Устройство для исследования процессов термообработки кусковых материалов

СОЮЗ СОВЕТСНИХсанннаннннанРЕСПУБЛИН Зса Р 27 В 02 АНИЕ ИЭОБРЕТЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПИИ нвтсвснансн свиаввввст(71) Московский институт сталин спла вов, Уральский политехнический институт им.С.М,Кирова и Всесоюзный научно-исследовательский институт метал" лургической теплотехники(56) 1. Авторское свидетельство СССР У 531982, кл. Р 27 В 17/02, 1975.2. Авторское свидетельство СССР У 490827, кл. С 22 В 1/14, 1974. ЯОю 1089382 А(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ТЕРМООБРАБОТКИ КУСКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ, содержащее заключенную в корпус футеровку, нагревательную камеру с нагревательными элементами,рабочую камеру для установки образцов, систему крепления образцов и измерительные системы, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности замеров и увеличения количества подводимого в единицу времени тепла, нагревательная камера.нвыполнена в виде состыкованных большими основаниями усеченных конусов с углом мезду большим основанием н образующей 45-60, а рабочая камера для установки образцов выполнена ,светопроницаемой.1089Изобретение относится к подготов-ке железорудного сырья в черной ме" таллургии, а именно к устройствам для изучения процессов упрочнения окатышей и других кусковых матери 5 алов.Известны устройства для исследования процессов термообработки кусковых материалов, содержащие заключенную в корпус футеровку, цилиндричес кую трубу, нагревательную горелку, площадку для установки исследуемых обраэцбв, системы крепления и измерительные системы 1" 1 3.Недостатками данного устройства являются неравномерность нагрева испытуемого образца вследствие наличия точечного источника тепла единичного факела, Формируемого при сжигании топлива в специальной горелке, В результате поверхность образца разогревается до различных температур, в теле куска возникают дополнительные термические напряжения и заметно снижается точность производимых за 25 меров, усложненная система крепления и перемещения образца, а также всей установки в.целом отсутствие одновременного непрерывного измерения температуры, изменений объема и проч ности образца, что также существенно снижает точность эксперимента; взаимосвязь количества подводимого к образцу в единицу времени тепла с режимом сжигания топлива, что обуславливает запаздывание установления скоростей нагрева и охлаждения образца и не обеспечивает воэможности достаточно строгого моделирования технологических процессов.Наиболее близким к предлагаемому 4 О по технической сущности и достигаемому результату является устройство для исследования процессов термаобра ботки кусковых материалов, содержащее заключенную в корпус Футеровку, 45 нагревательную камеру с нагревательными элементами, рабочую камеру для установки исследуемых образцов, системы их крепления и измерительныесистемы 12 30В устройстве рабочая камера выполнена в виде выпукла-вогнутого круга для максимального приближения ее рабочей поверхности к структуре слоя окатышей, 55Однако устройство характеризуется невозможностью наздейстния лучистого теплопатака ат стенок труСы к ниж 38", 1ней половине обраэца (окатыша) так/,ркак между ней и излучающими поверхностями расположена выпукло-вогнутаярабочая площадка, воспринимающаяна себя большую, часть лучистой составляющей теплопотока. В результатеверхняя и нижняя части образцаразогреваются неравномерно, в телекуска возникают дополнительные термические напряжения и заметно падаетточность измерений, невозможностьюувеличения количества поднодимогок образцу в единицу времени теплапри постоянной температуре излучающих стенок. Это обстоятельствоограничивает скорости нагрева иохлаждения образца, отсутствиемодновременного непрерывного измерения температуры, изменений объемаи прочности образца, что также существенно понижает точность эксперимента,Цель изобретения - повышениеточности замеров и увеличение количестна падводимаго к образцу в единицу времени тепла.Поставленная цель достигается тем,что н устройстве для исследованияпроцессов термообрабатки кусковыхматериалов, содержащем заключенную вкорпус футеровку, нагревательную камеру с нагревательными элементами,рабочую камеру для установки образцов, систему крепления образцов иизмерительные системы, нагревательнаякамера выполнена в виде состыкованныхбольшими основаниями усеченных конусов с углом между большим основаниемои образующей 45-60 , а рабочая каме"ра для установки образцов выполненасветопроницаемой.В предлагаемом изобретении разработан метод интенсификации отдачитепла излучением и лабораторныхустановках посредством оптимизациисоотношения теплоиэлучающая поверхность - теплоноспринимаюшая поверхность, Разработанный метод позволяетв достаточно необходимой для практикистепени приблизить результаты лабораторных исследований к технологиипроцесса обжига кусковых материаловна промышленных агрегатах.Увеличение количества падводимогок образцу в единицу времени тепла припостоянной температуре образца обеспечивается увеличением соотношениятеплоизлучающая поверхность - тепловоспринимающая поверхность в сторону3поверхности излучения. Для этого нагревательная камера должна быть изготовлена в виде состыкованных прямого и перевернутого усеченных конусов. Изготовление нагревательной камеры в другом виде (например, с шарообразными стенками, вогнуто- выпуклой поверхностью и пр.) нежела тельно, так.как, не обеспечивая существенного повышения количества подводимого к образцу тепла в единя цу времени, заметно повышает сложность изготовления центральной трубы. Площадь нижнего основания конусов должна быть равна площади поперечного сечения основного участка центральной трубы. В противном случа либо усложняется установка рабочей площадки печи внутри рабочей камеры (при диаметре нижнего основания конусов меньшем диаметра основной трубы), либо, не улучшая процесса чрезмерно возрастают габариты агрегата.Угол между основанием конуса и ег образующей должен составлять ч 5-60 о. При меньшем угле (менее 45 о) чрезмерно возрастают поперечные размеры устройства, уже не обеспечивая ,дальнейшего заметного повышения количества подводимого к образцу теп ла в единицу времени. При большем уг (более 60 ) количество лодводимого кообразцу тепла не обеспечивает реальные для промышленных агрегатов скорости нагрева и охлаждения образца,Рабочая камера для образца должна быть изготовлена светопроницаемой (в форме решетки с живым сечением, большим 60-707, иэ светопроницаемого кварцевого стекла и т.п,), В противном случае заметно снижается количество тепла, подводимого к нижней части образца, и в теле куска воз-никают нежелательные дополнительные термические напряжения.Основание рабочей камеры должно быть расположено на удалении от плос кости стыковки конусов, равном 0,0010,06 от диаметра их нижнего основания конусов (Ь-о). Нижний предел удаления образца от основания конуса (0,001 от диаметра нижнего основания ограничен условиями его установки (чувствительностью соответствующих датчиков). В пределе идеальной является установка образца на линии Ь -Ь. Это, однако, практически невозможно в реальных условиях, При удалении 1089382 4образца от нижнего основания конусов на величину, большую 0,06 от ихдиаметра, соотношение теплоиэлучающей и тепловоспринимающих поверхно- .стей в верхней и нижней частях:установки заметно отличаются другот друга (в 1,2-2,0 раза) . В результате верхняя либо нижняя часть образца получает большую долю теплаи в теле образца возникают нежелательные термические напряжения, Например, при подъеме образца кверхутеплоизолирующая поверхность нижней части нагревательной камерызаметно превышает величину излучающей поверхности верхней части каме"е ры, телловосп;"инимающая поверхность образи. разогревается с различной скор,зстью, и в пределе онможет быть разрушен иэ-за чрезмерныхтермических напряжений в теле куска.Сущность изобретения заключаетсяв конструктивном оформлении устройства для исследования процессово термообработки кусковых материаловЭобеспечивающем приближение условийиспытаний к реальным промышленнымусловиям посредством увеличениятеплоизлучающей поверхности нагревательной камеры (улучшения ее конфигурации) без заметного увеличенияобъема агрегата.На чертеже представлена схемаустройства для исследования процессов термообработки кусковых матери 35 алов,Устройство состоит из корпусафутеровки 2, нагревательных элементов 3, цилиндрической трубы 4, нагревательной камеры 5. В камере расположена рабочая камера 6 для установки исследуемых образцов 7 с систе"мой 8 крепления и измерительнымисистемами 9.Устройство работает следующимобразом,Вне печи на основание рабочейкамеры 6 устанавливают образцы 7с измерительными термопарами, несоизмерителями-тенэодатчиками и другимисистемами. Включают нагревательныеэлементы 3 и разогревают нагреватель.) ную камеру 5. Площадку с образцамипри помощи системы 8 вводят в камеру 5 и устанавливают на плоскости55 стыковки верхнего и нижнего усеченных конусов, обеспечивая тем самьяравномерный со всех сторон образцаподвод тепла излучением от стенок9382 Составитель В, Техред Т.Фанта актор С, Юск рректор А. Ферен Заказ 2915/3 ираж 5 писное Государственного комитета СССРам изобретений и открытийсква, Ж, Раушская наб., д. ВНИИПИ по 13035, Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,илиал П 108 камеры. В процессе опыта температуру в камере 5 поддерживают реостатом, при необходимости через трубу 41 фильтруют газы требуемого состава.Форсированнуюподачу, тепла иэлучением от стенок камеры к образцу обеспечивают, изготовляя угол (с(,) между нижним основанием конуса и их образующей равным 45 . Отклонение от этой величины приводит к увеличению степени неравномерности обогрева образца. После завершения опытаплощадку 6 извлекают и образцы 7направляют на требуемые анализы5 (минералогические, химические,прочностные и др.). Экономический эффект от применения изобретения составит 35 тыс.руб на 1 млн.т готовой продукции,