Способ определения теплопроводности жидкого металла

(19) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 3(51) С 01 М 25/18ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Московский ордена Трудового Красного Знамени институт стали и сплавов и Научно-производственное объединение по технологии машиностроения 1 ЦНИИТМРЛф(56) 1. Филиппов Л,П. Результаты исследования тепловых свойств жидких металлов. - Кн.: Физика и фиэикохимия жидкостей. М., изд-во МГУ, 1972, с.5-12.2. Мильвидский М.Г., Еремеев В.В, К методике оценки коэффициента теп" лопроводности твердых тел и расплавов вблизи температуры плавления. фФизика твердого тела 1, 1964, т.б, вып. 7, с.1962-1966.(54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА, включающий нагрев тигля с образцом, измерение градиента температуры и теп лового потока., о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности при определении теплопроводности высокотемпературных и агрессивных расплавов и снижения времени, образец облучают пучком-излучения, а градиент температуры и тепловой поток определяют путем измерения температуры расплава у внутренней стенки тигля и зависимости интенсивности прошедшего через тигель пучка монохроматического-излучения от времени и температуры в процессе нагрева.2. Способ по.п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что определение производят при теплоизолированных торцах образца.Изобретение относится к тепло-,физическим измерениям, в частности,для определения теплопроводностижидких металлов.Известен способ определения коэффициента теплопроводности жидкихметаллов, сущность которого заключается в регистрации- установившихся колебаний температуры, создаваемых в цилиндрическом образце, поверхность которого подвергается пернодическому нагреву с помощью электронной бомбардировки (1) .Недостатком известного способаявляется наличие металлическогоконтейнера,что исключает возможность исследования агрессивных расплавов, взаимодействующих с материалом ампулы, и ограничение температуры измерения (1800 К).Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ определения коэффициента теплопроводности жидкого,металла, включающий нагрев тигля собразцом, измерение градиента температуры и теплового потока. Этимспособом при выращивании кристалловпо методу Чохральского температуруизмеряют двумя термопарами, однаиз которых помещена в жидкой, другаяв твердой фазах. Кристаллы выращивают одинаковых размеров с двумя 30.разными скоростями, при этом измеряют температурные градиенты у границы раздела фаз. Коэффициенты теплопроводности твердого тела и расплава определяют из системы уравнений теплового баланса для двухскоростей кристаллизации (2,Задачу о распределении температур вблизи границы раздела фаз можносвести к одномерному случаю при на- щличии лишь только осевых тепловых потоков у фронта кристаллизации, чемус наибольшей полнотой отвечает плоский фронт кристаллизации. Однако сизменением скорости роста фронткристаллизации искривлялся. Особенно заметные изменения имеют местов экспериментах с кремнием, т.е.сповышением температуры эксперимента.Это является одним из источниковошибки в определении коэффициента 50теплопроводности.Наличие тепловых потерь за счетизлучения с поверхности кристалла,которые увеличиваются с повышениемтемпературы эксперимента, ограничивает область применения э 1 ого способа(только для сравнительно легкоплавких металлов) .Необходимость измерения градиентатемператур в расплаве и кристалле 0увеличивает ошибку эксперимента, анеобходимость проведения двух экспериментов с различными скоростями,кристаллизации значительно повышаетвремя, затрачиваемое на определени 65 коэффициента теплопроводности и может привести к дополнительной ошибке за счет изменения условий эксперимента,Цель изобретения - повышение точности при определении теплопроводности высокотемпературных и агрессивныхрасплавов и снижение времени.Поставленная цель достигается тем,что согласно способу определениякоэффициента теплопроводности жидкого металла, включающему нагрев тигляс образцом, измерение градиента температуры и теплового .потока, образец облучают пучком -излучения, аградиент температуры и тепловой поток определяют путем измерения температуры расплава у внутренней стенки и зависимости интенсивности прошедшего через тигель пучка монохроматического-излучения от времении температуры в процессе нагрева.При этом предусмотрено дополнительное теплоизолирование торцовобразца.На фиг.1 изображена общая схемаустройства для определения коэффициента теплопроводности; на фиг.2продвижение фронта плавления цилиндрического образца в тигле; нафиг.З - кривая изменения интенсивности проникающего излучения от температуры при фазовом превращении;на фиг,4 - кинетическая : криваяплавления.Устройство содержит источник 1излучения, детектор 2 излучения,нагреватель 3, жидкий расплав 4 втигле, теплоизолирующую засыпку 5,огнеупорную подставку б и термопа-ру 7.Металл расплавляют. так, что онпринимает форму тигля, и затем охлаждают до температуры ниже температуры плавления. Далее образец нагревают с постоянной скоростью и в процессе его плавления регистрируютизменение интенсивности проходящегочерез образец-излучения от температуры у стенки тигля и времени.Коэффициент теплопроводностижидкого металла определяют по формуле1057828 д ТФиг.8 Составитель М.Земляницынедактор Н.Безродная Техред Л.Микеш Коррект ль Тираж 873ударственного комитета м изобретений и открыт ва, Ж, Раушская на 5 акаэ 9575/45 ВНИИ и 113035д. 4/ илиал ППП Патентф, г. Ужгород, ул. Проектная интенсивность-излучения,проходящего через металл в,жидком и твердом состоянияхпри температуре плавления;, 3 - интенсивность-излученияв выбранный моМент временив двухфазной области;) - температура, соответствую 3ая значению интенсивностив выбранный момент времени;(- температура плавления металла 1С - коэффициент, определяющийсяразмерами тигля (для тигля30 мм С=0,1164, ф 40 ммС=0,150),Для предотвращения осевых теплостоков, в том числе эа счет излучения,поверхность металла теплоизолируют спомощью алундовой засыпки.Тепловой поток, проходящий черезслой жидкого металла пропорционаленскорости изменения интенсивности 5 У-излучения в процессе плавления,которую находят в кинетической кривой (фиг,4). По температурной зависимости интенсивности иэлу.ения вдвухфазной области определяют раз ность ЬТ=Т-Тщ (фиг.З . Предлагаемый способ позволяет более точно определить коэффициент теплопроводности жидких железа, ко 15 бальта, никеля и сплавов на их основе (погрешность в. эксперименте не превышала 10) ри сокращении времени эксперимента.