Способ и устройство для отбора проб жидкого металла

и 887987 Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) Приоритет б 01 М 1/1 О 3 Ъоударстеенный комитет ао делзи нзобретенкй н открытий(54) СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ 1 КИДКОГОМЕТАЛЛА 10 15 Изобретение относится к областианализа металлов и сплавов на содержание в них газов и других примесейи может быть применено в атомнойпромышленности, металлургическойи ряде других отраслей,Известен способ отбора проб ходкого металла, включающий заполнениевертикально размещенного сосуда жидким металлом, охлаждение пробы игерметизацию входного канала сосудаматериалом, например парафином 1 .Однако этот способ отбора пробжидкого металла сложен и ненадежениз-за наличия специального средствадля герметизации входного канала,Наиболее близким к предлагаемомуспособу техническим решением являетсяспособ для отбора проб жидкого металла, включающий заполнение размещенного вертикально сосуда металломпробы и герметизацию сужающейся час-.ти патрубка сосуда жидким материаломс последующим его охлаждением 121. Недостатком известного способаявляется низкая герметизация пробы,Наиболее близким к предлагаемомуустройству техническим решениемявляется устройство для отбора пробжидкого металла, содержащее последовательно размещенные по вертикаливходную камеру и камеру пробы, соединенную патрубком с сужающейся частью Щ ,Недостатком известного устройства является узкая область применения,Целью изобретения является повышение степени герметизации пробы ирасширение диапазона применения устройства,Цель достигается тем, что в способе для отбора проб жидкого металла,включающем заполнение размещенноговертикально сосуда металлом пробыи герметизацию сужающейся частипатрубка сосуда жидким материаломс последующим его охлаждением, подают в сужающуюся часть патрубкапорцию жидкого материала, дающего усадку при затвердевании, в объеме 1,5-4 объема сужающейся части патрубка: кроме того, в устройстве для отбора проб яждкого металла, включаю щем последовательно размещенные по вертикали входную камеру и камеру пробы, соединенную патрубком е сужающейся частью, нижняя часть патрубка выполнена в виде полой сферы: 10 целесообразно сферу выполнить с радиусом равным 1,1-1,5 радиуса сужающей ся части патрубка а радиус сужающейся части патрубка определять по15Ъ б где Р, - радиус сужающейся части пат"рубка, см;20г - радиус капли, см;Р - плотность жидкого материала,г/смЯ - ускорение силы тяжести,см/секх,25б - поверхностное натяжение материала капли, дин/см.На фиг.1 изображено устройствососуд), с помощью которого можетбыть реализован предлагаемый способотбора проб жидкого металла и сплава иа фиг.2 - устройство с отобранной пробой жидкого металла с формой выполнения узла герметизациивходного канала сосуда в случае,когда металл пробы и герметизирую 35щий материал не смачивают внутренниестенки устройства на фиг.3 - то же,с другой формой выполнения узла герметизации входного канала сосудав случае, когда металл пробы и герме 40тизирующий материал смачивают внутрен"ние стенки устройства,Устройство для реализации способавыполнено в виде последовательноразмещенных по вертикали сосудов,входной камеры 1, соединенной .патрубком 2 (сужающаяся часть входногоканала) с камерой 3 пробы металла.Устройство выполнено, например, изкварцевого или молибденового стекла, 50Диаметр патрубка 2 рассчитывается,исходя из метода висячей капли жидкого герметизирующего материала.Рассмотрим условие равновесия висячей капли жидкого герметизирующего .55материала. Вес капли при набуханииснизу патрубка 2 зависит от поверхностного натяжения, полагая, что отрыв капли происходит в тот момент, когда сила тяжести по своему абсолютному значению превышает поверхностное натяжение по всему периметру выходного отверстия патрубка 2. Сила, вынуждяющаяся каплю падать вниз, определяется по формуле:Г= е 9 = - Кг У 94 - 53где Г - радиус капли, см;Р - плочено, г/см- ускорение силы тяжести,см/секСила, удерживающая каплю равна:В 2 Хй,б2) где Й - радиус выходного отверстияпатрубка, см:О - поверхностное натяжениематериала капли, дин/см. Из условия равновесия сил определяем радиус /днаметр/ патрубка:АХр 1 ру 2 ХМ; -- (3)зРс 1Подставляя в формулу 3 численные значения индексов, легко определить радиус патрубка для любого герметизирующего материала.Для осуществления предлагаемого способа отбора проб жидкого металла или сплава с помощью устройства Мг.1) его помещают внутрь герметичной камеры пробоотборника, имеющего смотровое окно и раздаточную трубку. После закрытия и герметизации камеры пробоотборника ее вакуумируют, а затем с помощью раздаточной трубки и регулирующего вентиля заполняют на 80-903 объема сосуд пробой металла. После частичного заполнения сосуда пробой металла подают в патрубок, который выполнен сужающимся, порцию жидкого герметизирующего материала, дающего усадку при затвердевании, в объеме 1,5-4 объема сужающейся части входного натрубка до образования снизу и сверху патрубка капель герметизирующего материала, соединенных между собой перемычкой, затем охлаждают поданную порцию герметизирующего материала до его затвердевания в сужающейся части патрубка, Необходимо, чтобы коэффициент усадки герметизирующего материала был больше коэффициента усадки материапа стенок;патрубка, Для того, чтобы снизу и сверху сужающейся части входного патрубка образовались капли герметизирующего материала, связанные между собой перемычкой, необходимо подать в сужающуюся часть патрубка заранее подсчитанное количество конкретного герметизирующего материала, учитывая при этом объем двух капель жидкого герметизирующего материала и объем сужающейся части патрубка конкретного устройства, При этом между пробой металла и пробкой герметизирующего материала должен оставаться незаполненный металлом пробы газовый отсек, Как показали эксперименты, объем поданной порции герметизирующего материала должен . составлять для различных материалов в среднем 1,5-4 объема сужающейся части патрубка, В процессе охлаждения порции герметизирующего материала в форме двух капель с перемычкой происходит усадка материала. капель и перемычка, В процессе усадки материала его. объем и линейный размер уменьшаютая, что приводит к гер- метизации сужающейся части входного патрубка одновременно с двух концов, снизу и сверху патрубка. Как показала проверка, герметизация сосуда пробы металла любым жидким металлом, дающим усадку при затвердевании, достигает вакуумной плотности, Если в сужающуюся часть патрубка будет подано герметизирующего материала в количестве, недостаточном для образования полной капли сверху сужающейся части патрубка а дополнительно при этом герметизирующий материал смачивает стенки патрубка), то в этом случае запорный элемент будет иметь форму, изображенную на фиг,2, т.е. в верхней части патрубка будет образована расплывчатая капля герметизирующего материала, Однако необ- . ходимо, чтобы верхняя наружная поверхность капли выходила за пределы самой узкой части патрубка, что будет достаточным условием для надежной герметизации сосуда пробы.Устройство для отбора проб (фиг,2) включает последовательно размещенные по вертикали сосуды: входную камеру 4 и камеру 5 пробы, соединенные патрубком 6 с сужающейся частью в виде запорного элемента и наполни- тельную трубку 7. Запорный элемент 8 выполнен в виде по меньшей мере 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 одной полой сферы, образованной стен"кой патрубка, Диаметр сферы можетбыть больше или меньше диаметра патрубка, Устройство выполнено, например, из кварцевого или молибденовогостекла,Для осуществления отбора проб,например, жидкого металла, необходимо предлагаемое устройство (Фиг.2)разместить внутрь герметичного пробоотборника (не показан), имеющегосмотровое окно. После заКрытия и герметизации пробоотборника его вакуумируют, а затем с помощью наполнительной трубки 7 и регулирующего вентилязаполняют на 80-90 Е объема камеру5 устройства пробой 9 жидкого металла (фиг.З) Затем внутрь пробоотборника подают инертный газ, напримергелий, и с помощью наполнительнойтрубки 7 и регулирующего вентиляподают во входную камеру 4 жидкийгерметизирующий материал, дающийусадку при затвердевании, заполняяим патрубок 6 и опорный элемент 8до образования гантели 1 О и 11 сперемычкой 12Разделка отобранной пробы осуществляется после ее охлаждения переданализом путем механического разрушения корпуса устройства и отделенияпробы от стенок корпуса и от герметизирующей пробки.Реализация способа и устроиствадля отбора проб жидкого металлапозволяет получить следующие технико-экономические преимущества.Достигается более высокая степеньгерметизации (вакуумплотная) пробыодновременно с двух концов патрубка,что обеспечивает возможность болеепродолжительного хранения отобраннойпробы, особенно химически активной.Изобретение позволяет в качествегерметизирующего материала использовать тот же отбираемый жидкий материал, дающий усадку при затвердевании, или, наоборот, увеличивающийсвой объем при охлаждении. Причемузел герметизации отделен от пробыгазовым отсеком, что устраняет возможность загрязнения пробы даже вслучае применения в качестве герметизирующего материала иного, чем материал самой пробы. Значительнооблегчается и ускоряется процессразделки пробы перед анализом. Предлагаемое изобретение допускает автоматическую герметизацию пробы путемподачи во входную камеру устройстваопределенной порции герметизирующегоматериала, Способ и устройство можетбыть использовано для отбора пробразличных жидких и газообразных веществ,Формула изобоетения 8879873, Устройство по и, 2, о т л и ч аю щ е е с я тем, что сфера выполнена с радиусом, равным 1,1 - 1,5 радиуса сужающейся части патрубка.4. Устройство по пп.2 и 3, о т -л и ч а ю щ е е с я тем, что радиус сужающейся части патрубка определяют по формуле. Способ для отбора проб жидкогометалла, включающий заполнение размещенного вертикально сосуда металломпробы и герметизацию сужающейсячасти патрубка сосуда жидким материалом с последующим его охлаждением,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения степени герметизации пробы, подают в сужающуюсячасть патрубка порцию жидкого материала, дающего усадку при затвердевании, в объеме 1,5-4 объема сужающейся части патрубка,2. Устройство дпя отбора проб жидкого металла, включающее последовательно размещенные по вертикали вход.ную камеру и камеру пробы, соединенную патрубком с сужающейся частью,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что," целью расширения диапазона применения, нижняя часть патрубка выполненав виде полой сферы, где Р, -р 2 ГЯЯ36радиус сужающейся части патрубка, см;радиус капли, см;плотность жидкого материала,г/смускорение силы тяжести,см/секповерхностное натяжение материала капли, дин/см. Источники информациипринятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР276511, кл. б 01 М 1/1 О, 1968.2, Авторское свидетельство СССР251914, кл. О 01 Н 1/10, 1968887987 юг Маем Составитель Л. Нечипоренкоачирова Техред Е.Гаврилешко Корректор Г. Решетник акто Заказ 1071В 11 ИИП дписное ра евно етении