Способ и устройство для отбора проб жидкого металла Советский патент 1981 года по МПК G01N1/10 

(54) СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА

1

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 жидкого металла, включающий заполнение вертикально размещенного сосуда жидким металлом, охлаждение пробы и герметизацию входного канала сосуда материалом, например парафином I .

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 части патрубка сосуда жидким материалом с последующим его охлаждением 2.

Недостатком известного способа является низкая герметизация пробы.

Наиболее близким к предлагаемому устройству тех шческим решением является устройство для отбора проб жидкого металла, содержащее последовательно размещенные по вертикали входную камеру и камеру пробы, соединенную патрубком с сужающейся частью fi .

10

Недостатком известного устройства является узкая область применения.

Целью изобретения является повышение степени герметизации пробы и расширение диапазона применения уст15ройства.

Цель достигается тем, что в способе для отбора проб жидкого металла, включающем заполнение размещенного вертикально сосуда металлом пробы

20 и герметизацию сужающейся части патрубка сосуда жидким материалом с последуюшим его охлаждением, подают в сужающуюся часть патрубка 3 порцию жидкого материала, дающего усадку при затвердевании, в объеме 1,5-4 объема сужающейся части патруб ка: кроме того, в устройстве для отбора проб жидкого металла, включающем последовательно размещенные по вертикали входную камеру и камеру пробы, соединенную патрубком с сужающейся частью, нижняя часть патрубка выполнена в виде полой сферы: целесообразно сферу выполнить с ради соМуравным 1,1-1,5 радиуса сужающейся части патрубка,, а радиус сужающейся части патрубка определять по формуле: .2 Ъ б где ft. - радиус сужающейся части пат рубка, см; f - радиус капли, см-, р - цлотность жидкого материала 9 - ускорение силы тяжести см/сек : б - поверхностное натяжение материала капли, дин/см. На фиг.i изображено устройртво (сосуд), с помощью которого может быть реализован предлагаемый способ отбора проб жидкого металла и сплава j на фиг.2-- устройство с отобранной пробой жидкого металла с фор мой выполнения узла герметизации входного канала сосуда в случае, когда металл пробы и герметизирующий материал не смачивают внутренни стенки устройстваJ на фиг.З - то же с другой формой выполнения узла гер метизации входного канала сосуда в случае, когда металл пробы и герм тизирукиций материал смачивают внутр ние стенки устройства. Устройство для реализации способ выполнено в виде последовательно размещенных по вертикали сосудов, входной камеры 1, соединенной патрубком 2 (сзгжающаяся 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 герметизирукяцего материала. Рассмотрим условие равновесия ви сячей капли жидкого герметизирующег материала. Вес капли при набухании снизу патрубка 2 зависит от поверхностного натяжения, полагая, что 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 (Ъормуле: 4 F- mg где Г - радиус капли, см; Р - плотность, g - ycKopeiffle силы тяжести, см/сек. Сила, удерживающая каплю равна: W 2IR6 ,(2) где R - радиус выходного отверстия патрубка, см: 6 - поверхностное натяжение материала капли, дин/см. Из условия равновесия сил определяем радиус /диаметр/ патрубка: 4 yg 25lR6 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 помощью устройства (фиг.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 80-90% объема сосуд пробой металла. После частичного заполне1шя сосуда пробой металла подают в патрубок, которьй выполнен сужающимся, порцию жидкого герметизирующего материала, дающего усадку при затвер(еваний, в объеме 1,5-4 об.ъема сужающейся части входного патрубка до образования снизу и сверху патрубка капель герметизирующего материала, соединенных между собой перемычкой, затем охлаждают поданную порцию герметизирующего материала до его затвердеванмя в сужающейся части патрубка. НеобходиМО, чтобы коэффициент усадки герметизирующего материала бьш больще коэффициента усадки материала стенок iпатрубка. 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 перемычк,а. В процессе усадки материала era-объем и линейный размер уменьшаютея, 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 сужаю щейся части патрубка (а дополнитель но при этом герметизирующий материал смачивает стенки патрубка), то в этом случае запорньй элемент будет иметь форму, изображенную на фиг,2, т.е..в верхней части патрубка будет образована расплывчатая капля герме тизирующего материала. Однако необходимо, 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. включает последовательно размещенные по вертикали сосуды: входную камеру 4 и камеру 5 пробы, соединенньт патрубком 6 с сужающейся частью в виде запорного элемента и наполнительную трубку 7. Запорньш элемент 8 выполнен в виде по меньшей мере .6 одной полой сферы, образованной стенкой патрубка. Диаметр сферы может быть больше или меньще 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 80-90% объема камеру 5 устройства пробой 9 жидкого металла (фиг.З) Затем внутрь пробоотборника -подают инертный газ, например гелий, и с помощью наполнительной трубки 7 и регулирующего вентиля подают во входную камеру 4 жидкий герметизируюпщй материал, данлций усадку при затвердевании, заполняя им патрубок 6 и опорный элемент 8 . до образования гантели 10 и II с перемычкой 12. Разделка отобранной пробы осуществляется после ее охлаждения перед анализом путем механического разрущения 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 патрубкаj 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 загрязнеьшя 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 опред&пенной порции герметизирукяцего материала. Способ и устройство может быть использовано для отбора проб различных жидких и газообразных веществ.

Формула изобретения

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.

36

где Я - радиус сужающейся части патрубка, см;

- радиус капли, см;

Р - плотность жидкого материала,

- ускорение силы тяжести, см/сек ;

б- поверхностное натяжение материала капли, дин/см.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

3.Авторское свидетельство СССР № 301593, кл. а 01 N 1/10, 1969 (прототип устройства).