RU85108U1 - INSTALLATION FOR MODELING OF GAS DISCHARGE PROCESSES FROM A PRESSED INSIDE LIQUID METAL OF A CASTING FORM - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области литейного производства и предназначена для моделирования процессов газовыделения из залитых жидким металлом литейных форм. Установка содержит плавильную печь 3 с тиглем 4 для плавки металла 5, снабженную штоком 6 с закрепленной на нем пробкой 7, датчиком 8 температуры и литником 14, верхнюю полуформу 13, соединенную с плавильной печью 3 с полостью 16 для заливки жидким металлом 5, нижнюю полуформу, в состав которой включены гильза 20 с теплоизоляционным цилиндром 21 и с исследуемым образцом 22 смеси, герметично установленная крышка 23 с тремя отверстиями 24, 24′, 24′′ и свободная полость 25, образованная между исследуемым образцом 22 и крышкой 23 гильзы 20, источник газа-носителя 27 с регулирующим элементом 28, подключенный через датчик 30 расхода газа-носителя и одно из отверстий 24 в крышке к свободной полости 25, последняя через другое отверстие 24" в крышке 23 связана с атмосферой либо через датчик 32 влажности, либо через датчик 34 определения концентраций токсичных компонентов, систему обработки экспериментальных данных в виде компьютера 36 с подключенными к нему через плату 35 сбора данных датчиками 30, 32 расхода газа-носителя и влажности, соответственно, и блоком 37 датчиков 37′-37′′′′ температуры. Плавильная печь 3 снабжена манипулятором, состоящим из электродвигателя 9 и электронного блока 10 управления, подключенного через плату 35 сбора данных к компьютеру 36, при этом электродвигатель 9 соединен через планку 11 со штоком 6 плавильной печи 3 с возможностью осуществления им осевых продольных перемещений и контакта с концевыми датчиками в его крайних положениях, подключенных к электронному блоку 10 управления, а в венте 17 верхней полуформы 13 размещен дополнительный датчик 18 температуры, подключенный через плату 35 сбора данных к компьютеру 36, который подключен к электронному блоку 10 управления манипулятором. Плавильная печь 3 через литник 14, снабженный нагревательным элементом, соединяется с верхней полуформой. Все узлы установки размещены на стеллаже 1, причем на верхней полке 11 размещена плавильная печь 3 с манипулятором. При работе установки автоматически контролируется процесс заливки жидкого металла в литейную форму, включая его нагрев до температуры заливки, а также уровень его заливки в литейную форму с помощью дополнительного датчика 18 температуры. Кроме того осуществляется контроль за процессом газовыделения из образца смеси с использованием газа-носителя, учитывая параметры влажности газовой смеси и концентрации каждого токсичного компонента. Полезная модель позволяет повысить точность измерений и расчета параметров газовыделения из залитой жидким металлом литейной формы при организации автоматического режима обработки экспериментальных данных и управления этапом заливки литейной формы жидким металлом. 2 з.п.ф., 2 ил. The utility model relates to the field of foundry and is intended to simulate the processes of gas evolution from molded molds filled with liquid metal. The installation comprises a melting furnace 3 with a crucible 4 for melting metal 5, equipped with a rod 6 with a stopper 7 fixed thereon, a temperature sensor 8 and a gate 14, an upper half-mold 13 connected to a melting furnace 3 with a cavity 16 for pouring liquid metal 5, a lower half-mold , which includes a sleeve 20 with a heat-insulating cylinder 21 and with the test sample 22 of the mixture, a hermetically sealed cover 23 with three holes 24, 24 ′, 24 ″ and a free cavity 25 formed between the test sample 22 and the cover 23 of the sleeve 20, source carrier gas 27 with a control element 28 connected through a sensor 30 for the flow of carrier gas and one of the holes 24 in the lid to a free cavity 25, the latter through another hole 24 "in the lid 23 is connected to the atmosphere either through a humidity sensor 32 or through a concentration determination sensor 34 toxic components, an experimental data processing system in the form of a computer 36 with sensors 30, 32 for carrier gas flow and humidity connected to it via a data acquisition board 35, respectively, and a block 37 of temperature sensors 37′-37 ′ ′ ′ ′. The melting furnace 3 is equipped with a manipulator consisting of an electric motor 9 and an electronic control unit 10 connected via a data collection board 35 to a computer 36, while the electric motor 9 is connected via a bar 11 to the rod 6 of the melting furnace 3 with the possibility of axial longitudinal movements and contact with it end sensors in its extreme positions connected to the electronic control unit 10, and in the vent 17 of the upper half-mold 13, an additional temperature sensor 18 is placed, connected via a data collection board 35 to a computer ru 36 which is connected to the electronic unit 10 controls the manipulator. The melting furnace 3 through the sprue 14, equipped with a heating element, is connected to the upper mold half. All units of the installation are placed on the rack 1, and on the upper shelf 11 there is a melting furnace 3 with a manipulator. During operation of the installation, the process of pouring liquid metal into the mold is automatically controlled, including its heating to the pouring temperature, as well as the level of its pouring into the mold using an additional temperature sensor 18. In addition, the process of gas evolution from the sample mixture is controlled using a carrier gas, taking into account the humidity parameters of the gas mixture and the concentration of each toxic component. The utility model makes it possible to increase the accuracy of measurements and calculation of gas evolution parameters from a mold cast in liquid metal when organizing an automatic processing of experimental data and controlling the stage of casting the mold with liquid metal. 2 C.p.F., 2 ill.

Description

Полезная модель относится к области литейного производства и предназначена для моделирования процессов газовыделения из залитых жидким металлом литейных форм с целью прогнозирования загазованности заливочных отделений литейных цехов при различных условиях производства, а также прогнозирования качества отливок.The utility model relates to the field of foundry and is intended to simulate the processes of gas evolution from molten molds cast with liquid metal in order to predict the gas contamination of casting departments of foundries under various production conditions, as well as to predict the quality of castings.

Известно устройство для определения скорости газовыделения из формовочных и стержневых смесей, которое включает в себя опоку со смесью, а также полость для заливки расплавленным металлом, и нижнюю полуформу, включающую в себя нижнюю опоку, основание и гильзу с теплоизоляционным цилиндром и с исследуемым образцом смеси, крышку с двумя отверстиями, свободную полость, образованную между исследуемым образцом, источник газа-носителя, датчики расхода газа, пробоотборник [1].A device for determining the rate of gas evolution from molding and core mixtures, which includes a flask with a mixture, as well as a cavity for pouring molten metal, and a lower half-mold including a lower flask, a base and a sleeve with a heat-insulating cylinder and with a test sample of the mixture, a cover with two openings, a free cavity formed between the test sample, a carrier gas source, gas flow sensors, a sampler [1].

Недостатком устройства является то, что его конструкция не позволяет получать нужный объем информации о процессах газовыделения из исследуемых образцов залитых жидким металлом литейных форм, а также трудоемкость проведения исследований. Кроме этого известное устройство не обладает достаточной точностью получения экспериментальных данных и достаточной надежностью их математической обработки, так как не предусматривает компьютеризацию проведения исследований.The disadvantage of this device is that its design does not allow you to get the right amount of information about the processes of gas evolution from the studied samples of molded molds filled with liquid metal, as well as the complexity of the research. In addition, the known device does not have sufficient accuracy in obtaining experimental data and sufficient reliability of their mathematical processing, since it does not provide for the computerization of research.

Известно устройство для определения параметров газовыделения из залитых жидким металлом образцов литейных форм, принятое за прототип, которое: состоит из верхней полуформы, включающей в себя опоку со смесью, полость для заливки жидким металлом и вент для удаления воздуха из нее, опорное кольцо, нижнюю полуформу, включающую в себя гильзу с теплоизоляционным цилиндром и с исследуемым образцом, источник газа-носителя, набор крышек с отверстиями для продувки газом-носителем свободной полости, образованной между исследуемым образцом и крышкой гильзы, а также для установки электронных датчиков расхода газов, температур, влажности и определения концентрации токсичных газов, подключенных к системе обработки экспериментальных данных [2].A device is known for determining the parameters of gas evolution from molten metal samples cast in molds, adopted as a prototype, which: consists of an upper mold half including a flask with a mixture, a cavity for pouring molten metal and a vent to remove air from it, a support ring, a lower mold , which includes a sleeve with a heat-insulating cylinder and with the test sample, a carrier gas source, a set of covers with holes for purging a free cavity between the test sample and the covers by the carrier gas second sleeve and for the installation of electronic sensors gas flow, temperature, humidity, and determining the concentration of toxic gases, connected to experimental data processing system [2].

Недостатком устройства является то, что оно не позволяет полностью автоматизировать процесс проведения экспериментальных исследований, точно дозировать подачу жидкого металла в полость, находящуюся в верхней опоке устройства, для заливки жидким металлом исследуемого образца смеси.The disadvantage of this device is that it does not fully automate the process of conducting experimental studies, accurately dosing the supply of liquid metal into the cavity located in the upper flask of the device for filling the sample of the mixture with liquid metal.

Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение точности измерений и расчета параметров газовыделения из залитой жидким металлом литейной формы при организации автоматического режима обработки экспериментальных данных и управления этапом заливки литейной формы жидким металлом.The technical problem to which the utility model is directed is to increase the accuracy of measurements and calculation of gas evolution parameters from a mold cast in liquid metal while organizing automatic processing of experimental data and controlling the stage of casting the mold with liquid metal.

Поставленная техническая задача решается тем, что установка для моделирования процессов газовыделения из залитой жидким металлом литейной формы, содержащая плавильную печь с тиглем для плавки металла, снабженную штоком с закрепленной на ней пробкой, датчиком температуры и литником, соединенную с плавильной печью верхнюю полуформу с полостью для заливки жидким металлом, нижнюю полуформу, в состав которой включены гильза с теплоизоляционным цилиндром и с исследуемым образцом смеси, фиксируемым с помощью сетки, герметично установленная крышка с тремя отверстиями и свободная полость, образованная между исследуемым образцом и крышкой гильзы, источник газа-носителя с регулирующим элементом, подключенный через датчик расхода газа-носителя и одно из отверстий в крышке к свободной полости, которая через другое отверстие в крышке связана с атмосферой либо через датчик определения влажности, либо через датчик определения концентраций токсичных компонентов, и систему обработки экспериментальных данных с подключенными к ней через плату сбора данных датчиками расхода газа-носителя, влажности и блоком датчиков температуры, размещенным в третьем отверстии крышки, причем теплоизоляционный цилиндр выполнен керамическим с внутренней закрытой кольцевой полостью, заполненной теплоизоляционным материалом, согласно полезной модели плавильная печь снабжена манипулятором, состоящим из электродвигателя и электронного блока управления, подключенного через плату сбора данных к компьютеру, при этом электродвигатель соединен через планку со штоком плавильной печи с возможностью осуществления им осевых продольных перемещений и контакта с концевыми датчиками в его крайних положениях, подключенных к электронному блоку управления, а в венте верхней полуформы размещен дополнительный датчик температуры, подключенный через плату сбора данных к компьютеру, который через плату сбора данных подключен к электронному блоку управления манипулятором плавильной печи.The stated technical problem is solved by the fact that the installation for simulating gas evolution processes from a mold cast in liquid metal, containing a melting furnace with a crucible for melting metal, equipped with a rod with a stopper attached to it, a temperature sensor and a gate, connected to the melting furnace is an upper half-mold with a cavity for liquid metal castings, the lower half-mold, the composition of which includes a sleeve with a heat-insulating cylinder and with the test sample of the mixture, fixed with a mesh, hermetically installed a cover with three holes and a free cavity formed between the test sample and the cover of the sleeve, a carrier gas source with a control element connected through a flow sensor of the carrier gas and one of the holes in the cover to a free cavity, which is connected through the other hole in the cover to the atmosphere either through a humidity detection sensor or through a sensor for determining the concentrations of toxic components, and an experimental data processing system with nose-gas flow sensors connected to it through a data acquisition board temperature, the heat-insulating cylinder is made of ceramic with an internal closed annular cavity filled with heat-insulating material, according to a utility model, the melting furnace is equipped with a manipulator consisting of an electric motor and an electronic control unit connected via a data acquisition board to the computer, while the electric motor is connected through the bar with the rod of the melting furnace with the possibility of implementation of axial longitudinal emescheny and contact with the limit switches in its extreme positions, connected to an electronic control unit, and in Wente upper mold placed additional temperature sensor is connected via a data acquisition board in a computer which via a data acquisition board connected to the electronic control unit manipulator melting furnace.

Поставленная техническая задача решается также тем, что литник между плавильной печью и верхней полуформой снабжен нагревательным элементом.The stated technical problem is also solved by the fact that the gate between the melting furnace and the upper half-mold is equipped with a heating element.

Кроме того, установка размещена на стеллаже, имеющем полки, причем на верхней полке установлена плавильная печь с манипулятором.In addition, the installation is placed on a shelf having shelves, and a melting furnace with a manipulator is installed on the upper shelf.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена общая схема предлагаемой установки с ее отдельными узлами; на фиг.2 приведена структурная схема управления электродвигателем манипулятора [3].The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a General diagram of the proposed installation with its individual nodes; figure 2 shows the structural diagram of the control motor of the manipulator [3].

На чертежах приняты следующие обозначения: § - геометрический размер (толщина) полости для заливки жидким металлом; h -геометрический размер исследуемого образца смеси, моделирующий преобладающую толщину стенки литейной формы; W_фг - скорость выделения формовых газов из залитого жидким металлом образца исследуемой смеси.The following notations are used in the drawings: § - geometric size (thickness) of the cavity for pouring with liquid metal; h is the geometric size of the test mixture sample, simulating the prevailing wall thickness of the mold; W _fg is the rate of evolution of shaped gases from a sample of the test mixture flooded with liquid metal.

Кроме того, стрелками показано направление движения, как газа-носителя, так и формовых газов.In addition, the arrows indicate the direction of motion of both the carrier gas and the shaped gases.

Установка для моделирования процессов газовыделения (фиг.1) состоит из стеллажа 1, на верхней полке 2 которого установлена плавильная печь 3 с тиглем 4 для плавки металла 5, снабженную штоком 6 с закрепленной на нем пробкой 7, закрывающей отверстие (на черт. не обозначено) в тигле 4, и датчиком 8 температуры. Плавильная печь 3 снабжена манипулятором (на черт. не обозначен), состоящим из электродвигателя 9 и электронного блока 10 управления. Причем электродвигатель 9 соединен через планку 11 со штоком 6 с возможностью осуществления им осевых перемещений. На второй полке 12 стеллажа 1 устанавливается литейная форма, состоящая из верхней полуформы 13, а также нижней полуформы (на черт. не обозначена). Верхняя полуформа 13 содержит литник 14 с нагревательным элементом (на черт. не обозначен), стояк 15, полость 16 для заливки жидким металлом 5, а также венты 17 для удаления воздуха из полости 16, в одной из которых размещен дополнительный датчик 18 температуры.Installation for modeling gas evolution processes (Fig. 1) consists of rack 1, on the upper shelf 2 of which there is a melting furnace 3 with a crucible 4 for melting metal 5, equipped with a rod 6 with a stopper 7 fixed to it, covering the hole (not indicated in the drawing) ) in crucible 4, and temperature sensor 8. The melting furnace 3 is equipped with a manipulator (not shown in the drawing), consisting of an electric motor 9 and an electronic control unit 10. Moreover, the electric motor 9 is connected through the bar 11 with the rod 6 with the possibility of axial movements. On the second shelf 12 of the rack 1, a casting mold is installed, consisting of the upper mold half 13, as well as the lower mold half (not shown in the drawing). The upper half-mold 13 contains a gate 14 with a heating element (not indicated in the drawing), a riser 15, a cavity 16 for pouring liquid metal 5, and a vent 17 for removing air from the cavity 16, in one of which an additional temperature sensor 18 is placed.

Литник 14 соединяет плавильную печь 3 через стояк 15 с полостью 16 для заливки жидким металлом. Верхняя полуформа 13 в виде опоки 19 со смесью фиксируется совместно с нижней полуформой с помощью корпусного кольца 19'. В состав нижней полуформы включены гильза 20 с теплоизоляционным цилиндром 21 и исследуемым образцом 22 смеси, фиксируемым в гильзе 20 с помощью сетки (на чертеже не обозначена), герметично установленная крышка 23 с тремя отверстиями (24, 24′, 24′′) и свободная полость 25, образованная между исследуемым образцом 22 смеси и крышкой 23 гильзы 20. Размер свободной полости 25 по высоте определяется расстоянием между исследуемым образцом 22 смеси, который изготавливается в теплоизоляционном цилиндре 21 и крышкой 23 и может быть задан с помощью подставки 26.Sprue 14 connects the melting furnace 3 through the riser 15 with the cavity 16 for pouring liquid metal. The upper half-mold 13 in the form of a flask 19 with the mixture is fixed together with the lower half-mold using the housing ring 19 '. The lower half-mold includes a sleeve 20 with a heat-insulating cylinder 21 and a test mixture 22, fixed in a sleeve 20 using a net (not indicated in the drawing), a hermetically sealed cover 23 with three holes (24, 24 ′, 24 ′ ′) and free the cavity 25 formed between the test sample 22 of the mixture and the cover 23 of the sleeve 20. The height of the free cavity 25 is determined by the distance between the test sample 22 of the mixture, which is made in the heat-insulating cylinder 21 and the cover 23 and can be set using the stand 26.

На нижней полке (на чертеже не обозначена) стеллажа 1 устанавливается контроллер (не обозначен на чертеже) плавильной печи 3, источник 27 газа - носителя с регулирующим элементом 28 в виде, например, вентиля, подключенный газовой линией связи 29 через датчик 30 расхода газа-носителя и одно из трех отверстий в крышке, а именно, отверстие 24, к свободной полости 25. Последняя через другое отверстие 24′′ в крышке 23 связано линией 31 связи с атмосферой либо через датчик 32 определения влажности, либо через переключающееся устройство 33 и датчик 34 определения концентраций токсичных компонентов, который устанавливается на лабораторном столе (на черт. обозначен). Электронный блок 10 управления манипулятором устанавливаются на лабораторном столе. На лабораторном столе также устанавливается плата 35 сбора данных и персональный компьютер 36. Датчики температуры 8 и 18 связаны электрической линией связи (на черт. не обозначена) через плату 35 сбора данных с персональным компьютером 36. В третье отверстие 24′ в крышке 23 устанавливается блок 37 датчиков 37′…37′′′′ температуры в виде термопар и терморезисторов, которые распределены в объеме исследуемого образца 22 смеси, а также в свободной полости 25. Причем теплоизоляционный цилиндр 21 выполнен керамическим огнеупорным с внутренней кольцевой полостью (на черт. не обозначена), заполненной каолиновой ватой или каолиновым картоном и закрыт керамической крышкой 21′.On the lower shelf (not indicated in the drawing) of rack 1, a controller (not indicated in the drawing) of the melting furnace 3 is installed, the gas source 27 is a carrier with a regulating element 28 in the form, for example, of a valve connected by a gas communication line 29 through a gas flow sensor 30 the carrier and one of the three holes in the cover, namely, the hole 24, to the free cavity 25. The latter through the other hole 24 ″ in the cover 23 is connected by a communication line 31 to the atmosphere either through a humidity sensor 32 or through a switching device 33 and a sensor 34 definitions concentrations of toxic components, which is set on the bench (in Fig. indicated). The electronic unit 10 for manipulator control are installed on the laboratory bench. A data collection board 35 and a personal computer 36 are also installed on the laboratory bench. Temperature sensors 8 and 18 are connected by an electric communication line (not indicated in the drawing) via a data collection board 35 to a personal computer 36. A block is installed in the third hole 24 ′ in the cover 23 37 temperature sensors 37 ′… 37 ″ ″ ′ in the form of thermocouples and thermistors that are distributed in the volume of the test sample 22 of the mixture, as well as in the free cavity 25. Moreover, the heat-insulating cylinder 21 is made of ceramic refractory with an inner ring cavity (not shown in the drawing) filled with kaolin wool or kaolin cardboard and closed with a ceramic lid 21 ′.

Входящий в состав манипулятора электронный блок 10 управления состоит из микроконтроллера 38 с усилителем 39 мощности с концевыми датчиками 40 и 41, с которыми контактирует шток 6 в крайних своих положениях при перемещениях (см. фиг.2).The electronic control unit 10 included in the manipulator consists of a microcontroller 38 with a power amplifier 39 with end sensors 40 and 41, with which the rod 6 contacts in its extreme positions during movements (see figure 2).

Установка для моделирования процессов газовыделения из залитой жидким металлом литейной формы работает следующим образом.Installation for modeling processes of gas evolution from a molten mold cast in liquid metal works as follows.

После загрузки в тигель 4 шихтовых материалов и их плавления при достижении температуры заливки жидкого металла 5 в полость 16 верхней полуформы 13 электрический сигнал с датчика 8 температуры, вмонтированного в шток 6, через плату 35 сбора данных поступает в персональный компьютер 36, с помощью которого по программе подается звуковой сигнал или команда "Поднять шток для заливки жидким металлом литейной формы" и, соответственно, электрический сигнал от компьютера 36 через плату 35 сбора данных подается в электронный блок 10, который управляет электродвигателем 9 манипулятора и, соответственно, шток 6 автоматически поднимается.After loading 4 charge materials into the crucible and melting it when the temperature of pouring liquid metal 5 into the cavity 16 of the upper half-mold 13 is reached, the electric signal from the temperature sensor 8 mounted in the rod 6 is fed to the personal computer 36 through the data acquisition board 35, by which the program receives a sound signal or the command "Raise the rod for pouring molten metal with molten metal" and, accordingly, the electrical signal from the computer 36 through the data collection board 35 is fed to the electronic unit 10, which controls the electric the motor 9 of the manipulator and, accordingly, the rod 6 automatically rises.

В процессе заливки полости 16 верхней полуформы 13 жидким металлом 5 через литник 14 и стояк 15 происходит постепенное вытеснение воздуха из полости 16 через венты 17 в атмосферу (см. фиг.1), и когда уровень жидкого металла 5 достигает уровня установки датчика 18 температуры (термопары), электрический сигнал от него через плату 35 сбора данных поступает в персональный компьютер 36, и согласно программе подается звуковой сигнал или команда "Опустить шток" и, соответственно, подается электрический сигнал от компьютера 36 через плату 35 сбора данных в электронный блок 10, который управляет двигателем 9 манипулятора и, соответственно, шток 6 автоматически опускается.In the process of filling the cavity 16 of the upper half-mold 13 with liquid metal 5 through the gate 14 and the riser 15, the air is gradually displaced from the cavity 16 through the vents 17 into the atmosphere (see Fig. 1), and when the level of the liquid metal 5 reaches the installation level of the temperature sensor 18 ( thermocouples), the electric signal from it through the data collection board 35 enters the personal computer 36, and according to the program, an audio signal or the "Lower the rod" command is supplied and, accordingly, the electric signal from the computer 36 is transmitted through the data collection card 35 to the electronic the cartridge block 10, which controls the manipulator motor 9 and, accordingly, the rod 6 is automatically lowered.

Работать на установке можно и в ручном режиме при отключенном манипуляторе. В этом случае подъем и опускание штока производится по звуковым командам компьютера.It is possible to work on the installation in manual mode with the manipulator turned off. In this case, the raising and lowering of the rod is performed according to the sound commands of the computer.

Электрический сигнал от персонального компьютера 36 через плату 35 сбора данных передается на микроконтроллер 38, далее на усилитель 39 мощности и, соответственно, на вход электродвигателя 9. После этого шток 6 поднимается для открытия отверстия в днище тигля 4 и заливки жидким металлом образца 22 исследуемой смеси. Причем осевое перемещение штока 6 вверх для подачи жидкого металла 5 в полость 16 ограничивается концевым датчиком 40, а осевое перемещение штока 6 вниз для закрытия отверстия (на черт. не обозначено) в днище тигля 9 для прекращения подачи жидкого металла в литейную форму ограничивается концевым датчиком 41. Итак, концевые датчики 40, 41 ограничивают перемещение штока 6 в вертикальной плоскости. Причем электронный блок 10 управления манипулятором также задает необходимую скорость перемещения штока 6.An electric signal from a personal computer 36 is transmitted through a data acquisition board 35 to a microcontroller 38, then to a power amplifier 39 and, accordingly, to the input of an electric motor 9. After that, the rod 6 rises to open a hole in the bottom of the crucible 4 and fill the sample 22 with the liquid metal . Moreover, the axial movement of the rod 6 up to supply the molten metal 5 to the cavity 16 is limited by the end sensor 40, and the axial movement of the rod 6 down to close the hole (not indicated in the drawing) in the bottom of the crucible 9 to stop the supply of liquid metal to the mold is limited by the end sensor 41. So, the end sensors 40, 41 limit the movement of the rod 6 in the vertical plane. Moreover, the electronic control unit 10 of the manipulator also sets the necessary speed of movement of the rod 6.

Под влиянием высоких температур в исследуемом образце 22 происходят процессы газообразования, фильтрации и выделения формовых газов в свободную полость 25 между сеткой и крышкой 23, в которой токсичные компоненты формовых газов смешиваются с газом-носителем (например, аргоном), поступающим от источника 27 газа-носителя с регулирующим элементом, например, в виде вентиля 28 по линии 29 газовой связи через датчик 30 расхода газа-носителя и отверстие 24 в крышке 23. При этом электронный датчик 30 расхода газа-носителя, предварительно тарированный по расходу выбранного газа-носителя, фиксирует расход газа-носителя, значения которого устанавливаются с помощью регулирующего элемента в виде вентиля 28. Затем образованная в свободной полости 25 газовая смесь газа-носителя с формовыми газами, выделяющимися из образца 22 исследуемой смеси, по газовой линии связи 31 через отверстие 24" в крышке 23, далее через датчик 32 влажности через переключающееся устройство 33 поступает непосредственно в атмосферу, либо через датчик 34 определения концентрации каждого i-го токсичного газа Ki в различные моменты времени. Установленный в газовой линии 31 связи датчик 32 определения влажности газов фиксирует значение влажности смеси газа-носителя и формовых газов.Under the influence of high temperatures in the test sample 22, processes of gas formation, filtration and release of shaped gases into the free cavity 25 between the grid and the cover 23, in which the toxic components of the shaped gases are mixed with a carrier gas (for example, argon), coming from a gas source 27 carrier with a control element, for example, in the form of a valve 28 through a gas communication line 29 through a carrier gas flow sensor 30 and an opening 24 in the cover 23. Moreover, the carrier gas flow sensor 30, previously calibrated according to in the course of the selected carrier gas, fixes the flow rate of the carrier gas, the values of which are set with the help of a regulating element in the form of a valve 28. Then, the carrier gas mixture formed in the free cavity 25 with the shaped gases released from the sample 22 of the studied mixture is transmitted through the gas line 31 through the hole 24 "in the cover 23, then through the humidity sensor 32 through the switching device 33 it enters directly into the atmosphere, or through the sensor 34 for determining the concentration of each ith toxic gas Ki at various times Meni. Installed in the gas communication line 31, a sensor 32 for detecting gas humidity detects a moisture value of a mixture of carrier gas and formed gases.

Зная расход газа-носителя W_гн и концентрацию токсичного газа Ki в газовой смеси, можно рассчитать массовую скорость Wi выделения i-токсичного газа из образца 22 смеси, используя выражениеKnowing the carrier gas flow rate _Wn and the concentration of toxic gas Ki in the gas mixture, we can calculate the mass rate Wi of the release of i-toxic gas from sample 22 of the mixture using the expression

Wi=0.001·Wгн·Ki, мг/мин,Wi = 0.001 · Wgn · Ki, mg / min,

где W_гн -скорость газа-носителя, л/мин; Ki - концентрация токсичного компонента в газовой смеси, мг/м³.where W _{gn is the} velocity of the carrier gas, l / min; Ki is the concentration of the toxic component in the gas mixture, mg / m ³ .

Сигналы от электрических датчиков 8, 18, 34, а также блока 37 датчиков поступают к системе обработки экспериментальных данных в виде компьютера 36 посредством платы 35 сбора данных, записываются в файл базы экспериментальных данных, а затем автоматически обрабатываются согласно программе. Применяемый в составе гильзы теплоизоляционный цилиндр 21, закрытый керамической крышкой 21′, с внутренней кольцевой полостью, заполненной каолиновой ватой или каолиновым картоном, позволяет предотвратить нагрев боковой поверхности образца 22 смеси.The signals from the electric sensors 8, 18, 34, as well as the sensor unit 37 are supplied to the experimental data processing system in the form of a computer 36 via the data collection board 35, are recorded in the experimental data base file, and then automatically processed according to the program. The heat-insulating cylinder 21 used in the sleeve, closed with a ceramic cap 21 ′, with an inner annular cavity filled with kaolin wool or kaolin cardboard, prevents the side surface of the sample 22 from heating.

Помимо исследования процесса газовыделения из залитой литейной формы установка позволяет исследовать кинетику изменение температуры, как на границе металл-форма, так и в различных частях отливки, а также проведя параллельные металлографические исследования, можно построить эмпирическую математическую модель зависимости величины зерна отливки от скорости кристаллизации отливки, которая имеет вид:In addition to studying the process of gas evolution from a cast mold, the apparatus allows one to study the kinetics of temperature changes both at the metal-mold interface and in different parts of the casting, as well as by conducting parallel metallographic studies, an empirical mathematical model can be constructed of the dependence of the size of the casting grain on the crystallization rate of the casting which has the form:

где A, m - эмпирические коэффициенты; d - размеры зерна; W_кp -скорость кристаллизации металла. В [4] получено выражение, определяющее зависимость средней величины зерна <d> металла от теплофизических свойств металла и от теплоаккумулирующей способности литейной формы. Полученный в работе [4] результат позволяет прогнозировать прочностные свойства отливок на стадии их проектирования технологического процесса их изготовления.where A, m are empirical coefficients; d - grain size; W _{kp is the} rate of crystallization of the metal. In [4], an expression was obtained that determines the dependence of the average grain size <d> of a metal on the thermophysical properties of the metal and on the heat storage capacity of the mold. The result obtained in [4] allows us to predict the strength properties of castings at the stage of their design of the technological process of their manufacture.

Помимо исследования кинетики процесса газовыделения из образцов 22 исследуемой смеси с плоской поверхностью контакта с жидким металлом (фиг.1) на установке можно исследовать процесс газовыделения образцов смеси с криволинейной поверхностью контакта с жидким металлом, что позволяет ввести поправочные коэффициенты при расчете параметров газовыделения из залитых литейных форм, по известной методике [5].In addition to studying the kinetics of the process of gas evolution from samples 22 of the test mixture with a flat contact surface with liquid metal (Fig. 1), one can study the process of gas evolution of samples of a mixture with a curved surface of contact with liquid metal, which allows one to introduce correction coefficients when calculating gas evolution parameters from cast cast forms, according to a known method [5].

Организованная таким образом работа установки позволяет более точно и информативно определять параметры газовыделения из залитых литейных форм, так как предусмотрена автоматическая запись и обработка сигналов с датчиков в экспресс-режиме. Такая схема проведения исследований по определению параметров газовыделения целесообразна как для прогнозирования загазованности промышленных помещений литейных цехов [6] и загрязнения окружающей среды промышленными выбросами литейных цехов [7], так и для прогнозирования качественных показателей отливок [4].Organized in this way, the operation of the installation allows more accurately and informatively determine the parameters of gas evolution from the cast molds, as automatic recording and processing of signals from sensors in express mode is provided. Such a scheme for conducting studies to determine the parameters of gas evolution is appropriate both for predicting the gas contamination of industrial premises of foundries [6] and environmental pollution by industrial emissions of foundries [7], and for predicting the quality indicators of castings [4].

Таким образом, предлагаемая полезная модель повышает точность измерений и расчета параметров газовыделения из залитой жидким металлом литейной формы при организации автоматического режима обработки экспериментальных данных и управления этапом заливки формы жидким металлом.Thus, the proposed utility model improves the accuracy of measurements and calculation of gas evolution parameters from a mold cast in liquid metal when organizing automatic processing of experimental data and controlling the mold pouring stage with liquid metal.

Источники информацииInformation sources

1. Патент РФ на изобретение №2247624,, 7МПК В22С 9/00, публ. 2005 (аналог).1. RF patent for the invention №2247624 ,, 7МПК В22С 9/00, publ. 2005 (analog).

2. Патент на полезную модель РФ №64958, МПК В22С 9/00, публ. 2007 (прототип).2. Patent for utility model of the Russian Federation No. 64958, IPC V22C 9/00, publ. 2007 (prototype).

3. Фрунзе А.В. Микроконтроллеры? Это же просто!. М: ООО "ИД СКИМЕН", Т.2, 2002.3. Frunze A.V. Microcontrollers? It's that simple !. M: LLC "ID SKIMEN", T.2, 2002.

4. Погосбекян Ю.М. Методы формообразования заготовок литьем и обработкой давлением в автостроении. М: МАДИ (ГТУ). 2002.4. Pogosbekyan Yu.M. Methods of forming billets by casting and pressure treatment in the automotive industry. M: MADI (GTU). 2002.

5. Медведев Я.И., Погосбекян Ю.М. Расчет загазованности заливочных отделений // Литейной производство. 1977. №6. С.33-34.5. Medvedev Y.I., Pogosbekyan Yu.M. Calculation of gas contamination of filling compartments // Foundry production. 1977. No. 6. S.33-34.

6. Погосбекян Ю.М., Паповян М.Н., Успенский М.Д. Газовыделение в литейных цехах и прогнозирование загазованности производственных помещений //Известия Вузов. Черная металлургия, №1, 2005. С.52-56.6. Pogosbekyan Yu.M., Papovyan M.N., Uspensky M.D. Gas evolution in foundries and forecasting gas contamination of industrial premises // News of Universities. Ferrous metallurgy, No. 1, 2005. S. 52-56.

7. Погосбекян Ю.М. К вопросу рассеяния промышленных выбросов металлургических заводов в окружающей среде//Известия Вузов. Черная металлургия, №3. 1992. С.82-85.7. Pogosbekyan Yu.M. On the issue of dispersion of industrial emissions of metallurgical plants in the environment // News of Universities. Ferrous metallurgy, No. 3. 1992. S. 82-85.

Claims (3)

1. Установка для моделирования процессов газовыделения из залитой жидким металлом литейной формы, содержащая плавильную печь с тиглем для плавки металла, снабженную штоком с закрепленной на нем пробкой, датчиком температуры и литником, соединенную с плавильной печью верхнюю полуформу с полостью для заливки жидким металлом, нижнюю полуформу, в состав которой включены гильза с теплоизоляционным цилиндром и с исследуемым образцом смеси, фиксируемым с помощью сетки, герметично установленная крышка с тремя отверстиями и свободная полость, образованная между исследуемым образцом и крышкой гильзы, источник газа-носителя с регулирующим элементом, подключенный через датчик расхода газа-носителя и одно из отверстий в крышке к свободной полости, которая через другое отверстие в крышке связана с атмосферой либо через датчик определения влажности, либо через датчик определения концентраций токсичных компонентов, и систему обработки экспериментальных данных с подключенными к ней через плату сбора данных датчиками расхода газа-носителя, влажности и блоком датчиков температуры, размещенным в третьем отверстии крышки, причем теплоизоляционный цилиндр выполнен керамическим с внутренней закрытой кольцевой полостью, заполненный теплоизоляционным материалом, отличающаяся тем, что плавильная печь снабжена манипулятором, состоящим из электродвигателя и электронного блока управления, подключенного через плату сбора данных к компьютеру, при этом электродвигатель соединен через планку со штоком плавильной печи с возможностью осуществления им осевых продольных перемещений и контакта с концевыми датчиками в его крайних положениях, подключенных к электронному блоку управления, а в венте верхней полуформы размещен дополнительный датчик температуры, подключенный через плату сбора данных к компьютеру, который через плату сбора данных подключен к электронному блоку управления манипулятором плавильной печи.1. Installation for simulating the processes of gas evolution from a molten mold cast with liquid metal, comprising a melting furnace with a crucible for melting metal, equipped with a rod with a cork fixed to it, a temperature sensor and a gate, an upper half-mold with a cavity for pouring liquid metal connected to the melting furnace, lower a half-mold, which includes a sleeve with a heat-insulating cylinder and with the test mixture sample, fixed with a mesh, a hermetically sealed cover with three holes and a free cavity, about A source of carrier gas with a regulating element connected between the test sample and the sleeve cover, connected through a carrier gas flow sensor and one of the holes in the cover to a free cavity, which is connected through the other hole in the cover to the atmosphere either through a humidity detection sensor or through a sensor for determining the concentrations of toxic components, and a system for processing experimental data with sensors for carrier gas flow, humidity and a block of temperature sensors connected to it through a data acquisition board, p located in the third opening of the lid, the heat-insulating cylinder made of ceramic with an inner closed annular cavity filled with heat-insulating material, characterized in that the melting furnace is equipped with a manipulator consisting of an electric motor and an electronic control unit connected via a data acquisition board to a computer, while the electric motor is connected through the bar with the rod of the melting furnace with the possibility of axial longitudinal movements and contact with end sensors to its edge positions connected to the electronic control unit, and in the fan of the upper half-mold there is an additional temperature sensor connected via a data acquisition board to a computer, which is connected to the electronic control unit of the melting furnace manipulator via the data acquisition board. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что литник между плавильной печью и верхней полуформой снабжен нагревательным элементом.2. Installation according to claim 1, characterized in that the gate between the melting furnace and the upper half-mold is equipped with a heating element. 3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она размещена на стеллаже, имеющем полки, причем на верхней полке установлена плавильная печь с манипулятором.

3. Installation according to claim 1, characterized in that it is placed on a rack having shelves, and a melting furnace with a manipulator is installed on the upper shelf.