CS224642B2 - Device for sampling molten matel - Google Patents

Description

Vynález se týká zařízení k vzorkování roztaveného kovu.

Odebírání vzorků roztaveného kovu pro analytické účely je běžné při průmyslové rafinaci, kdy kvalita kovu je důležitá při jeho konečném použití, například při použití na trupy letadel. Roztavený hliník se rafinuje různými způsoby, zahrnujícími výstřelkování jak popsáno v patentu USA 3 870 511, usazování nabo filtraci. Účelem těchto rafinaČních technik je odstranění nebo rozpuštění vodíku a alkalických kovů a/nebo pevných nekovových částic, obvykle kysličníků kovů. Stupeň znečištění v kterémkoliv okamžiku rafinačního procesu lze snadno určit, pokud jde o rozpuštěný vodík, nebo alkalické kovy, prostým odebráním tekutého vzorku lžící nebo jiným podobným zařízením, nalitím roztaveného kovu do formy a po ztuhnutí vzorku provedením běžného chemického rozboru. Tento způsob není účinný, pokud jde o pevné nekovové částice vměstky. Jedním problémem je, že samo vzorkování vyžaduje odebrání více vměstků. Druhým problémem pak je, že vměstky, ovlivňující kvalitu hliníku, jsou často velmi malé a v tavenině široce rozptýlené. To vše činí obtížným určit vměstky běžnými metalografickými metodami. Navíc je důležitým tvar a velikost vměstků kysličníků, jako jejich celková přítomnost, přičemž jejich rozměry a tvar nelze určit chemickým rozborem.

* Jedním přístupem užívaným k určení obsahu pevných vměstků byl průchod vzorku tekutého kovu filtrem. To soustředí částice na povrchu filtru, na němž je lze pozorovat použitím běžných metalografických technik. Je-li vzorek odebrán z taveniny lžící, pak sama tato skutečnost a způsob vzorkování může, jak již bylo zmíněno, znečistit vzorek.

Jiným postupem je zavedení filtru přímo do taveniny, k zabránění znečistění vzorku způsobem jeho odebrání. Provádí se to upevněním filtru v držáku, ponořením zařízení do taveniny a průtokem roztaveného kovu filtrem působením podtlaku.

Za účelem zabráněni odtékání -taveniny z filtru, protéká tavenina filtrem směrem dolů. Tím se zároveň brání ztrátě shromážděných částic.

Technika o^c^e^bitái^^í vzorků byla dále zlepšena užíváním jemných filtrů uhlíkových nebo grafitových; Skrčením vstupu k filtru a vytvořením moonosSi předehřívání filtru á jeho držáku; tuhnutím kovového vzorku směrem zdola vzhůru, k zabránění tvoření dutin v důsledku smtlování kovu v prostoru filtru.

Ačkooiv každé z předchozích opatření zlepšovalo původní vzorkovací zařízení, pak u zřízení uživených v hlinOááSokém průmyslu je zapotřebí dalších zlepšení.

Uvedené nedostatky odstraňuje zařízení podle vynálezu k vzorkováni roztaveného kovu, sestávající z pórovitého filtru, jeho držáku, vrtání probíhajícího z místa v souseeství nebo pod fiHesm držákem do - kryté nádrže, dále z vývěvy spojené s nádrží otvorem v jejím víku, kteréžto části jsou uspořádány - tak, že roztavený kov lze nasávat přes filtr směrem dolů a pak dalším vrtáním do nádrže.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že držák je opatřen vybráním pro těsné rozebratelné uložení pouzdra n$ obou koncích otevřeného, opatřeného uvnntř obvodovým sedlem, na němž je uložen filtr, přičemž do otvoru pouzdra nad fit^em ' je těsně vložena vymatelná ucpávková -tyč, přičemž část vrtání dříku nad hladinou roztaveného kovu, dále nádrž a její víko jsou opatřeny přiléhavou výstelkou tvořenou izolací nepropustnou a netečnou vůči roztavenému kovu, avšak průchodnou pljniům.

Vynálezem je vytvořeno zařízení k vzorkování roztaveného kovu, jehož výsledný vzorek je reprezentativním vzorkem zkoušeného kovu; kov není změněn obsahem vměstků použžtím vzorkovacího zřízeni; zařízení je jednoduché a praktické, to je Soovouuící snadné vyjímání vzorku, k nežádoucímu ztuhnutí vzorku. Většina jeho částí může být opakovaně používána.

Předmět vynálezu bude dále podrobně popsán na příkladu provedenn, znázorněném ne výkresu, na němž značí obr. 1 schematický nárysný řez zařízením podle vynálezu, obr. 2 schienatický půdorysný řez - rovinou .2-2, zařízením z obr. 1.

Zařízení k vzorkován roztaveného kovu sestává z ' vývěvy (neznázorněno) a podtlakového potrubí X, zaústěného do víka 2 opatřeného radiálními drážkami J, nádrže £ opatřené izolací 2 ^íku 6 -s vrtáním 1 a izolací -8, držákem 2 ^s vrtáním 10. podložek Ц, pouzdra 12. filtru 13 a ucpávkové tyče 14.

Podtlakové potrubí 1, nádržka 4, vrtání I, 10 a pouzdra 12 jsou vzájemně spojeny. Po zavedení pddtlaku do soustavy s vloženou ucpávkovou tyčí 14 se zařízení ponebí do roztaveného kovu, z něhož má být odebrán další vzorek, až k místu nad počátkem izolace 8, to je, nad nejmižší bod dříku 6, k němuž dosahuje izolace 8,- . přičemž svislé osy jak dříku 6, tak ucpávkové - tyče 14 jsou přibližně kolmé k povrchu taverny.

Zřízení se dále noří do - taveniny nad místo počátku izolace 8 až asi do její poloviny, za účelem zabránění ztuhnutí hLioíOt,Sřívr než dosáhne nádrže £ a rovněž za účelem zahálí vrtání 1, 10 na teplotu doosaauuící k roztavení zbytků hliníku z dřívějšího vzorku. Po zahřátí ponořené - zařízení na teplotu taveniny se odstraní ucpávková . tyč 14.

Tekutý kov je pak nasáván přes filtr .13. vrtáním 10, 1 do nádrže 4· Při průchodu roztaveného kovu filmem 13 jsou pevné vměstky (v závislosti na rozměru a stupni shlukování) zadrženy na fiiru 13. Po - naplnění nádrže 4 rozaavetym kovem, se zařízení vyjme z tavernny, roztavený kov se v něm nechá zchladnout a ztuhnout, načež se vývěva odstaví.

Je výhodná, po vyjmu И zařízení z taverny, pouužt běžného chladicího postupu, např. chLazmí graftovvýа blokem Ucujcdm s držákem nebo dm/cháním vzduchu do místa pod filtr 13 pro podporu přímého tutaiutí roztaveného kovu odzdola vzhůru· To tekutému kovu v pásmu nad fitreem 13 .nahrazovat a vyplňovat úbytek · kovu, vzniklý smáténdta a tím zabránit tvoření dutin v tomto pásmu· Jatanile je zařízení chladné, odstraní se pouzdro .12 filtru 13, filtr 13 a ztuhlý kov nad a pod fittrem 13 z držáku 2, a vyhodnotí se běžnými mitalurgickými technikami, přičemž částice na filtru 13 a v něm, lze měěit, poUtat, analyzovat a fotografovat.

Filtr 13 jepřitmelen na obvodovém sedle 18 ke zúženému pouzdru 12, otevřenému na obou koncích· Tím vzniká po d sestav a, kterou lze unííttt v zařízení a pak o^í^st^iant se žádaným vzorkem po skončení vzorkování· Za tím účelem je držák £ filtru·13 opatřen zúženým hrdlem 15 nebo vybráním pro uložení pouzdra 12 filtru 13· Pouzdro 12 filtru 13 je· udtř upraveno pro zakotvení kovových zátek nad a pod fitreem li, které tak nejsou odděleny z filtru·13 během tuhnuuí kovu nebo následujícího zpracovánn, kteréžto oddděení velmi ztěžuje vyhodnocení vzorku· Filtr 13 spočívá na sedle 18 (nebo na osazení) stěny pouzdra 12 filtru li· Kotevní otvory 16 jsou upraveny nad a pod fitreem 13· Kotevních otvorů 16 .bývá někoUk (obvykle čtyři) a jsou vyvrtány do stěny pouzdra 12 filtru £3· Kotevní otvory [6 mohou být provrtány stěnou pouzdra 12 pod fitreem . 13· avšak nad fitreem 13 tyto zcela provrtané otvory nejsou vhodné, poněvadž by způsoUly zneečštění povrchu filtru 13 zvenku·

Bylo zjištěno, že i přes kotevní otvory 16 působí kovových zátek nad filtrem 13 jejich odtahování od filtru . 13 (anebo odtahování filtru 13 od kovu pod ním), je-li kov zakotven na horním olkaji (nebo hraně) pouzdra 12 filtru 13 tím, že se kov roztahuje přes tuto hranu· Tento nežádoucí zjev se odstraní vytvarováním okraje 17 pouzdra 12 jak naznačeno na obr· 1, to je úpravou horního úkosu plochy a poloměrů hran tak, že většina tekutého kovu je nucena stéci z okraje 17 pouzdra 12, je-li zřízení vyjímáno z taveniny· Používaný úkos má obvykle sklon v mizích 20 až 30° od vodorovné a používané poloměry zaoblení hran jsou 1,5 až 3 mm. Pouzdra 12 a zúžené hrdlo 15 mifí takové rozměry, že je-li zatlačeno do držáku 2, docílí se dobrého těsnění bez tmeecH!, Po p^i^uii^:í se pouzdro · 12 nejprve vytočí za účelem přerušení kovového spojeni mezi pouzdrem.12 a držákem 2· Toto odstranění a usazení nového pouzdra .12 v držáku 2 je usnadněno vyplněním celého prostoru pod hrdlem 15 pouzdra 12 filtru 11 podložkou H, například z izolačních keramických vláken· Podložky 11 mmjí osový otvor pro umožněni volného průtoku kovu· Podložky 11 mohou být nahrazeny dutým válcem·na obou koncích otevřerým a zátkami se v tomto popisu rozumí tyto a jakékoliv jiné ekvivalenty·

Podložky musí být vytvořeny z oetaviteOnéht nebo oerozltžiteOnéht mat^ráte, jsou-li vystaveny styku s roztaverým kovem a nesmí (к^ИГ vnikání roztaveného kovu při provozních po<^x^li^)^ž^<^]h· Déle, podložky jsou výhodně vytvořeny ze ttltíieeOnéht mitteiált a spolu složeny být o něco větší než prostor, který míjí vyppnnt· Tím je ttvtoiot v podstatě zcela vyloučent z prostoru podložek, kromě osové oblessi, tj· již popsaného otvoru· Vrtání, nebo osový otvor je právě ttk velký, aby umoteH nerušený tok kovu během vzorkování· Tím vznikne po ztuhnutí kovové jádro, které lze snadno odlomit při vyjímání pouzdra 1'2 a později odříznout·

Vhodným materiálem pro pooužtí v prostředí roztaveného kovu je porézní grafit· Greďit není ve tktttínotti smáčen tekutými kovy· Je proto zapotřebí dostatečného tlaku k překonání povrchového napětí tekutého kovu, aby vnikl do pórů filtru, přičemž čím méně! jsou póry, tím větší tltk je zapotřebí pro přiměřené vnikání roztaveného kovu do pórů fiirru· Jelikož postup užívaný k odebbrání vzorků se nejlépe provádí při atmosférickém tlaku, je k dispozici pouze ttiotférický tltk k protlačení roztaveného kovu póry filrru·

Tento postup tedy také stanoví dolní mez jemu ni pórů filtru, kterého lze užít v zařízení podle vynálezu· Uvvžž-li se tato dolní mez, používá se fiirrů s .oejjtmlOtšími, to je nejmenšími póry pro zachycení nejmenších vměstků·

224642 , 4

K usnadnění rychlého, stejnoměrného a plného počátku toku tekutého kovu, odstraní se ucpávková tyč 14 až po dosažení vakua, tj. nejvyššího vakua, kterého lze vývěvou docílit. Vnifaiutí tekutého kovu s určitým nárazem na povrch filtru, usnadní počátek průtoku. Aby to bylo možno dooílit, je průměr ucpávkové tyče 14 takový·; aby síla potřebná k je;jmu vytažení z pouzdra · 12 filtou £3 fteetnlla rutaí ovlá^dáxí zařtaení příHS obtažn^. Rozměry pórů filtou leží v meeích 30 až 60 mikronů; průměr ucpávkové tyče · 14 leží v mezích 9 až 12 mm; průměr po^z<^ira 12 fiHru 13 u vrcholu leží v meeích 20 až 25 mm. S výjimkou filípu 13 , podložek 11 , a izolací 2» . S: zařízení podle vynálezu může být zhotoveno z následujících materiálů: část přicházzeící · do styku s kovovu lázní musí být odolná vůči rozavennému kovu;

je-li tímto kovem hliník, js vyhovujícím maaeriálem gr^ft. Lze užít rovněž· keramického maateiálu. Nádrž £ a čáási zařízení nalézajíc i se mimo taveninu, lze vytvočit z nerezaaějící oceli vzhledem k dlouhé životnoosi zřízení.

Filtr 13 a ostatní čássi zařízení, která jsou během odebírání vzorků ponořeny do taveniny, jsou předeltfáty na teplotu taveniny dříve, než se ucpávková tyč 14 ' odstraní a jsou udržovány na teplotě taveniny při odebrání vzorků. Ossatni kovové čássi zřízení, nappiklad nádrž £ a část dříku 6, které nejsou ponořeny, se rychle ucpou tuhnoucím kovem v důsledku ..jejich - -nízké teploty. Za účelem zabránění tomuto počátečnímu zamrznuí, bez poouití vnějšího tepla, jsou tyto čáási zřízení opatřeny v^ntiní izolací z izolačního maatrrálu, kterým nemůže proniknout roztavený kov, například keramickým vláknitým papírem.

Vrtání 1 má v horní čássi velký průměr, který je opaSřen izolaci 8 a v dolní čássi malý průměr, který izolován není, přičemž izolace 8 kryje jak ponořenou, tak neponořenou část horní čássi vrtání - · Důvod, proč se zařízení podle vynálezu noří do taverny asi do poloviny izolace 8, byl vysvětlen dříve. Důvodem pro odstupňování průměru vrtání i je ulehčení zlomení zateklého kovu. Po ztuhnu uí může být kovové jádro v izolované čássi dříku 6 ukrouceno i vytaženo ven, když se ulomí na začátku nebo uvnnsř í-ízoIov^iI části dříku 6. Tím se vyčistí všechen kov z části dříku 6, z níž by nemohl být vytaven při následujícím ponoření zařízení do roztaveného kovu, což dovoluje jeho znoovuoužitt.

Když je odebrání kovu ukončeno i zařízení je vyjmuto z , lázně, ztuhne kov ve ·fil^u 13 směrem ode dna pouzdra 12 fiirru £2, k jeho vrcholu. Během· přechodu kovu ze stavu kapalného do tuhého je žádoucí udržovat maaý tok filteem směrem dolů a nikoliv naopak. Piliš velký tok směrem dolů fit^l^em · neponechá žádný kov nahoře na filSru, čímž se stane zhodnoceni obtížiým. Opačný tok pak zdvihne vrstvu profit tiwných pevných částic na povrch fi^lr^u, čímž se zhodnocení stane opět obtížiým, nebo vůbec nemožným. *

Ovládání toku, během přechodu kovu ze stavu kapalného do tuhého umožňuje úprava víka 2 nádrže £. Bylo již uvedeno, že nádrž £ je opatřena vn^řní izolací 2, téhož druhu, který je pouužt v dříku 6.

Pouužtá izolace 2 Je výhodně dostatečně porcovtá, takže plyn vstupuje ze zařízení do podtlakového potrubí £ s velmi malými překážkami. K zbIIši^í! i udržení jlktehkoCin překážek proudícímu plynu na d.n:^mum, je víko 2 nádrže £ opatřeno na dolním povrchu radiálními drážkami J spojenými s otvorem ve středu víka 2 vstupu do podtlakového potrubí £.

Pod víkem ' -2 je upravena kotoučová izolace 2 v případě válcové nádrže £. Izolace 2 nemá žádný otvor. Doosánn-li stcupajíeí roztavený kov až k izolaci 2 P°d víkem 2, odběr se zastaví, poněvadž tekutý kov nemůže izolace 2 proniknout. Něco kovu může však proniknout spojením mezi izolací 2 víka i izolací 2 válcových ,stěn nádrže £. Tento kov se pohybuje směrem ke vstupu podtlakového potrubí £ radiálními drážkami £ víka 2, ale ztuhne ve styku s poměrně chladrým víkem 2 dřív, než dosáhne i ucpe vstup podtlakového potrubí £. Víko 2 je částí nádrže £ i celá nádž £ včetně víka ,2 je výložena izolací 2 s výjimkou otvoru, jímž ústí vrtání £ do nádrže £. Jackooiv izolace £ k sobě přiléhá, není vytvořena z jednoho kusu.

Vlákna keramického vláknitého papíru a jiných izolačních materiálů jsou za účelem snazšího zacházení pojena organickým materiálem. Tento organický materiál se vypaří nebo žárem rozloží teplem roztaveného kovu, přičemž vzniklé plyny jsou odtahovány otvorem ve víku 2 a podtlakovým potrubím

Vznik těchto plynů může pokračovat ještě nějakou dobu po naplnění nádrže 4. roztaveným kovem. Zařízení podle vynálezu je tak konstruováno, aby tyto plyny mohly volně odcházet a nevytvářely přetlak v nádrži jelikož tento přetlak by působil zpětné proudění kovu filtrem 13. Volný odchod plynů se docílí soustavou podložek či destiček užitých к izolování víka 2 tak, že každá destička se dotýká sousední. Izolace 2 spolu s radiálními drážkami i vytvoří stálý kanál toku plynu z jakékoliv části izolace 2 do otvoru ve víku 2, i když je zařízení plné roztaventího kovu.

Zařízení к odebírání vzorků roztaveného kovu podle vynálezu je neseno hlavním rámem, sloužícím к nesení zařízení a jeho zdvihání a spouštění do taveniny a dále к plynulému vážení celého zařízení při vzorkování. Hlavní rám je běžné konstrukce a nebude proto popisován s výjimkou vážícího prostředku, který lze pokládat za zcela výhodný při provádění vzorkování.

Zařízení podle vynálezu se přirozeně stává hmotnějším, je-li naplněno kovem. Zjišťováním jeho hmotnosti během vzorkování, získává se jasný obraz o průtoku kovu filtrem od počátku až do konce, který nelze získat pozorováním v důsledku neprůhlednosti kovové lázně. Tak lze jednoznačně zjistit, že průtok filtrem nastal nebo nenastal po vyjmutí ucpávkové tyče z pouzdra 12 filtru 13. Lze rovněž zjistit, kdy je nádrž plná, nebo,že přítok do nádrže 4 ustal dříve, než byla naplněna. Pozorováním změn hmotnosti zařízení v čase při vzorkování, lze získat obraz průtoku filtrem v každém okamžiku odebírání vzorku.

Vážení lze výhodně provést upevněním zařízení na montážním přípravku, dál/ě upevněném na hlavním rámu soustavou listových pružin. Pohyb montážního přípravku vůči hlavnímu rámu je měřen ručičkovým indikátorem. Tento pohyb ve spojení se známou charakteristikou pružin, může být použit к výpočtu změn hmotnosti zařízení. Jakkoliv popsané zařízení jé vyhovujícím zařízením mechanickým, lze vážení provádět i jinými prostředky, například měřicími články zatížení různého druhu. Důležitou částí vážení je správné zacházení s ucpávkovou tyčí 14« Je zavěšena na montážním přípravku, po jejím vyjmutí z pouzdra 12 filtru 13 v téže vertikální poloze, v níž se nalézala před vyjmutím, tak, aby byla zachována míra jejího ponoření do tekutého kovu. Jedině tak není ovxivněna celková hmotnost zařízení snímaná vážícím zařízením při vyjmutí ucpávkové tyče 14 a předem nastavený počátek vážení je zachován.

Claims (7)

1. Zařízení к vzorkování roztaveného kovu, sestávající z pórovitého filtru, jeho držáku, vrtání probíhajícího z místa v sousedství nebo pod filtrem držákem do kryté nádrže, dále z vývěvy, spojené s nádrží otvorem v jejím víku, kteréžto části jsou uspořádány tak, Že roztavený kov lze nasávat přes filtr směrem dolů a pak dalším vrtáním do nádrže, vyznačené tím, že držák (9) je opatřen vybráním pro těsné rozebratelné uložení pouzdra (12), na obou koncích otevřeného, opatřeného uvnitř obvodovým sedlem (18), na němž je uložen filtr (13), přičemž do otvoru pouzdra (12) nad filtrem (13) je těsně vložena vyměnitelná ucpávková tyč (14), přičemž část vrtání (7) dříku (6) nad hladinou roztaveného kovu, dále nádrž (4) a její víko (2) jsou opatřeny přiléhavou výstelkou, tvořenou izolací (5), nepropustnou a netečnou vůči roztavenému kovu, avšak průchodnou plynům.

2. Zařízení podle bodu 1, vyznačené tím, že filtr (13) je vytvořen z grafitu.

3. Zařízení podle oodu 1, vyznačené tím, že v pouzdru (12) filtru (13) jsou nad filtrem (13) a pod ním upraveny kotevní otvory (16).

4. Zřízení podle bodu 1, vyznačené tím, že pouzdro (12) filtru (13) má horní okraj (17) šikmý, opatřený vnější obvodovou hranou.

5. Zařízení podle bodu 1, vyznačené tm, že v dolní části vybrání držáku (9) je uložena alespoň.jedna podložka (11), na obou koncích otevřená, z matteiálu netečného a nepropustného vůči roztavenému kovu.

6. Zřízení podle bodu 1, vyznačené tím, že část vrtání (7) držáku (6) nad hladinou roztaveného kovu má větší průměr než část vrtání (7) držáku (6) pod hladinou roztaveného kovu, přičemž izolace (5) je uložena v části vrtání Í7) držáku (6) o vjtším průměru.

7. Zřízení podle bodu 1, vyznačené tím, že víko (2) nádrže (4) má na vnitřním , povrchu alespoň jednu radiální drážku (3) spojenou te vstupem podtlakového potrubí (1).