Устройство для отбора проб расплавленного металла

СОЮЗ СОНЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН а;фЗФ цц 1 Л 1 44рпорейшн (Ю)елтон (118) 11" 2436380 блик. 1980 ОТБОРА ПРО осится к устройрасплавленногоГОСУДА, СТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(57) Изобретение отству для отбора про металла, может быть использовано вметаллургии и позволяет повыситьточность отбора и упростить эксплуатацию пробоотборника, Устройствосодержит вакуумную трубку 1, установленную в крышке 2 сборника пробы 4с радиальными канавками 3 и изоляцией 5, стержень 6 с трубкой 7 иизоляций 8, установленный в основании сборника 4, Стержень 6 вмонтирован в приспособление 9 и связан трубкой 1 О с выдвижным запирающим стержнем 14, установленным в верхней части стакана 12, где расположен фильтр13. б з.п. ф-лы, 2 ил,Изобретение относится к устройствам для отбора проб расплавленныхсред,Цель изобретения - повышение точности отбора проб и упроще-.ие эксплуатации пробоотборника,На Фиг. 1 схематически изображено предлагаемое устройства, поперечное сечение, на фиг. 2 - сечение А-Ана фиг. 1 ОУстройство для отбора расплавленного металла содержит вакуумный насос(не показан), вакуумную трубкукрьшьку 2 резервуара с радиальнымиканавками 3, резервуар 4 с изоляцией 155, стержень 6 с трубкой 7 и изоляцией 8, приспособление 9 для крепленияфильтра с трубкой 10, пробку 11,стакан 12 фильтра, фильтр 13 и запирающий стержень 14,ОВакуумная трубка 1, резервуар 4,трубки 7 и 10 и стакан фильтра соединяются друг с другом через различные отверстия. Соединив устройство свакуумной системой при положениизапирающего стержня в исходной позиции, устройство опускают в расплавленный металл, пробу которого необходимо отобрать, и погружают доуровня, расположенного вьш.е начала.изоляции Я, т.е, вьше самой низкойточки, достигаемой изоляцией стержня6 причем вертикальные оси как стержня 6, так и запирающего стержня 14расположены почти перпендикулярно кповерхности металла,Устройство погружают да точки,расположенной выше начала изоляции,на расстояние в половину выше изоляции 8, цля того, чтобы не допуститьотверждения алюминия, прежде чемтот поступит в резервуар а также.Фдля того, чтобы нагреть трубку 7 и10 да температуры, достаточной дпяПлавления алюми лия, оставшегося отпредыдущей пробы, После того, какпогруженная часть прогреется до температуры плавления, выдвигают запорный стержень 14. Жидкий металлпроходит через Фильтр 13, трубки 7и 1 О и попадает в резервуар 4. Помере прохождения расплавленного металла через фильтр часть твердыхвключений в зависчмости от их размеров и степени слипания задерживаютсяна фильтре или внутри его, Послезаполнения резервуара устройство вынимают иэ расплава, позволяя жидкому металлу охладиться и затвердеть,после ч:го выключают вакуумный насос.Хорошие результаты после удаленичустройства иэ расплава дает применение простого охлаждающего устройства. например плотно прилегающегографитного блока или воздушной струинаправленной в устройство для крепления филь:ра в точке, расположеннойниже Фильтра 13, что способствуетотверждению металла в продольном направлении от дна до верхней части,При этом свободная жидкость в зоне, расположенной выше Фильтра 13,поступает в пустоты и заполняет ихв этой зоне. После охлаждения устройства стакан 12 Фильтра вместе сфильтром 13 и затвердевшим металлом вьше и ниже фильтра 13 изымаютиз приспособления для крепления Фильтра, размельчают и подвергают анализу стандартными металлургическимиметодами, а частицы, оставшиеся нафильтре и внутри него, могут быть измерены. сосчитаны, проанализированыи сфотографированы,Фильтр 13 закрепляют с помощьюцемента в сужающемся стакане 12 Фильтра в периферическом креплении 15.стакан 12 открыт : обоих концов, Этимобеспечивается такое дополнительноеустройство, которос может быть установлено в основном устройстве, а затем после окончания процедуры отборпробы может быть вынут вместе с отобранным образцом,Для этого приспособление цля крепления Фильтра имеет суживающеесягнездо или нишу, в которые входитстакан 12 Фильтра. Стакан 12 Фильтра спроектирован так, что в него входят крепежные металлические стержни,р положенные выше и ниже фильтратак, что в ходе отверждения и последующих манипуляций эти стержни не отделяются от фильтра 13, посколькуотделение от Фильтра делает последующую оценку образца затруднительной,Фильтр 13 покоится на креплении 15или выступе в стенке стакана 12 Фильтра.Крепежные отверстия 16 делают выше и ниже фильтра 18,Крепежные отверстия 16 как правила их четыре) высверливают в сгенкестакана 12 фильтра, Эти отверстиямогут быть высверлены насквозь нижеФильтра и выше Фильтра. Высверлен-"ные насквозь отверстия нежелательны,поскольку они могут стать причиноизагрязнения поверхности фильтра внешним источником,Кроме того, даже при наличииКрепежных отверстий 16 образованиепустот в металле над фильтром 13 приводит к отрыву металла от фильтраили отрывуфильтра от нижерасположенного металла, если допустить прилипание металла в верхней части стакана фильтра (или его на крае за счетпереливания металла через край, Этотнежелательный эффект может бытьуменьшен за счет придания верхнемукраю 17 стакана фильтра указаннойФормы, например, сделав в верхнейчасти откос и угловое закругление,так,что большая часть жидкого металла стекает через край 17 стакана 12Фильтра после извлечения устройстваиэ расплава,Типичные откосы, которые можноприменить, имеют отклонение на 2030 ниже горизонтальной оси, а разме 0ры угловых закруглений 0,32-0,15 см.Стакан 1 2 фильтра и гнездо 18 подгоняют по размерам так, что когдастакан фильтра задвинут вручную вгнездо, обеспечивается достаточно хорошая герметизация, не требующая ка 30кого-либо цементирования. После ис"пользования стакан 12 Фильтра можетбыть вынут сначала его скручиваниемдля разрыва соединения стакана Фильтрас приспособлением 9 для крепленияфильтра. Удалению стакана, также как З 5монтажу нового стакана фильтра,способствует заполнению всего пространства гнезда 18 под стаканом 12 Фильтра пробкой 11, приготовленной, например, из изоляционной бумаги на 4 Ооснове керамических волокон или салфетки.Пробка должна иметь отверстие вцентре для свободного протекания металла, Вместо пробки 11 могут приме.няться полые цилиндры, открытые собоих концов, или шайбы, и предлагаемые пробки в таком определениивключают указанные и другие эквивалентные приспособления, Пробкиследует изготовлять из материала,кокоторый не плавится и не разлагается под действием расплавленного металла, а также является непроницаемым для жидкого металла в применяемых условиях,Кроме того, пробки изготовляютиз материала, способного сжиматься,12;4633поэтому их размеры несколько превышают объем эаполняемога ими пространства. Таким образом, расплав посуществу не попадает в эта пространство, за исключением центральногоотверстия, упомянутого выше,Эта отверстие делают достаточнобольшим для беспрепятственного протекания металла в ходе отбора пробы.В результате образуется металлическая пробка которую можно легкоразрушить во время вынимания стакана, а затем и обрезать,Рекомендуемым материалам дляФильтра, используемого в среде расплавленного металла, является пористый графит. Однако графит не оченьохотно смачивается жидким металлом.Поэтому приходится прилагать давление, достаточное для преодалеванияповерхностнога напряжения, чтобывызвать проникновение жидкого металла в поры Фильтра, и чем меньше этипары, тем большее давление необходимо для осуществления такого проникновения, Поскольку процедура, используемая для отбора образца, наилучшие результать; дает при атмосферномдавлении, давление только в однуатмосферу применяется для продавливания жидкого металла через порыфильтра, Таким образом, эта проце-.дура накладывает ограничение на нижний предел размера пор Фильтра, применяемого в устройстве, Приняв вовнимание этот предел, применяют фильтры с самыми небольшими порами,способными задерживать самые маленькиечастицы включения. Фильтры должныиметь такие размеры пор, которые позволяют продавливать жидкий металлчерез поры при давлении в одну сторону,Для создания быстрого равномерного и плотного начала потока жидкости запирающий стержень 16 выдвигаюттолько при полном вакууме, т.е. приполучении самого высокого вакуума,который может создать вакуумный насос.Втекание жидкости с некоторым ударом по поверхности фильтра способствует началу фильтрования,Для облегчения выдвижения стержня14 ега диаметр рекомендуют делатьтаким, что сила, прилагаемая длявыдвижения стержня из стакана 12фильтра позволяет без труда осуществить эту операцию вручную. Типичныйразмер пор фигГьтра лежит в прецелах 30-60 мкм; диаметр запирающего стержня 0,96-1,27 см, диаметр стакана фильтра в его верхней части 1,9- 2,54 см, За исключением фильтра 13, пробки 11 и изоляции 5 и 8 устройство может быть изготовлено иэ следующих материалов: часть устройства контактирующая с металлом в бане, должна быть устойчивой к действию жидкого металла; если этот металл алюминий, то подходящим материалом является графит. Кроме того, можно применять керамические материалы,Резервуар и другие части, не соприкасающиеся с расплавом, могут быть стальными, рекомендуется нержавеющая сталь для длительного исполь-зованияФильтр и другие части устройства, погруженные в ходе отбора пробь 1 в жидкий металл, нагреваются до температуры плавления перед выдвижением запирающего стержня 14 и остаются при этой температуре к во время отбора пробы. Другие части устройства, например, резервуар 4 и часть стержня 6, не погруженные в жидкость, могут быстра забиться вследствие их низкой температуры затвердевающим металлом.Чтобы избежать такого начального замерзания, не прилагая при этом внешнего источника нагрева, эти части устройства изолируют изнутри изо- ляционным материалом непроницаемым для расплавленного металла, например бумагой из керамических волокон, в частности бумагой РЖегГгах Р 970-, изготовляемой Компанией Карборундум (СагЬогипйпп Со), имеющей нормальную толщину (в несжатом виде) 0,32 см,Другим доступным материалом, который можно использовать для изоляции, является бумага из керамических волокон, изготовляемая Компанией Бэбкок энд Вилково (ВаЪсоск апй М 1- сох, Сошрапу). Трубка 7 имеет больший диаметр в ее верхней части, которая изолирована, и меньший диаметр в неиэолированной нижней части. Изоляция 8 покрывает верхнюю секцию трубки 7 в той части, которая бывает погруженной в металл, а также и в части, которую не погружают в металл. Причина, по которой устройство погружают 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 в металл на половинную глубину изоляции, была объяснена выше,Сужение же трубки 7 преследует облегчение разлома металла. После отверждения металлическое ядро в иэолированной секции стержня 6 можносвернуть и вытащить за счет раэлома, происходящего в начале сужающейся части стержня. За счет этого происходит очистка этой части стержняот металла, который не смог бы расплавиться во время следующего погружения устройства в расплавленныйметалл, что позволяет вновь использовать эту деталь,После того, как металл отобран иустройство уцалено из расплава,металл в стакане фильтра эатвердеваетпредпочтительно в направлении от нижней части стакана фильтра до еговерхней части. Желательно, чтобы припереходе м .талла из жидкого состояния в твердое по возможности иэбежа.ьперемещения жидкости через фильтр,направленного вниз, и не допуститьперемещения в обратном направлении.Слишком большой поток через фильтрне оставляет в его верхней частиметалла, что делает последующук оценку затруднительной, В результате жеобратного перемещения поднимаетсяслой отфильтрованных твердых частиц,что опять же делает последующую оценку затруднительной и даже невозможной.Регулирование потока жидкости впереходном периоде осушествляется засчет конструкции крышки 2 резервуара. Резервуар 4 покрыт изоляцией 5,точно такой же, что применяется дпяизоляции стержня 6. Желательно,чтобы применяемая изоляция была достаточно пористой для беспрепятственного прохождения газов из. устройствав вакуумную трубку 1, чтобы быть уверенным, что газ встречает минимальное сопротивление, на нижней поверхности крышки 2 резервуара сделанырадиальные канавки 3, сходящиеся кцентральному отверстию крышки 2, которое присоединено к вакуумной трубке 1 Под крышкой 2 имеется изоляция 5, как правило в форме диска,сам же резервуар имеет цилиндрическую Форму, В изоляции не делают от-верстий.1Когда жидкий металл доходит доизоляции под крышкой 2, его поток1274останавливается, поскольку металл неможет пройти сквозь изоляцию,Однако некоторая часть металламожет пройти между иэол:акцией крышкии боковой изоляцией. Тогда этот металл будет направлен по канавкам 3к центральному отверстию в крышке, новследствие контакта со сравнительнохолодной крышкой 2 металл затвердеет, не достигчув отверстия в рышкеи не успев ее закупорить,Крышка 2 является частью резервуара 4 и это весь резервуар 4, включаяи крышку 2, покрыт изоляцией 5 заисключением отверстия, соединенного с трубкой 7. Изоляцию осуществляют, как правило, не одним, а несколькими кусками материала.Для ускорения облицовки изоляцииволокна бумаги из керамических волокон и другие изоляционные материалысвязывают друг с другом с помощьюорганического связующего,За счет тепла, поступающего отрасплавленного металла, это органическое вещество испаряется или пиролизуется, а образующиеся газы отводятся через отверстие в крьппке 2 ивакуумную трубку 1. Образование этого газа может продолжаться некоторое 30время и после заполнения резервуара,металлом, Устройства сконструировано таким образом, чго образующиесягазы свободно отводятся, не создаваякакого-либо давления в резервуаре,поскольку давление в резервуаре привело бы к выталкиванию жидкого металла иэ резервуара в обратном направлении через фильтр, Свободныйотвод газов можно осуществитьза счет 40такого расположения подушечек илисалфеток, используемых для изоляции,при котором каждая из них соприкаса- фется с соседней. Изоляция 5 из соприкасающихся деталей изоляции вместе с радиальнйми канавками 3 образуют непрерывный канал для отводагаза от любой части изоляции к отверстию крышки 2 даже при полном заполнении устройства металлом,50Устройство для отбора проб, как правило, монтируют на основанной раме, на которой имеются приспособления для крепления устройства, устройства для опускания и поднимания из расплава, а также приспособления для непрерывного взвешивания устройства в ходе отбора пробы,б 33 8Конструкция рамы самая обычнаяи ее описание здесь не приводится,за исключением описания приспособле-,ний для взвешивания, которые имеютважное значение для отбора пробы.Помере заполнения металлом устройствоувеличивается н весе,Регистрируя увеличение веса устройства в ходе отбора пробы, можнополучить ясную картину о протеканиижидкао металла с самого начала докнца, что невозможно наблюдать визуально из-за непрозрачности расплава, Так можно сразу установить, проходит ли металл через фильтр или нетпосле выдвижения запирающего стержняиз стакана фильтраКроме того,мож-но сказать когда резервуар 4 заполнился металлом, или поступление ме талла. в резервуар 4 прекратилось доего полного заполнения. Измерениемизменения веса устройства по временив ходе отбора пробы можно получитьпредставление о скорости потока ме".алла через фильтр в течение всеговремени отбора пробы.Взвешивание рекомендуют проводитькреплением устройства к измерительному блоку, который в свою очередьсоединен с главной рамой через систему листовых пружин,Движение камеры измерительногоблока относительно главной рамы замеряют по шкале циферблата. Перемещение камеры связано с известной константой пружины и может быть использовано для вычитания изменений веса.Все это дело простого механического монтажа, но взвешивание можно проводить, применяя и другие приспособления; например динамометрические датчики различного типа. Важным элементом процесса взвешивания является правильное обращение с запирающим стержнем 14. После его выдвижения из стакана фильтра стержень висит на измерительном блоке примерно в том же,вертикальном положении,что и в исходной позиции, что обеспечивает одинаковую степень его погружения в жидкий металл,Таким образом, на общий вес, измеряемый измерительным устройством, не влияет выдвижение запирающего стержня 14, и ранее отмеченная исходная точка отсчета начала взвеши" ,вания сохраняется,1274 Формула изобретения Составитель Л.НечепоренкоРедактор Н.Киштулинец Техред М.Ходанич КорректорВ.БУтЯга Заказ 6494/61 Тираж 778ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д 4/5 Подписное Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Прсектная, 4 1, Устройство для отбора проб расплавленного металла, содержащее сборник пробы, входную камеру, установленную ниже сборника пробы, соединенную с ним каналом и снабженную пористым фильтром и каналом для входа расплава, расположенным над фильтром, о т л и ч а ю щ е е с я тем, 1 О что, с целью повышения точности отбора проб и упрощения эксплуатации пробоотборника, оно снабжено приспо- соблением для крепления фильтра, входная камера выполнена в виде ни ни, расположенной в приспособлении для крепления фильтра, снабжена в верхней части стаканом, расположенным в нише без зазора с возможностью извлечения, выполненным откры О тым с обоих концов и снабженным расположенными в боковых стенках крепежными деталями, при этом устройство снабжено выдвижным запирающим стержнем, установленным в верхней 25 части стакана, сборник пробы снабжен крышкой и футеровкой из инертного материала, при этом футеровка расположена также в верхней части канала, соединяющего его с входной камерой, устройство снабжено приспособленисм для создания вакуума, соеди 633 1 Оненным со сборником пробы черезотверстие в крышке,2, Устройство по и, 1, о,ч л ич а ю щ е е с я тем, что фильтр изготовлен иэ графита.3. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что стенка стакана выполнена с крепежными отверстиями, высверленными ниже и вышефильтра,4. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что верхнийконец стакана имеет скошенный и закругленный внешний край5 а Устроиство по пе 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что нижняячасть ниши снабжена полой пробкой сотверстием, изготовленной из материала инертного и не проницаемогодля расплавленного металла,6, Устройство по п. 5, о т л ич а ю щ е е с я тем, что верхняячасть канала, соединяющего сборникпробы с входной камерой, выполненас большим диаметром, чем его нижняячасть, и снабжена изоляцией.7, Устройство по и. 1, о т л и"ч а ю щ е е с я тем, что крьипкаимеет со стороны резервуара по крайней мере одну радиальную канавку,про,ходящую от края крышки до отверстияк нейе