УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБЫ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА

Полезная модель относиться к металлургии, в частности к устройствам для отбора пробы металла из расплавов алюминиевых сплавов.
Известно устройство для отбора пробы жидкого металла, содержащее штангу для погружения, прикрепленную к корпусу пробозаборной камеры, внутри которой расположен поршень с возможностью вертикального перемещения с помощью штока, расположенного в направляющей штанге в виде полой трубы, соединенной соосно с пробоотборной камерой (рис. 41 - Альтман, М.Б. Вакуумирование алюминиевых сплавов / М.Б. Альтман, Е.Б. Глотов, В.А. Засыпкин [и др.] - М.: Металлургия, 1977. –с. 240).
Недостатком известного устройства является низкое качество пробы и невысокие эксплуатационные характеристики, а при многократном использовании данного устройства будет происходить образование настылей на внутренней поверхности пробозаборной камеры, что затруднит вертикальное перемещение поршня при заборе расплава. Недостатком известного устройства также является то, что его конструкционные особенности препятствуют выходу воздуха из пробозаборной камеры во время забора пробы, что существенно снижает точность измерений при определении содержания в ней водорода. Кроме того, во время перелива расплава в специальные тигли стационарных исследовательских комплексов в пробозаборной камере всегда будет оставаться какое-то количество расплава, которое в виде настылей будет присутствовать и нарастать при каждом последующем заборе пробы. Все это будет приводить к трансформации качественных характеристик проб расплава.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков, по технической сущности и достигаемому результату является устройство для отбора пробы жидкого металла, состоящее из корпуса, штанги для погружения и крышки, выполненной из медного листа, а корпус изготовлен из двух плоских прямоугольных медных пластин, скрепленных между собой болтами, и по разъему пластин корпус имеет сквозное отверстие, соосно с которым выполнена пробоотборная камера в виде клинообразной щелевидной полости, при этом с одного конца сквозного отверстия установлена кварцевая трубка для прохождения жидкого металла к пробоотборной камере, а с другого сквозное отверстие соединено со штангой, выполненной в виде полой трубы для отвода газов, а крышка выполнена в виде защитного колпачка и надета на кварцевую трубку (патент на полезную модель № 120772 РФ, МПК G01N 1/10, G01N 33/20. Устройство для отбора пробы жидкого металла / B.C. Гуляков, А.С. Вусихис (РФ) - № 2012117936/05, заявл. 28.04.2012; 27.09.2012, Бюл. № 27).
Однако данное устройство предназначено только для отбора пробы жидкого металла с последующей его кристаллизацией в пробозаборной камере и его нельзя использовать для перелива расплава в специальные тигли стационарных исследовательских комплексов.
Основной задачей полезной модели является повышение качества отобранных из расплава проб, обеспечивающих точный анализ, и повышение эксплуатационных характеристик устройства.
Для достижения поставленной задачи устройство для отбора пробы жидкого металла, содержащее штангу для погружения металлоприемной трубки, теплоизолированный разборный корпус пробозаборной камеры в виде трубы, у которой с одного конца соосно установлена металлоприемная трубка для прохождения жидкого металла к пробозаборной камере с защитной крышкой, а с другой стороны трубы соосно расположен трубопровод для отвода воздуха, согласно техническому решению, штанга снабжена фиксатором, удерживающим ее в отверстиях, расположенных на самой штанге, кроме того, устройство снабжено опорной плитой, снабженной пазами для удержания пробозаборной камеры и штанги в момент отбора пробы, а металлоприемная трубка снабжена в верхней части уплотнительным кольцом, а в нижней части имеет отверстия для ввода расплава, при этом высота трубки должна превышать уровень расплава в пробозаборной камере.
При этом штанга для погружения снабжена в верхней части ручкой, а в нижней части прикреплена к защитной крышке металлоприемной трубки.
Для крепления фиксатора на опорной плите расположены проушины.
Трубопровод для отвода воздуха снабжен вентилем.
Отличительные признаки заявляемого устройства обеспечивают возможность четко зафиксировать положение устройства в исследуемом объеме расплавленного металла и произвести отбор проб в необходимой области расплава. Теплозащитное огнеупорное покрытие корпуса предлагаемого устройства предотвращает отрицательное воздействие на него температуры расплава, в который погружается устройство. За счет отвода воздуха во время отбора проб и герметичности пробозаборной камеры практически устраняется влияние окружающей среды на трансформацию качественных характеристик проб расплава.
Предлагаемое устройство гарантирует выемку точного объема за счет взаимодействия металлоприемной трубки со штангой для погружения, а во время слива расплава в специальные тигли его не остается в пробозаборной камере и в металлоприемной трубке, что позволяет многократно использовать предлагаемое устройство для пробоотбора.
Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях и, следовательно, заявляемое решение соответствует критерию «новизна».
Таким образом, между отличительными признаками и решаемой задачей существует следующая причинно-следственная связь. Выполнение предлагаемого переносного устройства для отбора пробы жидкого металла, имеющего указанную выше совокупность конструктивных особенностей заявляемого устройства по сравнению с прототипом, характеризующиеся отличительными признаками, позволяет повысить качество отобранных из расплава проб, обеспечивающих точный анализ, и способствует повышению эксплуатационных характеристик устройства.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами.
На фиг. 1 показана схема предлагаемого устройства, а на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1.
Устройство для отбора пробы жидкого металла включает штангу 1 с ручкой 2, теплоизолированный разборный корпус 3 пробозаборной камеры 4; металлоприемная трубка 5 в верхнем (на фиг. 1 показано пунктиром) и нижнем положениях для забора жидкого металла 6 из металлотракта 7 к пробозаборной камере 4 с защитной крышкой 8; трубопровод для отвода воздуха 9 с вентилем 10; фиксатор 11 положения штанги 1; опорную плиту 12 с пазом 13 для установки корпуса 3 пробозаборной камеры 4, закрепленной с помощью фланца 14 и регулировочных болтов 15. Металлоприемная трубка 5 для прохождения жидкого металла 6 из металлотракта 7 к пробозаборной камере 4 в верхней части снабжена уплотнительным кольцом 16, а в нижней части имеет отверстия 17 для ввода расплава 6. Для крепления фиксатора 11 положения штанги 1 на опорной плите 12 расположены проушины 18.
Предлагаемое устройство для отбора пробы жидкого металла работает следующим образом. Перед началом работы штангу 1 с ручкой 2 устанавливают в верхнем положении (на фиг. 1 показано пунктиром) и удерживают с помощью фиксатора 11, который задвигается в нижнее отверстие 20 в штанге 1 и удерживается в проушинах 18. При этом защитная крышка 8 плотно закрывает дно пробозаборной камеры 4, обеспечивая ее герметичность. Затем открывают вентиль 10 на трубопроводе 9, и подают инертный газ в пробозаборную камеру 4. Создав там избыточное давление до 0,8 Атм, вентиль 10 перекрывают. Далее предлагаемое устройство нагревают до температуры более 300°С и устанавливают на опорной плите 12, используя паз 13 для установки корпуса 3 и паз 19 для размещения штанги 1. Корпус 3 устанавливают на опорной плите 12 на необходимую высоту относительно зеркала расплава с помощью фланца 14 и регулировочных болтов 15. Теперь после этих операций устройство готово к работе. В требуемый момент времени (начало и конец плавки или заливки расплава в литейную форму), когда необходимо отобрать пробы расплава 6, вытаскивают фиксатор 11 из отверстия 20, и плавно опускают штангу 1 в расплав 6. В нижнем положении штангу 1 удерживают с помощью фиксатора 11, который задвигается в верхнее отверстие 21 в штанге 1. Открывают вентиль 10 на 6÷8 секунд. В это время расплав 6 под действием гидростатического давления через отверстия 17 в металлоприемной трубке 5 попадает в пробозаборную камеру 4. Освобождая фиксатор 11 из отверстия 21, плавно поднимают штангу 1 из расплава 6. После чего штангу 1 опять закрепляют фиксатором 11, который задвигается в нижнее отверстие 20 в штанге 1. В это время излишки расплава 6 выливаются из пробозаборной камеры 4 через отверстия 17 в металлоприемной трубке 5 в верхнем положении штанги 1. При этом защитная крышка 8 плотно закрывает дно пробозаборной камеры 4, обеспечивая ее герметичность. Вентиль 10 к этому времени также перекрывают. Затем ослабляют регулировочные винты 15, и вытаскивают фиксатор 11 из нижнего отверстия 20 в штанге 1. Теперь устройство готово к безопасной транспортировке расплава к стационарным исследовательским комплексам. Устройство снимают с пазов 13 и 19 с опорной плиты 12 и относят к стационарным исследовательским комплексам. Следует отметить, что уровень расплава в пробозаборной камере 4 будет немного ниже, чем высота металлоприемной трубки 5, что также повышает герметичность и безопасность при транспортировке расплава, а также точность дозировки пробы. Во время перелива расплава 6 из предлагаемого устройства штангу 1 опускают вниз, и верхнее положение металлоприемной трубки 5 с уплотнительным кольцом 16 вместе с дном пробозаборной камеры 4 находятся на одном уровне, что обеспечивает полный слив расплава из рабочей полости предлагаемого устройства без образования настылей на поверхностях контакта с устройством. Затем данные операции с использованием предлагаемого устройства по мере необходимости многократно повторяются.
Пример. Для сравнения качества отобранных из расплава проб с использованием предлагаемого устройства и известного в виде специального ковша производили отбор на одном из предприятий ОК «РУСАЛ» во время плавки сплава 1ХХХ серии. Отливался слиток размером 600×1750×4700 мм общей массой 45 тонн. Приготовление и литье слитка производилось с обязательным применением дегазационных установок SNIF; фильтрация производилась через трубчатый металлофильтр PTF (Mitsui) и пенокерамический фильтр ПКФ. Отливка слитка осуществлялась через распределитель металла Combo-Bag, модифицирование производилось прутковой лигатурой Al-Ti-B после выходного портала PTF (Mitsui) из расчета 1÷2кг/т. Во время подачи расплава по металлотракту из миксера до литейной машины в различных местах производился отбор проб для анализа содержание водорода в расплаве с использованием предлагаемого устройства и штатного пробоотборника
Содержание водорода в расплаве определяли с помощью таких стационарных исследовательских комплексов, как анализатор содержания водорода ALU Compact и аппарат для измерения плотности образцов под низким давлением 3VT, после перелива расплава из предлагаемого устройства и штатного пробоотборника в специальные тигли стационарных приборов.
Технический результат отбора пробы заключается в обеспечении, точности положения места отбора пробы и безопасной транспортировки расплава за счет герметичности пробозаборной камеры.
В заборах с использованием проб, полученных с помощью штатного пробоотборника в виде специального ковша, разброс получаемых значений составлял до 40%, а с использованием предлагаемого устройства - не более 10%. При этом на ковше постоянно образовывались настыли, которые необходимо было убирать после каждого пробоотбора. При эксплуатации предлагаемого устройства каких-либо недостатков не было выявлено.
Таким образом, предлагаемое устройство, по сравнению с известными позволяет повысить качество отобранных из расплава проб, обеспечивающих точный анализ, и способствует повышению эксплуатационных характеристик устройства.