CZ20001756A3 - Sampling device for thermal analysis - Google Patents

Abstract

Zařízení je určeno pro tepelnou analýzu tuhnoucího kovu, zejména kompaktního grafitového železa. Zahrnuje v podstatě válcovitou nahoře otevřenou nádobu (2), která má být ponořena do analyzovaného tekutého kovu a naplněna tímto kovem, a dále zahrnující alespoň jeden senzorový člen (4) citlivý na teplotu, přednostně dva, ochrannou trubici (14) soustředně uzavírající senzor, umístěnou uvnitř nádoby (2) a upevněnou na nosném členu (15) senzorů, umístěném nad nádobou (2) a připevněném k nádobě (2) nožkami (16), jenž má vést a udržovat senzory (4a, 4b) vc správné poloze při ponoření do vzorku tuhnoucího kovu (3) během analýzy, přičemž uvedená nádoba (2) zahrnuje vnitřní povrch (17) vnitřní stěny (6), který má během analýzy přijít do kontaktu se vzorkem (3), a vnější povrch (18) vnější stěny (7), který má být ve styku s okolní atmosférou, přičemž obč stěny (6 a 7) se spojují pouze u horního okraje (12) nádoby (2) a mají konstantní vzájemnou vzdálenost (d2), čímž vytvářejí uzavřený izolační prostor (8), přičemž nádoba (2) má v podstatě polokulovitou spodní část (2b) se soustředně uspořádanou zploštělou částí (2c), v jejíž oblasti mají stěny (6 a 7) vzdálenost (dj).The device is designed for thermal analysis of solidifying metal, in particular compact graphite iron. It basically includes a cylindrical top open container (2) to be immersed in the analyzed liquid metal and filled therewith metal, and further comprising at least one sensor member (4) temperature sensitive, preferably two, protective tube (14) a concentrically closing sensor disposed within the container (2); mounted on the sensor support member (15) located above a container (2) and attached to the container (2) by legs (16), which is to guide and maintain the sensors (4a, 4b) in the correct position immersion in a solidifying metal sample (3) during analysis wherein said container (2) comprises an inner surface (17) the inner wall (6) to come into contact during analysis the sample (3), and the outer surface (18) of the outer wall (7) that it has be in contact with the surrounding atmosphere, leaving the walls (6 and 7) up only connect at the upper edge (12) of the container (2) and have a constant relative distance (d 2) thereby forming a closed an insulating space (8), the container (2) being substantially the hemispherical lower portion (2b) is concentrically arranged flattened part (2c) in whose area they have walls (6 and 7) distance (dj).

Description

369 CPP369 CPP

Vzorkovací zařízení pro tepelnou analýzuSampling equipment for thermal analysis

Oblast technikyTechnical field

Předkládaný vynález se týká zařízení pro tepelnou analýzu tuhnoucího kovu, zejména pro tepelnou analýzu při výrobě odlitků.The present invention relates to an apparatus for thermal analysis of solidifying metal, in particular for thermal analysis in the production of castings.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Tepelná analýza je metoda monitorování odchylek ve změnách teploty roztavených látek během tuhnutí za účelem určení mikrostruktury a tudíž i vlastností těchto látek v tuhé podobě. Toho se dosahuje pomocí odebírání vzorků taveniny, jejich přenášení do vzorkovací nádoby a záznamu a vyhodnocování změn teploty vzorků v závislosti na Čase v průběhu tuhnutí pomocí senzorových prostředků citlivých na teplotu, jako jsou termoelektrické články nebo jiná zařízení známá v daném oboru.Thermal analysis is a method of monitoring variations in temperature changes of molten substances during solidification to determine the microstructure and hence the solid state properties of these substances. This is accomplished by taking the melt samples, transferring them to the sample vessel, and recording and evaluating the temperature variations of the samples as a function of time during solidification using temperature sensitive sensor means such as thermocouples or other devices known in the art.

Pri použití tepelné analýzy k záznamu tuhnutí roztavených kovů, jako je kompaktní grafitové železo (CGI, compacted graphite iron), je důležité, aby byla analýza prováděna za stejných geometrických a tepelných podmínek jako v samotných odlitcích. Vzorkovací nádoba přispívá k řízenému ochlazování během tuhnutí vzorků roztaveného kovu, takže geometrické a tepelné podmínky ve vzorkovací nádobě jsou podobné podmínkám dosahovaným v odlitcích. Možnost přesně měřit chování roztavených kovů při tuhnutí dovoluje slévárně řídit proces výroby a zaručit vysokou kvalitu produkce.When using thermal analysis to record the solidification of molten metals such as compacted graphite iron (CGI), it is important that the analysis be performed under the same geometric and thermal conditions as in the castings themselves. The sampling vessel contributes to controlled cooling during solidification of the molten metal samples, so that the geometric and thermal conditions in the sampling vessel are similar to those achieved in the castings. The ability to accurately measure the solidification behavior of molten metals allows the foundry to control the production process and guarantee high production quality.

Vzorkovací nádoby pro tepelnou analýzu jsou známy v mnoha provedeních. Mohou být vyrobeny z grafitu pro použití pri tavbě hliníku nebo z keramického materiálu, jenž se používá pro tavenou litinu. Nemohou však být vyráběny z oceli vzhledem k rozpouštění a teplotní nevyváženosti.Sampling vessels for thermal analysis are known in many embodiments. They may be made of graphite for use in the smelting of aluminum or of a ceramic material used for cast iron. However, they cannot be made of steel due to dissolution and temperature imbalance.

Nevýhodou mnoha nádob je skutečnost, že jsou vyráběny z těžce obrobitelných materiálů.The disadvantage of many containers is that they are made of hard-to-machine materials.

Další nevýhodou je riziko jejich prasknutí v důsledku teplotního šoku během ponoření do kovové taveniny pri odebírání vzorku, a to zejména v případě použití keramických materiálů, které snadno praskají.A further disadvantage is the risk of their bursting due to thermal shock during immersion in the metal melt when the sample is taken, especially when using ceramic materials that easily crack.

-2Patent č. WO-A1-96/23206 (zahrnutý zde formou odkazu) popisuje vzorkovací nádobu, která se ponořuje do lázně roztaveného kovu, jenž má být analyzován. Uváděná vzorkovací nádoba je ocelová nádoba s dvojitou stěnou a mezerou mezi stěnami, která má nízkou radiální tepelnou vodivost. Tato mezera může být vyplněna izolačním plynem jako je vzduch. Vnitrní stěna nádoby je tenká a tudíž vykazuje nízkou tepelnou kapacitu, takže snadno dosáhne stavu teplotní rovnováhy za krátkou dobu. Navíc nejsou tepelné ztráty z vnějšího povrchu vnitrní stěny odváděny do okolní atmosféry, protože vnější stěna obklopující vnitřní stenu a izolační mezeru mezi stěnami funguje jako radiační štít.No. WO-A1-96 / 23206 (incorporated herein by reference) discloses a sampling vessel that is immersed in a bath of molten metal to be analyzed. Said sampling vessel is a double-wall steel vessel with a wall gap having low radial thermal conductivity. This gap may be filled with an insulating gas such as air. The inner wall of the container is thin and therefore exhibits a low heat capacity so that it can easily reach a temperature equilibrium state in a short time. In addition, heat losses from the outer surface of the inner wall are not transferred to the ambient atmosphere because the outer wall surrounding the inner wall and the insulating gap between the walls functions as a radiation shield.

Výše uvedená vzorkovací nádoba z patentu č. WO-A1-96/23206 je vzhledem ke svým speciálním vlastnostem velmi vhodná pro tepelnou analýzu používanou při výrobě CGI. Její výroba je však drahá, což je z hlediska jednorázového použití nevýhoda. Termočlánky jsou vhodně umístěny, t.j. jeden v blízkosti vnitřní stěny a druhý v místě, které má simulovat střed hypotetické koule roztaveného kovu s rovnoměrnou ztrátou tepla na jednotku plochy. Ve skutečnosti jsou ztráty tepla ze dna mnohem nižší než z vrchní části. Jedním z důvodů tohoto nerovnoměrného chování je to, že otevřená vrchní část vyzařuje mnohem více tepla na jednotku plochy než zaoblené dno. Dalším důvodem je to, že kontakt mezi oběma povrchy ve vrchním spojí umožňuje teplu obcházet izolační vzduchovou mezeru. To je značnou nevýhodou, jelikož z těchto důvodů nejsou vždy získány správné výsledky.The aforementioned sampling vessel of WO-A1-96 / 23206, due to its special properties, is very suitable for the thermal analysis used in the production of CGI. However, its production is expensive, which is a disadvantage in terms of single use. The thermocouples are conveniently positioned, i.e., one near the inner wall and the other at a location to simulate the center of a hypothetical sphere of molten metal with uniform heat loss per unit area. In fact, the heat loss from the bottom is much lower than from the top. One reason for this uneven behavior is that the open top radiates much more heat per unit area than the rounded bottom. Another reason is that contact between the two surfaces in the upper joint allows heat to bypass the insulating air gap. This is a considerable disadvantage, because for these reasons the correct results are not always obtained.

Je velice důležité, aby ochlazování probíhalo podobnou rychlostí jako v kontrolovaných odlitcích. Rovnovážné ochlazování by trvalo příliš dlouho na to, aby mělo praktický význam pro tuto situaci řízení procesu, například výroby CGI, jelikož výsledky by nebyly k dispozici dříve, než bude ukončen proces odlévání, a ani by se nevytvořila podobná mikrostruktura materiálu.It is very important that the cooling takes place at a similar rate as in the controlled castings. Equilibrium cooling would take too long to be of practical relevance to this process control situation, such as CGI production, since the results would not be available before the casting process was terminated, nor would a similar material microstructure be created.

Dále je podstatné, aby vzorkovací zařízení nebylo nákladné, jelikož může být použito pouze jednou. Protože zejména přesné měřicí prvky, jako jsou termočlánky, jsou nákladné, upřednostňuje se jejich několikanásobně opakované použití. Velkou nevýhodou mnoha známých vzorkovacích zařízení je to, že poměrně nákladné termočlánky jsou používány pouze jednorázově.Furthermore, it is essential that the sampling device is not expensive, since it can only be used once. Since precision measuring elements, such as thermocouples, in particular, are expensive, they are reused several times. A great disadvantage of many known sampling devices is that relatively expensive thermocouples are used only once.

Další nevýhodou je, zeje obtížné vyrábět velké série vzorkovacích nádob s nízkou cenou tak, aby všechny nádoby vykazovaly podobné vlastnosti týkající se geometrických a tepelných podmínek atd.Another disadvantage is that it is difficult to manufacture large series of low cost sample containers so that all containers exhibit similar geometric and thermal conditions, etc.

φ φ · φ φφ ·φ φ · φ φφ ·

-3• · φ · φ · φ «· φφ φφ *-3 • · φ · φ · φ «· φφ φφ *

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Cílem tohoto vynálezu je překonat tyto nezanedbatelné nevýhody pomocí vylepšeného vzorkovacího zařízení se vzorkovací nádobou vykazující kontrolované ztráty tepla na jednotku plochy, což simuluje kouli roztaveného materiálu, jelikož kouleje nej rovnoměrnější a tudíž i nejspolehlivější a nejpřesnější útvar pro tepelnou analýzu. Toto vzorkovací zařízení s kontrolovanými ztrátami tepla na jednotku plochy simuluje sférické tuhnutí roztaveného kovu uvnitř vzorkovací nádoby, ale samo přitom nemá kulový tvar, například z důvodu výrobních omezení. Vzorkovací zařízení podle tohoto vynálezu obsahuje nádobu s dvojitou stěnou opatřenou nahoře radiačním štítem a kontrolovanou vzdáleností mezi stěnami, která má ztráty tepla mnohem více kontrolované, neselhává při vysokých teplotách, není drahá a má vylepšené nastavování polohy senzorových prostředků citlivých na teplotu, jako jsou termočlánky, jež mohou být snadno vyjmuty a znovu použity.It is an object of the present invention to overcome these non-negligible disadvantages by an improved sampler with a sample vessel exhibiting controlled heat loss per unit area, which simulates a sphere of molten material as the sphere is the most uniform and hence the most reliable and accurate thermal analysis. This sampling device with controlled heat loss per unit area simulates the spherical solidification of the molten metal within the sample vessel, but does not itself have a spherical shape, for example due to manufacturing constraints. The sampling device of the present invention comprises a double-walled vessel provided with a radiation shield at the top and a controlled distance between the walls, which has much more controlled heat loss, fails at high temperatures, is not expensive and has improved positioning of temperature-sensitive sensor means such as thermocouples. which can be easily removed and reused.

Další důležitý problém, který tento vynález řeší, je posun tepelného středu simulované koule roztaveného kovu, jenž se posouvá směrem dolů, jakmile ztuhne odkrytá hladina vzorku uvnitř nádoby.Another important problem that the present invention solves is the displacement of the thermal center of the simulated molten metal ball, which moves downward as the exposed surface of the sample solidifies inside the vessel.

Všechny tyto podmínky jsou splněny pomocí nádoby s rysy uvedenými v připojeném nároku 1. Až dosud žádné takové zařízení nebylo dostupné.All of these conditions are met by a container having the features set forth in appended claim 1. To date, no such device has been available.

Vzorkovací zařízení je určeno najedno použití, je levné a poskytuje reprodukovatelné geometrické a tepelné podmínky.The sampler is disposable, cheap and provides reproducible geometric and thermal conditions.

Zjistilo se, že teplo vycházející z vnějšího povrchu vnitřní stěny nádoby nesmí být okamžitě odváděno do okolní atmosféry, jelikož toto by velice ztížilo dosažení kontrolované, nízké a reprodukovatelné rychlosti odvádění tepla. Účelem vnější stěny je tedy definovat společně s vnitřní stěnou mezeru mezi stěnami, která kontroluje odvádění tepla ze dna a ze stran tuhnoucího kovu.It has been found that the heat emanating from the outer surface of the inner wall of the vessel must not be immediately dissipated into the ambient atmosphere, as this would make it very difficult to achieve a controlled, low and reproducible rate of heat removal. The purpose of the outer wall is therefore to define, together with the inner wall, a gap between the walls which controls the dissipation of heat from the bottom and sides of the solidifying metal.

Mezera mezi vnitřní a vnější stěnou je tedy důležitým parametrem při řízení ztrát tepla z důvodů vyzařování a vedení tepla. Pokud je tato mezera vyprázdněna, nebo naplněna průsvitným materiálem jako je vzduch, důležitým mechanizmem přenosu tepla bude vyzařování. Se zvyšováním teploty tuhnoucího kovu ve vzorkovacím zařízení bude rovněž růst i význam vyzařování, jelikož jeho vliv roste se čtvrtou mocninou absolutní teploty.Thus, the gap between the inner and outer walls is an important parameter in controlling heat loss due to radiation and heat conduction. When this gap is emptied or filled with a translucent material such as air, radiation will be an important heat transfer mechanism. As the temperature of the solidifying metal in the sampler increases, the importance of radiation will also increase as its influence increases with the fourth power of absolute temperature.

· »·· ····· • · · · · · · · · ·· ♦·· »······· · · · · · · · · · ·

-4Výběrem vhodného média k úplnému nebo částečnému vyplnění mezery a změnou síly mezery je možné upravit geometrii odvádění tepla ze vzorkovacího zařízení na hodnoty požadované tepelnou analýzou. Médiem může být jakékoli známé a vhodné médium, jako je písek, vermikulit, slída, magnézie, chloritan, různé keramické materiály a jejich kombinace, ale přednostně jde z cenových důvodů o plyn, jako je vzduch. V jednom přednostním provedení je vzdálenost (dl) mezi stěnami ve zploštělé spodní části nádoby je pouze 5-50 %, přednostně kolem 20 % vzdálenosti (d2) mezi bočními stěnami nádoby, čímž se zvyšují tepelné ztráty v důsledku vodivosti dna. 2 důvodu zúžené mezery na dně nádoby jsou tepelné ztráty na dně v důsledku vodivosti vyšší, čímž vyvažují tepelné ztráty z otevřené vrchní části nádoby, a tak se simulují tepelné ztráty objevující se při sférickém tuhnutí koule roztaveného kovu.By selecting a suitable medium to completely or partially fill the gap and varying the gap thickness, it is possible to adjust the geometry of heat dissipation from the sampling device to the values required by thermal analysis. The medium may be any known and suitable medium such as sand, vermiculite, mica, magnesia, chlorite, various ceramic materials and combinations thereof, but is preferably a gas such as air for cost reasons. In one preferred embodiment, the distance (d1) between the walls in the flattened bottom of the container is only 5-50%, preferably about 20% of the distance (d2) between the side walls of the container, thereby increasing heat loss due to the conductivity of the bottom. Because of the narrowed gap at the bottom of the vessel, the heat loss at the bottom due to the conductivity is higher, thereby balancing the heat loss from the open top of the vessel, thereby simulating the heat losses occurring when the molten metal sphere spherically solidifies.

Dalším mimořádně významným parametrem je tvar nádoby. Aby bylo možné umístit senzorové prostředky pro tepelnou analýzu citlivé na teplotu a umístěné v ochranné trubici do jisté vzdálenosti od vnitřního povrchu vnitřní stěny, nádoba musí mít zploštělé dno. Z praktických důvodů při výrobě se obě stěny, t.j. jak vnitřní tak i vnější stěna, vyrábějí se zploštělým dnem.Another extremely important parameter is the shape of the container. In order to position the temperature sensitive sensor means for temperature analysis and located in the protective tube at a certain distance from the inner surface of the inner wall, the vessel must have a flattened bottom. For practical reasons in production, both the inner and the outer walls are manufactured with a flattened bottom.

Plocha zploštělé části na dně vnitřní stěny je alespoň stejně veliká jako je plocha ochranné trubice obsahující senzorové prostředky, což umožňuje udržovat konstantní vzdálenost od konce uvedené trubice. V jednom přednostním provedení je průměr uvedené zploštělé části na dně dvakrát větší než průměr plochy ochranné trubice a přednostně ještě větší. Ochranná trubice, jež je částečně ponořená do tuhnoucího kovu v nádobě, má spodní konec uzavřený. Otevřená ochranná trubice nefunguje, jelikož senzorové prostředky by mohly být snadno zničeny.The area of the flattened portion at the bottom of the inner wall is at least as large as the area of the protective tube containing the sensor means, which makes it possible to maintain a constant distance from the end of said tube. In one preferred embodiment, the diameter of said flattened portion at the bottom is twice as large as the diameter of the surface of the protective tube, and preferably even larger. The protective tube, which is partially immersed in the solidifying metal in the container, has the lower end closed. The open protective tube does not work as the sensor means could easily be destroyed.

Nadto nejdůležitější částí je otevřený vršek (ústí) nádoby. Pokud není zakrytý víkem, tepelné ztráty jsou obvykle vysoké. Jako víko snižující ztráty tepla vyzařováním z povrchu vzorku kovu proto funguje nosný člen (viz obr. 1, položka 15), jenž obsahuje radiační Štít, určuje polohu termočlánků a je připevněn k nádobě nožkami. Jinak by se totiž vršek vzorkovacího zařízení choval jako studené těleso, absorbující všechno záření z horké nádoby. Tímto způsobem se simulují ztráty tepla z koule roztaveného kovu pri tuhnutí, neboť jsou tak vyváženy nižší ztráty tepla ze dna nádoby.Furthermore, the most important part is the open top (mouth) of the container. If not covered, the heat loss is usually high. A support member (see Figure 1, item 15), which includes a radiation shield, determines the position of the thermocouples and is attached to the vessel by feet, acts as a lid to reduce heat loss from the metal sample surface. Otherwise, the top of the sampling device would behave like a cold body, absorbing all radiation from the hot vessel. In this way, the heat losses from the molten metal ball at solidification are simulated, as this reduces the lower heat losses from the bottom of the vessel.

Množství tepla uvolněného počáteční tvorbou vločkového grafitu v oblasti u stěn nádoby je velice malé a opravdu nedostatečné k tomu, aby bylo možno na ně spoléhat jako na kontrolní parametr. Tvar vzorku u dna nádoby je však převážně kulatý a pokud je vzorkovací nádoba předehřátá (například ponořením do roztaveného železa), čímž se zabrání vzniku chladné zóny • · • · ft ft ·The amount of heat released by the initial formation of flake graphite in the region of the vessel walls is very small and indeed insufficient to be relied upon as a control parameter. However, the shape of the sample at the bottom of the vessel is predominantly round and if the sample vessel is preheated (for example, by immersion in molten iron), thus avoiding the formation of a cold zone.

-5• ft • fc • I · · « ftft · • ft * ztuhnutého železa v oblasti u stěn nádoby, a pokud je vzorkovací zařízení volně pověšeno, takže teplo není odváděno do země nebo do podstavce, pak se může v roztaveném železe ve vzorkovacím zařízení vyvinout příznivé konvekční proudění. Toto konvekční proudění „spláchne“ vločkový grafit z předehřátých vrchních stěn nádoby ve vzorkovacím zařízení a účinně soustředí růst vloček v oblasti mimo proudění u základny v podstatě kulaté nádoby,The solidified iron in the region of the vessel walls, and if the sampler is freely suspended so that heat is not dissipated into the ground or into the plinth, it may be in the molten iron in the sampler devices to develop favorable convective flow. This convective flow flushes the flake graphite from the preheated top walls of the container in the sampler and effectively concentrates the flake growth in the off-flow region at the base of the substantially round container,

Vnitřní stěna nádoby je přednostně poměrně tenká anebo je zhotovena z materiálu s nízkou měrnou tepelnou kapacitou, čímž se u vnitřní stěny dosáhne nízké celkové tepelné kapacity. Navíc má tato vnitřní stěna přednostně vysoký koeficient celkové tepelné vodivosti, aby vyrovnávala teplotu vzorku a stěn, a jelikož koeficient celkové tepelné vodivosti je vysoký, doba potřebná k přenosu daného tepla bude krátká.The inner wall of the container is preferably relatively thin or is made of a material with a low specific heat capacity, whereby a low overall heat capacity is achieved at the inner wall. In addition, the inner wall preferably has a high total thermal conductivity coefficient to balance the temperature of the sample and the walls, and since the total thermal conductivity coefficient is high, the time required to transfer the heat will be short.

Vnitřní stěna může být vyrobena z jakéhokoli materiálu, jenž má výše uvedené tepelné vlastnosti a je teplotně stabilní ve vzorkovaném roztaveném kovu. Typicky se používá kov nebo slitina. Upřednostňovány jsou materiály, které jsou levné a dovolují spolehlivou sériovou výrobu, zejména ocel.The inner wall may be made of any material that has the above thermal properties and is temperature stable in the sample molten metal. Typically, a metal or alloy is used. Preference is given to materials which are inexpensive and allow reliable mass production, in particular steel.

Je také možné změnit barvu anebo povrchovou úpravu, čímž se modifikují vyzařovací charakteristiky stěn.It is also possible to change the color and / or surface finish, thereby modifying the radiation characteristics of the walls.

Vnitřní povrch vnitřní stěny nádoby je přednostně potažen ochrannou vrstvou, která chrání uvedenou stěnu před rozpouštěním do horkého tekutého vzorku kovu nebo reakcí s ním. Taková ochranná vrstva může být také nanesena na vnější povrch vnější stěny, zejména pokud má být nádoba pri odebírání vzorku ponořena do horkého tekutého kovu. Ochranná vrstva neovlivňuje tepelnou rovnováhu, jelikož je velice tenká. Tato vrstva je však rozhodující při určování chování kovu při tuhnutí. Ochranná vrstva může být inertní nebo dotovaná reaktivními látkami pohlcujícími Mg a vyvolávajícími tvorbu vločkového grafitu v blízkosti spodních senzorových prostředků citlivých na teplotu. Toto je uvedeno ve švédské patentové přihlášce č. 9704208-9 (zahrnuté formou odkazu) a další informace obsahuje švédská patentová přihláška č. 9003289-7 (zahrnutá formou odkazu). Ochrannou vrstvou může být jakýkoli žáruvzdorný oxid jako je oxid hlinitý, hořečnatý (magnézie), zirkoničitý, karbid křemíku atd.The inner surface of the inner wall of the container is preferably coated with a protective layer that protects said wall from dissolving into or reacting with a hot liquid metal sample. Such a protective layer may also be applied to the outer surface of the outer wall, especially if the container is to be immersed in hot liquid metal when the sample is taken. The protective layer does not affect the thermal equilibrium as it is very thin. However, this layer is critical in determining the setting behavior of the metal. The protective layer may be inert or doped with Mg-scavenging reactive substances and causing flake graphite formation in the vicinity of the lower temperature-sensitive sensor means. This is disclosed in Swedish Patent Application No. 9704208-9 (incorporated by reference) and further information is disclosed in Swedish Patent Application No. 9003289-7 (incorporated by reference). The protective layer may be any refractory oxide such as alumina, magnesium (magnesia), zirconium, silicon carbide, etc.

Senzorové prostředky citlivé na teplotu jsou upevněné v nosném členu, jenž vede a obrubuje senzorové prostředky ve správné poloze. Senzory pro tepelnou analýzu jsou obecně termoelektrické články, ačkoli předkládaný vynález není v tomto smyslu omezen a použit může • · to totoThe temperature sensitive sensor means is mounted in a support member that guides and flanges the sensor means in the correct position. Sensors for thermal analysis are generally thermoelectric cells, although the present invention is not limited in this sense and can be used

-6být jakýkoli druh senzoru vhodný pro tepelnou analýzu tuhnoucího kovu. Srov. švédskou patentovou přihlášku č. 9600720-8 na infračervenou pyrometrii (zahrnutou formou odkazu).- Be any type of sensor suitable for thermal analysis of solidifying metal. Cf. Swedish Patent Application No. 9600720-8 for infrared pyrometry (incorporated by reference).

Η · • fl ·Fl · fl ·

Senzorové prostředky pro tepelnou analýzu, v následujícím termočlánky, jsou uzavřeny v soustředně uspořádané ochranné trubici, která je částečně ponořena do tuhnoucího kovu v nádobě. Ochranná trubice s jedním uzavřeným koncem je udržována ve správné poloze nosným členem a s ním spojeným radiačním štítem, t.j. pevně ve dvou bodech. Jeden termočlánek (jeho část s měřidlem) je uložen v uzavřeném konci uvedené trubice takovým způsobem, aby mohl být snadno vyjmut. Je rovněž důležité umístit měřicí bod (část s měřidlem) druhého termočlánku do tepelného středu, aby se zabránilo posuvu křivek chladnutí během měření. Proto je v ochranné trubici uložen, rovněž vyjímatelně, ještě druhý termočlánek (část s měřidlem), a to v tepelném středu roztaveného vzorku, přednostně ve vzdálenosti c přibližně 2/3 celkové výšky a vnitřní nádoby. Protože termočlánky jsou vyjímatelné, mohou být opakovaně použity pro několik měřeni. Trubice uzavírající oba termočlánky je umístěna co nejblíže ke zploštělé části vnitřního dna nádoby, ale nesmí se ho dotýkat. Je nezbytné zajistit, aby ochranná trubice byla zcela obklopena tuhnoucím kovem tak, aby žádné dutinky ani bublinky nemohly ovlivňovat měření. Dále je velice důležité, aby byly teplotní senzory dobře upevněny, aby se nemohly během analýzy pohybovat do stran. Nepřesné umístění termočlánků je značnou nevýhodou, která těžce ovlivňuje výsledky měření. Tomu zde zabrání přesně udržovaná poloha termočlánků pomocí nosného členu a s ním spojeného radiačního štítu, jež obrubují ochrannou trubici obsahující senzory přesně ve správné poloze. Vzdálenost b uzavřené ochranné trubice od zploštělého dna je 1-10 % celkové výšky a vnitřní nádoby, přednostně kolem 5 %.The sensor means for thermal analysis, in the following thermocouples, are enclosed in a concentrically arranged protective tube which is partially immersed in the solidifying metal in the vessel. The protective tube with one closed end is maintained in the correct position by the support member and the radiation shield connected to it, i.e. firmly at two points. One thermocouple (part thereof with the meter) is housed in the closed end of said tube in such a way that it can be easily removed. It is also important to place the measuring point (meter portion) of the second thermocouple in the thermal center to prevent the cooling curves from shifting during the measurement. Therefore, a second thermocouple (meter portion) is also stored in the protective tube, also removably, in the heat center of the molten sample, preferably at a distance c of approximately 2/3 of the total height and the inner vessel. Because the thermocouples are removable, they can be reused for several measurements. The tube enclosing the two thermocouples is located as close as possible to the flattened portion of the inner bottom of the vessel but must not touch it. It is necessary to ensure that the protective tube is completely surrounded by the setting metal so that no cavities or bubbles can affect the measurement. Furthermore, it is very important that the temperature sensors are well mounted so that they cannot move sideways during the analysis. Inaccurate placement of thermocouples is a significant disadvantage that severely affects measurement results. A precisely maintained position of the thermocouples is thereby prevented by the support member and the radiation shield associated therewith, which flange the protective tube containing the sensors exactly in the correct position. The distance b of the closed protective tube from the flattened bottom is 1-10% of the total height and the inner container, preferably about 5%.

Ochranná trubice může být vyrobena z materiálů jako jsou ocel, přednostně nerezavějící ocel, nebo křemenné sklo. Ocelové trubice obvykle vyžadují potažení ochrannou vrstvou. Vynález není omezen na použití pouze jediné ochranné trubice nebo jediného páru termočlánků. Lze jich použít libovolný počet dle potřeby, a to v různých vzdálenostech, t.j. měřicích bodech.The protective tube may be made of materials such as steel, preferably stainless steel, or quartz glass. Steel tubes usually require a protective coating. The invention is not limited to the use of a single protective tube or a single pair of thermocouples. Any number can be used as desired at different distances, i.e., measuring points.

Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Vynález bude nyní podrobněji popsán pomocí odkazů na přiložené výkresy, na nichž obrázek 1 znázorňuje schematický průřez vzorkovacím zařízením podle jednoho provedení tohoto vynálezu, navrženého pro použití při výrobě CGI, * · • · · * ftft ftft ftftft • ft ·The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which Figure 1 shows a schematic cross-section of a sampling device according to one embodiment of the present invention designed for use in the manufacture of CGI.

-7obrázek 2 představuje proudění ve vzorku tuhnoucího roztaveného kovu a vliv tohoto proudění na vrstvu vločkového grafitu, který v litině obvykle vzniká v blízkosti stěn nádoby.Figure 2 represents the flow in the sample of solidifying molten metal and the effect of this flow on the flake graphite layer that usually occurs in the cast iron near the vessel walls.

• · ft ft •ft ··Ft ft ft

Příklady provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Obrázek 1 znázorňuje vzorkovací zařízení 1 podle tohoto vynálezu, obsahující vzorkovací nádobu 2 s dvojitou stěnou, která je v podstatě válcovitá, nahoře otevřená a má polokulovitou spodní část 2b, opatřenou zploštělou částí 2c, naplněnou vzorkem 3 tuhnoucího roztaveného kovu až k okraji Γ2 nádoby, senzorové prostředky citlivé na teplotu 4a-b pro tepelnou analýzu a nosný člen senzorů 15, zahrnující radiační štít 19, jenž pevně udržuje ve správné poloze ochrannou trubici 14 uzavírající uvedené senzorové prostředky 4a-b. Části s měřidlem 5a-b senzorových prostředků 4a-b citlivých na teplotu, v následujícím termočlánků, jsou ponořeny do vzorku 3.Figure 1 shows a sampling device 1 according to the invention comprising a double-walled sampling vessel 2 which is substantially cylindrical, open at the top and has a hemispherical lower part 2b provided with a flattened part 2c filled with a sample 3 of solidifying molten metal up to the rim 2 of the vessel. temperature sensing means 4a-b for the thermal analysis and a sensor support member 15, including a radiation shield 19, which firmly maintains in position the protective tube 14 enclosing said sensor means 4a-b. The parts with the meter 5a-b of the temperature sensitive sensor means 4a-b, in the following thermocouples, are immersed in sample 3.

Nádoba sestává z vnitřní stěny 6 a vnější stěny 7, obou vyrobených z tenkého ocelového plechu a mezi těmito stěnami je mezera 8, definovaná vnějším povrchem 9 vnitřní stěny 6 a vnitřním povrchem 10 vnější stěny 7. U ústí 12 nádoby 2 spojuje stěny 6 a 7 přehyb U. Přehybem H může být i souvislá obruba nebo bodový svar. Mezera 8 je vyplněna vzduchem. Oba termočlánky 4a-b jsou uspořádány vertikálně nad sebou uvnitř ochranné trubice 14 vyrobené z oceli, keramiky, skla nebo jakéhokoli jiného vhodného materiálu, přičemž první termočlánek 4 (část s měřidlem 5b) je umístěn v blízkosti vnitřního povrchu 17 vnitřní stěny 6 a druhý termočlánek 4 (část s meridiem 5a) je umístěn v tepelném středu a vzorku 3. Nosný člen senzorů 15 udržuje během analýzy ochrannou trubici 14 obsahující termočlánky 4 ve stálé poloze. Termočlánky 4 jsou spojeny s vyhodnocovacím zařízením pro tepelnou analýzu (není zobrazeno) pomocí kabelu 13, jímž jsou přenášeny měřicí signály z Částí s měřidlem 5a-b do uvedeného zařízení k analýze.The container consists of an inner wall 6 and an outer wall 7, both made of thin sheet steel, and between these walls is a gap 8 defined by the outer surface 9 of the inner wall 6 and the inner surface 10 of the outer wall 7. The U-fold can also be a continuous flange or a spot weld. The gap 8 is filled with air. Both thermocouples 4a-b are arranged vertically one above the other within a protective tube 14 made of steel, ceramic, glass or any other suitable material, the first thermocouple 4 (meter portion 5b) being located near the inner surface 17 of the inner wall 6 and the second thermocouple 4 (the meridium portion 5a) is located in the heat center and sample 3. The sensor support member 15 maintains the protective tube 14 containing the thermocouples 4 in a fixed position during analysis. The thermocouples 4 are connected to a thermal analysis evaluation device (not shown) by means of a cable 13, by which the measurement signals are transmitted from the parts of the meter 5a-b to said analysis device.

Konec ochranné trubice J4 je umístěn ve vzdálenosti b od zploštělého dna 2c nádoby 2.The end of the protective tube 14 is located at a distance b from the flattened bottom 2c of the container 2.

Při analýze, když je nádoba ponořena do analyzovaného roztaveného kovu, nateče tekutý roztavený kov do nádoby 2 mezi nožkami 16.In the analysis, when the vessel is immersed in the molten metal to be analyzed, the molten metal flows into the vessel 2 between the legs 16.

Jak je zobrazeno na obr. 1, je nádoba 2 během analýzy naplněna vždy stejným množstvím roztaveného kovu. Každý vzorek by měl obsahovat stejné množství roztaveného kovu, aby bylo možné zajistit konzistentní tepelné podmínky a konzistentní reakci s reaktivní ochrannou vrstvou.As shown in FIG. 1, the vessel 2 is always filled with the same amount of molten metal during analysis. Each sample should contain the same amount of molten metal to ensure consistent thermal conditions and consistent reaction with the reactive protective layer.

φ φ φ φ φ φ φ φφφ» φ φφ ··φ φφφφφ »» φ φφφφ

-8• » · • φ · · • φ φ φ •Φ φφ • · φ φ ··-8 »• φ φ φ φ φ φ φ φ

Dodržení konzistentního objemu vzorku je problematické u konvenčních nádob pro tepelnou analýzu, které vyžadují plnění naléváním. Předkládaný vynález s ponorovým plněním a s velkým vstupním otvorem pro kov minimalizuje chybu operátora a usnadňuje odebírání vzorků.Maintaining a consistent sample volume is problematic for conventional thermal analysis vessels that require pouring. The present invention with immersion filling and large metal inlet opening minimizes operator error and facilitates sampling.

Tento vynález není omezen na uvedené příklady provedení, nýbrž je aplikovatelný na všechna provedení. Je pochopitelné, že zkušený odborník v daném oboru dokáže navrhnout vhodné modifikace vzorkovacích zařízení a že uvedené zařízení není omezeno na použití pouze při výrobě CGI a jiných druhů litiny, ale může být rovněž použito i při výrobě celé palety dalších kovů.The present invention is not limited to the exemplary embodiments, but is applicable to all embodiments. It will be understood that one skilled in the art will be able to propose appropriate modifications to the sampling devices and that the device is not limited to use only in the manufacture of CGI and other types of cast iron, but can also be used in the manufacture of a variety of other metals.

Toto vzorkovací zařízení je přednostně uzpůsobeno k použití v souvislosti s výrobou CGI podle metody uvedené v patentu Č. US-A-4 667 725.The sampling device is preferably adapted for use in connection with the production of CGI according to the method disclosed in US-A-4,667,725.

Claims (11)

1. Vzorkovací zanzení pro tepelnou analýzu tuhnoucího kovu, zejména kompaktního grafitového železa, zahrnující v podstatě válcovitou nahoře otevřenou nádobu (2), která má být ponořena do analyzovaného tekutého kovu a naplněna tímto kovem, dále zahrnující alespoň jeden senzorový člen citlivý na teplotu (4), přednostně dva, dále alespoň a přednostně jednu ochrannou trubici (14) soustředně uzavírající uvedený senzor(y) (4), umístěnou uvnitř uvedené nádoby (2) a upevněnou na nosném členu senzorů (15) umístěném nad uvedenou nádobou (2) a připevněném k nádobě (2) nožkami (16), jenž má vést a udržovat senzory (4) ve správné poloze při ponoření do vzorku tuhnoucího kovu (3) během analýzy, přičemž uvedená nádoba (2) zahrnuje vnitřní povrch (17), jenž má během analýzy přijít do kontaktu se vzorkem (3), a vnější povrch (18), jenž má být ve styku s okolní atmosférou, přičemž oba povrchy (17 a 18) se spojují u horního okraje (12) nádoby (2) a mají ve válcovité části (2a) nádoby (2) konstantní vzájemnou vzdálenost, čímž vytvářejí uzavřený izolační prostor (8) mezi protilehlými odpovídajícími povrchy (9 a 10), vyznačující se tím, že uvedená nádoba (2) má v podstatě polokulovitou spodní část (2b) se soustředně uspořádanou zploštělou částí (2c) o průměru větším než je průměr ochranné trubice (14), přičemž vzdálenost (dl) mezi povrchy 9 a 10) zploštělé části (2c) je menší než vzdálenost (d2) mezi uvedenými povrchy (9 a 10) válcovité části (2a) nádoby (2).Sampling apparatus for thermal analysis of solidifying metal, in particular compact graphite iron, comprising a substantially cylindrical top open container (2) to be immersed in and filled with the metal to be analyzed, further comprising at least one temperature-sensitive sensor member (4) ), preferably two, at least and preferably one protective tube (14) concentrically enclosing said sensor (s) (4), located inside said container (2) and mounted on a sensor support member (15) located above said container (2), and secured to the vessel (2) by legs (16) to guide and hold the sensors (4) in the correct position when immersed in the solidifying metal sample (3) during analysis, said vessel (2) comprising an inner surface (17) having come into contact with the sample (3) during the analysis, and the outer surface (18) to be in contact with the ambient atmosphere, both surfaces (17 and 18) they draw at the upper edge (12) of the container (2) and have a constant spacing in the cylindrical portion (2a) of the container (2), thereby forming a closed insulating space (8) between opposite corresponding surfaces (9 and 10), said container (2) having a substantially hemispherical lower portion (2b) with a concentrically arranged flattened portion (2c) having a diameter greater than that of the protective tube (14), wherein the distance (d1) between surfaces 9 and 10 of the flattened portion (2c) is less than the distance (d2) between said surfaces (9 and 10) of the cylindrical portion (2a) of the container (2). 2. Vzorkovací zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že vzdálenost (dl) mezi povrchy (9 a 10) ve zploštělé Části (2c) je 10-50 %, přednostně kolem 20 % vzdálenosti (d2) mezi povrchy (9 a 10) ve válcovité části (2a) nádoby (2), čímž se v nekulovitém vzorkovacím zanzení (1) vyvolávají podmínky sférického ochlazování.Sampling device according to claim 1, characterized in that the distance (d1) between the surfaces (9 and 10) in the flattened part (2c) is 10-50%, preferably about 20% of the distance (d2) between the surfaces (9 and 10). ) in the cylindrical part (2a) of the container (2), thereby causing spherical cooling conditions in the non-spherical sampling loading (1). 3. Vzorkovací zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že válcovitá část (2a) nádoby (2) má výšku přibližně dvakrát větší než je výška polokulovité spodní části (2b), čímž se v nekulovitém vzorkovacím zanzení (1) vyvolávají podmínky sférického ochlazování.Sampling device according to claim 1 or 2, characterized in that the cylindrical part (2a) of the container (2) has a height approximately two times greater than the height of the hemispherical lower part (2b), thereby causing conditions in the non-spherical sampling load (1). spherical cooling. 4. Vzorkovací zařízení podle kteréhokoli z nároků laž3, vyznačující se tím, že senzor(y) (4) jsou vyjímatelně vložené do ochranné trubice (14) vyrobené např. zocelí, keramiky, nebo skla a umístěné tak těsně do blízkosti zploštělé spodní části (2c), jak je to jen možné bez toho, aby vznikaly bublinky vzduchu nebo dutiny, a bez přímého doteku se zploštělou částí (2c).Sampling device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the sensor (s) (4) are removably inserted into a protective tube (14) made, for example, of steel, ceramics or glass and thus positioned close to the flattened bottom ( 2c) as far as possible without causing air bubbles or cavities and without directly touching the flattened part (2c). - 105. Vzorkovací zařízení podle kteréhokoli z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že ochranná trubice (14) je vyrobena z oceli, přednostně nerezavějící oceli, a může být opatřena ochranným žáruvzdorným činidlem.A sampling device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the protective tube (14) is made of steel, preferably stainless steel, and can be provided with a protective refractory agent. 6. Vzorkovací zařízení podle kteréhokoli z nároků kteréhokoli z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že ochranná trubice (14) je vyrobena z křemenného skla.Sampling device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the protective tube (14) is made of quartz glass. 7 Vzorkovací zařízení podle kteréhokoli z nároků laž 6, vyznačující se tím, že vnitřní povrch (17) nádoby (2) a vnější povrch (18) jsou ošetřeny kartáčováním, leptáním, pískováním nebo chemicky a že ochranná trubice je opatřena ochranným žáruvzdorným činidlem.Sampling device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the inner surface (17) of the container (2) and the outer surface (18) are treated by brushing, etching, sanding or chemically and that the protective tube is provided with a protective refractory agent. 8. Vzorkovací zařízení podle kteréhokoli z nároků laž 7, vyznačující se tím, že vnitřní povrch (17) nádoby (2) je opatřen inertní ochrannou vrstvou.Sampling device according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the inner surface (17) of the container (2) is provided with an inert protective layer. 9. Vzorkovací zařízení podle kteréhokoli z nároků laž 7, vyznačující se tím, že vnitřní povrch (17) nádoby (2) je opatřen žáruvzdornou ochrannou vrstvou.Sampling device according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the inner surface (17) of the container (2) is provided with a refractory protective layer. 10. Vzorkovací zařízení podle kteréhokoli z nároků laž9, vyznačující se tím, že vnitřní povrch (17), vnější povrch (18) a nebo ochranná trubice (14) jsou ošetřeny keramikou aplikovanou plazmovým stříkáním nebo spékáním s využitím oxidu hlinitého, hořečnatého (magnézie), zirkoničitého, karbidu křemíku, nitridu křemíku, uhlíku, nitridu boru nebo oxidu křemičitého.Sampling device according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the inner surface (17), the outer surface (18) and / or the protective tube (14) are treated with ceramics applied by plasma spraying or sintering using alumina, magnesium (magnesium) , zirconium, silicon carbide, silicon nitride, carbon, boron nitride or silica. 11. Vzorkovací zařízení podle kteréhokoli z nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že barva a povrchová úprava stěn (6 a 7) je pozměněna za účelem modifikace vyzařovacích charakteristik stěn.Sampling device according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the color and surface finish of the walls (6 and 7) are altered to modify the radiation characteristics of the walls. 12. Vzorkovací zařízení podle kteréhokoli z nároků lažll, vyznačující se t í m, že křivky chladnutí zaznamenané v blízkosti stěny nádoby jsou zaznamenávány v oblasti mimo proudění u dna uvedené nádoby (2), částí měřidla (5b) senzoru (4b), čímž se zvyšuje rozlišení pro vyhodnocení nedostatečně zpracovaného kovu po reakci s reaktivním ochranným povrchem stěn.Sampling device according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the cooling curves recorded near the vessel wall are recorded in the out-of-flow region at the bottom of said vessel (2) by a portion of the meter (5b) of the sensor (4b). increases resolution to evaluate under-treated metal after reaction with reactive wall protective surface.