Способ получения закаленной пробы металла Советский патент 1982 года по МПК G01N1/10 

:(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАКАЛЕННОЙ ПРОБЫ МЕТАЛЛА Изобретение относится к исследованию металлургических процессов, в частности к способам получения закаленных проб металла, предназначенных для химическо- го анализа. Известен способ получения проб ме- талла, включающий заполнение пробоотбор ной камеры паром, что сводит к минимуму пригорание пробы в камере l . При осуществлении данного способа получают пробу, которую в; ряде случаев необходимо разделывать на более мелкие части. Размер их должен соответствовать техническим требованиям оборудования, используемого для химического анализа. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения закаленной пробы, включающий отбор пробы жидкого металла, разливку пробы с диспергированием, охлаждение полученных части в защитной атмосфере и закалку их в охлазкдаюшей-жидкости. Разделение на капли происходит в результате попадания струи ЖИДКОГО металла на медный вращающийся диск, при этом струя металла разбивается на капли, которые, затвердевая, сбра-. сываются под действием центробежных сил в емкость с охлаждающей жидкостью. В качестве защитного газа используют азот или аргон, а охлаждающей жидкостью служит вода 2 . Однако при осуществлении известного способа жидкий металл, разбиваясь на-капли, растекается по поверхности медного вращающегося диска, в результате чего образуются частицы застьгошего металла в форме пластин, вес каждой из которых превышает величину навески, необходимой для анализа. Увеличение скорости вращения диска не дает уменьшения размера частиц, так как в этом случае капли металла в жидком состоянии перемещаются под действием центробежных сип к краям и при сопр 1косновении свариваются, что еще более повышает размер получаемых частиц. Для доведения веса частиц металла до величины навески, нужной для анализа, необходима дополнительная разделка полученных пластин. Эта операхшя трудоемка и продолжительна по времени, что определяет большую продолжительност подготовки пробы к анализу. Пель изобретения - сокращение времени подготовки пробы к анализу. Эта цель достигается тем, что согласно способу получения закаленной пробы м талла, включающему отбор пробы жидкого металла, разливку пробы с одновременным диспергированием, охлаждение полученных Частиц в защитной атмосфере и закалку их в охлаждающей жидкости, диспергирование пробы осуществляют путем воздействия потоком пар йазовой смеси, охлаждение проводят в защитной атмосфере из парогазовой смеси, при этом используют парогазовую смесь следующего состава, об. %: Водород2,0 - 5,0 Водяной пар8,0 - 16,0 ГелийОстальное За счет того, что разделение на капли осуществлжпот путем воздействия на струю расплавленного металла потоком парогазовой смеси, скорость которого не ограничивается, в отличие от скорости вращения диска в известном способе, достигает ся получение частиц малого размера, которые не требуют разделки перед анализо Разделка заменяется подбором необходимого для анализа количества частиц, который занимает гораздо меньше времени. Это дает возможность значительно сократить время подготовки пробы к анализ Использование для разделения струи жидкого металла на капли и в качестве защитной атмосферы смеси водорода, водяного пара и гелия дает возможность выполнить два требования, необходимых дпя достижения цели изобретения. Во-первых, получаемые частицы должны по химическому составу полностью соответствовать всему объему исследуемого металла, т. е. необходимо, чтобы в процессе получения пробы поверхность указанных частиц не окислялась, кроме того, должно быть полностью исключено выгора ние с поверхности таких элементов, как углерод, сера и т. д. В противном случае полученные частицы не будут соответство вать понятию проба, и по их химическому составу нельзя будет судить о химическом составе всего объема исследуемого металла. Выполнение этого требования достигается за счёт высокой инертности используемой смеси, один из компонентов которой - гелий - является инертным газом . а другой - водород - восстановителем, нейтрализующим окислительное действие третьего компонента - водяного пара. Во-вторых, используемая сера должна обладать высокой теплопроводностью, так как . .для сохранения малого размера частиц необходимо возможно бысгро их охладить, чтобы снизить Вероятность столкновения частиц в жидком состоянии, избежав тем самым их сваривание, т. е. увеличения размера полученных частиц. Выполнение этого требования достигается также за счет состава используемой смеси, в которую включены гелий и водород - газы, обладающие наибольшей теплопроводностью из используемых в промышленности для создания защитных сред. Дополнительно повышает теплопроводность среды водяной пар, входящий в состав и обладающий теплопроводностью (при, температуре 20°С и Р 1 атм), 150 кал/см.с °Сх10. Высокая теплопроводность используемой смеси позволяет сохранить малый размер получаемых частиц и тем самым исключить дополнительную разделку, что сокращает время подготовки пробы к анализу. Достижению максимального эффекта от использования предлагаемого способа служит выбранное соотношение компонентов парогазовой смеси. Водород, входящий в смесь в количестве 2,0 - 5,0% от общего объема, обеспечивает нейтрализацию окислительного действия водяного пара особенно при высокой температуре разливаемого металла. При содержании водорода в смеси ниже 2,0%, при высоких температурах разливаемого металла поверхность получаемых частиц окисляется и имеет темный цвет. Для анализа тайие частиць не пригодны. При содержагаи водорода в смеси выще 5,0% она становится взрьюоопасной и использоваться в промышленных условиях не может. Гелий, входящий в состав, хорошо пре|дохраняет поверхность металлических частиц от окисления, но не обладает теплопроводностью, достаточной для их быстрого охлаждения. Тепропроводность смеси повышается за счет введения в смесь водяного пара в количестве 8,0 - 16,0%. Влияние со- держания водяных паров на теплопроводнрсть смеси приведено в таблице. Водород, ввиду его малого содержания в смеси, ока.эьшает несущественное влияние на тепло- проводность, поэтому значения теплопрово ности смеси в зависимости от содерй$ания водорода не приводится. Теплопроводность, Содержание водяно(кап/см-с СЮ) го пара в смеси, % О33.0 - 34,0 8,045,0 16,056,0 22,082.0 Содержание водяного пара в смеси, используемой в предлагаемом изобретении является оптимальным с точки зрения дост тижения цели изобретения, так как при содержании водяного пара в смеси ниже 80% она не будет обладать достаточной теплопроводностью. Частицы металла в этом случае, не успевая затвердевать, будут свариваться при столкновении, и ко нечный продукт будет нуждаться в дополнительной разделке перед анализом. Увеличение содержания водяногр пара свыше 16,О% приведет к потере инертных свойств смеси, которые уже нельзя будет получить, одновременно повышая содержание водорода в смеси, так как содержани последнего, в этом случае,;превысит 5,О% и смесь станет взрывоопасной, т. е. осуществление способа станет невозможным. Таким образом-j из сказанного следует что соотношение компонентов парогазовой смеси, об.%: Водород2,0 - 5,0 Водяной пар8,0 - 16,0 ГелийОстальное используемое для создания потока, разделяющего на капли струю разливаемого ме талла, и в качестве защитной атмосферы при затвердевании этих капель, дает возможность получить частииы металла, имею щие малый размер и пригодные для про- ведения анализа. Малый размер получаемых частиц позволяет исключить продолжитель ную операцию разделки пробы, что в значительной степени сокращает время подго товки пробы к анализу. Пример. Предлагаемый способ включает следующие операции. 1.Отбор пробы жидкого металла. 2.Разделка с разделением на капли путем воздействия на струю жидкого металла потоком парогазовой смеси следующего состава, об. %: Водород2,0 - 5,0 Водяной пар8,0 - 16,0 ГелийОстальное 3.Охлаждение капель в защитной атмосфере того же состава. 4.Закалка затвердевших частиц в емкости с охлаждающей fзщкocтью. 5.Выгрузка пробы. 6.Подготовка пробы к анализу. Контрольный отбор проб по известному и предлагаемому способам проводится следующим образом. Из печи отбирают поршж жидкого металла весом 0,3 - 0,4 кг, причем часть каждой порции разливают по известному способу, а часть - по предлагаемому способу, т. е. условия разливки и химический состав стали одинаковы. По известному способу жидкий металл, разливаемый в патрубок устройства, попадает на вращающийся медный круг. Образовавшиеся пластины отбрасываются на емкости и после закалки выгружаются. Далее с помощью ножниц пластины разделяются на части весом 0,5 - 1,О г каждая и отправляется на анализ. Жидкий металл разливается в шахту, выполненную в виде стальной трубы высотой 200 см и диаметром ЗО см, с отверстием в крышке, предназначенным для заливки металла, патрубком для подвода парогазовой смеси в верхней части и емкостью, заполненной водой в нижней части. Струя металла, поступая в верхнюю часть щахты, разбивается потоком парогазовой смеси, состоящей из водорода, водяного пара и гелия, взятых в различных соотношениях, при этом водород и гелий поступают из баллонов, а водяной пар из цеховой магистрали. Соотношение компонентов смеси устанавливается по расходометрам. Эта же смесь заполняет и весь свободный объем Шахты Образовавшиеся при разливке капли застывают в свободном падении и закаляются, попадая в воду. По окончании разливки пробы, представляющие порции металла, состоящие, из сферических частиц весом 0,5 - 0,6 г, выгружаются в поступают на анализ. При осуществлении контрольных отборов подготовка проб, полученных из одной порции металла, осуществлялась параллельно, а время, затрачиваемое на разделку и Взвешивание, фиксировалось. Результаты контрольных отборов покаали, что при уменьшении содержания в меси водяного пара, а именно при 4,0% и при полном его исключении из состава меси, время, затрачиваемое на подготову к анализу проб, получаемых по извест ому и предлагаемому способам, отлича-

ется не существенно, т. е. цель изобретения не дс)Стигается.

При увеличении количества водяного пара в смеси до 28,0% время, затрачиваемое на подготовку пробы, уменьшае1х;я, 5 но при этом в значительной степени возрастает количество кислорода в пробе. Это говорит о ТОМ, что поверхность полученных частип окислена, так как при нормальном состоянии поверхности содержа- tO ние кислорода в пробе, полученной по нзЬестному способу, и в пробе, полученной по предлагаемому способу из одной порции металла, долждо быть одинаковым или отличаться незначительно. Частииы с та- 15 КИМ содержанием кислорода не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к пробе, и по их химическому составу нельзя судить о химическом составе всего объема исследуемого металла.20

При содержании водягного пара в смеси от 8,О до 16,0%, наблюдается значительное снижение вымени, затрачиваемого на подготовку пробы к , кроме того, соблюдаются требования, предъявляемые кгз пробе. Таким образом, время, затрачиваемое на подготоаку пробы к анализу, сокращается в среднем на 0,92 мин или на 71%.

Сравнительный;анализ результатов контрольных отборов показывает, что предлагаемая совокупность признаков является техническим решением, обеспечивающим достижение де0и изобретения - сокращение времени на подготовку пробы к анализу.

Формула изобретения

Способ получения закаленной пробы металла, включающий отбор пробы жидкого металла, разливку пробы с одновременным диспергированием, охлаждение полученных частиа в защитной атмосфере и закалку их в охлаждающей жидкости, о тличающийс я тем, что, с целью сокращения времени подготовки пробы к анализу, диспергирование пробы осуществляют потоком парогазовой смеси, охлаждение проводят в защитной атмосфере из парогазовой смеси, при этом используют парогазовую смерь следующего состава, об. %:

Водород2,0 - 5,0

Водяной пар8,0 - 16,0

ГелийОстальное

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США 4118015, кл. G 01N 1/10, 1978.

2.Авторское свидетельство СССР № 411343, кл. GiOlN 1/1О, 1972.