Установка для определения плотности поверхностного натяжения и краевого угла смачивания расплавленного материала

(5 з)56 2 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСК А ЗОБ И Т И ВТОРСКОМУ С ТЕЛЬСТВУ.агаий металлургический льство СССР3/02, 1970.тория, Металлурги ПРЕДЕ СТНОГО СМАЧИ РИАЛА тение от енно к зико-хим и шлако деления ения и к Я ЛЕНИЯНАТЯ- ВАНИЯ УГЛА МАТЕ зобре илаим ия фи ллов опре натяж носится установических в, Сущ- плотно- раевого Изобретение относится к металлургии, ной печи со смотровым окном, подставки а именно к установкам для исследования для установки подложки с каплей и оптиче- О физико-химических свойств жидких метал- ской системой. Однако эти установки не Ь лов и шлаков, обеспечивают высокой точности измередля определения плотности и поверх. ний, твк кек в них отсутствует возможность )В ностного натяжения расплавленных мате- контроля горизонтальной выверкиповерх- а риалов используют метод "лежащей капли",ности подложки, что не исключает искажезаключающийся в вычислении этих пара- ния результатов определения свойств за метров во результатам измерений геомет- счет образования несимметричных капель.рических параметров жидкой капли В указанных установках не обеспечивает- исследуемого вещества, размещенного на . ся постоянный коэффициент увеличения, подложке или чашке из материала, не реа- . труден доступ к подставке для установки гирующего с этим веществом. подложки, что значительно снижает произДля выполнения этих измерений ис- водительность и затрудняет проведение пользуют установки, состоящие из вакуум- .эксперимента.(57) Ис.пользование: ик области металлургикам для исследовансвойств жидких метаность: в установке длясти, поверхностного угла смачивания методом "лежащей капли" расплавленного материала приспособление для крепления подложки выполнено в виде уравновешенного грузом стержня механически соединенного с опорой, помещенной в гнезде основания печи, Опора шарнирно взаимосвязана со стержнем. Нагреватель выполнен бифилярным с переменной толщиной по сечению с тремя взаимно перпендикулярными отверстиями, два в верхней части нагревателя с центром на уровне окончания бифиляра и одно по геометрической оси нагревателя в центре его основания,. С целью возможности контроля симметричности капли с оптическая система выполнена в виде двух систем, одна из которых расположена соосно относительно вертикального отверстия в нагревателе, а другая относительно горизонтальных отверстий. 2 з,п.флы,3 ил.расплавов железа. Установка содержит ва-5куумную печь, состоящую из двух частей -неподвижной и подвижной с нагревателем,10 сти и снижение трудоемкости измерений, а 30 50 55 Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому техническому решению является установка для измерения плотности и поверхностного натяжения выполненным в виде трубы из графита с утолщениями на концах, размещенную гориэонтально и смонтированную на одной оптической скамье с фотокамерой, и приспособление для крепления и юстировки подложки, поедставляющее собой толстостенную корундовую трубку, укрепленную винтами в стальной трубе, конец которой выведен через сильфон и закреплен на массивной металлической тумбе нажимными болтами.Юстировка подложки осуществляется с помощью винтов (при отодвинутой в сторону по рельсам подвижной части печи) нажимных болтов.Такая установка не позволяет достаточно точно и быстро осуществить измерения, а односторонний доступ для съемки капли не дает достаточного набора данных для точного расчета физико-химических характеристик исследуемых веществ.Цель изобретения - повышение точнотакже расширение номенклатуры контролируемьгх параметров путем обеспечения возможности контроля симметричности капли,На фиг, 1 представлена установка, общий вид; на фиг. 2 - узел крепления стержня с шаровой опорой приспособления для крепления и юстировки подложки; на фиг, 3- бифилярный нагреватель со смотровымиотверстиями. Установка для определения плотности поверхностного натяжения и краевого угла смачивания расплавленного материала методом "лежащей капли" содержит вертикально расположенную вакуумную печь 1 с бифилярным нагревателем 2 перемещенного сечения с тремя смотровыми отверстиями а,б, и в (фиг, 3). Печь 1 состоит иэ подвижной части 3 и неподвижной части 4, смонтированной на массивном основании 5,В центральной части печи 1 установлено приспособление для крепления и юстировки подложки 6, представляющее собой самоустанавливающийся механизм, состоящий из стержня 7, верхний конец которого заканчивается расположенной перпендикулярно его оси площадкой для поддержки подложки 6, а нижний - буртом, который с помощью реэьбового соединения связан сцилиндрическим выступом шаровой опоры 8,15 20 25.Стержень 7 с опорой 8 уравновешен грузом 9, Опора 8 посажена в расположенноев центре основания 5 гнездо 10, имеющееформу обратной полусферы, ответную сферической форме посадочной поверхностиопоры 8, и образующее с опорой 8 шарнирное соединение. Сферические поверхностиопоры 8 и гнезда 10 выполнены с высокойточностью обработки и покрыты смазкой,снижающей коэффициент трения,Место ввода стержня 7, в неподвижнуючасть.4 печи 1 герметиэировано сильфоном11;Механизм подъема и герметизации подвижной части 3 печи 1 содержит гайку сфланцем 12, винт 13, направляющие 14 итраверс 15.Установка снабжена двумя оптическими системами 16, закрепленными на поворотных консольных. направляющих 14 свозможностью перемещения в горизонтальной и вертикальных плоскостях, Нижняя из оптических систем 16 установленасоосно отверстиям а и б. а верхняя - сооснолинзе, установленной в полости гайки надотверстием в нагревателя 2 (фиг. 3).Стенки нагревателя 2 сужены в зонеразмещения стержня 7 с подложкой 6, дляизменения высоты подъема которого в центре сферической части опоры 8 стержня 7выполнен штырь с винтовой головкой 17,выведенный через отверстие в основании 5,В основание 5 по периметру боковойповерхности, на которой нанесены кольцевые горизонтальные риски, вмонтировануровнемер 18, а в нижней части основание5 снабжено регулировочными опорнымиболтами 19.При большой массе установки для.опоры тоаверсы 15 можно установить дополнительную направляющую колонну 14,симметричную описанной,Степень сужения стенок нагревателя 2,размеры опоры 8, вес груза 9, количествоотростков дифманометрического уровня 18,количество и размеры опорных болтов 19 идругие конкретные параметры определяютв каждом отдельном случае в зависимостиот размеров установки,свойств материалов,из которых изготовлены ее элементы и т,д,с условием обеспечения ее прочности и надежности в эксплуатации,Установка работает следующим образом,С помощью регулировочных болтов 19устанавливают основание 5 неподвижнойчасти 4 вакуумной печи 1 в горизонтальномположении, которое контролируют по совпадению положения мениска жидкости в отростках дифманометрического уровнемера18 с кольцевыми горизонтальными рисками краевого угла смачивания расплавленногона боковой поверхности основания 5.. материала. "Затем при поднятой с помощью травер-Причем использование предлагаемойсы 15 подвижной части 3 печи 1 в гнездо 10 установки позволяет расширить ее техничеоснования 5 устанавливают приспособле ские возможности по сравнению с прототиние для крепления и юстировки подложки 6 пом за счет получения дополнительногои уравновешивают его грузом 9, масса кото- контролируемого параметра - симметричрого определена в процессе предваритель- ности капли,нойтарировкиустановки. При этом шарнир . Кроме того, конструкция установки позанимает вертикальное положение, а по зволяет расширить температурный диапалость стержня 7 для поддержания подложки зон исследований за счет локализации6- горизонтальное положение,.параллель- высокотемпературной зоны печи, а конст. ное плоскости основания 5. На плоскость рукция приспособления для крепления под,стержня 7 устанавливают подложку 6 с за- ложки позволяет при необходимостиранее рассчитанным количеством исследуе произвести исследования по изучению хамого материала. рактера растекания капли, изменяя угол наПрипомощимеханизмаподнятияигер- клона плоскости стержня 7 от 0,5 до 6метизации проводят плавное сочленение путем изменения положения шарнира, неподвижной 3 и неподвижной 4 частей ваку- уравновешенного грузом 9,умной печи 1 и их зажатие винтом 13, . 20 Таким образом, предлагаемая установкаВключают вакуумную систему и произ- является достаточно гибкорй конструкцией,.водят предварительное разрежение устрой- позволяющей расширить номенклатуру изства. При этом сила зажатия в месте мерений, повыситьприэтомихточность приуплотнений подвижной 3 и неподвижной 4 минимальных затратахтруда и времени.части печи 1 увеличивается пропорциональ . Лабораторный образец описанной устано создаваемому разряжению, а стержень 7 новки изготовлен и.испытан в процессе пропод влиянием действующей нэ него силы ведения исследований по определениюстановится подвижным, поднимается в вер-физико-химических свойств сталей и металхнее крайнее положение, сжимая сильфон лургических шлаков.11. Получается плавающая система, кото.- 30 Возможность установки основаниярую уравновешивают грузом 9, и шаровая чстоойствэ в горизонтальном положенииопора 8 прижимается к поверхности гнезда и настройки оптических приборов в подго-10 основания 5, образуя шарнир. товительном периоде без перенастройкиПридостижении.необходимогодля про- их в процессе проведения серии экспериведения измерений разряжения, включает 35 ментов, а также практически эвтомэтичеосветитель 20, проверяют предварительное скэя самоустановка по вертикалисовпадение оси оптических систем 16 с цен- с те рж н я и рис пособлени я, обеспечиваютром будущей капли, регулируя длину стер- щая горизонтальность подложки и требуюжня 7 при помощи винтовой. головки 17 щее минимальных затрат регулированиеопоры 8. 40 положения подложки по вертикали всегоПроизводят настройку оптических сис- лишь одним винтом, позволили максимальтем 16 на заданное увеличение при съеме, но снизить трудоемкость проведения измецосле чего оптические системы остаются рений при значительном повышении ихнеприкосновенными в течение всей серии . точности, которая еще более повысилась заопытов, что гарантирует постоянство увели счет учета при расчете. дополнительно полчения и повышает точность исследований. ученных съемкой капли в вертикальной плоВключают нагреватель 2 и производят скости данных о симметричности капли.нагрев до температуры плавления исследу- Ф о р м ул э и з о б р е т е н и яемого материала в зоне его размещения.: 1, Установка для определенияплотнопри этом формируется капля, . 50 сти, поверхностного натяжения и краевогоС помощью винтовой головки 17 произ- угла смэчивэния .расплавленного материаводят окончательную корректировку.соос- ла, содержащая вакуумную печь, включэюности геометрического центра капли и щуюнеподвижнуючастьиподвижнуючастьоптических систем, гарантирующей получе- с нагревателем, подложку, приспособлениение четкого контура капли и выполняют ее 55 для крепления и юстировки подложки, устафотографирование в горизонтальной и вер- новленное внутри печи с выводом из ее не: тикальной плоскостях. подвижной части .через сил.ьфон,Погеометрическимпараметрамсфотог- оптические системы, опорные элементы ирафированной капли производят расчет уровнемер, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, сплотности, поверхностного натяжения и цельюповышенияточностииснижениятр -рудоемкости измерений, нагреватель выполней бифилярным с переменным сечением и смотровыми отверстиями, приспособление для крепления и юстировки подложки выполнено в виде уравновешенного грузом стержня; расположенйого вертикально, заканчивающегося с одной стороны закрепленной с помощью подвижного соединения опорой, а с другой - расположенной перпендикулярно его оси плоскостью для под. ложки, а опорные элементы установки выполнены в виде не связанных между собой направляющей колонны с установленными на ней.с возможностью вертикального перемещения поворотными консольными направляющими, на которых размещены с возможностью горизонтального перемещения оптические системы и траверсы, и снабженного опорными регулировочными болтами основания, на которое установлена неподвижная часть печи, причем в центре его выполнено гнездо с отверстием для опоры стержня приспособления для крепления подложки, а уровнемер размещен в основании по периметру его боковой поверхности, на которой нанесены кольцевые горизонтальные риски,2. Установка по и, 1, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что опора приспособления для крепления и юстировки подложки выполнена в виде полушара, снабженного в центре нижней 5 сферической части штырем с винтовой голо-.вкой и цилиндрическим выступом в центре верхней плоской поверхности. причем .в нижней части стержня приспособления выполнен ответный кольцевой бурт, связан ный с выступом опоры резьбовымсоединением.З,Установка попп;1 и 2, отл ича ющ а я с я тем, что, с целью обеспечения возможности контроля симметричности 15 капли,одно из смотровых отверстий выполнено в центре нагревателя по его вертикальной оси, нижняя часть стенок нагревателя сужена и на их диаметрально расположенных сторонах в плоскости, перпендикуляр ной плоскости бифиляров с центром науровне их окончания, выполнены два других отверстия, причем одна из оптических систем размещена на консольной направляющей соосно с двумя нижними смотровыми 25 отверстиями и в нагревателе, а другая -соосно со смотровым отверстием нагревателя по его вертикальной оси.1744594 лужЕнкО р М.Н Коррект А. Осауленк ТиражПодписйтвенного комитета по изобретениям и откр 113035, Москва, Ж; Раушская наб 4/5 КНТ СС тент", г. Ужгоро дственно-издательский ко