Способ определения времени вспывания газового пузырька в металлических расплавах
! !!
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
Союз Советских
Социалистицеских
Республик (11) 551598
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено09.01.76 (21) 2316408/02 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 25.03.77)бюллетень № ll (45) Дата опубликования описания 22.04.77 (51) М. Кл.
С 04 F 1/00
Гасударственный комитет
Совета Министров СССР па делам изобретений и открытий (53) УДК 681.119 (088.8) (72) Автор изобретения
Г. Н. Еловиков (71) Заявитель
Научно-производственное объединение "Энергоцветмет" (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ ВСПЛЫВАНИЯ
ГАЗОВОГО ПУЗЫРЬКА В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ
РАСПЛАВАХ
Изобретение относится к производству и рафинированию металлов и сплавов и может использоваться при барботажных процессах черной и цветной металлургии и химической технологии, например, при внепечной обработки металлов путем продувки инертными газами, или при изучении процессов кипения жидких ванн в плавильных агрегатах черной и цветной металлургии. Эффективность барботажных процессов определяется величиной 1О межфазной поверхности "газ-жидкость, иными словами - размерами, количеством пузырьхов и временем их пребывания в жидкости.
Известен способ определения времени пребывания и скорости подъема газовых пу- 1н зырей, по которому с помощью конусной чер» вячной системы переворачивают чашу, расположенную в нижней части камеры, заполненной жидким металлом, включают датчик времени, который фихсирует момент начала дви- gp жения газового образования, накопленного под чашей. Скорость всплывания вычисляет ся по времени прохождения пузырьком участка пути от опрокидывающейся чаши до поверхности металла. Появление пузырька иа поверх- 25 ности расплава регистрируется по показаниям датчика давления в верхней части камеры над металлом.
Известный способ имеет ряд недостатков, которые заключаются в необходимости герметизации установки относительно окружак шей среды и повышенных требованиях х стойкости материала чаши, располагаемой непосредственно в расплаве металла, а также в необходимости применения датчика давления высокой чувствительности в случае исследования движения пузырьков малых размеров.
Наиболее близок к изобретению способ определения времени подъема газового пузырька в электропроводной жидкости,по которому отсчет времени начала подъема пузырька начинают при замыкании электрода измерительной цепи, расположенного в сопле для формирования пузырька. В период роста пузырька электрод изолирован от электропроводной жидкости оболочкой пузырька, а в момент его отрыва от среза сопла вступает в контакт с жидхостью и замыкает цепь. Заханчивают отсчет времени при размыкании измерительной цепи в результате
551598 понижения уровня жидкости разрыва контакта с другим электродом, расположенным в капиллярной трубке.
Однако известный способ не позволяет исключить влияние стенок камеры на динамику движения пузырьков. Кроме того, наличие тонких стационарных электродов в сопле и наклонной трубке приводит к неизбежному разрушению материала электродов (растворению их или расплавлению) в случа- 10 ях, если исследуемой средой является высокотемпературный металлический расплав, например расплав окисленных никелевых руд или железо-углеродистый.
Цель изобретения — обеспечение измерений времени всплывания газового пузырька в высокотемпературных металлических расплавах, исключение влияния размеров камеры на динамику движений газового пузырька, повышение надежности измерений.
Это достигается тем, что отсчет времени начала движения пузырька начинают в момент минимального значения статического давления в газовом сопле формирования пузырька, а ко- > нец отсчета заканчиваются в момент пересечения оболочкой пузырька межфазной границы "жидкость-окружающая среда".
Возможность регистрации момента отрыва пузырька по минимумустатическогодавле- З" ния обоснована закономерностью изменения давления в газовом сопле при пузырьковом режиме истечения газа в жидкость, который характеризуется повышением давления в газоподводяшей системе в период роста пузы- рька (для вытеснения жидкости и преодоления сил сцепления оболочки пузырька со срезом сопла) и резким падением давления в момент отрыва пузырька от сопла и последующим его нарастанием по мере зарождения" и роста нового пузырька.
Способ регистрации окончания движения пузырька обоснован тем, что вершина купола оболочки пузырька превышает границу межфазной поверхности в момент ее пересечения на величину, соизмеримую с отрывным диаметром пузырька (l0-15 мм). Это дает большие технические возможности создания устройств для измерения времени пребывания пузырьков в промышленных барботерах без непосредственного контакта отдельных элемен тов с жидкой средой. Примером реализации подобного бесконтактного способа может служить вариант с использованием датчика давления и емкостного датчика с расположением
i5 конденсаторных пластин вблизи поверхности жидкости, На чертеже представлен вариант.реализации способа с помощью измерительного при411 бора, который содержит сосуд 1, выполненный из .жаропрочного материала, сопло 2 для формирования пузырька, газовый регулировочный кран 3 для обеспечения заданного режима истечения газа, регулятор давления 4, датчик
5 давления с подвижным чувствительным элементом, контактный датчик,состоящий из двух электродов 6, один из которых контактирует с расплавом и представляет собой стержень из электропроводного огнеупора, например силитовый, другой размещен вблизи поверхности металла и представляет собой металлический зонд с основанием в виде плоского диска. Электроды 6 и датчик 5 объединены в обшую электрическую цепь с одним источником питания E и осциллографом 7, который регистрирует импульсы.
При поступлении газа в сопла статическое давление в газоподводяшей системе повышается и чувствительный элемент датчика 5 замыкает электрическую цепь на весь перис д роста пузырька. B момент отрыва пузырька от среза сопла давление резко снижается, подвижный элемент датчика своим перемещением в обратном направлении размыкает цепь.
Мгновенно жидкий металл заполняет свободный объем вблизи сопла, занимаемый оторвавшим ся пузырьком, давление в сопле возрастает, электрическая цепь замыкается до момента отрыва следующего пузырька.
При появлении на поверхности расплава пузырек соприкасается собственной оболочкой с основанием диска металлического зонда (электродаJ 6 и замыкает электрический контур через массу расплава и погруженный в него второй электрод. При "схлопывании" (разрушении) оболочки цепь размыкается.
Электрические импульсы как с контура контроля начала движения пузырька, так и с контура контроля момента его появления на поверхности металла, передаются в цепь зер» кального гальванометра светолучевогэ осциллографа и фиксируются на движущуюся фотобумагу при необходимых частотах отметчика времени. По известному времени прохож дения пузырьком участка пути от среза сопла до поверхности расплава определяется стационарная скорость его всплывания. По количеству меток времени между двумя импульсами, вызванными отрывом пузырьков от сопла определяется частота образования (время роста), а по количеству импульсовколичество газовых пузырьков.
Формула изобретения
Способ определения времени всплывания газового пузырька в металлических расплавах измерительным прибором при продувке расплава газом, о т л и ч а ю ш и и с я
551598
Составитель Б. Иванов
Texpeä А. Демьянова Корректор С, Болдижар
Редактор EI. Гребенникова
Заказ 121/24 Тираж 602 Подписное
ПНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, ?К-S5, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП «Патент«, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 тем, что, с целью повышения точности измерения в расплавах при высоких температурах, начало движения пузырьха в расплаве регистрируют в момент падения статического давления в полости формирования газового пузырька, а окончание - в момент замыкания через расплав и погруженный в него электр род электрического контура измерительного прибора при появлении пузырька на поверхности расплава.
