BR102015031286A2 - dispositivo de amostragem, e, conjunto de partes - Google Patents

Abstract

1 / 1 resumo "dispositivo de amostragem, e, conjunto de partes" ㉠descrito um dispositivo de amostragem para anã¡lise tã©rmica de metal em solidificaã§ã£o. o dispositivo de amostragem compreende pelo menos uma primeira cavidade e uma segunda cavidade, a primeira e segunda cavidades adaptadas para serem cheias com um metal fundido a ser analisado e cada cavidade adaptada para compreender um meio responsivo ã  temperatura durante anã¡lise tã©rmica. a abertura de entrada da entrada de enchimento comum ã© arranjada em um segundo plano essencialmente paralelo a um primeiro plano horizontal tangente a uma porã§ã£o mais superior do dispositivo de amostragem e localizada abaixo do dito primeiro plano.

Description

"DISPOSITIVO DE AMOSTRAGEM, E, CONJUNTO DE PARTES" Campo da invenção [001] A presente invenção se refere a um dispositivo de amostragem para análise térmica de metal em solidificação, especialmente para análise térmica na produção de peças fundidas.

Fundamentos [002] Análise térmica é uma técnica que monitora variações na mudança de temperatura de certas substâncias fundidas durante solidificação e subsequentes transformações de estado sólido para poder determinar a microestrutura e, consequentemente, propriedades das substâncias na forma sólida. Isto é feito obtendo uma amostra representativa do banho líquido, transferindo-a para um vaso de amostra e registrando e avaliando uma mudança de temperatura em função do tempo na amostra durante solidificação, por meio de meios responsivos à temperatura, tais como termopares ou outros dispositivos conhecidos na técnica.

[003] Quando se usa análise térmica para controlar processos de solidificação em materiais fundidos, tais como ferro fundido ou ligas de alumínio, um problema mais crítico é proporcionar uma taxa controlada e mesmo reprodutível de remoção de calor da amostra. O motivo para isto é possibilitar medir mudanças de temperatura durante transformações de fase, cujo conhecimento é essencial a fim de prever microestruturas e controlar certos processos de solidificação.

[004] Análise térmica é um balanço térmico. A forma final, e assim a resolução, da curva de resfriamento são determinadas pelo equilíbrio entre o calor latente liberado durante solidificação e o calor transferido do metal para o dispositivo de amostragem, e do dispositivo de amostragem para a atmosfera. É evidente que a quantidade de calor liberada pela solidificação de uma amostra de 200 gramas, por exemplo, de ferro fundido, é fixa. Se a amostra de 200 gramas for contida em um vaso que tem uma alta capacidade térmica, o calor liberado pela solidificação será menos capaz de prevalecer em relação ao calor transferido para o vaso, e a partir deste. O resultado é que um vaso de amostragem com alta massa térmica e/ou uma alta velocidade de resfriamento darão menos resolução nas curvas de resfriamento. Alta transferência de calor do vaso para a atmosfera também resultará em rápido resfriamento da amostra, que influencia o desenvolvimento da microestrutura. Por exemplo, resfriamento rápido causado pelo vaso alterará o comportamento da solidificação do ferro, induzindo coquilhamento pelo aumento do sub-resffiamento. A fim de extrair o máximo de informação possível do calor liberado pela solidificação, é necessário projetar um dispositivo de amostragem de análise térmica de maneira tal que nem mascare nem dilua a informação provida pela solidificação. A outra principal exigência de um dispositivo de amostragem de análise térmica é que ele tem que garantir condições de amostragem consistentes. Em virtude de que diferenças no calor liberado entre uma boa microestrutura e uma microestrutura fora da especificação podem ser muito pequenas, é crítico que todas variações medidas sejam atribuídas a diferenças no material a ser analisado, e não por causa de diferenças na técnica de amostragem.

[005] Dispositivos de amostragem para análise térmica podem ser construídos de uma variedade de materiais, desde que o material seja capaz de suportar a temperatura do banho a ser analisado, pelo menos no sentido de ser dimensionalmente estável a alta temperatura e não causar nenhuma reação indesejada com a amostra fundida. Por exemplo, é previamente conhecido construir os dispositivos de amostragem de grafite, materiais cerâmicos, aço, ou uma combinação dos mesmos.

[006] Dispositivos de amostragem de análise térmica comumente usados na avaliação de microestruturas de ferro fundido são tipicamente construídos de areia quimicamente ligada, também conhecida como “copos de areia” no campo técnico. Esses tipos de dispositivos de amostragem, entretanto, apresentam certos inconvenientes que afetam a precisão de previsão da microestrutura durante análise térmica. Copos de areia tipicamente têm paredes de areia espessas para garantir contenção segura do ferro fundido, que resulta em que a alta capacidade térmica faz com que o sirva como um dissipador de calor que extrai calor do ferro amostrado, e por meio disto influenciando no comportamento da solidificação. Copos de areia tipicamente têm superfícies abertas que resultam em grandes perdas de calor por radiação e assim perdas de calor desbalanceadas do topo, lados e base do volume de amostra. Além do mais, a mudança na transferência de calor irradiado mediante solidificação faz com que o ponto quente térmico mova durante o processo de solidificação. Além disso, copos de areia, especialmente aqueles cheios pela superfície aberta do copo, são sujeitos a variação tanto no volume da amostra (consistência do operador) quanto aprisionamento de oxigênio durante enchimento. Além disso, termopares encontrados em copos de areia convencionais são rigidamente montados e consumidos com cada análise. Portanto, variações na calibração do termopar e na localização da junção de medição influenciam diretamente a precisão da análise térmica. A localização da conexão simplificada desses termopares leva a tendências por causa das condições irregulares de transferência de calor dos 2 fios à medida que eles passam separadamente da amostra para o conector rudimentar.

[007] EP 1 925 936 revela um dispositivo de amostragem para análise térmica de metal fundido que soluciona os inconvenientes de dispositivos de amostragem convencionais construídos de areia quimicamente ligada. O dispositivo de amostragem é um recipiente compreendendo uma entrada de enchimento comum no lado superior do dito recipiente e pelo menos duas cavidades, cada cavidade tendo um tubo protetor adaptado para encerrar um elemento responsivo à temperatura. A entrada de enchimento comum é ramificada em pelo menos dois canais de enchimento que terminam nas ditas cavidades. O dispositivo de amostragem é fabricado de aço ou de um material de roupa refratário fibroso moldado.

[008] Outros exemplos de dispositivos de amostragem previamente conhecidos são revelados em WO 96/23206 e EP 1 034 419. Os ditos dispositivos de amostragem compreendem um recipiente destinado a conter uma quantidade de amostra de metal líquido durante análise, e um sensor para análise térmica. O recipiente de tais dispositivos de amostragem é destinado a ser imerso em um banho fundido do material a ser analisado a fim de encher o recipiente com uma quantidade de amostra consistente. O recipiente é em seguida removido do banho líquido e a quantidade de amostra é deixada solidificar enquanto registra a mudança de temperatura em função do tempo durante a dita solidificação.

[009] Enquanto os dispositivos de amostragem acima descritos solucionam pelo menos alguns dos problemas associados com dispositivos de amostragem convencionais construídos de areia quimicamente ligada, eles podem ser menos preferidos em certas circunstâncias. Por exemplo, eles frequentemente tendem a ter maior custo de produção do que copos de areia. Eles também não são projetados para encher múltiplos vasos simultaneamente.

Sumário [0010] O objetivo da invenção é um dispositivo de amostragem para análise térmica que pode ser facilmente fabricado de uma maneira barata e que garante que resultados confiáveis durante análise térmica são consistentemente alcançados independentemente da capacidade e disciplina do operador.

[0011] O objetivo é alcançado por um dispositivo de amostragem de acordo com a reivindicação independente 1. Modalidades são definidas pelas reivindicações dependentes.

[0012] O dispositivo de amostragem para análise térmica de metal em solidificação de acordo com a presente invenção compreende um lado superior e um lado inferior. A porção mais superior do lado superior define um primeiro plano horizontal. O dispositivo de amostragem compreende pelo menos duas cavidades adaptadas para serem cheias com um metal fundido a ser analisado. As cavidades são cada qual destinadas a encerrar substancialmente o metal fundido durante análise térmica e são como tal somente providos com aberturas necessárias para sua função, tal como o enchimento da abertura e um possível furo ou canal de ventilação para dar saída para substâncias gasosas da cavidade durante enchimento. Com o propósito de análise térmica, um respectivo meio responsivo à temperatura é provido pelo menos parcialmente dentro de cada qual das cavidades, e as cavidades são assim adaptadas para conter um meio responsivo à temperatura como este. O dispositivo de amostragem compreende adicionalmente uma entrada de enchimento comum com uma abertura de entrada no lado superior do dispositivo de amostragem. É preferido que a entrada de enchimento comum seja a única entrada de enchimento do dispositivo de amostragem. A entrada de enchimento comum fica a uma distância do lado superior do dispositivo de amostragem ramificado em uma pluralidade de canais de enchimento, tais como dois canais de enchimento. Cada canal de enchimento se abre para uma respectiva cavidade. A abertura de entrada da entrada de enchimento comum é arranjada em um segundo plano essencialmente paralelo ao primeiro plano abaixo do dito primeiro plano. Assim, a abertura de entrada da entrada de enchimento comum é arranjada verticalmente abaixo da porção mais superior do lado superior do dispositivo de amostragem.

[0013] Adequadamente, a abertura de entrada da entrada de enchimento comum pode ser arranjada em um plano horizontal que é arranjado a uma distância do primeiro plano que é pelo menos 20%, preferivelmente pelo menos 25% da distância entre o primeiro plano e um plano horizontal tangente a uma superfície interna mais superior de pelo menos uma da primeira cavidade e da segunda cavidade. No caso de cavidades com diferentes distâncias entre o primeiro plano e sua respectiva superfície interna mais superior, o plano horizontal tangente a uma superfície interna mais superior de uma cavidade é preferivelmente o plano horizontal tangente a uma superfície interna mais superior da cavidade com a menor distância até o primeiro plano.

[0014] A abertura de entrada da entrada de enchimento comum pode ser arranjada essencialmente em um plano horizontal tangente a uma superfície interna mais superior de pelo menos uma da primeira cavidade e da segunda cavidade.

[0015] O dispositivo de amostragem pode além disso compreender canais ou furos de ventilação abertos conectando uma cavidade através da superfície superior na atmosfera aberta. O propósito de um furo ou canal de ventilação como este é permitir que substâncias gasosas da cavidade sejam ventiladas da cavidade durante, por exemplo, o enchimento. Cada cavidade é adequadamente substancialmente encerrada, exceto pelo respectivo canal de enchimento e o respectivo canal/furo de ventilação.

[0016] O dispositivo de amostragem pode compreender adicionalmente um rebaixo em forma de anel arranjado no lado superior do dispositivo de amostragem radialmente fora e concêntrico com a abertura da entrada de enchimento comum. O propósito de um rebaixo como este é (pelo menos temporariamente) acomodar qualquer metal fundido em excesso depois do enchimento do dispositivo de amostragem. Altemativamente, o dispositivo de amostragem pode compreender um canal de saída no lado superior do dispositivo conectado na entrada de enchimento. O propósito de um canal como este é drenar todo excesso de metal fundido da entrada de enchimento de forma que o volume total da entrada de enchimento seja consistente de uma amostra para a seguinte. O canal de saída é adaptado para remover o metal fundido em excesso em uma direção segura, isto é, para fora dos operadores ou outro aparelho sensível.

[0017] As cavidades podem ou não ter o mesmo volume interno, ter a mesma forma geométrica e/ou ser arranjadas com seus respectivos centros no mesmo plano horizontal (isto é, com seus centros arranjados na mesma distância vertical do primeiro plano). É também plausível arranjar as cavidades do dispositivo de amostragem de maneira tal que cada qual das cavidades tenha sua superfície interna mais superior arranjada no mesmo plano horizontal, independentemente se as cavidades têm ou não o mesmo volume interno e/ou forma geométrica.

[0018] No dispositivo de amostragem, uma substância adaptada para intencionalmente alterar o comportamento da solidificação do metal fundido contido no mesmo durante análise térmica pode ser provido em pelo menos uma cavidade. Por exemplo, se desejado, as paredes internas de uma ou mais das cavidades voltadas para a quantidade de amostra podem ser providas com um revestimento reativo adaptado para alterar o comportamento da solidificação do metal fundido. Um revestimento como este pode, por exemplo, ser provido aplicando uma pasta com escova ou similares de uma composição de revestimento adequada na parede interna de uma cavidade e deixando a composição de revestimento secar de maneira a formar o revestimento. É também possível prover um revestimento nas paredes de uma cavidade, ao passo que uma outra cavidade do dispositivo de amostragem é tanto livre de um revestimento como este quanto contém um revestimento diferente destinado a alterar a solidificação de uma maneira diferente. Por meio disto, pode ser possível determinar o comportamento da solidificação do mesmo banho simultaneamente para diferentes condições ou diferentes propósitos. Em vez de um revestimento reativo, uma substância pulverizada ou granular pode ser provida em um ou mais cavidades e somente contido na cavidade sem ser revestida em uma parede da cavidade. A substância pode também ser contida em um envelope sacrificial para impedir seu escape da cavidade durante transporte e manuseio. Altemativamente, uma pasta de uma substância pode ser aderida em uma parte da parede de uma cavidade, por exemplo, como uma “bolha”.

[0019] O dispositivo de amostragem pode compreender cavidades adicionais adaptadas para serem cheias com metal fundido a ser analisado se desejado. Por exemplo, o dispositivo de amostragem pode compreender três, quatro ou cinco cavidades. As cavidades adequadamente compartilham a mesma entrada de enchimento comum, e são adequadamente arranjadas a distâncias iguais da entrada de enchimento comum.

[0020] Além disso, o dispositivo de amostragem pode adequadamente compreender um tubo protetor adaptado para conter pelo menos um meio responsivo à temperatura durante análise térmica. Um tubo protetor como este pode se estender através de pelo menos uma parede do dispositivo de amostragem e ser aberto em uma extremidade para permitir inserção de um meio responsivo à temperatura. O tubo protetor pode, por exemplo, se estender radialmente através de uma cavidade e compreender pelo menos uma abertura de extremidade adaptada para inserir um meio responsivo à temperatura no tubo protetor. Altemativamente, o tubo protetor pode compreender uma extremidade fechada e se estender radialmente ao interior de uma cavidade de maneira tal que a extremidade fechada fique arranjada essencialmente no centro da dita cavidade. O tubo protetor pode, se desejado, compreender uma pluralidade de meios responsivos à temperatura.

[0021] A presente revelação também se refere a um conjunto para análise térmica compreendendo pelo menos dois, preferivelmente uma pluralidade de meios responsivos à temperatura, tais como termopares, e um dispositivo de amostragem como aqui revelado. O número de meios responsivos à temperatura em geral corresponde ao número de cavidades no dispositivo de amostragem, mas podería também ser maior que o número de cavidades do dispositivo de amostragem a fim de obter curvas de resfriamento de diferentes locais dentro de uma cavidade.

Breve descrição dos desenhos [0022] Fig. 1 ilustra um copo de areia de acordo com a tecnologia anterior.

[0023] Fig. 2 ilustra uma vista seccional transversal de um dispositivo de amostragem de acordo com uma primeira modalidade exemplificativa.

[0024] Fig. 3 ilustra uma vista seccional transversal de um dispositivo de amostragem de acordo com uma segunda modalidade exemplificativa.

[0025] Fig. 4 ilustra uma vista seccional transversal de um dispositivo de amostragem de acordo com uma outra modalidade exemplificativa.

[0026] Fig. 5ilustra uma vista seccional transversal de um dispositivo de amostragem de acordo com também uma outra modalidade exemplificativa.

[0027] Fig. 6 ilustra uma vista seccional transversal de um dispositivo de amostragem de acordo com também uma outra modalidade exemplificativa.

[0028] Fig. 7 ilustra uma vista seccional transversal de um dispositivo de amostragem de acordo com uma outra modalidade exemplificativa.

[0029] Fig. 8 ilustra uma vista seccional transversal de um dispositivo de amostragem de acordo com uma outra modalidade exemplificativa.

[0030] Fig. 9 ilustra uma vista seccional transversal de um dispositivo de amostragem de acordo com uma outra modalidade exemplificativa.

[0031] Fig. 10 ilustra uma vista seccional transversal de um dispositivo de amostragem de acordo com uma outra modalidade exemplificativa.

[0032] Fig. 11 ilustra uma vista de topo de um dispositivo de amostragem de acordo com uma outra modalidade exemplificativa.

[0033] Fig. 12 ilustra uma vista de topo de um dispositivo de amostragem de acordo com também uma outra modalidade exemplificativa.

Descrição detalhada [0034] A invenção será descrita a seguir com referência aos desenhos anexos. A invenção não está limitada às modalidades mostradas, mas pode ser variada dentro do escopo das reivindicações anexas. Além disso, os desenhos não devem ser considerados feitos em escala, já que alguns recursos podem estar exagerados a fim de ilustrar mais claramente os recursos do dispositivo de amostragem ou os detalhes do mesmo.

[0035] Nas figuras representando a presente invenção, as cavidades estão ilustradas como de na forma de esfera que é uma modalidade preferida. Entretanto, as cavidades podem também ter outras formas, tais como um esferoide oblato, esfera com um topo ou base plana, elipsoide, cubo, prisma quadrado, prisma poligonal regular, ou prisma de três ou mais lados, etc. se desejado, sem fugir do escopo da invenção. Além disso, as cavidades podem ter a mesma forma, tal como mostrado nas figuras, ou podem ser de diferentes formas geométricas, se desejado. Além disso, o tamanho das cavidades pode ser o mesmo ou pode diferir de uma para a outra no mesmo dispositivo de amostragem para prover diferentes taxas de solidificação. No caso das cavidades com forma geométrica diferente, o volume interno das cavidades não precisa necessariamente ser substancialmente diferente. O tamanho e forma das cavidades podem ser adaptados ao propósito visado pelos versados na técnica em vista da presente revelação.

[0036] Figura 1 ilustra um assim chamado copo de areia 100 de acordo com a tecnologia anterior. O copo de areia é construído de areia quimicamente ligada e é aberto para a atmosfera em volta no topo do recipiente 102 adaptado para compreender o metal fundido a ser analisado por análise térmica. A superfície aberta do recipiente 102 causa perdas de calor por radiação da superfície do metal fundido que, por sua vez, influencia a solidificação do metal fundido. Essencialmente, existe um desequilíbrio da perda de calor que, por sua vez, não permite leituras suficientemente precisas em certos casos.

[0037] Ao contrário da tecnologia anterior mostrada com referência à figura 1, a amostra fundida é essencialmente encerrada nas cavidades do dispositivo de amostragem de acordo com a presente invenção. Por meio disto, a perda de calor por radiação por uma superfície aberta do metal fundido é essencialmente eliminada. Considera-se que essencialmente encerrada, na presente revelação, significa que cada qual das cavidades é encerrada, exceto pelas aberturas desejadas nas paredes da respectiva cavidade, as ditas aberturas constituindo a abertura de enchimento da cavidade, furo(s) de ventilação potencial(is) e a(s) abertura(s) necessária(s) para inserir o meio responsivo à temperatura.

[0038] Figura 2 ilustra uma vista seccional transversal de uma modalidade exemplificativa do dispositivo de amostragem 1 de acordo com a presente invenção. O dispositivo de amostragem 1 compreende pelo menos uma primeira cavidade 2 e pelo menos uma segunda cavidade 3. As cavidades 2, 3 são adaptadas para conter metal fundido a ser analisado por análise térmica. Metal fundido a ser analisado é introduzido nas respectivas cavidades 2, 3 através de uma entrada de enchimento comum 4 que, por sua vez, é ramificada em uma pluralidade de canais de enchimento 5, 6 dentro do dispositivo de amostragem a uma distância vertical da abertura de entrada. A entrada de enchimento comum é preferivelmente arranjada essencialmente entre as cavidades de maneira tal que o eixo central vertical B da entrada de enchimento é arranjado no meio entre os respectivos centros das cavidades. Além disso, a entrada de enchimento comum 4 pode adequadamente ter pelo menos parcialmente a forma de um tronco de cone a fim de facilitar o enchimento de metal fundido na entrada de enchimento comum.

[0039] A entrada de enchimento comum 4 assegura que o metal fundido é cheio no dispositivo de amostragem 1 somente através de uma abertura de entrada 7, por meio disto assegurando que um operador não precisa assegurar que quantidades iguais sejam cheias nas cavidades como seria o caso se cada cavidade fosse cheia separadamente. Cada canal de enchimento 5, 6 se abre para uma respectiva cavidade 2, 3 do dispositivo de amostragem em uma abertura de entrada de uma cavidade. Como mostrado na figura 2, um canal de enchimento 5, 6 pode se abrir para uma cavidade 2, 3 essencialmente na mesma altura do centro da cavidade 2, 3.

[0040] Cada qual das cavidades 2, 3 é provida com pelo menos um meio responsivo à temperatura (não mostrado na figura), pelo menos durante análise térmica. O meio responsivo à temperatura é adaptado para medir a temperatura durante a solidificação do metal fundido e as medições são registradas com o tempo a fim de determinar as mudanças durante o processo de solidificação do metal fundido. Na figura 2, um tubo protetor 12 é ilustrado em cada qual das cavidades 2, 3. O tubo protetor 12 é destinado a conter e proteger um meio responsivo à temperatura durante análise térmica. É, entretanto, plausível usar meios responsivos à temperaturas consumíveis, como na tecnologia de ponta atual mostrada na figura 1, que são consumidos durante a análise térmica. O benefício de um possível tubo protetor 12 é que um meio responsivo à temperatura pode ser reusado em um outro dispositivo de amostragem depois que a análise térmica é completada, reduzindo assim o custo do dispositivo de amostragem. Meio responsivo à temperatura reusável pode ser feito para ser mais preciso do que contrapartes consumíveis sem aumentar o custo. O dispositivo de amostragem 1 como tal é somente usado para uma única análise e não deve ser reusado para uma outra quantidade de amostra.

[0041] Como mostrado na figura 2, a abertura de entrada 7 da entrada de enchimento comum 4 é arranjada em uma superfície ou lado superior 8 do dispositivo de amostragem 1, mas é arranjada em um nível mais baixo que a superfície mais superior 9 do dispositivo de amostragem. Isto significa que a abertura de entrada 7 da entrada de enchimento comum 4 é arranjada em um segundo plano paralelo a um primeiro plano horizontal A definido por (isto é, tangente) uma porção mais superior 9 do lado superior 8 do dispositivo de amostragem 1. O segundo plano é assim arranjado abaixo do primeiro plano A, isto é, mais próximo da base (lado inferior 10) do dispositivo de amostragem. O fato de que a abertura de entrada é arranjada no dito segundo plano assegura que o dispositivo de amostragem é compacto e fácil de manusear. Além disso, o fato de que a abertura de entrada é arranjada desta maneira assegura que o dispositivo de amostragem pode ser fabricado com a mínima quantidade possível de material, isto é, que as paredes da cavidade podem ser feitas muito finas, por meio disto minimizando o risco de que as paredes 11 do dispositivo de amostragem ajam como um dissipador de calor durante análise térmica. No caso em que as paredes do dispositivo de amostragem podem agir como um dissipador de calor, isto podería afetar negativamente a solidificação da amostra fundida, por meio disto alterando a precisão dos resultados conseguidos durante análise térmica.

[0042] Foi previamente considerado necessário arranjar as entradas de enchimento bem acima do nível das cavidades a fim de assegurar enchimento consistente das cavidades. Entretanto, os inventores observaram que enchimento consistente das cavidades é ainda conseguido a despeito da localização da entrada de enchimento de acordo com a presente invenção.

[0043] O dispositivo de amostragem de acordo com a presente invenção compreende pelo menos duas cavidades, independentemente da modalidade do mesmo. Isto tem o benefício de prover dois resultados separados para a mesma amostra de metal fundido, por meio disto aumentando a precisão das leituras. É, entretanto, também possível analisar diferentes aspectos do mesmo banho líquido ao mesmo tempo por meio das duas cavidades. Por exemplo, uma das cavidades pode ser livre de qualquer adição e, por meio disto, analisando o metal fundido real, ao passo que uma outra cavidade pode ser provida com uma substância que influencia o comportamento da solidificação do metal fundido, por exemplo, com o propósito de estudar o potencial de nucleação pela adição de um inoculante ou analisar o carbono equivalente pela adição de enxofre e/ou telúrio ou pela adição de enxofre e/ou óxidos redutíveis para alterar intencionalmente o comportamento do crescimento do grafite, ou pela adição de materiais para melhorar a análise da transformação de estado sólido de austenita em ferrita e perlita. A adição de uma ou mais substâncias adaptadas para alterar o comportamento da solidificação do metal fundido pode ser feita de acordo com qualquer método previamente conhecido. Por exemplo, uma substância como esta pode ser adicionada na forma de um revestimento funcional ou reativo que é aplicado nas paredes internas de uma cavidade, por exemplo, por meio de imersão, lavagem, pulverização ou aplicação com escova de uma composição de revestimento compreendendo a substância. A substância pode também em alguns casos ser adicionada na forma de um pó, granulado ou similares meramente introduzido na cavidade sem anexar o pó nas paredes internas da cavidade, o pó/granulado opcionalmente contido em um envelope sacrificial, ou formando uma pasta contendo a substância, formando-a em uma pequena bola, “bolha” ou similares e aderindo a bola em uma parte da parede interna da cavidade.

[0044] Figura 3 ilustra uma vista seccional transversal de uma outra modalidade exemplificativa do dispositivo de amostragem 1 que corresponde à modalidade mostrada na figura 2, com a exceção dos canais de enchimento 5, 6 abrindo para as cavidades 2, 3 em uma porção de base das respectivas cavidades. É também possível deixar que os canais de enchimento se abram para as cavidades pelo lado de baixo das respectivas cavidades de maneira tal que o metal fundido seja introduzido essencialmente verticalmente para cima nas cavidades.

[0045] Os canais de enchimento 5, 6 são ilustrados tanto na Figura 2 quanto na Figura 3 como canais de enchimento essencialmente horizontais. É, entretanto, possível arranjar os canais de enchimento ligeiramente inclinados para cima ou para baixo da entrada de enchimento comum em direção às cavidades, se desejado, e a presente invenção não está limitada a canais de enchimento horizontais.

[0046] Embora as Figuras 2 e 3 ilustrem somente duas cavidades, o dispositivo de amostragem pode adequadamente compreender pelo menos três cavidades. Da mesma maneira mostrada nas figuras 2 e 3, um dispositivo de amostragem compreendendo três ou mais cavidades adequadamente tem a entrada de enchimento comum arranjada no meio, de maneira tal que o eixo central B da mesma fique arranjado essencialmente na mesma distância dos centros de cada qual das cavidades. O uso de três ou mais cavidades permite a avaliação da solidificação sem nenhum aditivo e também com diferentes aditivos nas diferentes cavidades de uma maneira correspondente à previamente descrita com referência a um dispositivo de amostragem compreendendo duas cavidades.

[0047] E preferido que o eixo central B da entrada de enchimento comum corresponda ao eixo central do dispositivo de amostragem para todas as modalidades reveladas aqui.

[0048] Figura 4 ilustra uma vista seccional transversal de uma outra modalidade exemplificativa do dispositivo de amostragem 1 similar à mostrada na figura 2. Entretanto, como mostrado na figura 4, o dispositivo de amostragem compreende adicionalmente um rebaixo em forma de anel 13 no lado superior do mesmo. O rebaixo é arranjado radialmente fora da entrada de enchimento comum 4 e concêntrico com a mesma. O propósito do rebaixo 13 é acomodar qualquer metal fundido em excesso que escoa sobre a borda 14 da abertura de entrada da entrada de enchimento comum quando as cavidades forem cheias com metal fundido. O rebaixo 13 assim serve como uma depressão para metal fundido em excesso e fornece uma medida de segurança para evitar que metal fundido transborde nos lados do dispositivo de amostragem.

[0049] O dispositivo de amostragem pode adequadamente adicionalmente compreender furos ou canais de ventilação abertos 15 nas paredes das cavidades conectando cada cavidade 2, 3 com a atmosfera aberta acima da amostra, tal como mostrado na modalidade exemplificativa mostrada na figura 5. Tais furos ou canais de ventilação servem ao propósito de permitir que ar contido nas cavidades antes do enchimento das cavidades e, dependendo do material do qual o dispositivo de amostragem é fabricado, gases voláteis liberados da resina ou substâncias possivelmente adicionadas quando expostas ao metal fundido, com metal fundido escapem das cavidades durante o enchimento e antes do início da solidificação, por meio disto assegurando que as cavidades podem ser completamente cheias. Além disso, os furos e canais de ventilação podem em certos casos adicionalmente servir ao propósito de permitir pelo menos parcialmente que metal fundido em excesso escape das cavidades quando as cavidades ficam cheias durante o enchimento. Entretanto, em vista do fato de que a abertura de entrada 7 da entrada de enchimento comum 4 é arranjada em um nível mais baixo que a superfície mais superior do dispositivo de amostragem, um aumento como este de metal fundido através dos furos ou canais de ventilação 15 provavelmente será mínima na maioria dos casos. Esses níveis podem também ser ajustados para assegurar que nenhum metal fundido é jorrado através das cavidades onde substâncias possivelmente adicionadas podem ser varridas através dos furos ou canais de ventilação.

[0050] Figura 6 ilustra uma vista seccional transversal de também uma outra modalidade exemplificativa do dispositivo de amostragem. Neste caso, o dispositivo de amostragem 1 compreende tanto o rebaixo em forma de anel 13 mostrado na figura 4 bem como os furos ou canais de ventilação 15 mostrados na figura 5. Embora os canais de enchimento 5, 6 estejam se abrindo para as cavidades na base das cavidades, é naturalmente plausível que os canais de enchimento possam abrir para as cavidades em qualquer altura, tal como em uma altura correspondente a um centro de pelo menos uma das cavidades ou em qualquer altura entre tal altura e a porção de base de uma cavidade. É também possível arranjar os canais de enchimento de maneira tal que eles abram na base de cada cavidade, por meio disto conseguindo que o enchimento de metal fundido nas cavidades seja conduzido de forma essencialmente vertical para cima, isto é, o metal fundido sobe até as cavidades.

[0051] De acordo com a presente invenção, a abertura de entrada da entrada de enchimento comum é arranjada em um segundo plano que é paralelo a um primeiro plano constituindo um plano horizontal que é tangente à parte mais superior do lado superior do dispositivo de amostragem. O segundo plano é arranjado a uma menor altura que o primeiro plano e pode ser arranjado em qualquer altura entre o primeiro plano e um plano tangente a uma parte mais superior de uma superfície interna de uma cavidade, excluindo o primeiro plano, mas incluindo o plano tangente a uma parte mais superior de uma superfície interna de uma cavidade. No caso em que as cavidades têm diferentes tamanhos ou são arranjadas em diferentes distâncias verticais dentro do dispositivo de amostragem, o plano tangente a uma parte mais superior de uma superfície interna de uma cavidade corresponde ao dito plano da cavidade com uma parte mais superior como esta de uma superfície interna mais próxima da parte mais superior do dispositivo de amostragem (o primeiro plano).

[0052] Figura 7 ilustra uma vista seccional transversal de também uma outra modalidade exemplifícativa do dispositivo de amostragem 1, similar à modalidade exemplifícativa mostrada na figura 6. O dispositivo de amostragem de acordo com a Figura 7 difere do dispositivo de amostragem de acordo com a Figura 6 no nível dos canais de enchimento 5, 6. Além disso, o segundo plano C no qual a abertura de entrada da entrada de enchimento comum 4 é arranjada é um plano tangente à superfície interna mais superior de uma cavidade. Isto significa que o metal fundido depois do enchimento ficará na mesma altura nas cavidades que na entrada de enchimento comum depois que o enchimento tiver sido completado e as cavidades estiverem completamente cheias.

[0053] Figura 8 ilustra uma vista seccional transversal de uma outra modalidade exemplificativa do dispositivo de amostragem similar ao mostrado na figura 6. Ao contrário do dispositivo de amostragem de acordo com Figura 6, o dispositivo de amostragem de acordo com Figura 8 também compreende pelo menos uma fenda que se estende axialmente 16 na porção superior da entrada de enchimento comum, isto é, na abertura de entrada 7 da entrada de enchimento comum 4. O propósito da fenda é deixar que metal fundido em excesso durante o enchimento escoe através da fenda 16 para dentro do rebaixo em forma de anel 13 sem precisar transbordar na borda 14 da abertura de entrada. A fenda 16 assim fornece uma medida de segurança para limitar o risco de metal fundido escoar em outras porções do dispositivo de amostragem.

[0054] Figura 9 ilustra uma vista seccional transversal de uma outra modalidade exemplificativa em que a extensão axial dos furos ou canais de ventilação 15 é arranjada em um plano vertical paralelo a um plano vertical através do centro de uma cavidade. De fato, o furo ou canal de ventilação 15 pode ser arranjado em qualquer lugar na parede 11 das cavidades. É, entretanto, preferido que o furo ou canal de ventilação fique arranjado na porção superior das cavidades.

[0055] Arranjar o furo ou canal de ventilação em um plano sem ser o plano vertical se estendendo através do centro de uma cavidade, tal como um plano paralelo ao dito plano vertical, pode também proporcionar vantagens adicionais. Por exemplo, é então possível permitir que um tubo protetor potencial 12 se estenda através da cavidade e seja suportado na parede no lado oposto da cavidade, tal como mostrado na figura 10. Por um arranjo como este, o tubo protetor pode ser adicionalmente preso na cavidade, ou pode ser produzido como um tubo com duas extremidades abetas, ao contrário de uma extremidade fechada. Embora não mostrado na figura 10, é também plausível arranjar o tubo protetor através de todo dispositivo de amostragem de maneira tal que meio responsivo à temperatura pode ser introduzido no tubo protetor a partir de qualquer extremidade do mesmo, com a junção de medição de temperatura localizada em qualquer posição preferida dentro da cavidade.

[0056] Figura 11 ilustra uma vista de topo de uma modalidade exemplificativa de um dispositivo de amostragem compreendendo três cavidades, cada qual com um furo ou canal de ventilação 15. A entrada de enchimento comum é na figura na forma de um tronco de cone correspondente às modalidades mostradas nas figuras 2 a 10, e a parede 4” do cone bem como a superfície inferior 4’ são mostradas na figura 11. A abertura de entrada 7 da entrada de enchimento comum 4 é arranjada em um plano que fica abaixo do plano das porções mais superiores 9 do lado ou superfície superior 8 do dispositivo de amostragem 1. O dispositivo de amostragem compreende adicionalmente um rebaixo em forma de anel 13 e uma fenda que se estende axialmente 16 como previamente revelado com referência à figura 8.

[0057] Figura 12 ilustra uma vista de topo de também uma outra modalidade exemplificativa de um dispositivo de amostragem. Um canal de saída 17, por exemplo, na forma de um sulco ou similares, é arranjado no lado superior 8 do dispositivo de amostragem disposto da porção superior da entrada de enchimento comum (ilustrada na figura por meio da parede que se estende axialmente 4” e a superfície inferior 4’) até uma superfície lateral 18 do dispositivo de amostragem. O propósito do canal de saída é assegurar que, quando o enchimento tiver sido completado, todo metal fundido em excesso é removido do dispositivo de amostragem em uma direção desejada e segura a fim de não apresentar risco de danos em qualquer equipamento em volta possivelmente presente nas proximidades do dispositivo de amostragem, ou causar lesão pessoal de um operador ou outro pessoal. O canal de saída é preferivelmente ligeiramente inclinado na direção vertical da entrada de enchimento comum em direção à superfície lateral do dispositivo de amostragem para assegurar que o metal fundido em excesso escoa facilmente para a superfície lateral. Um receptáculo, que pode ou não ser anexada no dispositivo de amostragem, pode adequadamente ser usado para coletar o metal fundido em excesso na extremidade à jusante do canal de saída. O receptáculo pode possivelmente, se necessário, ser removido do dispositivo de amostragem antes da análise térmica.

[0058] Embora não mostrado nas figuras 11 e 12, o dispositivo de amostragem pode compreender tanto um rebaixo em forma de anel 13, como mostrado na figura 11, quanto um canal de saída 17, como mostrado na figura 12. Em um caso desses, a extremidade à montante do canal de saída é preferivelmente conectada no rebaixo em forma de anel de maneira tal a permitir drenagem do metal fundido em excesso do rebaixo em forma de anel.

[0059] O dispositivo de amostragem pode ser construído de areia ou materiais a base de areia, especialmente areia quimicamente ligada. Se desejado, o dispositivo de amostragem pode em um caso desses também compreender um alojamento externo de um outro material, tal como aço, se desejado, sem fugir do escopo de a invenção. Entretanto, um alojamento externo como este não é necessário e a própria areia fornece estabilidade suficiente do dispositivo de amostragem. O dispositivo de amostragem pode também ser construído de outros tipos de materiais, tais como areia sintética ou refratários isolantes, um refratário fundido, pano de fibra ou aço revestido. Também, no caso de tais materiais, o dispositivo de amostragem pode opcionalmente compreender um alojamento (do mesmo material, ou de um material diferente) se desejado.

[0060] O dispositivo de amostragem pode também opcionalmente compreender meios de suporte externos se desejado. Tais meios de suporte podem, por exemplo, ser um dispositivo de suporte que serve ao propósito de alinhar devidamente o meio responsivo à temperatura em um ou mais dos possíveis tubos protetores durante inserção do mesmo, bem como durante operação do dispositivo de amostragem, isto é, durante análise térmica.

[0061] Qualquer tipo de meio responsivo à temperatura que é adequado para medir temperaturas em metais fundidos, tal como ferro fundido líquido, pode ser usado com relação ao dispositivo de amostragem de acordo com a presente invenção. Um exemplo de um meio responsivo à temperatura como este é um termopar.

[0062] O meio responsivo à temperatura pode, durante análise térmica, adequadamente ser arranjado em um tubo protetor a fim de assegurar que o meio responsivo à temperatura não seja nem danificado nem consumido durante a análise térmica. Assim, o meio responsivo à temperatura pode ser removido do dispositivo de amostragem depois do término da análise térmica e reusado em um outro dispositivo de amostragem. Além disso, é possível arranjar uma pluralidade de meios responsivos à temperatura no mesmo tubo protetor, se desejado, por exemplo, com o propósito de obter curvas de resfriamento de diferentes locais dentro de uma cavidade, para aumentar a saída do meio responsivo à temperatura, ou reduzir o erro de medição.

[0063] O dispositivo de amostragem não está limitado às modalidades aqui reveladas e mostradas nas figuras. Por exemplo, o tubo protetor não precisa ser arranjado verticalmente no dispositivo de amostragem, mas podería, por exemplo, ser arranjado de forma essencialmente horizontal ou angulado com um plano horizontal e um vertical.

[0064] O dispositivo de amostragem de acordo com a presente invenção é principalmente desenvolvido para análise térmica de ferro fundido cinzento (também conhecido como ferro fundido lamelar - GJL), ferro grafite compactado CGI (também conhecido como ferro grafite vermicular - GJV) e ferro dúctil (também conhecido como ferro grafite nodular ou ferro grafite esferoidal - GJS). Entretanto, o dispositivo de amostragem pode também ser usado para analisar outras substâncias fundidas, em particular metais fundidos, por meio de análise térmica.

REIVINDICAÇÕES

Claims (15)

1. Dispositivo de amostragem para análise térmica de metal em solidificação que tem um lado superior e um lado inferior, em que a porção mais superior do lado superior define um horizontal primeiro plano, o dispositivo de amostragem compreendendo pelo menos uma primeira cavidade e uma segunda cavidade, as primeira e segunda cavidades adaptadas para serem cheias com um metal fundido a ser analisado e cada cavidade adaptada para compreender um meio responsivo à temperatura durante análise térmica, o dispositivo de amostragem adicionalmente compreendendo uma entrada de enchimento comum com uma abertura de entrada no lado superior do dispositivo de amostragem, a entrada de enchimento comum ramificada em uma pluralidade de canais de enchimento, cada canal de enchimento terminando em uma das cavidades, caracterizado pelo fato de que a abertura de entrada da entrada de enchimento comum é arranjada em um segundo plano essencialmente paralelo ao primeiro plano e localizada abaixo do primeiro plano.

2. Dispositivo de amostragem de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a abertura de entrada da entrada de enchimento comum é arranjada essencialmente em um plano horizontal que é tangente a uma superfície interna mais superior de pelo menos uma da primeira cavidade e da segunda cavidade.

3. Dispositivo de amostragem de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende canais de ventilação abertos conectando cada qual das cavidades na atmosfera aberta.

4. Dispositivo de amostragem de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que cada cavidade é substancialmente encerrada, exceto pelo respectivo canal de enchimento e o respectivo canal de ventilação.

5. Dispositivo de amostragem de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um canal de saída arranjado no lado superior do dispositivo de amostragem, o dito canal de saída adaptado para guiar possível metal fundido em excesso da entrada de enchimento comum em uma direção predeterminado para uma superfície lateral do dispositivo de amostragem.

6. Dispositivo de amostragem de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um rebaixo em forma de anel arranjado no lado superior do dispositivo de amostragem radialmente externo e concêntrico com a abertura da entrada de enchimento comum.

7. Dispositivo de amostragem de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que uma parede da entrada de enchimento comum compreende uma fenda que se estende axialmente em uma porção superior da mesma.

8. Dispositivo de amostragem de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que as primeira e segunda cavidades têm o mesmo volume interno.

9. Dispositivo de amostragem de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a segunda cavidade é provida com uma substância adaptada para intencionalmente alterar o comportamento da solidificação do metal fundido contido nela durante análise térmica, e a primeira cavidade é livre de uma substância como esta.

10. Dispositivo de amostragem de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de amostragem compreende pelo menos três cavidades adaptadas para serem cheias com metal fundido a ser analisado.

11. Dispositivo de amostragem de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o centro de cada qual das cavidades é arranjado na mesma distância do primeiro plano.

12. Dispositivo de amostragem de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que cada qual das cavidades compreende um tubo protetor adaptado para conter pelo menos um meio responsivo à temperatura durante análise térmica, o dito tubo protetor preferivelmente se estendendo através de pelo menos uma parede do dispositivo de amostragem.

13. Dispositivo de amostragem de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o tubo protetor se estende radialmente através de uma cavidade e compreende pelo menos uma abertura de extremidade adaptada para inserir um meio responsivo à temperatura no tubo protetor.

14. Dispositivo de amostragem de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o tubo protetor compreende uma extremidade fechada e se estende radialmente em uma cavidade de maneira tal que a extremidade fechada seja arranjada essencialmente no centro da dita cavidade.

15. Conjunto de partes destinado para análise térmica de metal em solidificação, caracterizado pelo fato de que o dito conjunto compreende pelo menos dois meios responsivos à temperatura e um dispositivo de amostragem como definido em qualquer uma das reivindicações anteriores.