УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ МОДИФИЦИРУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ЛИГАТУР

Полезная модель относится к области металлургии и предназначена для исследования модифицирующей способности лигатур, используемых в производстве алюминиевых сплавов.
Известно устройство для исследования модифицирующей способности лигатур (Standart Test Procedure for Aluminum Alloy Grain Refiners, 1990), включающее кристаллизационную ванну со штуцерами для подвода и отвода воды и пробоотборник с желобком.
Данное устройство не позволяет с достаточной степенью точности исследовать и анализировать процессы, происходящие при модифицировании алюминиевых сплавов лигатурами, так как во время проведения исследований не регистрируются такие важные параметры процесса модифицирования, как температура перед кристаллизацией, скорость кристаллизации, режим охлаждения расплавленного сплава в пробоотборнике.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков, технической сущности и достигаемому результату является устройство для исследования модифицирующей способности лигатур, содержащее кристаллизационную ванну со штуцерами для подвода и отвода воды, перекладину, на которую навешивается пробоотборник расплавленного сплава с желобком, выполненный с возможностью передвижения по винтовым штангам, расположенным по обе стороны от кристаллизационной ванны, причем с наружной стороны винтовые штанги снабжены термоиндукторами, равномерно расположенными на всем расстоянии от перекладины до кристаллизационной ванны (Патент на полезную модель №104297, МПК F27B 17/02, G01N 33/20. Устройство для исследования модифицирующей способности лигатур от 06.12.2010; опубл. 10.05.2011 Бюл. №13).
Наличие термоиндукторов не позволяет остывать расплавленному сплаву в пробоотборнике во время движения по винтовой штанге и закристаллизоваться ему раньше, чем пробоотборник опуститься в кристаллизационную ванну. Однако, в данном устройстве, во время проведения исследований также не регистрируются такие важные параметры процесса модифицирования как начальная температура перед кристаллизацией и скорость кристаллизации расплавленного сплава в пробоотборнике, режим охлаждения расплавленного сплава в пробоотборнике. Все это в конечном итоге не позволяет в достаточной мере оценить модифицирующую способность лигатуры, установить рациональные режимы модифицирования и выбрать оптимальный химический состав модификатора.
Основной задачей полезной модели является повышение точности при исследовании и анализе модифицирующей способности лигатур и повышение производительности установки.
Достигается это тем, что установка для исследования модифицирующей способности лигатур, содержащая кристаллизационную ванну со штуцерами для подвода и отвода воды, пробоотборник с возможностью перемещения относительно вертикальной оси, устройство для нагрева, она дополнительно содержит контейнер, выполненный с направляющими выступами на внутренней его поверхности и соосно расположенный над кристаллизационной ванной, внутри которого установлена с возможностью перемещения относительно контейнера плита, выполненная с пазами для взаимодействия с направляющими выступами контейнера и снабженная отверстиями для пробоотборника не менее двух и датчиками температуры, подключенными к блоку управления устройства для нагрева контейнера.
Кроме того плита закреплена с помощью троса с устройством для вертикального ее перемещения относительно контейнера, а контейнер снабжен сверху и снизу раздвижными крышками.
Конструктивные особенности заявляемой установки по сравнению с прототипом, характеризующиеся отличительными признаками, позволяют повысить точность при исследовании и анализа модифицирующей способности лигатур.
По отношению к прототипу у предлагаемой установки имеются следующие отличительные признаки:
- контейнер, соосно расположенный над кристаллизационной ванной, внутри которого установлена плита, снабженная отверстиями для пробоотборника не менее двух, позволяет одновременно исследовать модифицирующую способность для нескольких проб при одинаковых условиях во время кристаллизации, что позволяет повысить производительность установки;
- контейнер выполненный с направляющими выступами на внутренней его поверхности, а плита выполненная с пазами для взаимодействия с направляющими выступами контейнера, обеспечивает плавное и без перекоса перемещение плиты с пробоотборником расплавленного сплава относительно контейнера по направляющим выступам контейнера и последующее погружение пробоотборником расплавленного сплава в кристаллизационную ванну;
- наличие блока управления устройства для нагрева контейнера и снабжение плиты датчиками температуры, подключенными к блоку управления устройства для нагрева контейнера, позволяет точно регулировать температуру нагрева расплавленного сплава перед кристаллизацией;
- крепление плиты с помощью троса с устройством для вертикального ее перемещения относительно контейнера позволит более точно управлять скоростью перемещение плиты с пробоотборником расплавленного сплава относительно контейнера;
- снабжение контейнера сверху и снизу раздвижными крышками позволяет поддерживать требуемую температуру внутри контейнера.
Таким образом, между отличительными признаками и решаемой задачей существует причинно-следственная связь. Выполнение установки для исследования модифицирующей способности лигатур, имеющей указанную выше совокупность отличительных признаков, позволяет повысить точность исследований при анализе модифицирующей способности лигатур и производительности установки.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами. На фигуре 1 показан общий вид установки, на фигуре 2 - разрез А-А.
Установка для исследования модифицирующей способности лигатур содержит кристаллизационную ванну 1, включающую штуцеры для подвода 2 и отвода 3 воды, на каждом из которых установлен регулировочный вентиль 4; пробоотборники 5; устройство для нагрева 6 с нагревательными элементами 7; контейнер 8 с направляющими выступами 9 на внутренней поверхности контейнера 8, который расположен соосно над кристаллизационной ванной 1 и закрытый сверху и снизу раздвижными крышками 10 и 11; плиту 12 с направляющими пазами 13 и с отверстиями 14 для размещения пробоотборников 5, при этом плита закреплена с помощью троса 15, перекинутого через шкив 16 и соединенного с устройством 17 для вертикального перемещения плиты 12 относительно контейнера 8. Плита 1 снабжена датчиками температуры 18, подключенными к блоку управления устройства 6 для нагрева контейнера 8. На штуцерах для подвода 2 и отвода 3 воды установлены датчики контроля температуры воды 19, соединенные с КИП 20, а на штуцере для подвода 2 воды смонтирован расходомер 21, при этом штуцеры для отвода 3 воды установлены рядом с каждым отверстием 14 для установки проотборников 5.
Предлагаемая установка работает следующим образом.
Непосредственно перед исследованиями открывают регулировочные вентили 4 и начинают подачу воды в кристаллизационную ванну 1. С помощью расходомера 20 устанавливают требуемый расход воды, при котором вода не должна переливаться через края кристаллизационной ванны 1. Включают КИП 20 и регистрируют температуру входной и выходной воды. Далее с помощью нагревательных элементов 7 и с помощью датчиков температуры 18 плиты 12 нагревают контейнер 8 до заданной температуры, при этом сверху и снизу раздвижные крышки 10 и 11 должны быть закрыты, а плита 12 должна находиться внутри контейнера 8. При достижении заданной температуры нагрева контейнера 8 установка готова для проведения исследований. После отбора проб, пробоотборники с расплавленным металлом помещают в отверстия 14, предварительно открыв верхнюю раздвижную крышку 10. Затем верхнюю крышку 10 закрывают и нагревают контейнер 8 вместе с плитой 12 до заданной температуры с помощью устройства для нагрева 6 с нагревательными элементами 7. Далее нагревательное устройство 6 отключают. После чего раскрывают нижнюю раздвижную крышку 11 и плиту 12 с пробоотборниками 5 опускают с помощью устройства 17 в кристаллизационную ванну 1. Затем раскрывают нижнюю раздвижную крышку 11. Изменение тепловых условий и режим охлаждения во время кристаллизации расплава определяют с помощью датчиков контроля температуры воды 19, КИП 20 и датчиков контроля температуры плиты 12. При достижении температуры плиты 12, равной комнатной, отключают воду, раскрывают верхнюю и нижнюю раздвижные крышки 10 и 11 и плиту 12 с проотборниками 5 вынимают из контейнера 8. Пробоотборники 5 вынимают из плиты 12, и извлекают из них полученные слитки, которые используют для проведения металлографических исследований модифицирующей способности лигатур. Следует отметить, что плита 12 с направляющими пазами 13 при движении вниз и вверх двигается плавно и без перекоса с помощью троса 15, перекинутого через шкив 16 и соединенного с устройством 17 для вертикального перемещения плиты 12 относительно контейнера 8 по направляющим выступам 9.
Пример. В действующем литейном цехе одного из предприятий ОАО «ОК РУСАЛ» использовали предлагаемую установку для исследования модифицирующей способности лигатурных прутков марки AlTiB1 различных производителей: КВМ, Aleastur, LSM и др., используемых в производстве плоских слитков из алюминиевых сплавов серии 5ХХХ. Предлагаемая установка была установлена стационарно недалеко от кристаллизатора плоских слитков. Для повышения эффективности исследований в плите 12 было выполнено четыре отверстия 14, то есть устанавливалось сразу четыре пробоотборника 5 с расплавленным металлом, которые были жестко закреплены в плите 12, а на их стенках были установлены дополнительные температурные датчики. Расплавленный металл заливался сразу в пробоотборники 5, когда плита 12 находилась в контейнере 8, нагретом до требуемой температуры, которая изменялась в интервале 740÷780°С и точно регулировалась с помощью датчиков температуры 18, подключенными к блоку управления устройства 6 для нагрева контейнера 8. Предлагаемая установка работала в непрерывном режиме, то есть устройство для нагрева 6 и подача воды не отключалось на все время проведения экспериментов. Окончанием кристаллизации каждой партии образцов считалось охлаждение их в кристаллизационной ванне 1 до температуры 20°С. Затем их извлекали из пробоотборников 5 и проводили затем металлографические исследования. Всего было получено 60 образцов, а в результате проведенных для исследования модифицирующей способности лигатурных прутков марки AlTiB1 были выбраны лучший производитель и определены рациональные режимы модифицирования, гарантирующие высокое качество плоских слитков из алюминиевых сплавов серии 5ХХХ.
Таким образом, использование заявляемой установки для исследования модифицирующей способности лигатур, используемых в производстве алюминиевых сплавов, обладающей указанной выше совокупностью отличительных признаков, позволило повысить точность при проведении исследований и анализе модифицирующей способности лигатур.