BRPI0715265A2 - Aparelho para determinar a porcetagem de equivalente de carbono e silicio em metal ferroso líquido - Google Patents

Aparelho para determinar a porcetagem de equivalente de carbono e silicio em metal ferroso líquido Download PDF

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BRPI0715265A2
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Anant Kashinath Kakatkar
Satish Shashikant Kelkar
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Anant Kashinath Kakatkar
Satish Shashikant Kelkar
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Abstract

APARELHO PARA DETERMINAR A PORCENTAGEM DE EQUIVALENTE DE CARBONO E SíLICIO EM METAL FERROSO LÍQUIDOA presente invenção refere-se a um aparelho e um método para determinar a porcentagem de equivalente de carbono, de carbono e silício em metal ferroso líquido. O aparelho da presente invenção compreende da estrutura de copo refratário (2) , uma cavidade (1) , um fio de termopar (4) , um tubo de quartzo (3), uma base (6), telúrio (5), um suporte (7) , um cabo de compensação (9) , e um dispositivo eletrônico (8) . O método da presente invenção compreende as etapas de a) despejar a amostra no copo refratário, b) registrar a temperatura máxima da amostra e permitir que ela resfrie até a temperatura de solidificação, c) determinar a temperatura do líquido, sendo que esta temperatura é inversamente proporcional e dá a porcentagem de equivalente de carbono utilizando um algoritmo; d) determinar a temperatura do sólido utilizando o algoritmo; e) determinar a porcentagem de carbono e de silício utilizando o dispositivo eletrônico (8) com base no algoritmo. A presente invenção refere-se à detecção da composição de metal ferroso líquido em um tempo muito mais rápido utilizando o copo refratário.

Description

APARELHO PARA DETERMINAR A PORCENTAGEM DE EQUIVALENTE DE CARBONO E SILÍCIO EM METAL FERROSO LIQÜIDO
Campo Técnico A presente invenção refere-se a um aparelho e um método para determinar a porcentagem de equivalente de carbono, de carbono e silício em metal férroso líquido. Mais particularmente, a presente invenção refere-se ã detecção da composição do metal ferroso líquido em um tempo muito mais rápido utilizando copos refratários.
Antecedentes e Técnica Anterior A análise térmica existente para a detecção da porcentagem de equivalente de carbono, de carbono e silício requer aproximadamente 180 segundos e consome aproximadamente 200 - 325 gramas de metal. A análise térmica envolve a medição e a análise do padrão de resfriamento do metal líquido, sob condições controladas. Quando o metal líquido é despejado em um copo, a temperatura máxima registrada pelo copo é armazenada e ainda o resfriamento lento é submetido à varredura. Durante o resfriamento, quando o primeiro núcleo solidifica, ele irradia a sua energia cinética, uma captura térmica é observada, a qual é metalurgicamente denominada como a temperatura do líquido (TL) . Esta temperatura, que é inversamente proporcional à porcentagem do equivalente de carbono (CE), ajuda a determinar o valor de % de CE. Com mais resfriamento, com a ajuda do revestimento de telúrio na base do copo, a amostra é esfriada e convertida em ferro branco, em vez de cinza. Isto resulta na temperatura de solidificação (TS) . A detecção da TL e da TS ajuda na detecção da
porcentagem de carbono e de silício.
Os copos existentes utilizados são de formato
redondo ou quadrado, de maneira que 225 - 325 gramas de metal líquido podem ser acomodados para teste. O telúrio é aplicado no fundo do copo ou revestido por sobre toda a superfície interna do copo. 0 fio de termopar utilizado para medindo a temperatura é um fio do tipo K (Cr-Al) grosso de 22 SWG.
A patente norte-americana n°. 3.404.570 apresenta o método e o aparelho para determinar a concentração de um silício em uma amostra de um material eletricamente condutor ao medir em uma amostra despejada do material o resfriamento de uma maneira tal que um gradiente da temperatura ocorre através da amostra, com a temperatura e uma força do termopar produzida com a amostra em cada ponto de dois pontos na amostra espaçados na direção do gradiente da temperatura. A magnitude da diferença entre as forças eletromotrizes em uma diferença predeterminada da temperatura entre os pontos é representativa da concentração do constituinte. No entanto,
este método é complexo e demorado.
A presente invenção é rápida e simples e dura somente 50 a 180 segundos. O conceito de encontrar a composição na presente invenção é pela análise térmica, e não com a medição da condutividade na técnica anterior.
A patente norte-americana n° . 3.546.921 apresenta um método de produção de uma captura térmica inicial na curva de resfriamento de uma amostra derretida de ferro fundido hipereutético mediante a adição de estabilizadores de carboneto tais como Bi, B, Ce, etc., que são inventados para iniciar a captura térmica discernível consistente.
No entanto, este método se aplica somente para a determinação apenas do equivalente de carbono pela determinação somente da temperatura do líquido. A presente invenção não determina a % de carbono e a % de silício no metal.
A presente invenção determina mais uma captura térmica denominada temperatura do sólido. Além disso, dois elementos adicionais, ou seja, o carbono e o silício, são determinados em contraposição somente ao equivalente de carbono na técnica anterior.
A patente norte-americana n° . 4.059.996 apresentou um aperfeiçoamento em relação a outra ao apresentar uma bolha de material em contato com a parede inferior de uma cavidade. A bolha de material inclui um material promotor da formação de carboneto e preferivelmente misturado com um material para a evolução de hidrogênio. O material refratário ajuda a impedir que o material promotor da formação de carboneto seja queimado rapidamente e misturando demasiadamente rápido com o metal derretido. 0 hidrogênio evoluído desse modo é utilizado para gerar turbulência no metal que ajuda o material formador de carboneto a alcançar cada canto do copo e desse modo prover a formação de carbonetos por todo o copo.
0 problema com este método é devido à turbulência, a queda da temperatura é observada enquanto o copo é cheio, e o enchimento do copo é uma tarefa habilidosa. Uma prática de parar e repetir o derramamento tem que ser seguida para impedir que o metal em ebulição saia do copo. Todo isto visa uma difusão dos agentes de resfriamento por todo o copo.
Na presente invenção, a turbulência não é criada. O material formador de carboneto fica misturado sem força externa por causa do volume menor do copo. Isto evita a geração de hidrogênio prejudicial a tal temperatura elevada
de 1.4000C e o respingar de metal do copo.
A patente norte-americana n°. 4.515.485 também apresenta um aperfeiçoamento na patente norte-americana n° . 4.059.996 para misturar os agentes de resfriamento por todo o copo utilizando o hidrogênio evoluído de uma forma mais bem controlada. No entanto, isso não resolve completamente os problemas associados com a ebulição e o derramamento de metal
devido à geração de hidrogênio.
A presente invenção remove a causa da criação de
turbulência da raiz ao reduzir o volume do copo que elimina a necessidade da geração de turbulência no metal líquido.
A patente norte-americana n°. 4.274.284 descreve um método para melhorar o tempo de resposta do termopar de Cromel Alumel que é utilizado para medir a temperatura do copo. O elevado tempo de resposta é muito essencial para a medição exata de capturas térmicas tal aqui como descrito. O termopar fica sob tensão térmica constante até que a análise
seja completada.
Isto requer o uso de um calibre de fio mais grosso que causa um maior tempo de resposta e um custo mais elevado do fio e desse modo da medição. O calibre do fio é maior para suportar a tensão térmica porque o tempo requerido para a medição é grande. No entanto, o termopar permanece exposto ao metal líquido e desse modo o metal contamina o termopar,
prejudicando a precisão.
Na presente invenção, o volume da amostra é reduzido para 50 a 180 gramas em contraste com 200 - 325 gramas conforme requerido pela técnica anterior. Devido a um tempo mais baixo de amostragem, é reduzido o tempo para que o termopar tenha que ser submetido à tensão térmica. Um termopar mais fino pode ser utilizado devido a um tempo mais baixo de exposição. Em segundo lugar, um fio mais fino tem uma defasagem menor e desse modo um melhor tempo de resposta. Desse modo, o objetivo da técnica anterior para reduzir a defasagem da temperatura é atingido automaticamente com a redução do diâmetro do fio. A presente invenção permite a utilização de termopares mais finos, reduzindo desse modo o custo da amostragem. 0 tubo de quartzo (3) utilizado elimina a contaminação do material carbonáceo, que é um outro
objetivo da técnica anterior.
A patente norte-americana n° . 6.739.750 apresenta um vaso de amostragem para a análise térmica do metal derretido ao reduzir o tempo requerido com a ajuda do vaso de amostragem do tipo sonda. O volume do vaso é decidido pela limitação na exatidão da medição da taxa de resfriamento. A taxa de resfriamento é requerida para que fique mais perto de (0 - 0,20 tal como mencionado na figura 3 B) . No dito processo, o diâmetro convencional de aproximadamente 3 0 mm foi reduzido para aproximadamente 2 0 mm e a profundidade convencional de 50 mm foi reduzida para 36 mm ou mais. O uso desta técnica envolve o uso de uma amostra do tipo sonda mais caro que tem uma limitação de uma profundidade mínima de 3 6 mm de cavidade. Com a presente invenção, por hardware e algoritmo, a taxa de resfriamento de até 3 0C é medida em vez de 0,20 ° C, o que elimina a limitação de uma profundidade de
36 mm ou mais na técnica anterior.
A patente norte-americana n°. 5.720.553 descreve o uso de inserções metálicas, em vez dos agentes de resfriamento, para agir como um dissipador de calor, promovendo desse modo a solidificação branca. No entanto, o custo da medição é elevado e a técnica envolve a amostragem do tipo de imersão que não é a preferida para a medição por toda parte.
A presente invenção utiliza agentes de resfriamento e um volume baixo do metal da amostra para promover a solidificação branca.
Inconvenientes da Técnica Anterior:
1. O metal solidifica nos remendos do ferro cinzento e branco, o que prejudica a precisão do teste até uma grande extensão.
2. A temperatura de despejamento do metal é muito elevada. Queima alguma quantidade de telúrio, afetando desse modo a qualidade do teste.
3. O termopar fica sob tensão térmica constante até que a análise esteja completa.
4. 0 metal é preso no forno por um tempo mais longo, o que resulta na perda de eletricidade/energia e deteriora a qualidade do metal.
5. A análise térmica requer mais tempo.
6. A quantidade do metal requerida para a análise é maior.
7. a quantidade do agente de resfriamento requerida é maior.
Descrição Resumida da Presente Invenção O objetivo principal da presente invenção é a
apresentação de:
A) Um método que utiliza um copo refratário feito de areia revestida com resina que tem uma capacidade de 50 a 180 g em vez do copo da técnica anterior que precisa de uma quantidade
de 200 - 325 g.
B) Um hardware para a determinação da porcentagem de
carbono, silício e equivalente de carbono.
Um outro objetivo da presente invenção é o aumento da taxa de resfriamento ao reduzir o tamanho dos copos revestidos com resina. Quanto menor o volume, maior a razão entre área de superfície e o peso, e desse modo é obtida uma
taxa de resfriamento mais elevada.
Ainda um outro objetivo da presente invenção é a obtenção do equilíbrio na temperatura de despejamento de maneira tal que a temperatura e o tempo requeridos sejam disponíveis para a mistura de agentes de resfriamento e a taxa de resfriamento máxima é atingida ao mesmo tempo.
A finalidade da presente invenção consiste em reduzir o tempo necessário para que o material de resfriamento misture em cada canto do copo no tempo curto através da redução da distância das bordas do centro do copo
pela redução das dimensões do copo.
0 objetivo da presente invenção consiste em
economizar tempo, isto é, 50 a 80 segundos em contraste com a
técnica anterior, que necessita de 180 segundos e para
economizar o metal tirado na cavidade para a análise térmica. Vantagens da Presente Invenção:
1. O metal solidifica como ferro branco enquanto a taxa de resfriamento é aumentada ao reduzir o tamanho do copo e desse modo reduzindo o volume do metal líquido, o que ajuda na precisão do teste.
2. A tensão no termopar dura menos tempo porque o tempo requerido para a análise é reduzido devido a uma taxa de resfriamento mais rápida.
3. O tempo requerido para o material de resfriamento (telúrio) misturar em cada canto do copo é reduzido quando as dimensões do copo são alteradas.
4. 0 metal é preso no forno por uma duração mais curta, economizando desse modo eletricidade/energia, e ajuda a manter a qualidade do metal.
5. A quantidade de metal requerida para a análise é menor e desse modo diminui na perda do metal.
6. A quantidade dos agentes de resfriamento para converter o ferro cinzento em ferro branco é reduzida.
7. A presente invenção apresenta desse modo o método conveniente e rápido para a análise térmica de um metal ferroso líquido.
Descrição da Presente Invenção De acordo com a presente invenção para a análise térmica de um metal ferroso líquido, é apresentado um aparelho e um método para determinar a concentração de um constituinte em um metal ferroso líquido. Mais particularmente, a presente invenção refere-se a um método e um aparelho para a determinação da porcentagem de equivalente de carbono, de silício e carbono utilizando um equipamento
eletrônico. Aparelho:
O aparelho da presente invenção é ilustrado na figura 1 do desenho em anexo. A Figura 2 representa o diagrama de blocos do dispositivo eletrônico.
0 aparelho da presente invenção compreende a estrutura de poço ou molde ou copo refratário (2) , a cavidade (1) , o fio de termopar (4), o tubo de quartzo (3), a base (6), telúrio (5), o suporte (7), o cabo de compensação (9) e
o dispositivo eletrônico (8).
A estrutura de copo refratário ou molde (2) é feita de areia revestida com resina. A areia suporta uma alta temperatura de 1.050 graus C a 1.400 graus C porque é de natureza refrataria. 0 diâmetro e a altura da estrutura do copo (2) são de aproximadamente 20 a 40 mm e 10 a 25 mm, respectivamente, de maneira tal que o peso do metal no copo é
de aproximadamente 50 a 180 g.
0 fio de termopar do tipo K (Cr-Al) de 22 a 24 swg
(4) é utilizado para medir a temperatura. O envoltório do
tubo de quartzo (3) é encaixado horizontalmente na estrutura
do copo (2) de maneira tal que cobre o fio de Cr-Al (4). O
tubo de quartzo (3) evita o contato do metal ferroso líquido
e do fio de termopar (4) e elimina a possibilidade de
contaminação. 0 tubo de quartzo (3) é vedado com agentes
refratários de modo que não haja nenhum vazamento do furo do
copo (2).
Os agentes de resfriamento tais como o bismuto, o boro, o cério, o chumbo, o magnésio e o telúrio (5) são misturados com os aglutinantes refratários e são aplicados no fundo do copo como agente de resfriamento. A quantidade dos agentes de resfriamento utilizada é de 0,20 a 0,50 g (0,2 a
0,6% em peso).
O copo refratário (2) tem uma base apropriada (6)
de modo a encaixar no suporte (7). Este suporte envia então o
sinal ao dispositivo eletrônico (8) através do cabo de
compensação (9) para uma análise adicional da porcentagem de
equivalente de carbono, de silício e carbono. Um dispositivo eletrônico (8) com capacidade de detectar pontos de captura térmica a taxas de resfriamento elevadas é conectado ao suporte (7) através de um cabo de compensação (9). Este dispositivo eletrônico (8) encontra a temperatura do líquido e do sólido tal como por algoritmo, armazena, converte e exibe os valores correspondentes da % de CE, da % de carbono e da % de silício no monitor.
0 dispositivo eletrônico (8) compreende o hardware de condicionamento de sinal (8a), o conversor analógico em digital (8b) , o processador da entrada e saída (8c) , o monitor (8d) , e o processador de sinais digitais (8e) . Método:
A amostra de metal ferroso líquido é despejada dentro de uma cavidade (1) do copo (2) . A temperatura máxima registrada pelo copo (2) é armazenada no dispositivo eletrônico (8) e o resfriamento é submetido à varredura. O calor liberado quando a austenita começa a precipitar produz uma captura isotérmica na curva de resfriamento. Durante a solidificação no copo, o calor latente é expelido. Devido ao efeito de resfriamento natural e liberação de calor latente, um equilíbrio térmico é alcançado e uma captura térmica é obtida. Esta temperatura é denominada como temperatura do líquido (TL). A captura encontrada, de acordo com a presente invenção, é relativamente fraca devido a uma taxa de resfriamento mais rápida. Esta captura fraca é devida a um peso mais baixo da amostra e desse modo um calor latente mais baixo disponível para prender a temperatura. A temperatura do líquido que é inversamente proporcional ã % de equivalente de carbono (CE) determina o valor da % de CE empiricamente.
A amostra fica resfriada com a ajuda dos agentes de resfriamento (5) revestidos no fundo do copo (2) dentro da cavidade e a amostra é convertida em ferro branco. Quando todo o metal líquido solidifica, mais uma captura térmica é obtida. Esta temperatura é denominada temperatura do sólido (TS) . 0 tempo requerido para a análise ser completada de é
aproximadamente 5 0 a 80 segundos.
Uma propriedade de qualquer substância é de ter um ponto de congelamento fixo. Mas o ferro fundido, o ferro de S.G, o ferro maleável que está sob consideração da presente invenção é uma exceção. Geralmente, o ferro da consideração na presente invenção solidifica mostrando uma estrutura cinzenta quando fraturado. Em tal caso, o ferro com a mesma composição solidifica a uma temperatura diferente dependendo da nucleação. Quanto maior a nucleação, mais alto o ponto de congelamento. Mas quando é permitido resfriar rapidamente, solidifica, formando uma fratura branca. É denominada solidificação metaestável. O ferro com a mesma composição solidifica a uma única temperatura se for permitido solidificar na temperatura de solidificação metaestável.
0 diagrama de carbono e ferro/diagrama de ferro silício e carbono universal mostra composições de solidificações diferentes para valores diferentes da temperatura do líquido e do sólido para a solidificação
branca.
A presente invenção faz uso da solidificação metaestável. 0 metal é forçado a resfriar rapidamente ao utilizar agentes de resfriamento. Isto faz com que ocorra a solidificação metaestável. O instrumento detecta a temperatura de solidificação do ferro. Uma tabela de valores diferentes de temperaturas de solidificação versus a sua composição correspondente é alimentada no instrumento. O algoritmo procura por valores armazenados da temperatura do líquido e do sólido e encontra valores correspondentes da % de equivalente do carbono e da % de carbono.
0 valor da % de silício é calculado utilizando a
fórmula % de equivalente de carbono = % de carbono + (1/3) * % de silício.
A quantidade menor da amostra considerada na presente invenção resfria mais rapidamente do que a quantidade de amostra convencional. Desse modo, a presente invenção utiliza o instrumento, o qual pode processar taxas
mais altas de resfriamento.
As taxas de resfriamento mais rápidas são medidas devido ã quantidade menor da amostra sendo testada. 0 hardware e o algoritmo utilizados na presente invenção podem lidar com taxas de resfriamento de 0 a 3 °C/s enquanto encontram temperaturas do líquido e do sólido.
0 método que utiliza o hardware e o algoritmo para o processo completo é aqui descrito em detalhes.
1. Quando o metal líquido é despejado no copo (2), o termopar dentro do copo (2) é aquecido e gera o sinal em milivolts.
2. O condicionamento de sinal (8a) em milivolts é realizado utilizando vários componentes tais como filtros e capacitores.
3. 0 sinal analógico é convertido em sinal digital utilizando o conversor analógico em digital de alta resolução
(8b) de modo que o processador de entrada e saída (8c) possa processar o mesmo.
4. São armazenados todos os pontos do processo de resfriamento em uma disposição utilizando o processador de entrada e saída (8c) .
5. Uma curva é gerada utilizando o engenho do processador de sinais digitais (8e) . A interpolação dos pontos intermediários é feita para suavizar a curva.
6. A taxa de resfriamento instantâneo, ou seja, a primeira derivada em cada ponto da curva de resfriamento suavizada é obtida pelo engenho do processador de sinais digitais (8e) e os valores da taxa de resfriamento são armazenados em uma outra disposição.
7. Um filtro é aplicado pelo engenho do processador de sinais digitais (8e) para se adequar a uma curva suave para o gráfico da primeira derivada por interpolação.
8. A segunda derivada em cada ponto da curva da primeira derivada suavizada é encontrada e os valores da segunda derivada são armazenados em uma outra disposição.
9. Um filtro é aplicado pelo engenho do processador de sinais digitais (8e) para se adequar a uma curva suave para o gráfico da segunda derivada por meio de interpolação e os valores obtidos são armazenados em uma outra disposição.
10. A terceira derivada em cada ponto da curva da segunda derivada suavizada é encontrada com a ajuda do engenho do processor de sinais digitais (8e) e os valores da terceira derivada são armazenados em uma outra disposição.
11. Os pontos de cruzamento máximo, mínimo e igual a zero de curvas da taxa de resfriamento, as curvas da primeira e segunda derivadas são encontradas utilizando o engenho do processador de sinais digitais (8e).
12. A temperatura do líquido e a temperatura do sólido são detectadas utilizando os pontos acima mencionados. Detecção dos pontos de liauido e de sólido: Quando o ferro que contém carbono e silício solidifica, ele o faz na faixa de temperatura em vez de solidificar em um ponto de congelamento particular. Quando o material é despejado no copo (2), o dispositivo eletrônico (8) detecta a temperatura máxima. Quando o material é colocado para resfriar, inicialmente ele começa a resfriar à taxa de resfriamento máxima. Quando a temperatura alcança a temperatura de solidificação, poucas moléculas começam a solidificar para precipitar austenita e desse modo desprender o calor latente da solidificação. A resultante do resfriamento natural do material e a avaliação do calor latente reduzem a taxa de resfriamento do metal em solidificação. Dependendo da quantidade de calor latente disponível com o metal em solidificação, a taxa de resfriamento começa a cair, alcança um nível mínimo e começa se elevar outra vez. A temperatura da taxa de resfriamento mais baixa atingida é temperatura do líquido. Uma vez que a leitura é armazenada como tempo versus temperatura, a primeira derivada destes pontos é a taxa de resfriamento e a segunda derivada é a relação de mudança da taxa de resfriamento. Portanto, quando a segunda derivada passa através de zero o valor mínimo na curva da taxa de resfriamento é obtido. A temperatura correspondente é a
temperatura do líquido.
Com o mesmo princípio, é encontrada a temperatura
do sólido. Quando o material esfria mais, ele alcança uma
temperatura onde o material é completamente sólido. Ele
desprende calor outra vez e a taxa de resfriamento cai outra
vez. Esta mudança na taxa de resfriamento é detectada e
mantida como temperatura do sólido.
Utilizando o algoritmo, a taxa de resfriamento de 0 a 3 graus C/s pode ser medida, manipulada, analisada utilizando o processador de entrada e saída (8c) do dispositivo eletrônico (8) para detectar as temperaturas do líquido e do sólido.
13. A tabela empírica da temperatura versus a % de equivalente de carbono correspondente e a % de carbono são armazenadas no processador de entrada e saída (8c) utilizando o diagrama de ferro e carbono. O processador de entrada e saída (8c) encontra o valor correspondente do equivalente de carbono utilizando a temperatura do líquido e exibe o seu valor no dispositivo eletrônico (8).
14. 0 processador de entrada e saída (8c) é utilizado para encontrar a % de silício utilizando a seguinte fórmula.
% de Equivalente de Carbono = % de Carbono + (1/3) * % de Silício.
15. O processador de entrada e saída (8c) envia os valores de % de carbono e de % de silício, da temperatura do líquido e do sólido, e exibe os valores no monitor (8d) do
dispositivo eletrônico (8).
O processamento importante nesse hardware e
algoritmo fica essencialmente na etapa 5, onde um filtro é
aplicado e um ajuste de curva suave é gerado. Este algoritmo
assegura valores mais precisos quando se trabalha com taxas
de resfriamento mais elevadas. O algoritmo pode detectar a
temperatura do líquido e a temperatura do sólido até a taxa
de resfriamento de 3 graus./s enquanto encontra as
temperaturas do líquido e do sólido.
Descrições detalhadas da realização preferida são aqui fornecidas; no entanto, deve ser compreendido que a presente invenção pode ser incorporada de várias formas. Portanto, os detalhes específicos aqui apresentados não devem ser interpretados como limitadores, mas, ao contrário, como uma base para as reivindicações e como uma base representativa para ensinar a um elemento versado na técnica a empregar a presente invenção em virtualmente qualquer sistema, estrutura ou matéria apropriadamente detalhado.
As realizações da invenção tal como descrito acima e o método aqui apresentado irão sugerir modificações e alterações adicionais aos elementos versados na técnica. Tais modificações e alterações adicionais podem ser feitas sem que se desvie do caráter e do âmbito da invenção; o qual é definido pelo âmbito das seguintes reivindicações.

Claims (15)

1 . APARELHO PARA DETERMINAR A PORCENTAGEM DE EQUIVALENTE DE CARBONO E SILÍCIO EM METAL FERROSO LIQÜIDO, caracterizado pelo fato de compreender uma estrutura de copo refratário ou molde ou poço (2); uma cavidade (1); um fio de termopar (4); um tubo de quartzo (3); uma base (6); agentes de resfriamento (5), um suporte (7), um cabo de compensação (9), um dispositivo eletrônico (8); em que a estrutura de copo refratário (2) é composta por areia revestida com resina; o diâmetro e a altura da dita estrutura de copo são de aproximadamente 20 a 40 mm e 10 a 25 mm, respectivamente; a cavidade (1) é tal que o peso do metal liquido ou da amostra é de aproximadamente 50 a 180 g; o fio de termopar do tipo K (Cr-Al) de 22 a 24 SWG (4) é utilizado para medir a temperatura; o envoltório do tubo de quartzo (3) é encaixado horizontalmente na dita estrutura de copo (2) de maneira tal que cobre o dito fio de Cr-Al (4); o dito tubo de quartzo (3) evita o contato do dito metal ferroso líquido e do dito e fio de termopar (4) e elimina a possibilidade de contaminação; o dito tubo de quartzo (3) é vedado com agentes refratários de modo que não haja nenhum vazamento do furo da dita estrutura de copo (2); agentes de resfriamento (5), 0,20 a 0,50 g, misturados com aglutinantes refratários, são aplicados no fundo do dito copo; o dito copo (2) tem uma base apropriada (6) para encaixar no suporte (7); o dito suporte (7) envia então o sinal ao dispositivo eletrônico (8) através do cabo de compensação (9) para uma análise adicional da porcentagem de equivalente de carbono, de carbono e silício.
2. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito dispositivo eletrônico (8) compreende: hardware de condicionamento de sinal (8a); conversor analógico em digital (8b); processador de entrada e saída (8c); monitor (8d); processador de sinais digitais (8e). -3. APARELHO, de acordo com a reivindicação Iea reivindicação 2, para determinar a porcentagem de equivalente de carbono, de carbono e silício em metal ferroso líquido, caracterizado pelo fato de compreender etapas de: 1. Quando o metal líquido é despejado no dito copo (2), o termopar dentro do dito copo (2) é aquecido e gera o sinal em milivolts; 2. O condicionamento de sinal (8a) em milivolts é realizado utilizando vários componentes tais como filtros e capacitores;
3. 0 sinal analógico é convertido em sinal digital utilizando o conversor analógico em digital de alta resolução (8b) de modo que o processador de entrada e saída (8c) possa processar o mesmo;
4. São armazenados todos os pontos do processo de resfriamento em uma disposição utilizando o processador de entrada e saída (8c);
5. Uma curva é gerada utilizando o engenho do processador de sinais digitais (8e); a interpelação dos pontos intermediários é feita para suavizar a curva;
6. A taxa de resfriamento instantâneo, ou seja, a primeira derivada em cada ponto da curva de resfriamento suavizada é obtida pelo engenho do dito processador de sinais digitais (Qe) e os valores da taxa de resfriamento são armazenados em uma outra disposição;
7.
Um filtro é aplicado pelo engenho do dito processador de sinais digitais (8e) para se adequar a uma curva suave para o gráfico da primeira derivada por interpolação; 8.
A segunda derivada em cada ponto da curva da primeira derivada suavizada é encontrada e os valores da segunda
derivada são armazenados em uma outra disposição; 9.
Um filtro é aplicado pelo engenho do dito processador de sinais digitais (8e) para se adequar a uma curva suave para o gráfico da segunda derivada por meio de interpolação e os valores obtidos são armazenados em uma outra disposição; 10.
A terceira derivada em cada ponto da curva da segunda derivada suavizada é encontrada com a ajuda do engenho do dito processor de sinais digitais (8e) e os valores da terceira derivada são armazenados em uma outra disposição; 11.
Os pontos de cruzamento máximo, mínimo e igual a zero de curvas da taxa de resfriamento, as curvas da primeira e segunda derivadas são encontradas utilizando o engenho do dito processador de sinais digitais (8e); 12.
A temperatura do líquido e a temperatura do sólido são detectadas utilizando os pontos acima mencionados; detecção dos pontos de líquido e de sólido: Quando o ferro que contém carbono e silício solidifica, ele o faz na faixa de temperatura em vez de solidificar em um ponto de congelamento particular; quando o material é despejado no dito copo (2), o dito dispositivo eletrônico (8) detecta a temperatura máxima; quando o material é colocado para resfriar, inicialmente ele começa a resfriar à taxa de resfriamento máxima; quando a temperatura alcança a temperatura de solidificação, poucas moléculas começam a solidificar para precipitar austenita e desse modo desprender o calor latente da solidificação; a resultante do resfriamento natural do material e a avaliação do calor latente reduzem a taxa de resfriamento do metal em solidificação; dependendo da quantidade de calor latente disponível com o metal em solidificação, a taxa de resfriamento começa a cair, alcança um nível mínimo e começa se elevar outra vez; a temperatura da taxa de resfriamento mais baixa atingida é temperatura do líquido; uma vez que a
leitura é armazenada como tempo versus temperatura, a primeira derivada destes pontos é a taxa de resfriamento e a segunda derivada é a relação de mudança da taxa de resfriamento; portanto, quando a segunda derivada passa através de zero o valor mínimo na curva da taxa de resfriamento é obtido; a temperatura correspondente é a temperatura do líquido; com o mesmo princípio, é encontrada a temperatura do sólido; quando o material esfria mais, ele alcança uma temperatura onde o material é completamente sólido; ele desprende calor outra vez e a taxa de resfriamento cai novamente; esta mudança na taxa de resfriamento é detectada e mantida como temperatura do sólido; utilizando o algoritmo, a taxa de resfriamento de 0 a 3 graus C/s pode ser medida, manipulada, analisada utilizando o dito processador de entrada e saída (8c) do dito dispositivo eletrônico (8) para detectar as temperaturas do líquido e do sólido; 13. A tabela empírica da temperatura versus a % de equivalente de carbono correspondente e a % de carbono são armazenadas no dito processador de entrada e saída (8c) utilizando o diagrama de ferro e carbono; o processador de entrada e saída (8c) encontra o valor correspondente do equivalente de carbono utilizando a temperatura do líquido e exibe o seu valor no dito dispositivo eletrônico (8); 14. O dito processador de entrada e saída (8c) é utilizado para encontrar a % de silício utilizando a seguinte fórmula: % de Equivalente de Carbono = % de Carbono + (1/3) * % de Silício; 15. 0 dito processador de entrada e saída (8c) envia os valores de % de carbono e de % de silício, da temperatura do líquido e do sólido, e exibe os valores no monitor (8d) do dito dispositivo eletrônico (8). 3. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a estrutura do copo é poligonal. 4. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, em vez de telúrio, outros agentes de resfriamento, por exemplo, bismuto, boro, cério, chumbo e magnésio ou outros ainda, podem ser utilizados como uma alternativa. 5. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que em vez to termopar de (Cr-Al) de 22 ou 24 SWG, um outro termopar com capacidade de medição na faixa de 1.050 a 1.400 graus C pode ser utilizado como uma alternativa. 6. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o tempo de medição da porcentagem de equivalente de carbono, de carbono e silício é de 50 a 180 segundos. 7. APARELHO E MÉTODO, de acordo com as reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de serem substancialmente tal como descrito anteriormente com referência a e tal como mostrado nos desenhos anexos e no relatório descritivo.
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