Устройство для отбора проб расплавленного металла

 

Изобретение относится к устройству для отбора проб расплавленного металла, ножет быть использовано в металлургии и позволяет повысить точность отбора и упростить эксплуатацию пробоотборника. Устройство содержит вакуумную трубку 1, установленную в крьгагке 2 сборника пробы 4 с радиальными канавками 3 и изоляцией 5, стержень 6 с трубкой 7 и изоляций 8, установленный в основании сборника 4. Стержень 6 вмонтирован в приспособление 9 и связан трубкой IО с выдвижным запираюпщм стержнем 14, установленным в верхней части стакана 12, гда расположен фильтр 13. 6 3.п. ф-лы, 2 ил. li ГчЭ -ч| О оэ со - ..I«l - 7 iiZi.

СО}ОЗ СОНЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН д1} 4 О 01 } 1/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (,21) 3419602/23-26 (22) 08,02.82 (3}) 233110 (32) 10.02,8} (33) US (46) 30.}},86.Бюл, 9 44 (71) Юнион Карбид Корпорейшн (US) (72) Джон Франклин Пелтон (US) (53) 543.053(088.8) (56) Заявка Франции Р 2436380, кл. G 01 N }/10, опублик. 1980. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ

РАСПЛАВЛЕННОГО }}ЕТАЛЛА (57) Изобретение относится к устройству для отбора проб расплавленного

„;SU„„) 274633 металла, может быть использовано в металлургии и позволяет повысить точность отбора и упростить эксплуатацию пробоотборника. Устройство содержит вакуумную трубку 1, установленную в крышке 2 сборника пробы 4 с радиальными канавками 3 и изоляцией 5, стержень 6 с трубкой 7 и изоляций 8, установленный в основании сборника 4, Стержень 6 вмонтирован в приспособление 9 и связан трубкой 10 с выдвижным запирающим стержнем 14, установленным в верхней части стакана 12, где расположен фильтр

13. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

1 274633

Изобретение относится к устройствам для отбора проб расп:fr3BëeHBûõ ср ед, Цель изобретения — повышение точности отбора проб и упроще- .Ие эксплуатации пробоотборника.

На фиг. 1 схематически изображено предлагаемое устройство, поперечное сечение, на фиг. 2 — сечение А-А на фиг. 1. 1О

Устройство для отбора р=«cnïàBëåíного металла содержит вакуумный насос (не показан), вакуумную трубку крышку 2 резервуара с радиальными канавками 3, резервуар 4 с изоляцией

5, стержень 6 с трубкой 7 и изоляцией 8, приспособление 9 для крепления фильтра с трубкой 10, пробку 11, стакан 12 фильтра, фильтр 13 и запирающий стержень 14, О

Вакуумная трубка 1, pe- epB yap трубки 7 и 10 и стакан фильтра соединяются друг с другом через различные отверстия ° Соединив устройство с вакуумной системой при положении запирающего стержня в исходной позиции, устройство опускают в расплавленный металл, пробу которого необходимо отобрать, и погружают до уровня, расположенного выше начала. изоляции 8, т.е. выше самой низкой точки достигаемои изоляциеи стержня

6 причем вертикальные осВ как стержня 6, так и запирающего стержня 14 расположены почти перпендикулярно к поверхности металла, J

Устройство погружают до точки, расположенной выше начала изоляции, на расстояние в половину я>ше изоляции 8, цля того, чтобы не допустить отверждения алюминия, прежде чем тот поступит в резервуар„ а также .Ф для того, чтобы нагреть трубку 7 и

10 до температуры, достаточной дпя

Плавления алюминия, оставшегося от предыдущей пробы. После того, как погруженная часть прогреется до температуры плавления, выдвигают запорный стержень 14. Жидкий металл проходит через фильтр 13, трубки 7 и 10 и попадает в резервуар 4. По мере прохождения расплавленного металла через фильтр часть твердых включений в зависчмости от их размеров и степени слипания задерживаются на фильтре или внутри его, После заполнения резервуара устройство вынимают из расплава, позволяя жидкому металлу охладиться и затвердеть,после ч:--.ãî выключают вакуумный насос.

Хорошие результаты после удаленич устройства иэ расплава дает применение простого охлаждающего устройства. например плотно прилегающего графитного блока или воздушной струи направленной в устройство для крепления филь:ра в точке, расположенной киже фильтра 13, что способствует отверждению металла в продольном направлении от дна до верхней части, При этом свободная жидкость B зоне, расположенной выше фильтра 13, поступает в пустоты и заполняет их в этой зоне. После охлаждения устройства стакан 12 фильтра вместе с фильтром 1 3 и затвердевшим металлом Bbmie и ниже фильтра 13 изымают из приспособления для крепления фильтра, размельчают и подвергают анализу стандартными металлургическими методами, а частицы, оставшиеся на фильтре и внутри него, могут быть измерены.„ со читаны, проанализированы и сфотографированы.

Фильтр 13 закрепляют с помощью цемента в сужающемся стакане 12 фил тра в периферическом креплении 15. стакан 12 открыт : обоих концов. Этим обеспечивается такое дополнительное устройство, которос может быть установлено в основном устройстве, а затем после окончания процедуры отбор пробы может быть вынут вместе с отобранным образцом, Для этого приспособление цля крепления фильтра имеет суживающееся гнездо или нишу, в кото алые входит стакан 12 фильтра. Стакан 12 фильтра спроектирован так„. что в него входят крепежные металлические стержни, р- =положенные выше и ниже фильтра так, что в ходе отверждения и последующих манипуляций эти стержни не отделяются от фильтра 13, поскольку отделение о;- фильтра делает последу-ющую оценку образца затруднительно., Фильтр 13 покоится на креплении 15 или выступе B стенке стакана 12 фильтра.

К; епежные отверстия 16 делают выше и ниже фильтра 18.

Крепежные отверстия 16 как правило их четыре) высверливают B сг нке стакана 12 фильтра. Эти отверс;-ия могут быть высверлены насквозь ниже фильтра и выше фильтра. Высверлен-" ные насквозь oTBерстия нежелательны, поскольку они могут стать причинои загрязнения поверхности фильтра внешним источником, Кроме того, даже при наличии крепежных отверстий 16 образование пустот в металле над фильтром 13 приводит к отрыву металла от фильтра или отрывуфильтра от нижерасположенного металла, если допустить прилипание металла в верхней части стакана фильтра (или его на крае) за счет переливания металла через край. Этот нежелательный эффект может быть уменьшен за счет придания верхнему краю 17 стакана фильтра указанной формы, например, сделав в верхней части откос и угловое закругление, так,что большая часть жидкого металла стекает через край 17 стакана 12 фильтра после извлечения устройства иэ расплава, Типичные откосы, которые можно применить, имеют отклонение на 2030 ниже горизонтальной оси, а разме0 ры угловых закруглений 0,32-0,15 см.

Стакан 12 фильтра и гнездо 18 подгоняют по размерам так, что когда стакан фильтра задвинут вручную в гнездо, обеспечивается достаточно хорошая герметизация, не требующая ка30 кого-либо цементирования. После использования стакан 12 фильтра может быть вынут сначала его скручиванием для разрыва соединения стакана фильтра с приспособлением 9 для крепления фильтра. Удалению стакана, также как З5 монтажу нового стакана фильтра,способствует заполнению всего пространства гнезда 18 под стаканом 12 фильтра пробкой 11, приготовленной, например, из изоляционной бумаги на 4 основе керамических волокон или салфетки.

Пробка должна иметь отверстие в центре для свободного протекания металла. Вместо пробки 11 могут приме- 4 . няться полые цилиндры, открытые с обоих концов, или шайбы, и предлагаемые пробки в таком определении включают указанные и другие эквивалентные приспособления. Пробки следует 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 изготовляют из материала, способного сжиматься, i 2, 4633 поэтому их размеры несколько превышают объем заполняемого ими пространства. Таким образом, расплав по существу не попадает v это пространство, за исключением центрального отверстия, упомянутого выше, Это отверстие делают достаточно большим для беспрепятственного протекания металла в ходе отбора пробы.

В результате образуется металлическая пробка„ которую можно легко разрушить во время вынимания стакана, а затем и обрезать, Рекомендуемым материалом для фильтра, используемого в среде расплавленного металла, является пористый графит. Однако графит не очень охотно смачивается жидким металлом.

Поэтому приходится прилагать давление, достаточное для преодолевания поверхностного напряжения, чтобы вызвать проникновение жидкого металла в поры фильтра, и чем меньше эти поры, тем большее давление необходимо для осуществления такого проникновения. Поскольку процедура, используемая для отбора образца, наилучшие результаты дает при атмосферном давлении, давление только в одну атмосферу применяется для продавливания жидкого металла через поры фильтра. Таким образом, эта процедура накладывает ограничение на нижний предел размера пор фильтра, применяемого в устройстве. Приняв во внимание этот предел, применяют фильтры с самыми небольшими порами,способными задерживать самые маленькие частицы включения. Фильтры должны иметь такие размеры пор, которые позволяют продавливать жидкий металл через поры при давлении в одну сторону, Для создания быстрого равномерного и плотного начала потока жидкости запирающий стержень 14 выдвигают только при полном вакууме, т.е. при получении самого высокого вакуума, который может создать вакуумный насос.

Втекание жидкости с некоторым ударом по поверхности фильтра способствует началу фильтрования.

Для облегчения выдвижения стержня

14 его диаметр рекомендуют делать таким, что сила, прилагаемая для выдвижения стержня из стакана 12 фильтра позволяет без труда осуществить эту операцию вручную. Типичный

1274633 размер пор фигГьтра лежит в прецелах

30-60 мкм; диаметр запирающего стержня 0,96-1,27 см, диаметр стакана фильтра в его верхней части 1,92,54 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 использования °

Фильтр и другие части устройства, погруженные в ходе отбора пробь1 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 изоляционным материалом„ непроницаемым для расплавленного металла, например бумагой из керамических волокон, в частности бумагой Fiberfrax Р 970-, изготовляемой Компанией Карборундум (Carhorundum 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 М1сох, Company).

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

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 можно свернуть и вытащить за счет раэлома, происходящего в начале сужающейся части стержня. За счет этого происходит очистка этой части стержня от металла, который не смог бы расплавиться во время следующего погружения устройства в расплавленный металл, что позволяет вновь использовать эту деталь.

После того, как металл отобран и устройство уцалено из расплава,металл в стакане фильтра эатвердевает предпочтительно в направлении от нижней части стакана фильтра до его верхней части. Желательно, чтобы при переходе м .талла из жидкого состояния в твердое по возможности иэбежа. ь перемещения жидкости через фильтр, направленного вниз, и не допустить перемещения в обратном направлении.

Слишком большой поток через фильтр не оставляет в его верхней части металла, что делает последующук оценку затруднительной, В результате же обратного перемещения поднимается слой отфильтрованных твердых частиц, что опять же делает последующую оценку затруднительной и даже невозможной.

Регулирование потока жидкости в переходном периоде осушествляется за счет конструкции крышки 2 резервуара. Резервуар 4 покрыт изоляцией 5, точно такой же, что применяется дпя изоляции стержня 6. Желательно,чтобы применяемая изоляция была достаточно пористой для беспрепятственного прохождения газов из. устройства в вакуумную трубку 1, чтобы быть уверенным, что газ встречает минимальное сопротивление, на нижней поверхности крышки 2 резервуара сделаны радиальные канавки 3, сходящиеся к центральному 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 отверстий.

Когда жидкий металл доходит до изоляции под крышкой 2, его поток

1274 останавливается, поскольку металл не может пройти сквозь изоляцию, Однако нек- òàðàÿ часть ме галла может пройти между изо. вЂ,:акцией крышки и боковой изоляцией. Тогда этот металл будет направлен по канавкам 3 к центральному отверстию в крышке, но всл дствие контакта со сравнительно холодной крышкой 2 металл затвердеет, Не достигчув отверстия R «рышке и не успев ее закупорить, Крышка 2 является частью резервуара 4 и это весь резервуар 4, включая и крышку 2, покрыт изоляцией 5 за исключением отверстия, соединенного с трубкой 7. Изоляцию осуществляют, как правило, не одним, а несколькими кусками материала.

Для ускорения облицовки изоляции волокна бумаги из керамических волокон и другие изоляционные материалы связывают друг с другом с помощью органического связующего.

3а счет тепла, поступающего от расплавленного металла, это органическое вещество испаряется или пиролизуется, а образующиеся газы отводятся через отверстие в крьппке 2 и вакуумную трубку 1 ° Образование этого газа может продолжаться некоторое 30 время и после заполнения резервуара ,металлом. Устройства сконструирова но таким образом, ч ro образующиеся газы свободно отводятся, не создавая какого-либо давления в резервуаре, поскольку давление в резервуаре привело бы к выталкиванию жидкого металла иэ резервуара в обратном направлении через фильтр. Свободный отвод газов можно осуществитьза счет 40 такого расположения подушечек или салфеток, используемых для изоляции, при котором каждая из них соприкасается с соседней. Изоляция 5 из соприкасающихся деталей изоляции вме- 45 сте с радиальными канавками 3 образуют непрерывный канал для отвода газа от любой части изоляции к отверстию крьппки 2 даже при полном заполнении устройства металлом.

Устройство для отбора проб, как правило, монтируют на основанной раме, на которой имеются приспособления для крепления устройства, уст ройства для опускания и поднимания из расплава, а также приспособления для непрерывного взвешивания устройства в ходе отбора пробы.

Ь33 8

Конструкция рамы самая обычная и ее описание здесь не приводится, за исключением описания приспособле-, ний для взвешивания, которые имеют важное значение для отбора пробы.По мере заполнения металлом устройство увеличивается н весе.

Регистрируя увеличение веса устройства в ходе отбора пробы, можно получить ясную картину о протекании жидкоо металла с самого начала до к нца, что невозможно наблюдать визуально из-за непрозрачности расплава. Так можно сразу установить, проходит ли металл через фильтр или нет после выдвижения запирающего стержня из стакана фильтра ° Кроме того,мож- но сказать когда резервуар 4 заполнился металлом, или поступление ме талла. в резервуар 4 прекратилось до

его полного заполнения. Измерением изменения веса устройства по времени в ходе отбора пробы можно получить представление о скорости потока ме".алла через фильтр в течение всего времени отбора пробы.

Взвешивание рекомендуют проводить креплением устройства к измерительному блоку, который в свою очередь соединен с главной рамой через систему листовых пружин, Движение камеры измерительного блока относительно главной рамы за меряют 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 ис;ходная точка отсчета начала взвеши, вания сохраняется.

1274

Формулаизобретения

Составитель Л.Нечепоренко

Редактор Н.Киштулинец Техред N.Ходанич

Корректор B.ÁÓòßãà

Заказ 6494/61 Тираж 778

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж.-35, 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, сое— диненную 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, 1Î что, с целью повышения точности отбора проб и упрощения эксплуатации пробоотборника, оно снабжено приспо соблением для крепления фильтра, входная камера выполнена в виде ниши, расположенной в приспособлении для крепления фильтра, снабжена в верхней части стаканом, расположенным в нише без зазора с возможностью извлечения, выполненным откры- yg тым с обоих концов и снабженным расположенными в боковых стенках крепежными деталями, при этом устройство снабжено выдвижным запирающим стержнем, установленным в верхней д части стакана, сборник пробы снабжен крьппкой 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 1О ненным со сборником пробы через отверстие в крышке.

2, Устройство по и. I, о. т л и-. ч а ю щ е е с я тем, что фильтр из готовлен 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 выше фильтра, 4. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что верхний конец стакана имеет скошенный и закругленный внешний край °

5. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что нижняя часть нищи снабжена полой пробкой с отверстием, изготовленной из материала инертного и не проницаемого для расплавленного металла, 6,.Устройство по п. 5, о т л ич а ю щ е е с я тем, что верхняя часть канала, соединяющего сборник пробы с входной камерой, выполнена с большим диаметром, чем его нижняя часть, и снабжена изоляцией.

7, Устройство по и. I, о т л и" ч а ю щ е е с я тем, что крышка имеет со стороны резервуара по крайней мере одну радиальную канавку,про,ходящую от края крьппки до отверстия к ней..