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

 

Использование: изобретение относится к области металлургии, а именно к установкам для исследования физико-химических свойств жидких металлов и шлаков. Сущность: в установке для определения плотности , поверхностного натяжения и краевого 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 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. сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 N 13/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К. ABTOPCКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4754055/25 (22) 31.10.89 (46) 30.06,92. Бюл. N- 24 (71) Мариупольский металлургический институт (72) П.С.Харлашин (53) 543.542 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N- 276509, кл. G 01 N 13/02, 1970.

Заводская лаборатория. Металлургия, 1964 М5, с. 620. (54) УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПЛОТНОСТИ. ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ И КРАЕВОГО УГЛА СМАЧИВАНИЯ

РАСПЛАВЛ Е ННОГО МАТЕ РИАЛА (57) Ислользование: изобретение относится к области металлургии, а именно к установкам для исследования физико-химических свойств жидких металлов и шлаков. Сущность: в установке для определения плотности, поверхностного натяжения и краевого

Изобретение относится к металлургии, а именно к установкам для исследования физико-химических свойств жидких металлов и шлаков.

Для определения плотности и поверхностного натяжения расплавленных материалов используют метод "лежащей капли", заключающийся в вычислении этих пара метров по результатам измерений геометрических параметров жидкой капли исследуемого вещества, размещенного на подложке или чашке из материала. не реагирующего с этим веществом.

Для выполнения этих измерений используют установки, состоящие из вакуум.. Ы „1744594 А1 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 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.

Ф ной печи со смотровым окном, подставки для установки подложки с каплей и оптиче- О ской системой. Однако эти установки не 4 - обеспечивают высокой точности измерений, так как в них отсутствует возможность контроля горизонтальной выверки поверхности подложки, что не исключает искажения результатов определения свойств за счет образования несимметричных капель.

В указанных установках не обеспечивается постоянный коэффициент увеличения, труден доступ к подставке для установки подложки, что значительно снижает производительность и затрудняет проведение эксперимента.

1744594

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому техническому решению является установка для измерения плотности и поверхностного натяжения расплааоа железа. Установка содержит ва- 5 куумную печь, состоящую из двух частей— неподвижной и подвижной с нагревателем, выполненным в виде трубы из графита с утолщениями на концах, размещенную го10 риэонтально и смонтированную на одной оптической скамье с фотокамерой, и приспособление для крепления и юстировки подложки, представляющее 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,.

20 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 смотровыми отверстиями.

Установка для определения плотности поверхностного натяжения и краевого угла смачиаания 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 самоустанавлиаающийся механизм, состоящий из стержня 7, верхний конец которого заканчивается расположенной перпендикулярно его оси площадкой для поддержки подложки 6, а нижний — буртом, который с помощью реэьбоаого соединения связан с цилиндрическим выступом шаровой опоры 8, 50

55 сти и снижение трудоемкости измерений, а 30.Стержень 7с опорой 8уравновешен грузом 9, Опора 8 посажена в расположенное в центре основания 5 гнездо 10, имеющее форму обратной полусферы, ответную сферической форме посадочной поверхности опоры 8, и образующее с опорой 8 шарнирное соединение. Сферические поверхности опоры 8 и гнезда 10 выполнены с высокой точностью обработки и покрыты смазкой, снижающей коэффициент трения, Место ввоДЬ стержня 7, в неподвижную часть.4 печи 1 герметиэировано сильфоном

11;

Механизм подъема и герметизации подвижной части 3 печи 1 содержит гайку с фланцем 12, винт 13, направляющие 14 и трааерс 15.

Установка снабжена двумя оптическими системами 16, закрепленными на поворотных консольных. направляющих 14 с возможностью перемещения а горизонтальной и вертикальных плоскостях. Нижняя из оптических систем 16 установлена соосно отверстиям а и б. а верхняя.— соосно линзе, установленной в полости гайки над отверстием в нагревателя 2 (фиг. 3).

Стенки нагревателя 2 сужены а зоне размещения стержня 7 с подложкой 6, для изменения высоты подъема которого в центре сферической части опоры 8 стержня T выполнен штырь с винтовой головкой 17, выведенный через отверстие в основании 5.

В основание 5 по периметру боковой поверхности, на которой нанесены кольцевые горизонтальные риски, вмонтирован уровнемер 18, а в нижней части основание

5 снабжено регулировочными опорными болтами 19.

При большой массе установки для опоры траверсы 15 можно установить дополнительную направляющую колонну 14, симметричную описанной, Степень сужения стенок нагревателя 2, размеры опоры 8, вес груза 9, количество отростков дифманометрического уровня 18. количество и размеры опорных болтов 19 и другие конкретные параметры определяют в каждом отдельном случае в зависимости от 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 19 устанавливают основание 5 неподвижной части 4 вакуумной печи 1 в горизонтальном положении, которое контролируют по совпадению положения мениска жидкости а отростках дифманометрического уровнемера

1744594

18 с кольцевыми горизонтальными рисками краевого угла смачивания расплавленного на боковой поверхности основания 5. - . материала. "

Затем при поднятой с помощью травер- Причем использование предлагаемой сы 15 подвижной части 3 печи 1 в гнездо 10 - установки позволяет расширить ее техничеоснования 5: устанавливают приспособле- 5 ские возможности по сравнению с прототиние для крепления и юстировки подложки 6 пом за счет получения дополнительного и уравновешивают его грузом 9, масса кото- контролируемого параметра — симметричрого определена в процессе предваритель- ности капли. ной тарировки установки. При этом шарнир:. Кроме того, конструкция установки позанимает вертикальное положение, а по- 10 зволяет расширить температурный диапалость стержня 7для поддержания подложки зон исследований за счет локализации

6- 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.. необходимости ранее рассчитанным количеством исследуе- 15 произвести исследования по изучению хамого материала. рактера растекания капли, изменяя угол наПрипомощимеханизмаподнятияигер- клона плоскости стержня 7 от 0,5 до 6 метизации проводят плавное сочленение путем изменения положения шарнира, не подвижной 3 и неподвижной 4 частей ваку- уравновешенного грузом 9. умной печи 1 и их зажатие винтом 13.. 20 Таким образом, предлагаемая установка

Включают вакуумную систему и произ- является достаточно гибкорй конструкцией, водят предварительное разрежение устрой- позволяющей расширить номенклатуру изства. При этом сила зажатия в месте мерений, повысить при этомихточность при уплотнений подвижной 3 и неподвижной 4 минимальных затратах труда и времени. части печи 1 увеличивается пропорциональ- 25 . Лабораторный образец описанной устано создаваемому разряжению, а стержень 7 новки изготовлен и испытан в процессе пропод влиянием действующей на него силы ведения исследований по определению становится подвижным, поднимается в вер- .. - физико-химических свойств сталей и металхнее крайнее положение, сжимая сильфон лургических шлаков.

11. Получается плавающая система, кото.- 30 Возможность установки основания рую уравновешивают грузом 9, и шаровая чстоойства в горизонтальном положении опора 8 прижимается к поверхности гнезда и настройки оптических приборов в подго-

10 основания 5, образуя шарнир. товительном периоде без перенастройки

Придостижении.необходимогодля про- их в процессе проведения серии экспериведения измерений разряжения, включает 35 ментов, а также практически автоматичеосветитель20, проверяют предварительное ская самоустановка по вертикали совпадение оси оптических систем 16 с цен- с те ржня приспособления, обеспечиваютром будущей капли, регулируя длину стер- щая горизонтальность подложки и требуюжня 7 при помощи винтовой. головки 17 щее минимальных затрат регулирование опоры 8. 40 положения подложки по вертикали всего

Производят 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 их неприкосновенными в течение всей серии . точности, которая еще более повысилась за опытов, что гарантирует постоянство увели- 45 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 у л а и з о б р е т е н и я емого материала в зоне его размещения.: 1. Установка для определения плотнопри этом формируется капля, . 50 сти, поверхностного натяжения и краевого

С помощью винтовой головки 17 произ- угла смачивания .расплавленного материаводят окончательную корректировку.соос- ла, содержащая вакуумную печь, включаюности геометрического центра капли и щуюнеподвижнуючастьиподвижнуючасть оптических систем, гарантирующей получе- с нагревателем,.подложку, приспособление ние 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. подв ижной части .через сил.ьфон, Погеометрическимпараметрамсфотог- оптические системы, опорные элементы и рафированной капли производят расчет уровнемер, отличающаяся тем, что, с плотности, поверхностного натяжения и цельюповышенияточностииснижениятр— ру

1744594 доемкости 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 балтами 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 no n 1, отличающаяся . . тем, 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. связан10 ный с выступом опоры резьбовым соединением.

3, Установка по пп. 1 и2, отл и ч а 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, перпендикуляр20 ной плоскости бифиляров с центром на уровне 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

Яроляр

Заказ 2193 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35; Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород,.ул.Гагарина, 101

Составитель С. Зуев

Редактор М. Недолуженко Техред М.Моргентал

g 5,5- огп5ерстия

Рыг3

Р

Корректор А. Осауленко