Устройство определения плотности и/или поверхностного натяжения высокотемпературных металлических расплавов

Полезная модель относится к технической физике, а именно к анализу материалов, преимущественно к определению параметров высокотемпературных металлических расплавов методом «большой капли». Полезная модель может быть использована в лабораторных исследованиях, на металлургических предприятиях, в вузах. Задачей является предотвращение соскальзывания со штока подложки с образцом исследуемого сплава и/или выплескивания этого сплава и его попадания на шток и/или на нагреватель или под электропечи, а в конечном итоге предотвращение срыва эксперимента. Устройство, содержащее шток, размещенный внутри нагревателя в электропечи, на одном из концов которого на срезе, выполненном в виде цилиндрического сегмента, размещена подложка с изучаемым образцом, отличающееся тем, что в него введен по меньшей мере один неметаллический контейнер, в котором размещена подложка с изучаемым образцом, шток имеет по меньшей мере одну пару симметричных выемок, на краях каждой из выемок расположены выступы, выступы имеют функцию фиксации в выемках размещенного в них неметаллического контейнера. Кроме того, неметаллический контейнер выполнен из высокотемпературной керамики, например, бериллиевой. Кроме того, неметаллический контейнер выполнен в виде плоской чашки с высотой цилиндрического бортика над уровнем внутреннего дна чашки в диапазоне от двух до пяти миллиметров. Кроме того, неметаллический контейнер выполнен в виде параллелепипеда, например квадрата, с высотой бортиков над уровнем внутреннего дна параллелепипеда в диапазоне от двух до пяти миллиметров. Кроме того, неметаллический контейнер выполнен в виде тигля с высотой бортиков над уровнем дна тигля в диапазоне от двух до пяти миллиметров. 1 п. ф-лы, 3 илл.

Полезная модель относится к технической физике, а именно к анализу материалов, преимущественно к определению физико-химических параметров высокотемпературных металлических расплавов методом изучения геометрии так называемой «большой капли», т.е. путем измерения геометрических параметров силуэта лежащей на подложке на конце регулируемого штока эллипсовидной капли образца расплава посредством фотометрии. Полезная модель может быть использована в лабораторных исследованиях, на металлургических предприятиях, в вузах.

Известно устройство для изучения образца сплава известной массы, помещенного на подложке на одном из концов молибденового регулируемого штока, размещенного внутри нагревателя в высокотемпературной зоне нагрева электропечи горизонтального типа мощностью 10÷30 кВА, при котором используют способ определения плотности высокотемпературных, вплоть до t _пл=+2000°C, расплавов. Получают фотоспособом, посредством расположенного вне электропечи фотоприемника с объективом, эллипсовидный силуэт поперечного сечения капли изучаемого высокотемпературного расплава, по параметрам геометрии которого определяют поверхностное натяжение и/или плотность капли - см. пат. РФ 2459194 - аналог. Для проведения экспериментов на их начальной стадии осуществляют регулировку горизонтальности подложки с изучаемым сплавом посредством блока регулировки, который изменяет положение регулируемого штока и положение подложки.

Известно устройство для определения плотности высокотемпературных металлических расплавов, содержащее регулируемый шток, размещенный внутри горизонтального цилиндрического нагревателя в высокотемпературной зоне электропечи, на одном из концов которого на срезе, выполненном в виде цилиндрического сегмента, размещена подложка с изучаемым образцом - см. пат. РФ на полезную модель 101191 - прототип. Это устройство предназначено для получения вышеотмеченным фотоспособом, посредством расположенного вне электропечи фотоприемника с объективом, эллипсовидного силуэта поперечного сечения капли изучаемого высокотемпературного расплава, по геометрическим параметрам которого определяют поверхностное натяжение и плотность капли. Для проведения экспериментов на их начальной стадии осуществляют регулировку горизонтальности подложки с изучаемым сплавом посредством блока регулировки, который изменяет положение регулируемого штока и, соответственно, положение подложки.

Недостатком как аналога, так и прототипа является невозможность предотвращения соскальзывания с вышеотмеченного конца регулируемого штока подложки с образцом исследуемого сплава и/или выплескивания этого сплава и его попадания на регулируемый шток, термопару, размещенную в этом штоке, и/или на элементы горизонтального нагревателя либо под электропечи. Соскальзывание или выплескивание возможны как вследствие регулировки положения штока, так и бросков магнитного поля, возникающих в горизонтальном нагревателе электропечи при изменении тока через него от нуля до 5 кА в процессе регулировки его температуры. В конечном итоге все вышеизложенное обусловливает возможность срыва эксперимента.

Задачей предлагаемой полезной модели является предотвращение соскальзывания с регулируемого штока подложки с образцом исследуемого сплава и/или выплескивания этого сплава и его попадания на регулируемый шток, термопару, размещенную в штоке, и/или на элементы горизонтального нагревателя или под электропечи, а в конечном итоге обеспечение предотвращения срыва эксперимента.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемой полезной модели

Устройство определения плотности и/или поверхностного натяжения высокотемпературных металлических расплавов, содержащее регулируемый шток, размещенный внутри горизонтального цилиндрического нагревателя в высокотемпературной зоне электропечи, на одном из концов которого на срезе, выполненном в виде цилиндрического сегмента, размещена подложка с изучаемым образцом, отличающийся тем, что в него введен по меньшей мере один неметаллический контейнер, в котором размещена подложка с изучаемым образцом, на вышеотмеченном конце регулируемый шток имеет по меньшей мере одну пару симметричных относительно продольной оси этого штока выемок прямоугольной формы, на краях каждой из выемок расположены выступы, образованные на регулируемом штоке этими выемками, выступы имеют функцию фиксации в выемках размещенного в них неметаллического контейнера, причем высота каждого из выступов над каждой выемкой составляет не меньше двух миллиметров.

Кроме того, неметаллический контейнер выполнен из высокотемпературной керамики, например, бериллиевой.

Кроме того, неметаллический контейнер выполнен в виде плоской чашки с высотой цилиндрического бортика над уровнем внутреннего дна чашки в диапазоне от двух до пяти миллиметров.

Кроме того, неметаллический контейнер выполнен в виде параллелепипеда, например квадрата, с высотой бортиков над уровнем внутреннего дна параллелепипеда в диапазоне от двух до пяти миллиметров.

Кроме того, неметаллический контейнер выполнен в виде тигля с высотой бортиков над уровнем внутреннего дна тигля в диапазоне от двух до пяти миллиметров.

Предложенное техническое решение обеспечивает устранение соскальзывания со штока подложки с образцом исследуемого сплава, его выплескивания и попадания на регулируемый шток, термопару, нагреватель и/или под электропечи, а в конечном итоге обеспечивает осуществление эксперимента без его срыва, а также увеличивает производительность исследований.

Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами:

фиг. 1. Эскиз предлагаемого регулируемого штока;

фиг. 2. Фотография неметаллического контейнера, подложки и капельного исследуемого образца;

фиг. 3. Фотография испорченного молибденового регулируемого штока.

Устройство определения поверхностного натяжения и/или плотности высокотемпературных металлических расплавов содержит в своем составе: регулируемый шток 1, неметаллический контейнер 2, выемки 3, которые расположены на одном из концов регулируемого штока 1 - см. фиг. 1.

Регулируемый шток 1 выполнен из молибденовой трубы, длиной 200 мм, толщиной стенки 1 мм и внешним диаметром 15 мм. Неметаллический контейнер 2 выполнен, например, в виде плоской чашки из высокотемпературной бериллиевой керамики с внешним диаметром 30 мм. Глубина каждой выемки 3, преимущественно прямоугольной, в регулируемом штоке 1 по всей длине не менее 2 мм. Создана такая выемка 3, например, посредством стачивания на вышеуказанном срезе регулируемого штока 1 плоским торцом наждачного круга или плоским напильником.

Внешний вид неметаллического контейнера 2 с подложкой 4, выполненной также из высокотемпературной бериллиевой керамики, и изучаемым капельным образцом 5, размещенным на этой подложке 4, приведен на фиг. 2. Поврежденный регулируемый шток 1, содержащий сплав 7, образованный пролившимся на конец этого штока 1 и сплавившегося с молибденом расплавом вышеотмеченного образца 5, а также поврежденную термопару 6, показан на фиг. 3.

Работает предлагаемое устройство следующим образом. Подготавливают изучаемый образец 5, у которого определяют массу, после чего помещают его на подложку 4, ее размещают в неметаллическим контейнере 2, который вставляют в пару выемок 3, преимущественно прямоугольной формы, на вышеуказанном конце регулируемого штока 1. Этот шток 1 помещают в центр зоны нагрева нагревателя электропечи (на схеме не показано). Включают вакуумный насос и нагреватель электропечи (на схеме не показано), осуществляют начальную стадию эксперимента, при этом регулируют горизонтальность подложек 4 путем регулировки положения штока 1 и контролируют эту горизонтальность в том числе посредством изображения на дисплее компьютера (на схеме не показано). После этого начинают основную стадию эксперимента, при этом наблюдают на дисплее все этапы эксперимента. Регулировка горизонтальности подложки 4 при размещении неметаллического контейнера 2 в выемках 3 регулируемого штока 1 обеспечивает наклон этой подложки 4 вплоть до +/-20 градусов по отношению к горизонтальной плоскости без ее соскальзывания со штока 1. В случае выплескивания или проливания части расплавленного образца 5 во время эксперимента, например, при изменении рабочего тока горизонтального нагревателя и, как следствие, скачка магнитного поля этого нагревателя, выплеснувшаяся часть образца 5 будет находиться в неметаллическом контейнере 2, она не образует сплав с материалом регулируемого штока 1 (молибденом), не разрушает термопару 6, не проливается на нагреватель и/или под электропечи. Это обеспечивает предотвращение срыва эксперимента, влекущего необходимость обязательной замены регулируемого штока 1, изучаемого образца 5, термопары 6, иногда замену подложки 4, ремонт или зачистку горизонтального нагревателя и/или пода электропечи, т.е. устраняет повторное осуществление прерванного эксперимента в полном объеме.

Технические решения, содержащие вышеуказанные совокупности отличительных признаков, а также совокупности отличительных и ограничительных признаков при достижении вышеописанного технического результата позволяет считать предложенное техническое решение имеющим уровень полезной модели.

1. Устройство определения плотности и/или поверхностного натяжения высокотемпературных металлических расплавов, содержащее регулируемый шток, размещенный внутри горизонтального цилиндрического нагревателя в высокотемпературной зоне электропечи, на одном из концов которого на срезе, выполненном в виде цилиндрического сегмента, размещена подложка с изучаемым образцом, отличающееся тем, что в него введен по меньшей мере один неметаллический контейнер, в котором размещена подложка с изучаемым образцом, на вышеотмеченном конце регулируемый шток имеет по меньшей мере одну пару симметричных относительно продольной оси этого штока выемок прямоугольной формы, на краях каждой из выемок расположены выступы, образованные на регулируемом штоке этими выемками, выступы имеют функцию фиксации в выемках размещенного в них неметаллического контейнера, причем высота каждого из выступов над каждой выемкой составляет не меньше двух миллиметров.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что неметаллический контейнер выполнен из высокотемпературной керамики, например, бериллиевой.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что неметаллический контейнер выполнен в виде плоской чашки с высотой бортика над уровнем внутреннего дна чашки в диапазоне от двух до пяти миллиметров.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что неметаллический контейнер выполнен в виде параллелепипеда, например квадрата, с высотой бортиков над уровнем внутреннего дна параллелепипеда в диапазоне от двух до пяти миллиметров.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что неметаллический контейнер выполнен в виде тигля с высотой бортиков над уровнем внутреннего дна тигля в диапазоне от двух до пяти миллиметров.