Способ и устройство для отбора проб жидкого металла

 

887987

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬ ."ТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 29. 02. 80 (21) 2889327/22-26 (Ы)М. Кл. с присоелинением заявки Рй 2889 326 l22 (23) Приоритет

G 01 1 1 1/10

3Ъоударстеенный комитет ао делзи нзооретенкй н открытий

Опубликовано 07. 12. 81 ° Бюллетень р5 45

Дата опубликования описания 10 12 ° 81 (5З) АК 543.053 (088,8) (72) Автор изобретения

П. Г. Тишин (7l) Заявитель (54) СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ )КИДКОГО

МЕТАЛЛА

Изобретение относится к области анализа металлов и сплавов на содержание в них газов и других примесей и может быть применено в атомной промышленности, металлургической и ряде других отраслей.

Известен способ отбора проб ходкого металла, включающий заполнение вертикально размещенного сосуда жидким металлом, охлаждение пробы и герметизацию входного канала сосуда материалом, например парафином (Ij .

Однако этот способ отбора проб жидкого металла сложен и ненадежен из-за наличия специального средства для герметизации входного канала.

Наиболее близким к предлагаемому способу техническим решением является способ для отбора проб жидкого металла, включающий заполнение размещенного вертикально сосуда металлом пробы и герметизацию сужающейся час-. ти патрубка сосуда жидким материалом с последующим его охлаждением (2).

Недостатком известного способа является низкая герметизация пробы.

Наиболее близким к предлагаемому устройству техническим решением является устройство для отбора проб жидкого металла, содержащее последовательно размещенные по вертикали

J входную камеру и камеру пробы, соединенную патрубком с сужающейся частью Щ..

Недостатком известного устройства является узкая область применения.

Целью изобретения является повышение степени герметизации пробы и расширение диапазона применения устройства.

Цель достигается тем, что в способе для отбора проб жидкого металла, включающем заполнение размещенного вертикально сосуда металлом пробы и герметизацию сужающейся части патрубка сосуда жидким материалом с последующим его охлаждением, подают в сужающуюся часть патрубка

887987

Г= m9 =- — Кг У9

Д

3 порцию жидкого материала, дающего усадку при затвердевании, в объеме

1,5-4 объема сужающейся части патрубка: кроме того, в устройстве для отбора проб жидкого металла, включающем 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 по

t5

Ъ б где Д, — радиус сужающейся части пат- рубка, см;

à — радиус капли, см;

Р— плотность жидкого материала, г/см

Я - ускорение силы тяжести, см/сек

1.

6 — поверхностное натяжение материала капли, дин/см.

На фиг.i изображено устройство (сосуд), с помощью которого может быть реализован предлагаемый способ отбора проб жидкого металла и сплава иа фиг.2 — устройство с отобранной пробой жидкого металла с формой выполнения. узла герметизации входного канала сосуда в случае, когда металл пробы и герметизирую35 щий материал не смачивают внутренние стенки устройства на фиг.3 — то же, с другой формой выполнения узла герметизации входного канала сосуда в случае, когда металл пробы и герме40 тизирующий материал смачивают внутрен" ние стенки устройства, Устройство для реализации способа выполнено в виде последовательно размещенных по вертикали сосудов, входной камеры 1, соединенной .патрубком 2 (сужающаяся часть входного канала) с камерой 3 пробы металла.

Устройство выполнено, например, из кварцевого или молибденового стекла.

Диаметр патрубка 2 рассчитывается, исходя из метода висячей капли жидкого герметизирующего материала.

Рассмотрим условие равновесия висячей капли жидкого герметизирующего .55 материала. Вес капли при набухании снизу патрубка 2 зависит от поверхностного натяжения, полагая, что 1 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: где à — радиус капли, см;

Я вЂ” плотность, r/cM

Я вЂ” ускорение силы тяжести, см/сек

Сила, удерживающая каплю равна:

Ч/ 27Яб > (2) где 1 — радиус выходного отверстия патрубка, см:

Π— поверхностное натяжение материала капли, дин/см.

Из условия равновесия сил определяем радиус /диаметр/ патрубка:

А7.1Р9-2:Щ6; Ь (3)

q5 g

Подставляя 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 гомощью устройства (ger.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 80-90Х 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 материала стенок

887987

,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 герметизации 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 наполнительную трубку 7. Запорный элемент

8 выполнен в виде по меньшей мере

1S

2S

55 одной полой сферы, образованной стен" кой патрубка. Диаметр сферы может быть больше или меньше диаметра патрубка, Устройство выполнено, например, из кварцевого или молибденового стекла.

Для осуществления отбора проб, например, жидкого металла, необходимо предлагаемое устройство (фиг.2) разместить внутрь герметичного пробоотборника (не показан), имеющего смотровое окно. После заКрытия и герметизации пробоотборника его вакуумируют, а затем с помощью наполнительной трубки 7 и регулирующего вентиля заполняют на 80-90Е объема камеру

5 устройства пробой 9 жидкого металла (фиг.3) Затем внутрь пробоотборника подают инертный газ, например гелий, и с помощью наполнительной трубки 7 и регулирующего вентиля подают во входную камеру 4 жидкий герметизирующий материал, дающий усадку при затвердевании, заполняя им патрубок 6 и опорный элемент 8 до образования гантели 10 и 11 с перемычкой 12 °

Разделка отобранной пробы осуществляется после ее охлаждения перед анализом путем механического разрушения корпуса устройства и отделения пробы от стенок корпуса и от герметизирующей пробки.

Реализация способа и устройства для отбора проб жидкого металла позволяет получить следующие технико-экономические преимущества.

Достигается более высокая степень герметизации (вакуумплотная) пробы одновременно с двух концов патрубка, что обеспечивает возможность более продолжительного хранения отобранной пробы, особенно химически активной.

Изобретение позволяет в качестве герметизирующего материала использовать тот же отбираемый жидкий материал, дающий усадку при затвердевании, или, наоборот, увеличивающийсвой объем при охлаждении. Причем узел герметизации отделен от пробы газовым отсеком, что устраняет возможность загрязнения пробы даже в случае применения в качестве герметизирующего материала иного, чем материал самой пробы. Значительно облегчается и ускоряется процесс разделки пробы перед анализом. Предлагаемое изобретение допускает автоматическую герметизацию пробы путем подачи во входную камеру устройства определенной порции герметизирующего материала. Способ и устройство может быть использовано для отбора проб различных жидких и газообразных веществ.

Формула изобоетения

887987

3. Устройство по п.2, о т л и ч аю щ е е с я тем, что сфера выполнена с радиусом, равным 1,1 — I 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

I. Способ для отбора проб жидкого металла, включающий заполнение размещенного вертикально сосуда металлом пробы и герметизацию сужающейся части патрубка сосуда жидким материалом с последующим его охлаждением, отличающийся тем, что, с целью повышения степени герметизации пробы, подают в сужающуюся часть 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 входную 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 выполнена в виде полой сферы. где Р,— р 2 Г ЯЯ

36 радиус сужающейся части патрубка, см; радиус капли, см; плотность жидкого магериала г/см ускорение силы тяжести, см/сек поверхностное натяжение материала капли, дин/см.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

¹ 276511, кл. 6 01 М 1/10, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР

N- 251914, кл. 6 01 1 1 1/10, 1968 (прототип способа) .

3. Авторское свидетельство СССР № 301593, кл. Cr 01 Н 1/10, 1969 (прототип устройства} .

887987 юг 1

Составитель Л. Нечипоренко редактор Т. Бачирова Техред Е.Гаврилешко Корректор Г. Решетник

Заказ 10715/10 Тираж 910 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, %-35, Раушская наб., д . 4/5

Фиг иял. 1ПП "11атент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4