PL153074B1 - Sposób i urządzenie do badania kinetyki przepływu metalu w kanale formy odlewniczej oraz kinetyki studzenia czoła płynącej strugi - Google Patents

Description

RZECZPOSPOLITA POLSKA	OPIS PATENTOWY	153 074
	Patent dodatkowy do patentu n---	Int. Cl.5 G01N 33/20
URZĄD PATENTOWY	Zgłoszono: 85 09 20 (P. 255477) Pierwszeństwo 1 Zgłoszenie ogłoszono: 87 06 29	tZYTEUU IGOLU
RP	Opis patentowy opublikowano: 1991 09 30

Twórca wnalazku: Jerzy Mutwil

Uprawniony z patentu: Wyższa Szkoła Inżynierska im. J. Gagarina, Zielona Góra (Polska)

SPOSÓB I URZĄ)ZENIE DO BADANIA KINETYKI PRZEPŁYWU METALU W KANALE FORMY ODLEWNICZEJ ORAZ KINETYK STUDZENIA CZOŁA PŁYNĄCEJ STRUGI

Przedmiotem wnalazku jest sposób i urządzenie do badania kinetyki przepływu meealu. w kanała formy odlewniczej oraz kinetyki studzenia czoła płynącej strugi. Kinetykę przepłjwu charakteryzują zmiany współrzędnej drogi przebytej przez strugę mt^^u i kanale formy,, odniesione do wlotu kanału testiwego oraz czasu. Kinetykę studzenia czoła strugi określają zmiany jego temperatury i różniczki temperatury w czasie.

Znajomość przebiegu zjawiska poruszania się strugi ciekłego metalu w kanale formy odlewniczej od momentu jej wpłynięcia do formy do chwili powstrzymania ruchu na skutek krzepnięcia jest bardzo istotna w badaniaoh właściwości lejnych meeali i stopów. Badania tego typu prowadzi się w kanałach zapewniających szybkie krzepirLęcie strugi. Czas trwania badanego zjawiska zazwyczaj osoyluje wokół pojedynczych sekund, w ciągu których struga po wpłynięciu do kanału formy płynąc ze zmienną ze względu na zjawisko krzepnięcia prędkością zatrzymuje się w końcu w określonej odległości od wlotu do kanału. Ze względu na speoyfikę płynu jakm jest ciekły metal, pomiar prędkości przepływu strugi w kanale formy jest trudny do zrealizowania ·

Ogólnie znane w mθchεmitt płynów zasady pomiaru polegające na mierzeniu prędkości poruszania się elementów takich jak pływaki lub miikro turbinki wprowadzonych do tego celu na powierzchnię lub do objętości płynu nie mogą znaleźć tu zastosowania, ze względu na wzajemnie negatywne oddziaływania pomiędzy strugą a elementem pomiarowym. Każde bowiem ciało obce wprowadzone na czas pomiaru do płynącej strugi intensyfioowałoby proces jej krzepnięcia^ więc deformowało przebieg badanego zjawiska. Dodatkowe utrudnienie w obserwacji zjawiska stanowi nieprzeźroczystość rzeczywistych form odlewniczych.

Dotychczas znane były przede wszystkim pomiary wspoimi-nanej kinetyki przepływu oparte na zasadzie kolejno zwieranych kontaktów. W pomiarach tego typu rozmieszczano na długości ka153 074

153 074 nału skończoną ilość kontaktów elektrycznych i rejestrowano czasy osiągania przez płynącą strugę poziomów ich rozmieszczenia. Na tej podstawie można było ocenić o sposób przybliżony i nieoiągły kinetykę przepływu. Dokładność oceny możnaby było zóększać, zO-ętaazająo liozbę rozmieszczonych kontaktów oraz dokładność ich usytuowsaiia. NadmOerna ilość elementów kontaktowych prowadziła jednak do deformacji przebiegu samego mierzonego zjawiska.

Opisy urządzeń pracujących w oparciu o przedstawioną zasadę pomiaru znaleźć . można m.in. w pracach: Yamuchi I. i in. - Brit. Found. - 1960, nr 3, Czajka A. - polski opis patentowy nr 36 045 z dnia 18 02 1953 r. i Orłowa - Litiejnoe proi:otdstwo. 1954, nr 7. Z ciągłych metod pomiaru znana jest metoda kondensatorowa stosowana przez Bonacica-Mandynica» Liewarstot, nr 2, 1978, s. 15, w której struga zapełniająca kanał testowy trakoowana była jako okładka - kondensatora o zmiennej pojemności. Trudna do oceny i zmieniająca się w czasie względna przenikalność dielektyczna takiego układu wpływa jednak negatywnie na dokładność pomiaru· Jako udane można ynmenić jedynie sposoby pomiaru polegające na optycznych madach rejestracji ruchu strugi w przeźroczystych kanałach np. szkle kwarcowym. Pomiary takie mją jednak jedynie charakter poglądowy i ich rezultaów nie można przenosić na przypadek rzeczywistych fora odlewniczych. Opis metod optycznych można znaleźć w opracowaniach: - Flemings M.C. i in. - Brit. Found., nr 6, 1964, s. 312 i Bydałek A. - Przegląd Odlewnictwa nr 5, 1963» s. 135.

Pomiary kinetyki studzenia przemieszczającegt się czoła płynącej strugi metalu nie są znane ' w literaturze pomimo istotności tego problemu w badaniach zjawiska wpełniania form odlewniczych. Znane są jedynie próby teoretycznej oceny tej wielkości.

Celem wynalazku jest u^oż^ienie przeprowadzenia ciągłego pomiaru kinetyki przepływu ' strugi meealu od mommntu jej wejścia do kanału formy do chw.li powstrzymania jej na skutek krzepnięcia. Założono przy tym, że należy stworzyć takie warunki pomiaru, w których oddziaływania wzajemne pomiędzy urządzeniem pomiarowym a strugą nie wpłyną w sposób istoty na przebieg mierzonego zjawiska. Jatko dodatkowy cel przyjęto stworzenie motżiwości prowadzenia ciągłego pomiaru kinetyki studzenia czoła płynącej strugi.

W założeniach szczegółowych przyjęto, że urządzenie pomiarowe powinno mieć możliwość współpracy z urządzeniem wnwłującym przepływ strugi w kanale formy odlewniczej.

Takim, urządzeniem, może być urządzenie realizujące tzw. próbę pogrążania, w której przepływ w kanale foimy wywoływany jest na zasadzie pogrążania ze stałą - znaną prędkością tulei pomiarowej, w której odtworzony jest kanał przepływowy, w tyglu z ciekły metalem /Mutwil Jw: Tendencje rt3wtjooe w technologii maszyn. KTBM PAN, oddział w Poznaniu, V-Ogóónopolska Kooierencja n-t, Zielona Góra 1987, s. 5 i 11/.

Wycenione cele zostały osiągnięte przez opracowanie sposobu ciągłej rejestracji przemieszczeń czoła płynącej strugi oraz dodatkowo zm.an jego temperatury i skonstruowanie urządzenia realizującego pomiary tych parametrów w warunkach próby pogrążania. Sposób rejestracji przemieszczeń strugi w kanale testowym formy dokonuje się mierząc przemieszczenia pojedynczej, cienkiej elektrody kontaktowej poruszającej się zgodnie z czołem strugi, przy czym obecność elektrody kontaktowej nie wpływa w sposób istotny na zjawisko przepływu. W sposobie tym zakłada się więc, że należy stworzyć warunki, w których ruch strugi będzie powodował analogiczny ruch elementu pomiarowego - elektrody kontaktowej, która naśladując ruch czoła strugi będzie przed nim podążała, a krótkotrwałe powierzchniowe kontakty elektrody i czoła nie wpłyną na bilrns cieplny strugi. Pomiar kinetyki studzenia czoła strugi realizuje się natomiast mierząc siłę elektromotoryczną indukowaną w nisktbezwładnoscOoγym termtelemencie pogrążonym na określoną głębokość w czole strugi i poruszająłym się identycznie jak czoło strugi co zapewnia pomiar stale w tym samym obszarze jej czoła.

Opisany sposób pomiaru został ztealZtow2ilł dzięki skonstruowaniu urządzenia pracującego w warunkach próby pogrążania, składającego się z zaostrzonej czołowo elektrody wykonanej z cienkiego drutu oporowego umieszczonej w kanale formy testowej. Wyceniona elektroda stanowi część obwodu elektrycznego, drugą elektrodą jest zaś ciekły metal znajdujący się w tyglu pomiarowym. Obwód zostaje zamknięty w οοι^^ kiedy płynąca struga uzyska krótkotrwały kontakt z umieszczoną w kanale elektrodą. Elektroda pomiarowa połączona jest

153 074 z układem napędzającym, który w przypadku zamknięcia obwodu w^w^je jej ruch zgodny z kier unikiem ruchu strugi lecz prędkością przewyższającą prędkość pogrążania,a więc i przemieszczania się strugi w kanale formy. Ruch elektrody zostaje powstrzymany w momencie przerwania obwodu. Pomiar odbywa się do momentu zakrzepnięcia metalu w kanale formy. Do elektrody może być przymocowany termoelement za pomocą ogniotrwałego izolatora, który porusza się wraz z nią. Powinien on być' wsunięty jednak w stosunku do czoła elektrody o wielkość zapewnnającą ciągły jego kontakt ze strugą. Sposób rejestracji przemieszczeń wędrującej elektrody jest dowlny, zmiany zaś siły termoelektrycznej wytwarzanej w termoelemencie rejestoować można dostępnymi i służącymi temu celowi aparatami.

Urządzenie według w^nalazku przedstawiono bliżej w przykładzie wkoomnia na rysunku. Urządzenie składa się z tygla z badanym ciekłym metalem 1 oraz tulei pomiarowej 2 z odtwarzanym w niej kanałem testowym 3, w którym przepływ zostaje w^m mezony metodą pogrążania tulei ze stałą prędkością w tyglu z badanym metalem. Wewną^z kanału testowego umieszczona jest cienka elektroda 4 cechująca się małą wartością przewodnictwa cieplnego,. która może być dodatkowo połączona sztywno izolatorem 5 z termoelementem 6· Termoelement wsunięty jest w stosunku do czoła elektrody o wartość zapewnejąoą stały jego kontakt z płynącym metalem. Elektroda 4 prowadzona jest ślizgowo w prowadnicy 7 połączonej sztywno z korpusem 8· Korpus 8 sztywno wiąże ze sobą również krążek 9, elektromagnes 10 oraz tuleję pomiarową 2. WyDminiony układ sztywny, wkopuje ruch w układzie pionow^m z prędkością stałą równą prędkości pogrążania. Kniec elektrody 4 połączony jest nierozciągliwą nitką 11 nawiniętą na krążek 9 z przeciwciężarem 12 związanym z drugim końcem nitki. Mooliwość przesuwu nitki 11 ogranicza trzpień elektromagnesu 10 blokującego obrót krążka 9 1 włączonego w obwód elektryczny składający się z przewodów 13, ciekłego meealu w tyglu 1, elektrody 4 oraz źródła prądu stałego 14. Obwód zostaje zamknięty w eomeniie krótkotwałego zetknięcia się czoła elektrody 4 z czołem płynącej w kanale strugi meealu lub w przypadku zastosowania odpowiednio wysokiego napięcia zasilania w momencie przeskoku iskry elektrycznej do zaostrzonej końcówki elektrody 4. Powoduje to chwilowe zwolnienie trzpienia elektromagnesu i ummożluwLa ruch elekt rody 4 w kier miku zgodnym z kieΓ^ilkiθe poruszania się strugi lecz wższą wartością prędkości. Ruch elektrody zostaje powstrzymany w momeniie utraty jej kontaktu z czołem strugi· Masa przeciwciężaru 12 dobrana jest tak^aby przy uwzzlędnieniu zjawiska tarcia w układzie mechanicznym, zapominała natychmiastową reakcję z prędkością przewyższającą prędkość pogrążania. Moc źródła prądu stałego 14 oraz elektromsagnesu 10 dobierana jest tak^ahy układ zapewiiał natychmiastowość reakcji elθktoemagiesu 10. Tym samym poprzez odpowiedni dobór przeciwciężaru 12 oraz mocy elektromagnesu 10 jak również mocy zasilającego go źródła prądu stałego 14, stwarza się ^^ariu^i-, w których elektroda kontaktowa 4 porusza się przed czołem strugi czyli ucieka przed nim na zasadzie wielokrotnych mikroskoków odp «osiadających elementarnym przemieszczeniom nie większym niż 1 mm. Krótkotrwałość kontaktów cienkiej i zaostrzonej elektrody 4 z czołem strugi eliminuje więc praktycznie jej ^ływ na przebieg mierzonego zjawiska przepływu. Przemieszczenia elektrody 4 odpowiadają przemieszczeniom przeciwciężaru 12 i można je tejθstrować dowonie, stosując na przykład rdzeń ferromagnetyczny w roli przeciwciężaru 12, który poruszając się weowitrz cewki transformatorowej indukować w niej będzie dodatkową siłę elektromotoryczną tejestoiwaią odpowiednimi przyrządami pomiarowymi. Siłę elektromotoryczną wywarzaną w termoeleeencie 6 rnjestoiwać można na przykład aparatem do rejestracji krzywych krzepnięcia meeali.

Przebieg pomiaru kinetyki przepływu meealu w kanale formy odlewniczej oraz kinetyki studzenia czoła strugi jest następujący: tuleję pomiarową 2 pogrąża się ze stałą prędkością w tyglu z badanym metalem 1. W chwili początkowej tzn. przed zetknięciem się tulei z metalem, elektroda pomiarowa 4 znajduje się na poziomie wlotu do kanału testowego. W momencie jej kontaktu ze strugą następuje zamlanęcie obwodu elektrycznego, co u^mólllwLa jej ruch w kierirnku przepływu strugi do mourne-tu utraty kontaktu. Pomiar odbywa się do czasu przerwania przepływu strugi na skutek procesu jej krzepnięcia. Usuwa się wtedy tuleję 2 z tygla z badanym metalem 1. W trakoie próby dokonuje się ciągłych pomiarów przemieszczeń elektrody oraz w przypadku dodatkowego zastosowania termoelementu również siły elektromo4

153 074 torycznej termoelementu. Przedstawione na rysunku urządzenie stanowi jedynie warany przykład realizacji sposobu pomiaru. Ruch elektrody 4 w/wływać można bowiem w innych układach mechanicznych, stosując na przykład stały jej napęd poprzez zastosowanie silniczka elektrycznego współpracującego z układem poprzez sprzęgło elektromagnetyczne.

Claims (3)

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób badania kinetyki przepływu metalu w kanale- formy odlewniczej oraz kinetyki stud zenia czoła strugi, znamienny tym, że pomiar ruchu czoła strugi dokonuje się mierząc przemieszczenia nie związanej bezpośrednio ze strugą ruchomej elektrody kontaktowej, której ruch wywoływany jest ruchem czoła strugi i dokładnie go naśladuje, natomiast pomiar kinetyki studzenia czoła u^moi^w^a tejmoelement pogrążony stale w czole strugi i poruszający się wraz z nim.

2. Urządzenie do badania kinetyki przepływu metalu w kanale formy odlewniczej zawierające pogrążoną w tyglu z badanym metalem tuleję pomiarową z odtworzonym w niej kanałem testowym, w któiym umieszczona jest ruchoma elektroda kontaktowa, znamienne tym, że zawiera napędowy element masowy (12) połączony poprzez krążek obrotowy (9) nierozciągliwą nicią (11) z ruchomą elektrodą kontaktową (1) stanowiącą element obwodu elekta ry^<^^i^^g;o zawierającego ponadto źródło prądu stałego (14) i elektro magnes (10) umiOżiwiający krótkotrwały obrót krążka (9) jedynie w chwilowego kontaktu czoła elektrody (4) z czołem płynącej w kanale strugi metalu^ a oś obrotu krążka (9) związana jest sztywno z tuleją pomiarową (2) za pomocą ramy (8).

3· Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że elektroda kontaktowa (4) korzystnie wyposażona jest w ogniotrwały izolacyjny element (5), do którego zamocowany jest termoelement (6).

/2

Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 100 egz.

Cena 3000 zł