинописного текста и включает 41 таблиц и 144 графиков и рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введенииобоснована актуальность работы, сформулированы ее цель и задачи, изложена научная новизна, практическая значимость и результаты, выносимые на защиту.

В первой главе дан анализ существующих физико-химических методов контроля и управления процессами приготовления сплавов. Выявлено, что все они характеризуются значительной инерционностью, что сказывается на качестве регулирования и поддержания параметров металлургических процессов в заданных пределах, а среди методов анализа изделий металлургического производства наиболее быстродействующим и универсальным является эмиссионный спектральный анализ.

Проанализированы возможности методов эмиссионного спектрального анализа металлов и сплавов, используемых в технологии металлургического производства. Вскрыта необходимость реализации нового подхода к контролю процесса приготовления сплавов на основе использования спектроаналитической информации о содержании компонентов сплава в отходящих газах. Для реализации такого подхода исследованы спектроаналитические возможности различных источников возбуждения спектра, которые могли бы быть использованы для контроля состава отходящих газов. В результате проведенных экспериментальных исследований существующих источников показана неэффективность их применения для определения содержания компонентов сплава в отходящем газе.

На основании проведенных исследований и патентно-информационного анализа возможностей спектроаналитики при контроле состава аэрозолей для разработки методологии контроля состава продуктов уноса установлена необходимость решения ряда проблем.

Основной из них является разработка источника возбуждения спектра (ИВС) для контроля состава дымов, удовлетворяющего следующим требованиям:

1.Газодинамика генерируемого потока плазмы должна обеспечить высокоэффективный захват частиц микродисперсных аэрозолей.

2.Конструкция плазмообразующего устройства должна обеспечить безотказность его эксплуатации при длительной непрерывной работе.

3.Система отбора контролируемой дозы дыма должна характеризоваться высокой экспрессностью переключения с одной печи на другую при обеспечении малых значений постоянной времени регистрации спектроаналитической информации, описывающей протекающие в печи процессы.

4.0снастка, комплектующая спектроанализатор продуктов уноса, должна быть максимально упрощена для обеспечения транспортабельности и безотказности в передвижном варианте её эксплуатации.

Другая проблема связана с отсутствием образцов сравнения для количественного определения химического состава по спектру излучения отходящих газов, что обусловлено нестабильностью процесса коагуляции субмикронных частиц в газовых потоках.

Следующей проблемой является обеспечение заданных точностных характеристик измерений, осложняемое многообразием матричного состава отходящих газов печей различного типа, влияющим на величину спектроаналитического сигнала.

Проведено теоретическое обоснование применимости спектроаналитики для контроля состава уносимых продуктов сплава выявлением зависимости величины интенсивности используемой спектральной линии от параметров режима работы печи и источника возбуждения спектра. Интенсивность спектроаналитического сигнала JaHr, получаемая при возбуждении спектра i-того элемента в отходящем потоке газа, определяется следующим соотношением: Janr = /|(Сг,Т|,Е |) = аСгь, где Ti - температура ИВС, Cr=/2(W, Т„, Am/At, k|); £1 - относительная погрешность измерений, обусловленная вариациями условий возбуждения контролируемого потока газа; W - мощность, реализуемая в печи; Am/At - скорость уноса элемента; Тм - температура металла в печи; kj - коэффициент учёта режима работы печи; а - коэффициент, определяемый чувствительностью фотоприемника; Сг - концентрация элемента в отходящем потоке газа; b - коэффициент, определяемый экспериментально.

При контроле какого-либо параметра режима работы печи задача сводится к выявлению зависимости JaHr от этого параметра.

Для определения значения Сг, необходимо выявление значений Am/At и к, что связано со значительными трудностями. Задача существенно облегчается при использовании «метода добавок» синтезированных потоков газа заданного состава к контролируемому потоку. Интенсивность спектроаналитического сигнала Janc, получаемого при возбуждении спектра контролируемого элемента в синтезируемом потоке газа заданного состава, зависит от параметров ИВС и химического состава используемого атомизируемого металлического образца сравнения:

JüHc =/)(Сс, Ть с 2, к2) = а-сД

где - скорость испарения

контролируемого элемента образца сравнения, обеспечивающая получение синтетического потока газа заданного состава; - мощность атомизатора;

- температура атомизатора; - относительная погрешность измерений, обусловленная вариациями условий возбуждения синтезируемого газа; -

относительная погрешность измерений, обусловленная вариациями условий атомизации металлического образца сравнения; кф - коэффициент фракционной возгонки элемента металлического образца сравнения; Сс -концентрация контролируемого элемента в синтезируемом образце сравнения; кг - коэффициент соответствия матриц газовых потоков контролируемого и синтезируемого образцов.

При учёте зависимости JaHCM для смеси контролируемого и синтезируемого потоков от параметров режима работы печи и ИВС в условиях реализации «метода добавок» она принимает вид:

^нс„=.Д.1анг, 1анс) = а (Ссм)ь, где Ссм - концентрация контролируемого элемента в определённом образце газовой смеси, полученной путём добавления к Сг заданного Сс в синтезированном потоке газа, обеспечивающем соизмеримость значений JaHr и JaHc и позволяющим определить величину Сг.

Для обеспечения максимального приближения состава синтезируемых образцов сравнения к валовому составу контролируемого объекта, разработан алгоритм трёхступенчатого метода дозирования, реализуемый с учётом температуры и влажности используемых газов. Блок-схема работы по 3-х ступенчатому методу добавок представлена на рис.1, где 1 - источник питания испарителя, 2 - испаритель, 3 - противоэлектрод, 4 - испаряемый образец сравнения (электрод), 5 - разрядная камера, 6 - смеситель потоков «холостого» и несущего потоков газа, 7 - разбавляющий (холостой) поток газа, 8 - дозатор сброса газа, несущего микроэлементы, 9 - контролируемые ПУ, 10 - дозатор ПУ ОГ, 11 - газопровод, 12 - компрессор, 13 - ИВС, 14 -источник питания ИВС, 15 - спектроанализатор, 16 - компьютер.

Рис. 1. Блок- схема обеспечения трёхступенчатого метода добавок

Для построения градуировочных графиков по методу добавок в контролируемый дым вводят несколько синтезированных потоков газа, полученных при испарении комплекта образцов сравнения с известным химическим составом.

Во второй главе приведен материал по разработке спектроаналитической установки, исследованию и оптимизации параметров её работы для контроля состава отходящих продуктов уноса.

Разработан и исследован шестиэлектродный высоковольтный факельный разряд (ВФР), газодинамика плазменного купола которого обеспечила высокоэффективный захват, диссоциацию и возбуждение частиц продуктов уноса (ПРФ№ 2085671).

Схематическое изображение ВФР приведено на рис.2 (а - вид электродов и факела в плане, б - осевой разрез в вертикальной плоскости), где 1 - электроды ВФР, 2 - генерируемый поток плазменного факела, 3 - контролируемые продукты уноса, 4 - излучение факела, 5 - купол захвата частиц дыма, 6 -дымопровод. Источником питания ВФР служит высоковольтный трёхфазный трансформатор, повышающий сетевое напряжение до ЮкВ при разрядном токе 20мА. Купол формируется при разряде между фазовыми электродами Ф1 Ф2 и Ф3, между которыми размещены ноль-фазные электроды, расположенные между собой под углом 120 на конической поверхности с углом при вершине а. Контролируемый дым подают по дымопроводу 6, расположенному аксиально оси плазменного факела.

Изучена зависимость эффективности захвата частиц дыма потоком плазмы от величины угла а и расстояния между электродами. Полный захват частиц сводом купола 1 достигается при а=130± 10° и диаметре купола 16 мм. Установлена независимость интенсивности излучения спектральных линий возбужденных атомов продуктов уноса от расхода газа в интервале 180±20мл/мин, что обеспечивает сохранение стабильности аналитических сигналов при возможных колебаниях режима работы системы, подающей контролируемый погок газа.

При проведении диагностики ВФР с целью определения его применимости для широкого круга контролируемых элементов, изучена зависимость спектроаналитических сигналов от температуры плазменного потока. Распределение температуры в потоке плазмы, определенное при

использовании аналитических пар линий Си510,54 нм - Сг521,82 нм и Fe390,65 нм - Fe390,39 нм, приведено на рис.3.

Топограмма на рисунке приведена справа, где в поперечном сечении, удалённом на Змм от острия электродов 1, получено распределение, показанное слева совместно с электродами. Плазменные струи 2, характеризуются температурой 5х103К.

Рис. 3. Топограмма распределения температуры в ВФР

Зона 3 характеризуется температурой-4х103 К, зона 4-температурой 3x10' К, зона 5-температурой 2хЮ3 К, периферийная зона 6 - менее 1000 К. Результаты измерения температуры, полученные спектральным методом, хорошо согласуются с зондовой диагностикой плазмы: для приосевой зоны потока плазмы расхождение полученных значений не превышает 10%.

Установлено, что хотя аналитическая область ВФР и характеризуется осевой вращательной симметрией, полное термодинамическое равновесие в плазме не достигается вследствие наличия струй и неравновесности излучения, обусловленной ее взаимодействием с частицами продуктов уноса, находящихся в условиях непрерывного испарения с последующей диссоциацией молекул. Средняя температура атомов в центральных зонах факела равна 4500 К. Скорость частиц дыма в потоке плазмы, определенная посредством стерео- и видеосъемки с учётом расхода несущего газа и температуры контролируемой зоны, находится в интервале 8-11хЮ'2 м/с.

Обеспечена высокая надёжность работы ВФР с возможностью длительной непрерывной его эксплуатации без использования нейтральных газов и необходимости замены электродов газоразрядного устройства. Оптимизированы параметры электродов и приэлектродных участков, в результате чего обеспечен КПД ВФР выше 90%. Реализацией эффективной системы воздушного охлаждения и применением газодинамической стабилизации разряда обеспечена стабильность излучения,

характеризующаяся коэффициентом вариации повторяемости (КВП) измерений спектроаналитических сигналов Janr на уровне 0,008 при силе тока 20 тА и 0,01 при токе 40mA. Как показал опыт использования ВФР в ОАО «КамАЗ - Металлургия», применение этого источника в передвижном варианте в производственных условиях металлургических предприятий возможно в течение многомесячной эксплуатации без проведения наладочных и профилактических работ.

С целью повышения точностных характеристик определения величины аналитического сигнала в реальном времени измерений экспериментально и расчётным путём изучена эффективность полного испарения частиц в потоке плазмы ВФР в зависимости от их химического и фракционного состава. Экспериментально оценка максимальных размеров полностью испаряемых факелом частиц окислов реализована при использовании видео- и стереосъёмки. Исследован процесс испарения потоков, содержащих частицы заданной дисперсности в интервале 3-70 мкм. Установлено, что для материалов, характеризующихся высокими значениями теплоты парообразования, полнота испарения реализуется у частиц крупностью 1-3 мкм, для «легколетучих», типа оксидов натрия или водяных паров, она реализуется для частиц, находящихся в интервале 10-30 мкм.

Полученные результаты хорошо согласуются с расчётным методом, основанным на использовании метода подобия, позволяющего моделировать процессы плавления и испарения частиц в потоке плазмы с выявлением величины их критического диаметра как функции температуры и скорости плазменного потока. Решение задачи достигнуто применением методов диффузионной кинетики, применённых для учёта массопереноса в системе «расплавляемая частица - газ». При изучении кинетики нагревания и испарения частиц, находящихся в ламинарном плазменном потоке, выявлена зависимость времени полного испарения частиц тисп,

ТИ«Г рк Цп Ср„ 1),г(/8(1К Х„ Ср, (Г. - Т„),

где: Тп - температура плазмы; Т, - температура кипения капли; ц„ -вязкость плазмы при - вязкость капли при

теплоёмкость плазмы при - теплоёмкость капли при

теплопроводность плазмы при (Т„ + Тк) / 2; р„ - плотность капли при Тк; г -теплота испарения капли; БК - диаметр капли, образовавшейся в результате оплавления частицы соответствующего объёма.

Изучено влияние процессов электризации частиц дыма в дымопроводе на степень загрязнения его стенок и коагуляции с образованием крупных частиц, приводящих к появлению «эффекта памяти», зависящего от параметров дымопровода (диаметра канала, его длины и материала стенок). Выявление значений БК ПОЗВОЛИЛО установить параметры фильтра - ловушки крупных частиц, и тем самым обеспечить устранение влияния фракционной возгонки

элементов на точность измерений состава продуктов уноса и «эффекта памяти».

Обеспечена регистрация спектроаналитической информации о состоянии плавки с постоянной времени измерений величины спектроаналитических сигналов в 1-2 секунды. Такая постоянная достигнута применением системы отбора требуемой дозы газа (150мл/мин) от основной массы потока, возвращаемого в магистральный дымопровод печи (рис.4). Информационный поток обеспечивает передачу, обработку и выдачу управляющих воздействий на все звенья, участвующие в ходе реализации металлургического процесса.

Рис.4. Система малоинерционного газоснабжения ВФР; 1 - электроды ВФР; 2 - факел; 3 - дозирующий канал-диафрагма; 4 - фильтр-ловушки; 5 - компрессор; 6- магистральный дымопровод; 7 - дымоотборник; 8 - канал возврата дыма.

Для реализации количественных измерений разработан синтезатор экспериментального образца, рассчитанный на многоэлементный контроль состава синтезируемого потока газа заданного состава как при фотографических методах регистрации спектров с последующей обработкой получаемых спектрограмм, так и на применение передвижных спектрометров.

При использовании синтезатора со спектрографами он устанавливается на рельсе прибора с юстировкой, предусматривающей вывод определённой области потока плазмы на оптическую ось прибора. При использовании фотоэлектрических методов регистрации спектра светоотбор осуществляется либо посредством световода, либо спектрометр располагается аналогично положению спектрографа. Для замены атомизуемых материалов синтезатор выполнен в варианте со съёмной факельной головкой.

Исследована зависимость величины спектроаналитических сигналов от влажности контролируемого потока газа. Зависимость выявлена при использовании физической модели установки, обеспечивающей возможность изменения влажности потока от 0 до 100%. Установлена независимость

величины сигналов от влаги при её содержании выше 8г/м3 и необходимость использования поправочных коэффициентов при пониженной влажности.

Разработан спектроанализатор опытно-промышленного образца с двухпараметрическим контролем,

достаточным для управления плавкой по спектроаналитическому сигналу,

получаемому лишь от одного представителя уносимых компонентов. Его схематический вид показан на рис.5, где 1 - телескопическая система подключения прибора к магистральному дымопроводу печи; 2 - компрессор; 3 -система обработки фракционного состава контролируемого потока газа; 4 - ВФР; 5 - генератор возбуждения ВФР; 6 - высоковольтный трёхфазный трансформатор; 7 - входной коллиматор диспергирующего прибора 8; 9 -фотоэлектрическая приставка; 10 - блок питания фотоэлектрической приставки; 11 - регистрирующий блок; 12-компьютер. Первый канал регистрирует интенсивность спектральной линии элемента, являющегося основным представителем контролируемого технологического процесса, второй канал необходим для компенсации нестабильности как процессов атомизации частиц дыма, так и работы регистрирующей системы спектроанализатора газовых потоков (САГП). Все экспериментальные работы выполнены на САГП, смонтированном на спектроаналитическом оборудовании Камского государственного политехнического института. В соответствии с разрабатываемым методом оптимизации режима печи, в качестве диспергирующей системы использованы стилоскопы "Спектр-1" или СЛ-12 и спектрографы СТЭ-1 или ИСП-30. Используемые приборы снабжены фотоэлектрическими приставками с блоками управления, выполненными отделом литейно-металлургических процессов на Камском литейном заводе ОАО «КамАЗ». При решении различных задач разработанные программы управления печами выполнены в компьютерных залах КамПИ.

В третьей главе рассмотрены методы метрологического обеспечения контроля химического состава расплава. Методы основаны на синтезировании газовых потоков заданного состава, вводимых по «методу добавок» в контролируемые потоки для количественной оценки их химического состава. Синтезирование реализуется путём испарения соответствующих стандартных образцов, аттестованных по химическому составу.

Получение синтезируемых потоков, по валовому составу идентичных контролируемым отходящим газам, достигнуто разработкой -специализированных испарителей материалов для получения трех типов потоков, содержащих:

- пары графита, (рассчитанных на контроль угара графитовых электродов в электродуговых печах);

- пары металла и его окислов (в индукционных и нагревательных печах);

- углеводородные компоненты (в пирометаллургии).

- Разработаны методы синтезирования потоков газа, заданного состава, для контроля продуктов уноса в электродуговой печи с графитовыми электродами. Наиболее простой из методов основан на использовании порошковых синтезированных материалов, химический состав которых соответствует шихтовому составу, путём их испарения из кратера графитового электрода спектральной чистоты. Его недостатком является необходимость учёта эффекта фракционной возгонки элементов различной

летучести. Другой метод, избавленный от этого недостатка, основан на вдувании в ВФР синтезированных порошковых смесей заданной массы.

Методы апробированы в условиях работы

экспериментального производства на предприятии ООО «НПП «Альтернатива» при плавке алюминиевых сплавов на дуговой печи постоянного тока.

Использование градуировочных графиков, полученных

применением этих методов, позволяет осуществить

арбитражный контроль результатов измерений, расхождение значений которых находится в интервале 710% относительных.

Схематическое изображение устройства, обеспечивающего

получение синтезированных

потоков газа с устранением эффекта фракционной возгонки, приведено на рис.6, где 1 -факельный разряд, реализованный

на электродах 2; 3 - аэрозолепровод; 4 - несущий газ; 5 - вихревая торовидная камера устройства; 6 - каналы, задающие объём брикетов пробы

7, размещаемых в матрице 8 и выталкиваемых из неё пуансоном 9, посредством кулачкового толкателя 10.

Система брикетирования, приведенная в нижней части рисунка, определяет стабильность степени уплотнения пробы в каналах матрицы. Генерируемый поток аэрозоля подаётся непосредственно в факельный разряд без разбавления «холостым» газом и без сброса избыточной дозы смеси (ПРФ№ 2133016).

Для контроля состава продуктов уноса в индукционных, нагревательных и раздаточных печах разработан метод синтезирования отходящих потоков газа, не содержащих пары графита. Проблема дозирования решена разработкой ИСОС металлов, работающего на постоянном токе с газовихревой стабилизацией анодного пятна на поверхности испаряемого стандартного образца при защите катода, изготовленного из пруткового торированного вольфрама (ЭДТЬ2), потоком аргона (АС СССР № 1262297).

Схематическое изображение испарителя приведено на рис. 7, где атомизуемый образец 1 размещается на поверхности стола 2. Прианодная зона дугового столба 5 обдувается потоком воздуха 6, подводимого из кольцевой камеры 7, расположенной в корпусе 3, с применением вихреобразующей прокладки 4; закручивающей поток посредством каналов

8, образованными её зубьями 9. Для обдува вольфрамового катода 10 используется защитный поток аргона 11, подаваемый в катодную камеру 12, которая обеспечивает сохранение острия катода в течение многих десятков часов работы, обуславливая стабильность величины межэлектродного промежутка. Образующиеся продукты атомизации 13 выносятся через дымопровод 14, выполненный в диэлектрическом корпусе 15.

Для реализации метода выбирается комплект стандартных образцов соответствующей марки сплава. Обеспечен массоперенос атомизируемого материала на уровне 1-2 мг/мин при величине разрядного тока 10-15А, расходе аргона 0,1 л/мин и стабилизирующего потока 0,15 л/мин. Указанный интервал массопереноса вихреобразующей прокладкой - а), обусловлен отличием физико-химических свойств образцов

Й 12 II' 10 15 Рис. 7. Испаритель металла с

атомизируемых материалов.

В процессе разработки испарителя с вихревой стабилизацией анодного пятна на поверхности сплава, изучены теплофизические, газодинамические и спектроаналитические характеристики, обеспечившие оптимизацию как конструктивных, так и эксплуатационных параметров его работы, определяющие эффективность испарения дозирующего материала по стабильности и массопереносу. Установлено, что применение вихревой стабилизации обеспечивает:

- локализацию анодного пятна, позволяя достичь величины КВП измерений значений 1аЫс на уровне 0,007;

- устранение эффекта фракционной возгонки испаряемых компонентов используемого комплекта образцов сравнения, при стабилизации скорости их испарения у различных сплавов через 3 - 5с обжига;

- устранение необходимости проведения механической обработки зоны обжига.

При построении градуировочных графиков учитываются коэффициенты массопереноса, выявленные для каждого комплекта образцов, а проведение контроля осуществляется по методу "твёрдого графика".

Разработан метод контроля содержания компонентов расплава в продуктах уноса в газопламенных печах. Метод основан на выявлении зависимости спектроаналитического сигнала от содержания углеводородов в отходящих газах. С целью устранения влияния валового состава шихты в газопламенных печах на правильность определения содержания компонентов в продуктах уноса, разработано устройство, позволяющее получать синтезируемые потоки с дозируемыми примесями углеводородов (ПРФ № 2121669) и атомов контролируемых элементов (ПРФ № 2231776).

Устройство скомпоновано на базе ВФР и испарителя стержневых стандартных образцов. В промежуток между ними помещён пиролизатор целлюлозы или иного органического материала, вводимого в него посредством сетчатых капсул. Управление термическим режимом работы пиролизатора обеспечивает требуемую длительность подачи синтезируемого потока углеводородов и их плотность в потоке. Управление режимом атомизации стандартных образцов обеспечивает получение заданного содержания микроэлементов в контролируемых потоках газа.

В результате спектроаналитических, теплофизических и газодинамических исследований, проведенных на установке лабораторного образца, установлено, что:

-изменение матричного состава при контроле уноса компонентов сплава, приготавливаемых в газопламенных печах на величину спектроаналитического сигнала влияет в значительно большей степени, в сравнении с его влиянием в отходящих газах электродуговых, нагревательных и индукционных плавильных печей;

-основным фактором, определяющим точность установления состава отходящих газов, является соотношение горючего газа и окислителя;

-наиболее сильное влияние на погрешность определения содержания продуктов уноса оказывает остаточное содержание углеводородов в синтезируемом газе, изменяющее режим работы ВФР.

Выявлена зависимость интенсивности аналитического сигнала от содержания углеводородной компоненты в синтезируемом потоке газа, обеспечивающая возможность учёта остаточного содержания углеводородов в отходящем потоке. Разработанный метод обеспечивает как повышение качества сплава, так и экономической эффективности производства сплавов. В четвёртой главе приведены примеры решения частных задач по оптимизации технологических процессов приготовления сплавов применением в качестве информативного параметра величины спектроаналитического сигнала, получаемого при использовании лишь одного элемента, содержащегося в составе отходящих газов. Рассмотрены примеры управления работой электродуговых печей с графитовыми электродами для плавки чугунов и сталей, раздаточных печей типа «Дозоматик-400» и электродуговых печей постоянного тока, работающих в непрерывном режиме при переплаве дисперсных отходов предприятий машиностроения.

4.1. При оптимизации режимов работы электродуговых плавильных печей (ЭДП) применением спектроаналитического контроля состава отходящих продуктов уноса в качестве объектов оптимизации использованы печи ДСП-50, применяемые на Камском литейном заводе ОАО «КамАЗ». Выбор элемента, находящегося в составе отходящих газов и являющегося пригодным для его использования в качестве носителя информации о режиме работы печи, определён в результате контроля химического состава электродов. При этом во избежание появления помех за счёт влияния возможного содержания этого элемента среди шихтовых материалов, он должен присутствовать только в составе электродов. Таким элементом является натрий, по содержанию которого электроды являются однородными.

С целью оптимизации параметров работы ДСП-50: -получены зависимости спектроаналитических сигналов от режима работы печи;

-найдены оптимальные условия работы печи посредством математического моделирования факторов, определяющих процесс плавки;

-определены параметры модели на базе экспериментально полученных диаграмм энергорасхода печи;

-разработаны программы управления работой печи путем учета информации, получаемой от спектроанализатора.

Разработка метода управления работой ЭДП с графитовыми электродами проведена при использовании в качестве информативного сигнала излучения спектральной линии натрия длиной волны 589,0нм. Установлено, что содержание натрия в электродах печи находится на уровне 0,0015% и лишь незначительно превышает минимальную величину 0,0013%, аттестованную для графитовых электродов спектральной чистоты. При этом возможное отклонение концентрации № в некоторых вновь поступающих электродах является легко учитываемым параметром.

Установлено, что для получения информации о режиме плавки по угару графитовых электродов достаточно в качестве диспергирующего прибора использовать стилоскоп, оснащённый двухканальной фотоэлектрической приставкой, один из каналов которой настроен на излучение линии натрия, а другой - на неразложенное диспергирующей системой излучение факельного разряда.

Разработан метод контроля устойчивости горения дуг на всех ступенях плавки, учитывающий показатели пульсаций режима работы печи. Метод основан на анализе статистических кривых распределения интенсивности аналитического сигнала и силы тока с учётом зоны рассеяния их значений. На всех циклах плавки оценены коэффициенты устойчивости среднеквадратичное отклонение контролируемого параметра из взятых подряд выборок за контролируемый период ^ 0 - отклонение выборок всего цикла плавки). Метод позволил объективно оценить качество работы дуговых печей при плавке «закрытой» и «открытой» дугой, обосновывая значения параметров, обеспечивающих более эффективную работу печи при контролируемой величине заглубление дуг в течение всего цикла плавки. Выявлен уровень значимости для каждой ступени плавки. Показано,

что расчётный критерий больше табличного, что утверждает преимущество разработанного метода ведения плавки по интенсивности угара электродов который является более оптимальным параметром управления работой печи на завершающих ступенях приготовления сплава, в сравнении с обычно применяемым методом управления по энергорасходу.

Исследована зависимость интенсивности аналитических линий контролируемых элементов продуктов угара от колебаний усреднённого тока по трём фазам печи в течение всего цикла плавки, что позволило оптимизировать режим плавки со снижением энергорасхода на 10% и расхода электродов на 3-5% при неритмичной работе печи;

- оценен расход электродов в процессе плавки, включая учет их сублимации в паузах работы печи, отключаемой на дошихтовку и арбитражные замеры температуры жидкого металла;

- выявлена зависимость ТаИ от температуры жидкого металла, обеспечивающая возможность проведения непрерывного контроля его температуры с установлением времени завершения плавки;

- статистический материал, набранный при проведении 22-х плавок чугуна марок СЧ-21 и ВЧ-50, позволяет усовершенствовать используемую программу АСУТП - 'ЧУГУН", созданную на базе ЭВМ "Система-7", с использованием 1ан. в качестве параметра, управляющего работой печи после 30-минутного её разогрева;

- обеспечено управление работой электродуговой печи путем использования в системе АСУ результатов получаемых посредством спектроаналитики отходящих продуктов угара графитовых электродов вместо обычно используемого программного метода управления по току;

- оптимизированы условия перехода плавки со ступени на ступень при объединении некоторых из них, обеспечивая сокращение времени плавки на 10-15 минут при работе электродуговых печей после длительного их простоя.

4.2. Разработан метод управления плавкой дисперсных отходов машиностроительного производства при использовании дуговых печей постоянного тока. Выбор элемента, используемого для получения аналитическою сигнала, определяется основным компонентом переплавляемого

сплава. Проведена оптимизация соотношений различных типов смесей дисперсных железосодержащих отходов литейного производства (бигхаузная пыль, продукты дробеструйной обработки стальных и чугунных отливок), кузнечного производства (окалина) и продуктов обработки изделий резанием. Для переработки дисперсных отходов использована установка, включающая плавильный агрегат и систему подачи гранулированной смеси дисперсных отходов.

Схематическое изображение установки приведено на рис.8 Композитный продукт - 1, прошедший физико-химико-термическую обработку, посредством шнека - 2 из противоточного реактора - 3 подается в нагретую камеру - 4 и плавится в ней под воздействием электродугового разряда - 5, зажигаемого между шихтой и стержневым графитовым электродом - 6, удерживаемым кронштейном - 7 с возможностью его вертикального перемещения при изменениях силы тока дугового разряда. Противоэлектродом служит графитовый стержень - 8, смонтированный в донной части плавильной камеры - 4. Эндогаз - 9, вводимый в плавильную камеру, направляется в противоточный реактор - 3, подхватывая образующиеся в процессе плавки частицы дыма.

Рис 8 Схема плавильного агрегата при управлении подачей шихты посредством спектроаналитического сигнала

Часть частиц, используемая для последующего спектроаналитического контроля, ответвляется в дымопровод - 10, вмонтированный в стык реактора - 3 с камерой - 4. Ответвлённая часть отходящих газов направляется в фильтр -11 (ловушку крупных частиц). Применением системы - 12, обеспечивающей сброс излишней доли образующегося потока, несущего частицы, отбирается доза объёмом 180 мл/мин, являющаяся оптимальной для высоковольтного разряда - 13. Величина дозы измеряется поплавковым расходомером - 14, подключаемым периодически краном - 15. Контролируемое излучение - 16 направляется посредством оптической системы - 17, в спектроанализатор - 18 для количественных измерений величины аналитических сигналов посредством вычислительного комплекса - 19. Количественная оценка состава отходящего газа реализована путём добавок порций синтезированных потоков заданного состава по «методу добавок». Порции получают атомизацией соответствующего набора эталонных материалов - 20 при учёте расхода подающего газа - 21. Сигналы, обработанные вычислительным комплексом - 19, направляются в систему -22 запуска и остановки двигателя - 23 для дозирования шихты, подаваемой шнеком.

Вид факельного разряда при экстремальных значениях контролируемых продуктов уноса при переплаве дисперсных отходов приведен на рис 9, где левый снимок получен при максимальном уносе, правый разряд - в чистом воздухе.

Вид участка спектра отходящих газов, вводимых в ВФР при переплаве железосодержащих дисперсных отходов, сфотографированного в области 395-405 нм посредством спектрографа С ГЭ-1, приведен в верхней части рис. 10.

Снимок получен при подаче на входную щель спектрографа изображения осевой зоны излучения факела. Для сравнения в нижней части рисунка приведен спектр излучения в дуговом разряде при экранировании входной щели спектрографа. Более высокая интенсивность излучения линии Мп403нм в спектре отходящих газов указывает на повышенный унос марганца, например, с эффективностью уноса железа. Повышение интенсивности аналитических линий легко летучих компонентов расплава в спектре отходящих газов обеспечивает снижение границ их обнаружения.

ВФР при экстремальных значениях уноса

При плавке гранулированных дисперсных отходов кузнечного и литейного производств, метод реализован в корпусе производства ремонтного литья ОАО «Камского литейного завода» при мощности плавильной печи 120 кВА. В качестве информативного параметра использовано излучение аналитической линии Ре388,6ЫМ. Информационный поток, реализованный вычислительным комплексом, обеспечивает передачу, обработку и выдачу управляющих воздействий по оптимизации режима работы системы дозирования в соответствие с разработанным алгоритмом.

Результаты исследований, внедрённые в ОАО «Литейный завод» показали, что дисперсные отходы заводов машиностроительного комплекса

«КАМАЗ» с присутствием в них элементов в окисленной и восстановленной форме могут быть использованы в технологическом процессе приготовления сплавов для получения качественных фасонных отливок и работоспособных изделий. В процессе разработки метода оптимизированы параметры работы узлов установки:

-противоточного реактора - по габаритам, реализуемой мощности, температуре, составу и расходу рабочего газа;

-плавильной ванны - по её габаритам и электрода, подаваемого напряжения и величины разрядного тока, зависящего от величины межэлектродного промежутка, управляемого посредством

спектроаналитического сигнала;

-спектроанализатора - по мощности питания ВФР и используемой системы регистрации аналитического сигнала при заданном расходе контролируемого газа.

При оптимизированных значениях параметров установки исследованы : -эффективность управления работой системы, подающей шихтовой материал в плавильный агрегат, обеспечением оптимальной длительности цикла работы шнека;

-устойчивость дугового разряда, выявленную регистрографированием колебаний величины разрядного тока и спектроаналитического сигнала;

-кинетика угара дисперсных материалов, обеспечившая работу системы подачи шихты в автоматизированном режиме.

Выявленные критерии устойчивости интенсивности аналитического сигнала и силы тока при минимальной, средней и максимальной степенях уноса компонентов сплава дают однозначные результаты, подтверждающие целесообразность ведения плавки дисперсных отходов по изменению величины спектроаналитического сигнала.

Установлено, что разработанный метод управления системой подачи шихтового материала в электродуговую плавильную печь использованием спектроаналитических сигналов снижает потери металла двукратно.

4.3. Разработан метод оптимизации режима работы печей, у которых в составе продуктов уноса отсутствуют коагулированные частицы, а содержатся лишь пары легколетучих элементов и соединений. Такой состав отходящие газы имеют при плавке цветных металлов и сплавов в нагревательных, индукционных и раздаточных печах.

Метод апробирован при управлении работой нагревательной раздаточной печи «Дозаматик-400» на примере сплава АК9ч. С целью снижения брака отливок из за недостаточности в расплаве содержания модификатора, в качестве которого применяется фтористый натрий, разработан метод контроля степени уноса модификатора потоком сбрасываемого азота.

Информативным параметром является аналитическая линия натрия длиной волны 589,0 нм. В качестве диспергирующего прибора применен стилоскоп СЛ - 12, оснащённый двумя фотоэлектрическими приставками.

Исследована зависимость величины спектроаналитического сигнала от температуры печи и скорости выработки металла, определяющей скорость возрастания массы азота в камере печи, снижающей концентрацию паров в контролируемых дозах газопаровой смеси. Влияние этих факторов учитывается статистической обработкой результатов измерения программой автоматизированной системы управления. Определение содержания модификатора в сплаве, осуществляемое в реальном времени его выработки путём определения содержания модификатора в составе периодически сбрасываемого из раздаточной печи азота, позволяет оптимизировать время дозаливки металла в печь, не допуская дальнейшей выработки истощённого по натрию металла. Выявление момента дозаливки порции металла повышенной модифицированноети позволяет оптимизировать процесс модифицирования сплава АК9ч, предотвращая появление брака, обусловленного истощением модификатора в раздаточной печи.

Применение разработанного метода обеспечивает снижение внутреннего брака, например, на отливке 14-1702015 с 21,9% до 14,9%, а внешнего брака с 6,1% до 3,8% с экономическим эффектом 367 тыс. руб. по курсу 2000 года при программе 50 тыс. отливок в год со сроком окупаемости нового оборудования 0,21 года.

4.4. Разработан и изучен метод определения скорости уноса компонентов приготавливаемого сплава, основанный на выявлении изменения его состава. Базовые данные для разработки метода получены на установке «Техника Гусе» при контроле уноса компонентов латуни ЛМцСКА в миксерной индукционной печи 0КМ-3000, смонтированной в корпусе цветного литья ОАО «КамАЗ-Металлургия».

При использовании герметизированного многосекционного пробоотборника выявлено изменение химического состава по глубине расплава. Установлено, что наиболее значительному уносу подвержены алюминий, марганец, свинец и цинк. Содержание этих элементов за время контроля их уноса из расплава при двухчасовой работе индукционной печи в опытной плавке понизилось соответственно в 5,53; 1,61; 1,17 и 1,03 раза.

Одновременно при использовании двухканальной передвижной установки, рассмотренной в предыдущем разделе, проведен контроль изменения величины спектроаналитических сигналов по содержанию свинца, марганца и алюминия в отходящем газе. Изменение величины непрерывно контролируемых спектроаналитических сигналов продуктов уноса приведено на рис.11. Контроль спектроаналитического сигнала осуществлён последовательным перемещением изображения спектра с

выведением соответствующей спектральной линии на фотоумножителя с периодичностью 20с.

вход

Содержание элемента в соответствующее время проведенного пробоотбора указано для поверхностного слоя овалами, а в зоне входа в кристаллизатор квадратами.

Выявленная корреляционная связь между изменением величины спектроаналитического сигнала, определяемого по содержанию этих элементов в отходящих газах с результатами, полученными в лаборатории, позволяет установить время дозаливки свежей порции металла, необходимого для предотвращения снижения содержания компонентов сплава ниже предельно допустимых.

Для выявления зависимости скорости уноса компонентов сплава от подводимой мощности, температуры сплава и состава окружающей его атмосферы разработана физическая модель дуговой печи постоянного тока, смонтированная совместно с нагревательной камерой и ВФР. Алгоритм определения скоростей уноса компонентов сплава предусматривает: использование герметизированной плавильной камеры, нагрев сплава при его атомизации, нагрев сплава без атомизации, управление величиной межэлектродного промежутка, подвод несущего и защитного газов, термический контроль сплава и камеры, подвод продуктов уноса к ВФР, приготовление синтезированного потока газа заданного состава, применение смесителя контролируемого и синтезированного потоков газа.

Установлено, что скорости уноса компонентов сплава находятся в сложной зависимости от различных параметров установки, среди которых основными являются: температура сплава, особенности подводимой мощности, реализуемой нагревательной системой и параметры плавильной ванны. Зависимость скорости уноса легко улетучивающихся компонентов сплава от температуры приведена на. рис. 12, где светлыми овалами показаны значения скоростей уноса, уста-

новленных для печи 0БК-3000, тёмными -на физической

модели.

Как следует из полученных результатов, скорость уноса легко улетучивающихся компонентов сплава в печи ОБК-3000 при температуре 1050°С близка к скорости уноса этих компонентов из

расплава в физической модели при температуре 975±5°С в условиях тангенциального Рис. 12. Зависимость скорости уноса обдува несущим газом при

расходе 180 мл/мин. Это металла в печи

указывает на то, что в условиях

обдува поверхности расплава, скорость уноса трёхкратно выше в сравнении со «спокойным» уносом. Таким образом, при использовании разработанного метода для оценки скорости уноса в условиях принудительного обдува необходим учет влияния расхода несущего газа.

Метод непрерывного определения скорости уноса компонентов сплава позволил уточнять время дозаливки свежей порции металла, предотвращая возможную аварийную ситуацию, приводящую к обрыву ручья в зоне кристаллизатора миксерной печи непрерывного действия.

В пятой главе исследованы возможности спектроаналитики отходящих газов при контроле шихтовых материалов, химического состава приготовленного сплава в процессе его разливки и её использования в других сферах деятельности.

5.1. Для контроля состава шихтовых материалов приведены результаты исследований применимости полупромышленного образца атомизатора металлов, принцип и особенности работы лабораторной модели которого рассмотрены в 3-й главе при синтезировании газов заданного состава. Применение специализированного варианта атомизатора, рассчитанного для контроля шихтовых материалов (ПРФ№2085870), осуществляется передвижным спектрометром непосредственно на шихтовом дворе без применения механической пробоподготовки. Достигается это за счёт локальной обработки контролируемой поверхности дуговым разрядом постоянного тока, реализуемой до проведения измерений величины сигналов.

На базе передвижного спектроанализатора 8рес1го1е81, дооснащённого оптимальным для атомизатора дуговым источником питания силой тока 25А, при расходе стабилизирующего газа 150мл/мин установлены:

- независимость величины спектроаналитических сигналов от шероховатости контролируемого материала;

- значения поправочных коэффициентов для контролируемых образцов цилиндрической формы, влияющей на величину потерь продуктов атомизации, частично выносимых наружу из зоны прианодного кратера;

- зависимость величины кратерообразования от теплопроводности шихтового материала,

- необходимость управления напряжением на электродах от 12 до 36 В;

- необходимость применения аргонно-воздушной смеси стабилизирующего газа, при установлении величины их оптимального соотношения в соответствие с теплопроводностью и структурой контролируемого материала, обеспечивающей определение содержания легирующих элементов с погрешностью измерений 0,7-1%.;

- возможность использования разработанного спектроанализатора шихтовых материалов в автоматизированной системе приготовления сплава.

5.2. На физической модели исследовано применение двухструнного плазматрона для контроля химического состава приготовленного сплава в процессе его разливки с определением содержания легирующих элементов с относительной погрешностью измерений 1-1,5%. Разработан метод, основанный на спектроаналитике отходящих газов, образующихся под воздействием потока плазмы, испаряющей поверхностный слой струи или ручья разливаемого металла, с выведением зоны отходящего потока на оптическую ось световода используемого передвижного спектроанализатора. Исследования проведены на примере измерения интенсивности аналитических линий компонентов образцов сплава АК9-Ч известного

состава. Расплавы образцов получены при использовании физической модели нагревательной печи, смонтированной на заданном расстоянии от сопел плазматрона.

В процессе разработки физической модели выявлены следующие значения оптимальных параметров, необходимых и достаточных для получения спектроаналитической информации о химическом составе потока расплава:

- мощность плазматрона, кВт - 7,5; -величина разрядного тока, А - 60; -расход защитного газа (аргона), л/мин. - 2;

-расход плазмообразующего газа (воздуха), л/мин. - 5; -угол между осями горелок, град. - 90; -расстояние между сопел горелок, см - 3; -диаметр канала сопел, мм - 3,5;

- длина канала сопел, мм - 20;

-расстояние между зеркалом расплава и оптической осью спектроанализатора, мм - 45.

5.3. Рассмотрены методы определения состава отходящих газов, которые могут быть использованы в других сферах деятельности, связанных с необходимостью контроля отходящих газов. Например:

- в технологии машиностроения для контроля технологических линий, ответственных за качество трущихся деталей двигателя, загрязняющих картерное масло, по микроэлементам которого, определяемым при стендовых испытаниях, выявляется участок линии, приводящий к браку (ПРФ№1562775);

-в пищевой промышленности для определения токсичных микроэлементов, уносимых отходящими газами при озолении контролируемых по составу продуктов питания (ПРФ№2229114);

-в технологии химической промышленности при контроле процессов, связанных с необходимостью определения состава отходящих газов, содержащих катионы металлов (ПРФ№2231776);

-в биологии, медицине и экологии - посредством пиролиза контролируемых по содержанию микроэлементов в органических материалах (ПРФ№2121669);

- в технологии ракетостроения оптимизация режима работы жидкостно-реактивных двигателей может быть реализована путём определения содержания угораемых элементов сопел при стендовых испытаниях (ПРФ№2231776).

Основные выводы и результаты работы

1 .Разработана методология непрерывного контроля температуры и химического состава приготавливаемого расплава по ходу плавки, основанная на получении спектроаналитической информации о составе продуктов уноса компонентов расплава.

2.Теоретически и экспериментально установлено, что определение состава продуктов уноса компонентов расплава, реализуемое на базе синтеза газовых смесей заданного состава, позволяет, как оптимизировать состав расплава, так и изучать вопросы, связанные с химической кинетикой металлургических процессов.

3.Разработан высоковольтный источник возбуждения спектра продуктов уноса компонентов сплава отходящими газами с высокой эффективностью их введения во внутренние зоны, обеспечивающий возможность непрерывного определения физико-химических параметров плавки металлов в реальном времени измерений, а простота конструкции и систем его питания, охлаждения и стабилизации разряда обуславливает его доступность и для малых предприятий.

4.Установлена зависимость скорости уноса компонентов сплава от режима работы печи, температуры сплава и окружающей его атмосферы, позволяя уточнять время дошихтовки и состав свежей порции металла, повышая производительность печи со снижением расхода легирующих элементов.

5.Разработан метод оптимизации процесса приготовления расплава, основанный на использовании непрерывной информации о составе продуктов уноса его компонентов отходящими газами.

6.Разработана система управления параметрами процесса приготовления расплава посредством спектрального анализа отходящих газов в реальном времени контроля.

7.Разработаны способы и устройства синтезирования газовых потоков заданного состава, как для определения химического состава продуктов уноса, так и для обеспечения возможности проведения арбитражного контроля правильности получаемых спектроаналитических данных при контроле режима работы дуговых, индукционных и нагревательных печей, а также для предприятий пирометаллургического производства.

8.Разработанная методология позволяет создать простой надёжный метод автоматизированного управления процессом плавки, изменяя роль спектроаналитики из контролирующей качество готовой продукции в звено управления параметрами приготавливаемого сплава с повышением эффективности и культуры металлургического производства.

9. Разработана система методов контроля химического состава расплава и управления его составом в реальном времени измерений на основе

спектроаналитического определения, количества каждого элемента, унесенного отходящими газами.

10. Разработан и исследован метод автоматизированного определения химического состава шихтовых электропроводных материалов без проьедения их механической пробоподготовки, обеспечивающий повышение качества и производительности подготовки шихты посредством использования атомизатора с вихревой стабилизацией дуги постоянного тока.

И. Разработан и исследован метод автоматизированного определения содержания легирующих элементов в жидком металле на этапе его разливки, обеспечивающий возможность контроля химического состава металла в каждой из отливок с устранением погрешностей анализа, связанных с ликвацией и изменениями структуры при кристаллизации сплава.

12. Разработанные методы определения физико-химических параметров металлургического процесса в реальном времени его хода, основанные на использовании спектроаналитических данных, позволяют:

- корректировать состав сплава в процессе его приготовления дошихтовкой требуемых компонентов;

- сокращать расход электроэнергии в электродуговых печах на 10% со снижением расхода электродов на 3%;

- контролировать температуру жидкого металла в электродуговых печах с графитовыми электродами, как в период плавки, так и в период простоя печи;

снизить потери металла в дуговых печах постоянного тока, связанные с угаром переплавляемых дисперсных отходов, более чем в два раза;

- на примере получения отливок алюминиевых сплавов при работе раздаточной печи «Дозаматик-400» обеспечить выявление значений минимально допустимого в расплаве содержания модификатора и максимальной влажности, снижая брак с 22% до 15%;

- снизить постоянную времени процесса измерения химического состава приготавливаемого сплава до нескольких секунд, т.е. на 2 порядка.

Основные результаты диссертации отражены в следующих работах:

1. Жеенбаев Ж.Ж, Карих Ф.Г., Конавко Р.И, Энгельшт B.C. Повышение стабильности работы плазматрона. // Изв. СОАН СССР, сер. тех. Вып.1. №3, 1967.-С.73-74.

2. Жеенбаев Ж Ж., Карих ФГ., Урманбетов К.У., Энгельшт B.C. Спектральный анализ порошков и растворов на плазматроне с неразрушающимися электродами // «Заводская лаборатория», т.35. - № 11, -1969.-С. 1343-1345.

3. Жеенбаев Ж.Ж., Карих Ф.Г., Урманбетов К.У. Энгельшт B.C. - Анализ порошков и растворов на плазмотроне с нерасходующимися электродами. //

Труды 3 Болгарской конференции по спектроскопии. Варна. 1971. - С.165-169.

4. Карих Ф. Г. - Особенности спектрального анализа при струйном введении раствора в поток плазмы. // Материалы Всесоюзного симпозиума по применению плазматрона в спектроскопии. Фрунзе: Изд. «Илим». -1970. - С. 15-19.

5. Карих Ф.Г., Шишегова Л.А. Определение алюминия в тонколистовых образцах сталей на лазерном микроспектроанализаторе ЛМА-1. // Прикладная спектроскопия, т.ЗЗ, вып.1,1980. - С.160-162.

6. Карих Ф.Г., Лякишева В.И. Сопоставление возможностей экспрессных фотографических методов спектрального анализа сплавов. // Заводская лаборатория, т. 51. - № 3. -1985. - С.84-86.

7. Карих Ф.Г., Корниенко Э.Н., Козар А.В., Колесников М.С., Мещеряков А.Ю. Возможности непрерывного контроля плавки по составу отходящих дымов //Литейное производство. - № 1. -1997. - С. 6-8.

- 8. Корниенко Э.Н., Карих Ф.Г., Колесников М.С., Панфилов Э.В., Прокопьев СВ. Сокращение расхода электродов в дуговой печи // Литейное производство. - № 12, -1999 - С.27-28.

9. Игнатенко О.В., Карих Ф.Г., Колесников М.С. Автоматизированный контроль степени модифицирования силуминов в раздаточной печи «Дозаматик» //Литейное производство. - № 12. - 2002. - С. 12-13.

10. Корниенко Э.Н., Карих Ф.Г., Мухаметзянова Г.Ф., Прокопьев СВ. Непрерывный контроль температуры садки дуговой печи с учётом состава отходящего дыма // Металлургия. - №2(9). - 2002. - С 5-6.

11. Карих Ф.Г., Мухаметзянова Г.Ф. Определение содержания микроэлементов в отходящих продуктах пиролиза. // Материалы 6-й Международной конференции «Молекулярная биология, химия и физика неравновесных систем». Иваново, 27мая-2июня 2002.-С 290-295.

12. Карих Ф.Г., Петров Д.М., Сафронов Н.Н., Харисов Л.Р. Непрерывный контроль процесса плавки дисперсных отходов // Литейное производство. -№7.-2003. -С.20-21.

13. Карих Ф.Г., Мухаметзянова Г.Ф., Петров Д.М. Установка для определения химического состава газовых потоков, образующихся при пиролизе твёрдых материалов // Приборы и техника эксперимента. - № 5. -2003.-С.147-148.

14. Карих Ф.Г., Мухаметзянова Г.Ф., Петров Д.М. Влияние примесей углеводородов на величину спектроаналитического сигнала при контроле состава газовых потоков // Материалы 7-й Международной конференции «Молекулярная биология, химия и физика гетерогенных систем», Москва -Плес 7-13 сентября 2003.- С.225-229.

15. А.С. № 1320668 СССР. МКИ G 01 J 3/10. Способ спектрального анализа / ФГЛСарих // Бюл. - 1984.-№ 24.

16. А.С. № 957615 СССР, МКИ G 01 J 3/10. Устройство для спектрального анализа образцов электропроводных материалов / Ф.Г. Карих // Бюл. - 1982. ДСП № 000465.

17. А.С. № 1262297 СССР, МКИ G 01 J 3/10. Способ спектрального) анализа и устройство для его осуществления / Ф.Г.Карих // Бюл. -1986.- № 37.

18. А.С. № 1562775 СССР, G 01 N 15/00,1/28. Концентратор исследуемых веществ в аэрозоле / Ф.Г. Карих // Бюл. - 1990.-17.

19. А.С. № 1663486 СССР, G 01 N 1/28, G 01 J 3/02. Концентратор исследуемых микропримесей в аэрозоле / Ф.Г. Карих // Бюл. -1991- №26.

2ОА.С.№ 1730557 СССР. МКИ G 01 N 3/02, 1/28. Концентратор микропримесей в аэрозоле / Ф.Г. Карих // Бюл. -1992.-Х» 16.

21. А. С. 1834714 СССР, МКН В 05 В 3/00, 3/06. Способ получения потока капель / Ф.Г. Карих, А.Ф. Карих // Бюл. -1993.-№ 30.

22. Патент РФ № 2085870, МКИ 6 G 01 J 3/10. Устройство для спектрального анализа образцов / Ф.Г.Карих // Бюл. -1997-.№ 21.

23. Патент РФ № 2085871, МКИ 6 G 01 J 3/10. Устройство для возбуждения спектра / Ф.Г. Карих // Бюл. -1997.-№ 21.

24. Патент РФ № 2090867, МКИ 6.G 01 J 3/Ю.Способ спектроаналитического определения состава дымов / А.Ф. Карих, Ф.Г. Карих // Бюл. -1997-№26.

25. Патент РФ № 2091771, МКИ 6 G 01 J 3/10. Концентратор микропримесей в аэрозоле / Ф.Г.Карих, А.Ф. Карих // Бюл. -1997.-№ 27.

. 26. Патент РФ № 2121669, МКИ 6 G 01 N 21/67. Способ определения содержания микроэлементов в биологических объектах и устройство для его осуществления / Ф.Г. Карих // Бюл.- 1998.-№ 31.

27. Патент РФ № 2133016, МКИ 6 G 01 J 3/10. Устройство подачи порошковых проб для спектрального анализа / Ф.Г. Карих // Бюл.- 1999.-№ 19.

28. Патент РФ № 2175758, МКИ 7G 01 J 3/10. Устройство для спектрального анализа электропроводных материалов / Ф.Г. Карих, В.Н. Крючков// Бюл.-2001.-№31.

29. Патент РФ № 2184951, МКИ 7.G 01 N 21/62.Способ спектрального определения состава дымов /А.Ф. Карих, Ф.Г. Карих // Бюл. -2002.-19.

30. Патент РФ № 2229114, МПК 7.G 01 N 21/85. Способ спектроаналитического определения содержания микроэлементов в газовых потоках с углеводородной матрицей / Ф.Г. Карих, Г.Ф. Мухаметзянова, Д.М. Петров//Бюл. -2ОО4.-№ 14.

31. Патент РФ № 2231776, МПК 7.G 01 N 21/67. Способ определения состава газовых потоков /А.Ф. Карих, Ф.Г. Карих // Бюл. - 2004.-№ 18.

ЛР N 020342 от 7.02.97 г. ЛР№ 0137 от 2.10.98 г. Подписано в печать 28.09.04 г. Формат 60x84/16 Бумага офсетная Печать ризографическая Уч.-изд.л. 2,1 Усл.-печ.л. 2,1 Тираж 100 экз.

Заказ - 3&5 Издательско-полиграфический центр Камского государственного политехнического института

423810, г. Набережные Челны, Новый город, проспект Мира, 13

наш

РНБ Русский фонд

2005-4 16368

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ СОКРАЩЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССОВ ПРИГОТОВЛЕНИЯ

СПЛАВОВ.

1.1. Анализ современных средств контроля процессов приготовления сплавов.

1.2. Обзор методов контроля качества сплава.

1.2.1. Методы контроля химического состава сплава.

1.2.2. Методы атомно-эмиссионного спектрального анализа при контроле химического состава сплава.

1.3.Пути совершенствования методов атомно-эмиссионного спектрального анализа для использования в системах контроля процессов приготовления сплавов.

1.4. Теоретическое обоснование применимости спектроаналитики для контроля состава продуктов уноса компонентов сплава отходящим газом.

Выводы и постановка задачи исследования.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА И ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ

СПЕКТРОАНАЛИЗАТОРА ГАЗОВЫХ ПОТОКОВ.

2.1. Разработка и оптимизация параметров работы источника возбуждения спектра продуктов уноса.

2.1.1.Общая компоновка источника.

2.1.2.0птимизация параметров работы источника.

2.1.2.1.Обеспечение эффективности захвата частиц продуктов уноса.

2.1.2.2.0беспечение длительной непрерывной работы высоковольтного факельного разряда.

2.1.2.3. Изучение стабильности факельного разряда.

2.1.2.4.Изучение влияния влажности газового потока на величину спектроаналитического сигнала.

2.2. Работа высоковольтного факельного разряда и его диагностика.

2.2.1.Температура высоковольтного факельного разряда.

2.2.2. Скорость потока плазмы.

2.2.3. Зондовая диагностика плазмы.

2.3. Оптимизация параметров системы газоснабжения.

2.3.1.Испарение частиц в факеле высоковольтного разряда.

2.3.2. Обеспечение снижения постоянной времени измерения спектроаналитической информации.

2.3.3. Влияние электризации частиц на «эффект памяти» при различных материалах дымопровода.

2.4. Оснастка спектроанализатора газовых потоков.

2.4.1. Разработка оснастки спектроанализатора газовых потоков экспериментального образца.

2.4.1.1. Разработка и исследование работы дозатора микроэлементов в синтезируемом дыме.

2.4.1.2. Оснащение атомно-эмиссионных спектроанализаторов.

2.4.1.3. Оснащение атомно-абсорбционных спектроанализаторов.79 2.4.2 Устройство спектроанализатора газовых потоков опытно-промышленного образца.

Выводы.

ГЛАВА 3. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК КОНТРОЛЯ

СОСТАВА ПРОДУКТОВ УНОСА.

3.1. Основы метрологии контроля состава газов.

3.2. Синтезирование газовых потоков заданного состава для контроля уноса компонентов сплава в электродуговых печах.

3.2.1. Испарение дозируемого порошкового материала из кратера графитового электрода.

3.2.2. Испарение аэрозоля, получаемого при распыливании брикетов порошковых материалов.

3.3. Методы синтезирования отходящих газов заданного состава при контроле работы индукционных и нагревательных печей.

3.3.1 Испарение стандартных образцов вихревой стабилизацией анодного пятна.

3.3.2. Устранение фракционной возгонки при атомизации стандартных образцов.

3.4. Синтезирование отходящих газов заданного состава при контроле углеводородных дымов.

3.4.1.Синтезирование газов при определении состава продуктов уноса, образующихся при горении твёрдых топлив.

3.4.2. Синтезирование газов заданного состава при контроле углеводородных дымов, образующихся при горении жидких тошшв.

Выводы.

ГЛАВА 4. КОНТРОЛЬ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ПРИГОТОВЛЕНИЯ

СПЛАВОВ В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ ЕГО ХОДА.

4.1 Контроль работы электродуговых плавильных печей учетом состава продуктов уноса.

4.1.1 .Энергетика электродуговых печей.

4.1.1.1. Модель реализации оптимальных условий для плавки чугунов в электродуговых печах.

4.1.1.2. Оптимизация параметров работы спектроаналитической установки опытно-промышленного образца.

4.1.1.3. Установление постоянной времени процесса измерений величины спектроаналитического сигнала.

4.1.2. Спектроаналитический контроль ведения плавки на электродуговых плавильных печах.

4.1.2.1. Регистрографирование аналитических сигналов.

4.1.2.2. Контроль устойчивости горения дуг на различных ступенях плавки металла.

4.1.2.3.Контроль расхода электродов.

4.1.2.4.Непрерывный контроль температуры жидкого металла.

4.1.3.Оптимизация параметров работы печи учётом уноса натрия графитовых электродов.

4.1.4. Ведение плавки на печах после их длительного простоя.

Выводы.

4.2. Ведение плавки дисперсных отходов машиностроительного производства печами постоянного тока.

4.2.1.Проблемы утилизации дисперсных отходов машиностроения в технологии приготовления сплавов.

4.2.2. Методы металлизации дисперсных материалов.

4.2.3 Ведение плавки металлизованных образцов.

4.2.4. Управление работой плавильного агрегата опытно-промышленного образца.

4.2.5. Контроль устойчивости дугового разряда.

Выводы.

4.3.Контроль уноса модификатора из раздаточной печи «Дозаматик-400».

4.3.1. Выявление причин брака отливок.

4.3.2. Оптимизация параметров спектроанализатора отходящих газов для контроля качества отливок.

4.3.3. Оптимизация параметров работы спектроанализатора.

4.3.3.1.Оптимизация газообеспечения.

4.3.3.2. Обеспечение измерений спектроаналитического сигнала при импульсной подаче контролируемого газа.

4.3.4. Контроль качества отливок.

Выводы.

4.4. Определение скоростей уноса компонентов контролируемого расплава.

4.4.1. Контроль уноса компонентов сплава.

4.4.2. Разработка и применение физической модели установки для определения скорости уноса компонентов сплава.

4.4.2.1.Компоновка физической модели установки.

4.4.2.2. Исследование параметров, влияющих на скорость уноса.

Выводы.238 •

ГЛАВА 5. ПРИМЕНЕНИЕ СПЕКТРОАНАЛИТИКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ НА ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ЭТАПАХ МЕТАЛЛУРГИИ.

5.1. Входной контроль шихтовых материалов.

5.2. Определение состава расплава в процессе его разливки.

5.3.Применение разработанной методологии в иных областях деятельности.

Неуклонное развитие металлургии как отрасли индустрии требует увеличения как сортамента и объемов приготавливаемых сплавов, так и повышения их качества. При этом продолжаются исследования по выявлению новых информативных параметров, с целью повышения эффективности процессов приготовления качественного сплава в реальном времени хода процесса его приготовления. Поэтому выявление новых подходов к контролю физико-химических процессов, протекающих в металлическом расплаве, является актуальной задачей. Качественно новые возможности при контроле параметров плавки открываются в результате внедрения вычислительной техники, выявления новых информативных параметров, оптимального управления энергоресурсами, внедрения современных средств измерения и обработки получаемой информации. Анализ патентно-информационной литературы и опыт научно-исследовательской работы в области металлургического производства по контролю показателей качества приготавливаемого расплава выявил, что существующие параметры можно разделить на два класса: измеряемые в реальном времени процесса и измеряемые в лабораторных условиях после его завершения. В настоящее время влияние на показатели качества выпускаемой продукции осуществляется посредством контроля и регулирования энергетических параметров металлургического оборудования. Обратная связь осуществляется посредством задания параметров ТП на основе аналитических и экспериментальных зависимостей, получаемых в результате лабораторного исследования качества полученного металла. Данный вид обратной связи, воздействующей на ТП, характеризуется большим временем запаздывания, что сказывается на качестве процесса регулирования и поддержания параметров в заданных пределах.

Несмотря на интенсивные исследования, проведенные за последние 2025 лет в направлении оптимизации систем управления, проблема непрерывного контроля состояния плавок до сих пор не решена.

В данной работе эта проблема решается путём использования спектрального анализа продуктов уноса. Такой подход ранее не применялся из-за наличия ряда спектроаналитических проблем. Первой и основной проблемой является отсутствие стабильного источника возбуждения спектра продуктов уноса. Другая проблема связана с отсутствием эталонов для количественного определения химического состава по спектру излучения продуктов уноса, что обусловлено нестабильностью процесса коагуляции субмикронных частиц в потоках такого типа, приводящего к неконтролируемым потерям компонентов уноса в течении времени. Следующей проблемой является обеспечение заданных точностных характеристик измерений, осложняемое многообразием валового состава отходящих газов, влияющим на величину спектроаналитического сигнала.

В диссертационной работе поставленные проблемы решаются путём разработки методологии непрерывного контроля содержания компонентов расплава в ходе металлургического процесса путём получения атомно-эмиссионного спектра продуктов уноса при использовании в качестве источника возбуждения спектра высоковольтного факельного разряда.

Цель диссертации: разработка методологии непрерывного определения физико-химических параметров выплавки металла на основе спектрального анализа состава продуктов уноса его компонентов отходящими газами.

Поставленная цель реализовывалась путём проведения комплексных исследований по ряду направлений, в ходе которых необходимо было решить следующие задачи:

- на базе синтеза газовых смесей заданного состава теоретически и экспериментально обосновать возможность определения состава расплава по содержанию его компонентов в отходящих потоках;

- на основе исследований разработать конструкцию ВФР, способного активно захватывать продукты уноса (ПУ) компонентов приготавливаемого сплава отходящими газами и изучить закономерности их проникновения в его внутренние зоны;

- для получения спектроаналитических данных о составе ПУ в отходящих газах разработать методы синтезирования газовых потоков заданного состава с устранением эффекта фракционной возгонки элементов различной летучести на базе исследований работы специализированных испарителей стандартных образцов сравнения, применяемых для синтеза газовых потоков заданного состава, содержащих:

- пары графита для контроля ОГ дуговых печей с графитовыми электродами,

- пары металлов и их окислов, отходящих из индукционных и нагревательных печей,

- углеводородные компоненты в ОГ пирометаллургии.

-разработать методы спектроаналитических измерений процентного содержания элементов в ОГ печей различного типа с обеспечением заданных точностных характеристик;

- изучить закономерности зависимости величины спектроаналитических данных от режима работы печи и влияния окружающей атмосферы;

- исследовать газодинамику подводимого к плазме потока контролируемого газа для обеспечения высокоэффективного введения продуктов уноса во внутренние зоны ВФР;

- исследовать способ газодинамической стабилизации приэлектродных плазменных струй ВФР для обеспечения длительной непрерывной его эксплуатации;

- теоретически и экспериментально изучить и оптимизировать процесс испарения частиц продуктов уноса в потоке плазмы ВФР;

- обеспечить малую инерционность системы газообеспечения с устранением «эффекта памяти».

Научная новизна.

1. Разработан и теоретически обоснован новый принцип контроля содержания компонентов приготавливаемого расплава в ходе металлургического процесса путём получения атомно-эмиссионного спектра продуктов уноса расплава при использовании высоковольтного шестиэлектродного факельного разряда, реализующего возможность непрерывного получения информации о химическом составе расплава в реальном времени, позволяя оптимизировать режим плавки и повысить эффективность производства.

2. Установлена связь спектроаналитической информации о составе ОГ с физико-химическими параметрами процесса приготовления сплава, позволяющая определять скорость уноса компонентов расплава.

3. Установлена зависимость скорости уноса компонентов расплава отходящими газами от физико-химических параметров приготавливаемого сплава.

4. Установлено, что химический состав продуктов уноса компонентов расплава является информативно ёмким материалом, позволяющим оптимизировать состав расплава и изучать химическую кинетику и термодинамику металлургического процесса.

5. Установлена зависимость аналитических линий в спектре излучения продуктов уноса компонентов сплава от его химического состава и температуры.

Практическая значимость работы:

-методология позволяет повысить качество выпускаемой продукции путём корректирования дошихтовкой недостающих компонентов по ходу металлургического процесса, повысить производительность печей, снизить расход легирующих элементов и объём брака на различных печах в "среднем вдвое;

-разработанный и запатентованный автором стабильный высоковольтный источник возбуждения спектра компонентов сплава, содержащихся* в отходящих газах, при длительной его эксплуатации в непрерывном режиме, обеспечивает возможность,контроля физико-химических параметров по ходу процесса приготовления сплава;

-разработан метод управления работой плавильного агрегата, основанный на введении спектроаналитического сигнала в систему автоматизированного дозирования компонент шихтового материала; разработанные методики контроля химического состава расплава, основанные на измерении содержания его компонентов в огходящем газе, позволяют оптимизировать параметры работы различных плавильных агрегатов — электродуговых, газо-пламенных, индукционных, нагревательных и печей выдержки;

- разработаны и исследованы способы и устройства для проведения арбитражного контроля химического состава продуктов уноса. Реализация работы; Основные разработки диссертационной работы апробированы и внедрены на Новосибирском авиационном заводе (п/я Г-4744) и в ОАО «КамАЗ-Металлургия», г. Набережные Челны. Результаты диссертации могут быть использованы в научно-исследовательской деятельности институтов, занимающихся проблемами совершенствования металлургических процессов. Отдельные результаты работы могут быть использованы для учебных целей при чтении курсов «Физические методы контроля», «Металлургия», «Управление и контроль качества» и «Автоматизация металлургических процессов».

Достоверность результатов. Экспериментальные исследования проведены на основе теории инженерного эксперимента с поверкой адекватности теоретических моделей по статистическим критериям

Стьюдента и Фишера. Эффективность оптимизации технологических процессов приготовления сплава, достигнутая применением спектроаналитической информации о содержании его компонентов в отходящих газах, подтверждена практическим использованием результатов исследований на конкретных плавильных агрегатах. Правильность определения состава расплава в реальном времени измерений подтверждена методами анализа отверждённых образцов после завершения процесса приготовления сплава, а также практической деятельностью предприятия, использующего разработанную систему.

Личный вклад автора состоит в формировании научного направления, постановке общих и решении конкретных задач на всех этапах теоретических и экспериментальных исследований, систематизации, обобщении и анализе полученных результатов. Работа имеет комплексный характер: от разработки теоретических основ определения содержания компонентов расплава, уносимых отходящим потоком газа, до конструирования всех устройств, обеспечивающих требуемые точностные характеристики измерений; подготовки методик анализа, их унификации и метрологического обеспечения с последующим внедрением в практику атомно-эмиссионной сиектроаналитики. При выполнении работы участвовали аспиранты, программисты и научные сотрудники, работавшие под руководством автора диссертации.

Апробация работы. Основные результаты работы защищены 17 авторскими свидетельствами СССР и патентами РФ, с опубликованием 14 статей в журналах, сборниках научных трудов и 75 тезисов докладов на различных конференциях и съездах. Результаты работы частично освещены в трёх научно-технических отчётах по фундаментальным исследованиям и разработкам сиектроаналитики продуктов, уносимых отходящим потоком газа.

Основные выводы и результаты работы

1.Разработана методология непрерывного контроля температуры и химического состава приготавливаемого расплава по ходу плавки, основанная на получении спектроаналитической информации о составе продуктов уноса компонентов расплава.

2.Теоретически и экспериментально установлено, что определение состава продуктов уноса компонентов расплава, реализуемое на базе синтеза газовых смесей заданного состава, позволяет, как оптимизировать состав расплава, так и изучать вопросы, связанные с химической кинетикой металлургических процессов.

3.Разработан высоковольтный источник возбуждения спектра продуктов уноса компонентов сплава отходящими газами с высокой эффективностью их введения во внутренние зоны, обеспечивающий возможность непрерывного определения физико-химических параметров плавки металлов в реальном времени измерений, а простота конструкции и систем его питания, охлаждения и стабилизации разряда обуславливает его доступность и для малых предприятий.

4.Установлена зависимость скорости уноса компонентов сплава от режима работы печи, температуры сплава и окружающей его атмосферы, позволяя уточнять время дошихтовки и состав свежей порции металла, повышая производительность печи со снижением расхода легирующих элементов.

5.Разработан метод оптимизации процесса приготовления расплава, основанный на использовании непрерывной информации о составе продуктов уноса его компонентов отходящими газами.

6.Разработана система управления параметрами процесса приготовления расплава посредством спектрального анализа отходящих газов в реальном времени контроля.

7.Разработаны способы и устройства синтезирования газовых потоков заданного состава, как для определения химического состава продуктов уноса, так и для обеспечения возможности проведения арбитражного контроля правильности получаемых спектроаналитических данных при контроле режима работы дуговых, индукционных и нагревательных печей, а также для предприятий гшрометаллургического производства.

8.Разработанная методология позволяет создать простой надёжный метод автоматизированного управления процессом плавки, изменяя роль спектроаналитики из контролирующей качество готовой продукции в звено управления параметрами приготавливаемого сплава с повышением эффективности и культуры металлургического производства.

9. Разработана система методов контроля химического состава расплава и управления его составом на основе спектроаналитического определения количества каждого элемента, унесённого отходящими газами.

10. Разработан и исследован метод автоматизированного определения химического состава шихтовых электропроводных материалов без проведения их механической пробоподготовки, обеспечивающий повышение качества и производительности подготовки шихты посредством использования атомизатора с вихревой стабилизацией дуги постоянного тока.

11. Разработан и исследован метод автоматизированного определения содержания легирующих элементов в жидком металле на этапе его разливки, обеспечивающий возможность контроля химического состава металла в каждой из отливок с устранением погрешностей анализа, связанных с ликвацией и изменениями структуры при кристаллизации сплава.

12. Разработанные методы определения физико-химических параметров металлургического процесса в реальном времени его хода, основанные на использовании спектроаналитических данных, позволяют:

- корректировать состав сплава в процессе его приготовления дошихтовкой требуемых компонентов;

- сокращать расход электроэнергии в электродуговых печах на 10% со снижением расхода электродов на 3%;

- контролировать температуру жидкого металла в электродуговых печах с графитовыми электродами, как в период плавки, так и в период простоя печи;

- снизить потери металла в дуговых печах постоянного тока, связанные с угаром переплавляемых дисперсных отходов, более чем в два раза;

- на примере получения отливок алюминиевых сплавов при работе раздаточной печи «Дозаматик-400» обеспечить выявление значений минимально допустимого в расплаве содержания модификатора и максимальной влажности, снижая брак с 22% до 15%;

- снизить постоянную времени процесса измерения химического состава приготавливаемого сплава до нескольких секунд, т.е. на 2 порядка.

1. Васильев В.А. — Физико-химические основы литейного производства // М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана. 1994. 323с.

2. Анализ металлов. Пробоотбор // Справочник под ред. В.Г.Мизина и Р.Б.Кричевиц. М.: Металлургия. 1981. 328с.

3. Бабко А.К. и др. Физико-химические методы анализа //М.: Высшая школа. 1968. - 336с.

4. Жуховицкий А.А. и др. Физико-химические основы металлургических процессов //М.: Металлургия. 1973. 392с.

5. Гитгарц Д. А. Автоматизация плавильных электропечей применением микро-ЭВМ. // М.: Энергоатомиздат. 1984. — 136с.

6. Бялик О. М., Голуб Л. В., Шаповало А. И. Применение компьютерной системы контроля качества расплавов. // Литейное производство. 1996. №2. -С.28.

7. Заявка № 2572303, МКИ G21G17/08. Дозировки добавок/ Dauby, Dideir, Penoen, Yacgues, Rech Yeoh Paul (Франция); A.M.P.E.R. E-№9101306. Франция. Приоритет 06.02.92г.С.79.

8. Шам А. И. др. — Исследование износа футеровки большегрузных электросталеплавильных печей. И Черная металлургия. 1991. № 5. С. 25.

9. Чуйков Б. И., Попов Н. Н., Егорков А. В., Чуйкова О. Б. Работа устройства электромагнитного перемешивания высокомощных дуговых сталеплавильных печей. // Черная металлургия. 1994. № 1. - С. 36.

10. Бобко А. К., Пятницкий И. В. Количественный анализ. // М.: Высшая школа 1968. - 494 с.

11. И. Смирнов Н. А. Современные методы анализа и контроля продуктов производства. // М.: Металлургия. 1985. - 254 с.

12. Терек Т., Мика Й., Гогуш Э. Эмиссионный спектральный анализ. Часть 2.: Мир. 1982. - 464с.

13. Львов Б. В. Атомно-абсорбционный спектральный анализ. // М.: Атомиздат. 1972. - 322с.

14. Нефедов В. И. Рентгеноэлектронная спектроскопия химических соединений. Справочник. //ML: Химия. 1984. -255с.

15. Чупахин М. С., Крючкова О. И., Рамендик Г. И. Аналитические возможности искровой хмасс-спектроскопии. // М.: Атомиздат. 1972. - 322.

16. Зайдель А. Н. и др. — Эмиссионный спектральный анализ атамных материалов. // JI. М.: Гос. издат физ.-мат. лит. 1960. - 686 с.

17. Плинер Ю. А., Устинова В.И. Стандартные образцы для спектрального анализа в металлургии. // М.: Металлургия. 1969. -357с.

18. Жеенбаев Ж. Ж., Карих Ф. Г., Урманбетов К. У. Энгелынт В. С. -Анализ порошков и растворов на плазмотроне с нерасходующимися электродами. // Труды 3 Болгарской конференции по спектроскопии. Варна. 1971.-С. 165-169.

19. Карих Ф. Г., Лякишева В. И., Уфаев В. М. — Экспрессное определение углерода в углеродистых и низколегированных сталях с применением фотоэлектрической приставки ФЭП-2. // Тезисы докладов 10 -ой Уральской конференции. Магнитогорск. УДНТП. 1982.-С. 17.

20. Прокофьев В. К. Фотографические хметоды спектрального анализа. НМ.: Наука-340 с.

21. Зайдель А. Н. Основы спектрального анализа. // М.: Наука. 1965. -458с.

22. Карих Ф. Г. Повышение производительности фотографических хметодов спектроскопии металлов и сплавов на микрофотометре ИФО—451. И Тез, докладов 6-ой НТК Камаз-КамПИ. Наб. Челны. - 1988. - С.66.

23. А.С. № 1198385 СССР. МКИ G 01 J 1/04. Регистрирующее устройство для самописца. / Карих Ф. Г. (СССР) - 2933081/24-25. Заявлено2204.80. Опубл. 15.12.85. Бюл. № 46. // Открытия. Изобретения. 1985. № 46.-С 164

24. Зайдель А. И, Островская Ю. И. Техника и практика спектроскопии. // М.: Наука. 1976. — 307с.

25. Зайдель А. И., Шрейдер Е. А. Вакуумная спектроскопия и её применение. // М.: Наука 1976. - 431с.

26. Нагибина И. М., Прокофьев В. К. Спектральные приборы и техника спектроскопии. // JL: Машиностроение. 1967. - 426 с.

27. Славин В. Атомно-абсорбционная спектроскопия. // JL: Химия. 1971.-389 с.

28. А. С. 1320668 СССР, МКИ G 01 J 3/10. Способ спектрального анализа. / Ф. Г. Карих (СССР). - № 3821407/27-25. Заяв. 06.12.84. Опубл. 30.06.87,-Бюл. №24.-С. 194.

29. А. С. № 957615 СССР. МКИ G 01 J 3/10. Устройство для спектрального анализа образцов электропроводных материалов. / Карих Ф.Г. (СССР)-2981878/18-25. Заявлено 17. 09. 80. ДСП 1982.

30. Абрамович С. П., Карих Ф. Г. Проведение входного контроля металла с применением передвижных спектрометров. // Тезисы докладов 5-ой научно- технической конференции КамАЗ-КамПИ. Наб. Челны 1986. -С. 199.

31. Карих Ф. Г. — Входной контроль и разбраковка металла передвижными спектрометрами. // Тезисы докладов 6-ой НТК КамАЗ-КамПИ. Наб. Челны. 1988. С.76.

32. Карих Ф.Г. Спектроаналитические возможности плазменного атомизатора при сортировке металлов и сплавов. // Тезисы докладов 1-ой

33. Всероссийской НТК. Научный потенциал ВУЗ-ов программе «Конверсия» - Казань. - 1993.

34. Пат. № 2085870 РФ. МКИ 6 G 01 J 3/10 Устройство для спектрального анализа образцов. / Карих Ф.Г. (РФ). — 93053085/25. Заявлено 23.11.93. Опубл. 27.07.97. Бюл. №21. // Открытия. Изобретения. 1997. №21.-С. 65.

35. А.С. 1296851 СССР МКИ G 01 J 3/10 Устройство для спектрального анализа. / Карих Ф.Г. (СССР). - 3903748/27-25. Заяв. 31.05.85. Опуб. 15.03.87 Бюл. № ш.-С 170.

36. Карих Ф. Г., Уфаев В. М. Повышение чувствительности определения бора в сталях. // Тез. докладов 10-ой Уральской конференции. Магнитогорск. 1984 - С. 23.

37. Аминова JI. Ф., Карих Ф. Г., Уфаев В. М. Спектральный метод определения бора. // Тат. МТЦ НТИП. Информационный лист №126. -1983.

38. Карих Ф. Г., Уфаев В. М. Контроль распределения углерода по глубине слоя ХТО стальных деталей. // Тезисы докладов 11 -ой Уральской конференции по спектроскопии Челябинск. УДНТП. 1984.

39. Карих Ф. Г., Уфаев В. М. — Спектроаналитический контроль качества ХТО. // Тезисы докладов 4-ой научно-технической конференции КамАЗ-КамПИ. Набережные Челны. 1984. С. 61.

40. Карих Ф. Г., Шишегова J1. А. Повышение точности лазерного микроспектрального анализа. // Тезисы докладов 4-ой научно-технической конференции КамАЗ-КамПИ. Наб. Челны. 1984. - С.78.

41. Березин А. Г., Надеждинский А. И., Ершов О.В. Шаповалов Ю.П. -Детектирование следовых количеств молекулярных микропримесей методами диодной лазерной спектроскопии. // Тезисы докладов 22 -го съезда по спектроскопии. Звенигород. 8-12 октября 2001. С.27.

42. Карих Ф. Г., Шишегова JL А. Метод определения Сг, Мп и Ni в металлических опилках на лазерном микроспектроанализаторе. // Тат. МТЦ НТИГТ. Информационный лист №369. - 1986.

43. Карих Ф Г., Шишегова J1. А. Определение алюминия в тонколистовых сталях на лазерном микроспектроанализаторе. // Прикладная спектроскопия. Т. 33. №7. 1980. - С. 160-161.

44. Аминова Л. Ф., Карих Ф. Г. Анализ тонколистовых сталей. // Заводская лаборатория. №8. 1984. - С. 29-31

45. Карих Ф. Г., Шишегова Л. А. Метод спектрального анализа бронз в едином дуговом режиме. // Тат. МТЦ НТИП. Информационный лист №185. 1986.

46. Карих Ф. Г., Уфаев В. М. Возможности применения спектрометра МФС—5 для анализа сталей. // Тезисы докладов 5 научно-технической конференции КамАЗ-КамПИ. Набережные Челны. 1986. - С. 196.

47. Карих Ф. Г., Лякишева В. И. Опыт применения безэталонных методов анализа. // Тезисы докладов научно-технической конференции КамАЗ-КамПМ Наб. Челны. 1984. - С. 7.

48. Карих Ф. Г., Лякишева В. И. Сопоставление возможностей экспрессных фотографических методов спектрального анализа сплавов. // Заводская лаборатория. Т. 51. №3. 1985. - С.84.

49. Русанов А. К. и Хитров В. Г. Спектральный анализ руд с введением порошков воздухом в дуговой разряд. // Заводская лаборатория. №2. 1957. -С. 12-17.

50. Жеенбаев Ж. Ж., Карих Ф. Г., Урманбетов К. У., Энгельшт В. С. -Сректральный анализ порошков и растворов на плазмотроне с не разрушающимися электродами. // Ж. Заводская лаборатория. Т.35. №11. 1969.-С. 1344-1346.

51. Карих Ф. Г., Шишегова Л. А. Повышение воспроизводимости лазерного микроспектрального анализа дисперсных материалов. // Тезисыдокладов 2-ой Всесоюзной конференции но новым методам спектрального анализа. Иркутск СО АН ССР. 1981. С. 17.

52. Карих Ф. Г., Лякишева В. И. Определение химического состава образцов порошковой металлургии спектральным способом. // Тезисы докладов 10-ой Уральской конференции. Магнитогорск. УДНТП. 1982. -С. 18.

53. Белоусова О. В., Карих Ф. Г., Лякишева В. И. Контроль состава образцов порошковой металлургии спектральным способом. // Материалы 19-го съезда по спектроскопии. Ч. 5. М. 1983. - С. 55-56.

54. Карих Ф. Г. Особенности спектрального анализа при струйном введении раствора в поток плазмы. // Материалы Всесоюзного симпозиума по применению плазматрона в спектроскопии. Фрунзе: Изд. «Илим». 1970. -С. 15.

55. Моселхи М. Кандидатская диссертация. М. - 1964.

56. Тарасевич Н. И., Семиненко К. А., Хлыстова А. Д. — Методы спектрального анализа. // Изв. МГУ №5. 1973.

57. Русанов А. К., Алексеева В. М. Зав. лаб№10. 1941.-С. 51.

58. Кюрегян С. К. Атомный спектральный анализ нефтепродуктов. // М.: Химия. 1985.-320 с.

59. Карих Ф. Г., Шехирева Т. А. Возможности СВЧ плазмотронов фирмы АРЛ при определении примесей в водно-кислотных растворах. // Тезисы докладов: Иркутск СО АН СССР. 1981. - С. 18-21.

60. Жеенбаев Ж. Ж., Карих Ф. Г., Энгельшт В. С. Струйное введение раствора во внешний поток плазмы. // Материалы 6-го Сибирского совещания по спектроскопии. Томск. 1966. - С.57.

61. Жеенбаев Ж. Ж., Карих Ф. Г., Эигельшт В. С. Применение плазмотрона с нерасходующимися электродами для спектрального анализа растворов. // Исследование электрической дуги в аргоне. Фрунзе: Изд. «Илим». 1966.-С. 28-31.

62. Жеенбаев Ж. Ж., Карих Ф. Г., Энгелынт В. С. Введение растворов во внешний поток плазмы дуговой горелки с нерасходующимися электродами. // Материалы 16 Всесоюзного совещания по спектроскопии. М.: Изд. Наука. 1969.-С. 113-116.

63. А. С. №274478 СССР. МКИ 6 G 01 J 3/10. Способ возбуждения спектра жидкости. / Жеенбаев Ж. Ж., Карих Ф. Г., Энгелыит В. С. -914090. -Заяв 25. 07. 64. ДСП.

64. Жеенбаев Ж. Ж., Карих Ф. Г., Энгельшт В. С. Применение струй плазмы в спектральном анализе. // Материалы Всесоюзного съезда по спектроскопии. Минск АН БССР. 1971. - С.28-32.

65. Абдразаков А. А. и др. О структуре струи плазмы. // Исследование электрической дуги и плазмотронов. Фрунзе: Изд. «Илим». 1968. — С. 4860.

66. Карих Ф. Г. Разработка источника возбуждения спектра на базе плазматрона с нерасходуемыми электродами при струйном введении раствора в поток плазмы. // Кандидатская диссертация. Иркутск. ИГУ. 1968.-172с.

67. Алесковская А. А., Карих Ф. Г. Влияние изменения валового состава технологических растворов при определении лантаноидов на плазматроне // Сборник работ Киргизского гос. университета. Фрунзе. 1971. -С.13-16.

68. Баранова Н. А., Карих Ф. Г. и др. Определение микропримесей лантаноидов в окиси иттрия на плазматроне. // Материалы 8-ой Сибирской конференции по спектроскопии Иркутск. 1972. - С. 17-18.

69. Жеенбаев Ж. Ж., Карих Ф. Г., Энгельшт В. С. Определение микропримесей лантаноидов в технологических растворах иттрия наплазматроне. // Материалы 8-ой Сибирской конференции по спектроскопии. Иркутск. 1972. С. 58-59.

70. Алесковская А. А., Карих Ф. Г. Определение микропримесей легких лантаноидов в технологических растворах иттрия на плазматроне. // Труды Киргизского Гос. Университета. Фрунзе. 1973. — С. 22-25.

71. Карих Ф. Г. Применение плазматрона при спектральном анализе металлов. // Материалы работы школы «Применение атомно-абсорбционной спектроскопии в автомобилестроении» М. ВДНХ СССР. 28-31 июля 1975.

72. Вассерман А. М., Кунин JI. Л., Суворой Ю. Н. Определение газов в металлах.// М.: Наука. 1976. - 344с.

73. Линчевский Б. В. Техника металлургического эксперимента. // М.: Металлургия. 1979.— 256с.

74. Лузгин В. П., Явойский В. И. Газы в стали и качество металла. // М.: Металлургия. 1983.-230с.

75. Баратов Я. Б., Жеенбаев Ж. Ж., Карих Ф. Г., Энгелыпт В. С. -Определение примесей С, N, О и Н в аргоне с применением аргона. // Материалы научно-технической конференции по спектроскопии. -Тбилиси. 1969. С. 56-58.

76. Баратов Я. Б., Жеенбаев Ж. Ж., Карих Ф. Г., Энгелыпт В. С. К спектральному определению микропримесей в газах. // Труды 7-ой Уральской конференции по спектроскопии. Вып.1. Свердловск. 1970. - С. 59-61.

77. Kranz Е. Emissionsspectroscopie. Academie Verlag, Berlin. 1964. -P.161.

78. Jamamoto M. Japan J. Apply Phys. № 7. 1963. - P. 410.

79. Жеенбаев Ж. Ж. и др. Оптимизация режима работы двухструйного плазмотрона применительно к спектральному анализу порошков. // Тезисы докладов 19-го Всесоюзного съезда по спектроскопии. 4.5. Томск 1983 - С 135-137.

80. Карих Ф. Г., Конавко Р. И., Урманбетов К. У. Применение плазматрона для спектрального анализа порошков. // Тез докл. Исследование электрической дуги и плазматрона. - Фрунзе: Изд." Илим". 1968.-С 4-8.

81. Зильберштейн X. И. и др. Исследование спектроаналитических возможностей установки с высокочастотной индуктивно связанной плазмой. // В сб.Методы спектрального анализа минерального сырья. Новосибирск: Наука. 1984. - С. 4-8.

82. Л. С. №890166 СССР. МКИ G 01 21/01. Прибор для измерения концентрации пыли в воздухе / А. П. Клименко, В. И. Королёв (СССР) -2899167/18-25. Заявлено 26.03.80. Опубл. 15.12.81. Бюл. №46. // Открытия. Изобретения. - 1981. № 46.

83. А. С. №1402853 СССР. МКИ 4G 01 N 15/2. Способ определения размеров микрочастиц. / Стерлигов В. А., Суббота Ю. В. (СССР) -4157642/31-25. Заяв. 08.12.86. Опубл. 15.06.88. Бюл. 22. // Открытия. Изобретения. - 1988. №22. - С. 131.

84. А. С. № 1035430 СССР. МКИ G 01 J 3/10. Устройство для получения многоэлектродного дугового разряда / А. А. Гусельников, А. Я. Мишенков (СССР) - 2579594/18-25. Заявлено 17.02.78. Опубл. 13.12.83. Бюл. №22. // Открытия. Изобретения. 1983. №22. - С 76.

85. Карих Ф. Г., Кобцев Г. А., Конавко Р. И., Токарский И. М., Энгельшт В С. Разработка плазматрона - спектроскопического источника света. //. Сб. «Исследование электрической дуги и плазматрона». Фрунзе: Изд. «Илим». 1968.-С. 39-48.

86. Пат. №2085871 РФ. МКИ 6 G 01 J 3/10. Устройство для возбуждения спектра. / Карих Ф.Г. (РФ). - 94000909/25. Заявлено 10.01.94. Опубл. 11.12.97. Бюл. 21 //Открытия. Изобретения. 1997. - С. 352.

87. Биберман Л. М., Норман Г. Э. // УФН. Т. 91. 1967. С. 91.

88. Рорепое С. Н., Shumaker J.B., // Phys and Chem, 69 A. 1965. P. 495.

89. Bokasten K., J. // Opt.Soc. Amer. 511961. -P 943.

90. Drellishak К .S. // Partition functions and thermodynamic properties of high temperature gases, AEDC, TDR 64 (Clearinghouse Feder. Sc. And Techn. Jnform.,№ AD-428210), X, 1964.-P.22.

91. Meacker H. // Z. Physik. 141. 1955. P. 198.

92. Янков B.B. //ЖТФ. T.31. 1961.-C. 1324.

93. Карих Ф. Г., Петров Д. М. Определение температуры источника возбуждения спектра видеоспектральным методом. // Тезисы докладов 9-ой Международной студенческой школы-семинара «Новые информационные технологии». Крым. Май 2001. - С. 132.

94. Huldt L. Spectrochim, Akta, 7Л955. - Р.264.

95. Корлисс Ч., Бозман У. Вероятности переходов и силы асцилляторов химических элементов. // М.: Мир 1968. - 562 с.

96. Корценштейн Н.М. и др. Влияние мелкодисперсных частиц и ионизирующего излучения на характеристики низкотемпературной плазмы. //ТВТ. Т.37. №1 1999. -С. 18-25.

97. Игнатов А. М. Простейшая модель плазменно-пылевого облака. //Физика плазмы 1.24. №8. 1998. - С. 731.

98. Цытович В. Н. Плазменные пылевые кристаллы и облака. // УФН. Т. 167. №1. 1997.-С. 57.

99. Герасимов Д. Н., Синкевич О. А. Образование упорядоченных структур в термической пылевой плазме. // ТВТ. Т. 37 №6. 1999 - С. 853857.

100. Борисенко А. Г. и др. Самостоятельный дуговой разряд в смесях паров металла с газом. // ТВТ. Т.37 №1. 1999. - С. 5-12.

101. Карих Ф. Г. и др. Контроль испарения микрочастиц в плазме высоковольтного факельного разряда применением стереофотосъемки. // Тезисы докладов Международной НТК Механика машиностроения. -Набережные Челны. 1997.-С. 106.

102. Егорова 3. М., Кашеваров А. В., Цхай Н. С. Ионный ток насыщения на электрические зонды в потоках плазмы при малых числах Рейнольдса. //МПТФ. 1990. №1 - С. 159.

103. Кашеваров А. В. Тепловая аналогия в теории зонда Ленгмюра. //ИФЖ. 1995. Т.68.-С. 629.

104. Косов В. Ф., Молотков В. И., Нефёдов А. П. Измерения концентрации заряженных частиц в плазме продуктов сгорания методами электрического зондирования. // ТВТ. - 1991.Т.29. №4. - С. 633.

105. Кашеваров А.В. О применении электрических зондов для диагностики плазмы пламён с присадками. //.ТВТ. 1998. Т.36. №5. - С. 700.

106. Карих Ф. Г., Сухачёв С. И., Хаков Д. В. Зондовая диагностика высоковольтного факельного разряда. // Тезисы докладов 9-ой Международной студенческой школы-семинара «Новые информационные технологии». Крым. Май. 2001. -С. 131.

107. Карих Ф. Г., Меньшиков В. С. Особенности пиролиза биологических объектов, контролируемых спектральными методами. // Механика машиностроения: Тезисы докл. Международная научно-техническая конференция. Наб. Челны. 1995. - С. 65.

108. ПРФ № 1834714 РФ. МКИ В 05 В 3/10. Способ получения потока капель. / Карих Ф. Г. и Карих А. Ф. (РФ) - 4888996/05. Заяв. 10.12.90. Опубл. 15.08.93. Бюл. № 30. // Открытия. Изобретения. 1993. Бюл. №30.-С 70.

109. ПРФ №2091771 РФ. МКИ 6 G 01 N 21/85. Концентратор микропримесей в аэрозоле. / Карих Ф. Г., Карих А. Ф. (РФ) - 93007914/25. Заяв. 09.02.93. Опубл. 27.09.97. Бюл. №27. // Открытая. Изобретения. 1997. №27. — С392.

110. Нигматуллин Р. И. Динамика многофазных сред. // М.: Наука, 1987,- 464с.

111. Дейч М. Е., Филиппов Г. А. Газодинамика двухфазных сред. // М.: Энергоиздат. 1981. -472с.

112. Кутателадзе С. С., Накоряков В. Е. Тепломассообмен и волны в газожидкостных системах. // Новосибирск : Наука. 1984. - 302с.

113. Калязин A. JL, Ламден Д. И. Учет переменности свойств газа при расчете испарения капель. // ТВТ. 1986 Т.24. №2. - С. 307-312

114. Chuchottaworn P., Fujinami A., Asano К. Experimental study of evaporation of a volatile pendent drop unter high mass flux conditions. // J. of Chemical Engeneering of Japan 1984. Vol. 17. №1. - P. 7-13.

115. Spilman I. I. Evaporation from freely foiling droplets. // Aeronauticas Journal 1984. Vol. 88. № 875. - P. 181-185.

116. Chan S. M., Frasier G. C. Vaporisation of woter droplets in high temperature air streams. // AJCHE Simposium Series 1984. Vol.80. №236. - P. 83-89.

117. Ламден Д. И., Мостинский И. Л. Выпаривание растворителя из капель раствора, движущихся в горячем газе. // ТВТ. 1976. Т. 14, № 4. - С. 804-813.

118. Ренксизбулут. Юань. Численное исследование испарения капель в высокотемпературном потоке. // Теплопередача. 1983.Т.105. №2-С. 149-158.

119. Исаченко В. П., Кушнырев В. И. Струйное охлаждение. // М.: Энергоатомиздат. 1984.-216 с.

120. Кутателадзе С. С. Термогидродинамика квазистабильного витания свободного объема жидкости под твердой поверхностью. // Новосибирск.: Препринт. АН СССР. Сиб. Отделение ИТФ 131-85. 1985. -24с

121. Буевич Ю. А., Манкевич В. Н., Полоцкий М. И. К теории падения капель на перегретую поверхность. // ТВТ. 1986. Т.24. № 4. - С. 743-752.

122. Baumeister К. J., Simon F. F. Leidenfrost temperature its correlation for liguid metals, cryogens, hidrocarbons and water. // Transact. ASME. ser. C. 1973. Vol95. №2.-P. 166-173.

123. Стыркович М. А. и др. — О прстранственно-временной структуре теплового взаимодействия при кратковременном контакте капли жидкости с сильно перегретой поверхностью. // ТВТ. 1986. Т. 24. № 4. С. 753-761.

124. Рыжонков Д.И., Арсентьев П.П., Яковлев В.В. и др. Теория металлургических процессов. // Учебник для вузов. М: Металлургия. 1989,-392с.

125. ПРФ №2090867 РФ. МКИ 6 G 01 21/85. Способ спектроаналитического определения состава дымов. / Карих Ф. Г., Карих А. Ф. (РФ). -94028135/25. Заяв. 18.07.94. Опубл. 21.12.97. Бюл. №26 // Открытия. Изобретения. - 1997. № 26. - С. 73.

126. Бигеев А. М. Металлургия стали. // Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия. 1988. - 480с.

127. Донской А. В., Клубникин В. С. Электроплазменные процессы и установки в машиностроении. // JL: Машиностроение. 1979. - 221с.

128. Кэй Дж., Лэби Т. Таблицы физ. и хим. постоянных. // М.: Изд.физ.-мат. лит. 1962. -247с.