Линчевский Б.В. Техника металлургического эксперимента

Подождите немного. Документ загружается.

Рис.

71.

€хема

виско3имет-

ра

враща|ощимся

тиглем:

/_опорньге

стойкн;

2-ко_

рундовая

труба;

3-под-

ставка

т!{гля:

4_двигатель;

,_родуктор;

6_передача

вращения

тиглю;

7_корпус

печи;

8_3ась!пйа

пз }ам_

повой

са)|(и;

9_графитовь:й

:шпиндель;

спцоалуц

таз

1т19_А1;

иагни!;

3еркало;

крепление

ни-

ти1

нить;

'/5

центро-

вь|е

подвески;

/6_молиб!е-

новь:й

нагреватель;

призма

для

измерення

тем.

пературь|

!|!=|('1:(цо,

(онстанту

прибора

рассчить|вают

помощью

}кидко,сти

и3вестной

вязкости.

}гол

закручивания

оп-

ределяют

оптическим

способо'м.

Ёа

н|\т\1 (подвеске)укрепляют

зеркальце'

скФтФРФ0

падает

пу_

чок

,света.

.(,ля

повы:шения

чувст-

вительности

прибора

1шкалу

для

светового

3айчика

зна.читель'|{о

удаляют

от

зеркальца.

на

рие'7\

показа,на

схема

виско3иметра

враща!ощимся

нару}кньтм

ци_

линдром (тиглем)

и неподви)к-

ньтм

-внутренним

(тшпинделем).

.|!г1ол'ибденовь|й

тигель,

о'бма-

занный

гли,ноземисть]м

цементом'

помещен

в графитовь]й

тигель.

11]лак

плавят

молибденовом

тигле.

све,рху

печь

проходит

графитовь|й

тп'пиндель'

на

ко{нце

которого

ук_репле}н

цилиндр

из

молибдена.

111пиндель

чере3

пе-

рех,одник

подсоединен

корундо-

вой

подвеске

зеркальцем'

на

ко-

которой

нам0тана

проволочная

спираль.

€пираль

помещена

в по_

ле

по.стоя,нн1ого

магнита'

тигель

расплавом

вращается

снизу

специальнь1м

приводом

оо

скоро_

стью

50 о6|,мин.

}(рутильньтй

йо-

мент

|ппинделя

уравнове1|],ивает-

ся

пропусканием

тока

чере3

спи_

раль'

по!мещенную

магнитном

поле.

при

равновесии

крутиль-

нь|й

момент

пропорцио'нален

силе

тока

.[,

проходящего

чере3

нить:

(57)

кон-

:{:

('_коэффициент

пропорциональности;

станта

виско3иметра.

тогда

вязкость

ц:

|(,/|('|/о

1ак

как

константа (

является

функцией

глубинь|

погру)кения

1ппинделя'

то

строят

зависимость

отно1шения

!60

погрух(ения

определяют

(*)

дде

(|о)".я,_отно1пение'

эквивалентное

глубине

погру-

)кения

для

градуировонной

х<идкости,

(||о)

отноце-

н\1е

для

и3учаемой

жидкости

при

той

же

глубине

погру.

х{ения;

поправка

на терминеское

|рас1ш'ирение

мо,тибденового

цилиндра.

||риборьт

с гц6кой

подвеской

обладают

вь1сокой

чувствительностью'

но

весь'ма

капризнь1'

так

как нить

теряет

упругие

свойства

1{ требуется

центровка

[шпин.

деля.

Бискозиметрь1

с }кесткой

подвеской

шпинделя

более

комт1актнь1'

в них

не

требуется

строгая

центровка

нити.

1-[пиндель

приводится

во

вращение

электродвигателем.

Бязкое

сопротивление

жидкости

в,ращонию

]ппинде-

ля

ока3ь1вает

влиян.ие

на

усилие

двигателя.

Бяз-

кость

определяют

по и3менению

электрических

характе_

ристик

электродвигателя.

}1омент

трения

на

валу

двига_

теля

пропорционален

вязкости

х(идкости'

если

отсутст_

вует

тур6улентное

течение.

,(ля

:регистраци'и и3менения

силь|

тока

обмотку

двигателя

включают

и3меритель-

ную

схему.

@бщий

недостаток

виско3иметров

данного

типа

сос_

тоит

в том'

что

биение

1:]пинделя

изменяет

воспроизво_

димость

показаний.

1рение

под1пипниках

щетках

двигателя

сни)кает

чувствительность

приборов

области

маль1х

вязкостей.

преимуществам

ротационнь!х

виско-

3иметров

отно^сятся:^

тпиро_кий

диапа3он

изйерений

вя3костей

(1г2-10-3

Ё.с/ма)'

вь|сокая

точно|сть

ийере-

ния'

неп!р

ер ьт'вно,е

п ер

ем

е1ши|в

а ни,е

а!с|пл

а1ва,в тигл

е.

с19*1

ротационного

виско3иметра

пока3ана

на

р11с.

72'..электродвигатель

п|риводит

во

вращение

молиб_

деновьтй

1шпиндель'

на

конце

кото,рого

на]са)кена

цилинд_

рическая

головка

д'иаметром

7 и

длиной

мм.

..3лектрическая

схема

виско3иметра

представляет

со_

бой и3мерительньтй

мост.

одно плечо

моста

включен

электродвигатель

постоянного

тока

без

обмотки

возбу>к-

ден|1я'

другое

сопротивление.

|[ерел

тем

как

производится

измерение

вязкости

при

вращении

|ппинделя

на

воздухе

мост

сопротивленйя

уравнове1пивают.

Фпускают

шпиндель

расплав

и вклю-

!|о

от глубины

кости

затем

1г.

х<

,:тг

для

граду]{р'о1вочн,ой

х<ид_

вязко,сть

любой )кидкости:

(58)

6 3ак.

664

161

чают

пока3ь1вающий

прибор.

€опротивление

!шлака

вра_

щению

тормозит

двигатель.

Ёагрузка

на его

валу

повьт-

1шается'

в нулевой

цепи

появляется

ток,

которьтй

фикси-

руется

ука3ьтвающим

гальванометром

или

микроампер-

метро]у1.

Беличт:на тока

характеризует

вя'3кость

средь1.

€корость

вращен}|я

двигателя

дол)кна

бьтть

вь1шо о'пределенной

вели-

чиньт'

иначе

возникает

б,иение,1пп'инделя.

1{исло

оборотов

на

воздухе

со-

ставляет

400-500

мину-

ту.

(огда

ш,пиндель по-

тружается

в среду с

боль-

шой вязкостью

(15-20

Ё.с/пт2)'

скорость

вРаще-

|111'я

умень1пается

до

об/мин.

||рибор градуируют

по

'ка'ст,оровому

маслу |4ли

шо

буре в 3ав'исимо,сти

от

диапазона

измерений.

'промь1|пленном

ви]скози-

метре

эви-57'

и3п,1еряют

не силу

тока в о'бмотках

двигателя'

угол

ме)кду

вектором

|пр,илох{енного

напря'{ения [1 э.д.с.'

ин-

Ауктируеплой

в о,б,мотке

статора

синхронного

дв1|гателя

шод вл1иянием

прило)кен-

н]ого

шпинделю

момента' обусл'о,вленн'о,го

вя3костью.

6корость

вра1цения'1ппинделя

поддер}{|иватот по'стоянной

(250

об|мин).

1очность и3мерения вя3кости

этимвиско3иметром

составляет

!.|,5-2о10.

|{ри и3мерении

расплавов

с низ-

ц!|ми

3начениями вязкости погре1шности во3растают.

Бшбрацшонньсй

мето0

11ринцип

этого

метода

состо}1т в том' что амплитуда

вь!ну)кденньтх

колебаний

гппинделя' погру}кенного в

рас_

плав' зав,{сит

от вя3кости

средьт. 3то весьма

точньтй

162

Рис.

72. €хема

ротацио}[ного

в!{скоз}[-

метра:

_электродвигатель;

э,:асгичная

муфта;

3_стальной

вал!!к;

4-под'

1шипники;

5-тп:атив;

6-мо.пибдено-

вьтй :шпиндель|

тигель со шлаком;

8-головка

1шпигтделя;

9-спплитовь1е

нагреватели

|!1етод'

чувствительность

которого

повы1|]ается с

умень-

1пением

вя3кости.

Аз

теории

колебаний

и3вестно'

что

если

меняется

частота

выну}кдающей

сильт

при сохранении

постоян-

ной

частотьт собственнь|х

колебаний

о9,

1Ф амплитуда

коле6анпй

булет меняться

достигнет

максимального

3начения

при частоте вь1ну)кдающей €}1,/|Б1

0рез;

удовлет-

воряющей

соотношению

о}""

:ов-262

(где

6-коэф-

фициент

затухан|\я' характеризуюйий

вязкость

средь').

Резонансная амплитуда булет

равна

26|',

1/т:Фчф

(50)

где

смещение'

вь1зь|ваемое внегпней во3мущающей

силой.

Рассмотрим

устройство

электромагнитного вибраци-

онного виско3иметра

(рис.

73). Ёапря)кение

от

сети че-

ре3

стабилизатор

3вуковой генератор,

которь|й

регу-

лирует частоту тока' подается

на

обмотку вибратора,

которьтй

с,остоит

из

пакета

трансформаторного

)(еле3а'

якоря

стоек.

|1р,

прохо)кдении

тока чере3

обмотку вибратора

Рнс.

73. 6хема электромагнитного

ви6рационвого

виско3иметра:

ста6плтцзатор напря)<ения;

звуковой

генератор; 3

обмотка

ви6рато_

Ра:

4_пакет

трансфор_маторного

'{еле3а;

5-7_измерптельная

аппаратура;

крепление якоря;

латунные

стойкн:

понижаюш_:'ий

тоанёфоойа_

тор1 11_сопротивления;

12_обмотки

датчика;

/3_обмот1<и

дйфференци_

ального

трапсформатора;

подвижнь:й

сердечник; /5

коле6йю]цийся

стер'{ень;

16_'к||Акнй

1лл8к1

_сердечник

трансфорйатора;

18_

выпрями_

тель;

,|9

прух<ина

3ак.

664

163

пакете

х{еле3а

создается

переменное

магнитноё

полё.

8заимодействие

поля

якорем'

укрепленнь1м

на

прух{и_

нах, 3аставляет

подви)кную

систему

виско3иметра

совер-

шать

веРтикальные

колебания,

которые

передаются

стер-

х{ню

с лопаточкой,

опускаемому

расплав.

Ёапря>кение

на

датчик

подается

нерез стабили3атор'

поншкаБщий

трансформатор,

потенциометр

и об-мотки

дифференшиального

трансформатора.

8нутри

.обмоток

датчика

имеется подви>кньтй

сердечник'

которь:й

связан

с якорем

вибратора

и со стер)кнем'

погру)каемь1м

рас-

плав.

АмплитуАа

колебаний сердечника

фиксируется

помощью обмоток

датчика.

1(огда сердечник

вибрирует,

то амплитудьт его

колебаний &1

\ &2

и3меняются

так, что

при

увеличении

одной

и3 них

другая

умень1шается.

€оот-

ветственно

изменяются

|1 и|1дуктивнь1е сопротивления

обмоток. 1ак как с этими обмотками

соединень!

последо-

вательно обмотки

дифференпиального

трансформатора'

то

них идут

равнь1е

по силе

токи'

которь1е

)келезе

трансформатора со3дают

два

ра3ных

по величине маг-

нитньтх

потока

Р1

Р2,

направленньтх

противополох{-

нь1е

сторонь!. Разность

этих потоков

возбу>кдает в

об_

мотке

лифференшиального

трансформатора переменную

э.д.с.' которая

после вьтпрямителя

измеряется милли_

вольтметром.

||о

показаниям

милливольтметра'

помощью

граду-

ировонной

кривой и

определяют

вязкость

расплава.

Аля

и3мерения

вя3кости

.шлака

виско3иметр настраивают

на

ре3онанс

помощью

3вукового

генератора так' что

амп_

литуды

@1 1 62

становятся

максимальнь1ми и вольтметр

пока3ывает

максимальное

отклонение.

|[ри погру)кении

расплавленный

шлак

лопаточки

из

молибдена

ре3о_

нанс

нару|шается.

|у1 ето0 кр

| цльнь[х ко ле 6

анцй

в ш0 ко в

ско ео

Бо вращение

приводится

тигель

с }кидкостью. 1игель

подвешивают

печи на

упругой

нити.

|1одвеска тигля

свя3ана

с системой

отсчета свободньтх

колебаний.

|[осле

снятия вь1нуждающих

колебаний

3атухает

коле6ание,

свя3анное

наличием

вя3кого

тече}{ия

слоев

)кидкости,

и и3меряются

логарифминеские

декременть1

3атухания

свободньтх

колебаний.

}1етод

основном

применим

для

жидкостей

малой

вя3костью'

а именно

для

металлов.

1еоретинеский

метод

обоснован

следующим

образом.

164

€коль>кение

ме>кду

жидкостью

и внутренней

стенкой

т11гля

отсутствует,

слой

}кидкости

непосредственно

стенки

дви)кется

со

стенкой

одинаковой скоростью;

вращение

тигля

рассматривают

в момент'

когда

ре}ким

становится

регулярнь1м

начальнь1е

скорости не

оказь|-

вают

влияния

на

рех(им

вращения.

АмплитуАа

колеба_

нии

невелика.

Бязкость

}кидкости

мо}кет

бь:ть

вь:числена

по

фор-

муле

,:] /

\и&

! 4 \,

('_Ё

й)

----;

6\\

где

т_кинематическая

вя3кость'

см_{с;

(-момент

инерции

подвесной

системьт

без

металла,

т|

см2

/у1-

мас-

са

}кидкого

металла'

г;

д-радиус столба

}кидкого

ме-

талла,

см;

6-логарифминёский

декремент

зацханий

крутильньтх

колебаний

тигля

с х<идкий

металлой;

69-

логарифмический

декремент 3атухания

колебаний''й}л"

без

металла;

т'_ пе1!иол

колебйний

подвесной

системы

с }кидким

металлом'

с]

то-то

}ке'

без

>кидкого

металла;

о-'коэффициент'

учить1вающий

влияние

дна

тигля.

]у!'етод

пригоден

случае'

если

имеется

линейная

за-

висимость

логарифмов

амплитуд

колебаний

йй.'..

:::'т,^]д:_1т4"т

методом

последовательнь1х

прибли-

1:_нии.

[начала

рассчить!ва}Ф!

99,

затем

!1,

т.

д. до

]ех

пор,

пока

новое

3на,чение

не

ока)кется

достаточно

близким

предь|дущему.

д!олох<ительной

стороной

данного метода

расчета

является

отсутствие

необходимости

учить1вать

свойства

нити'

точно

определять

?9 1{

69,

".к

*,'к

член

уравнении

(90)'

которь|й

они

входят,

ое."'й"'"о

мал

по

сравне_

нию

}1омент

инерции

определяется

по

формуле

к:

''3&'^

|()

гАе

т9

пе!ио!

коле6аний

системьт

пусть1м

тиглем;

т1

пе!ио{

колебани9'

системы

с эталоном

известнь1м

м^оментом

инерции; (, _

момен"

""*рц""

эталона.

3та_

лон

дол)кен

бьтть

легким,

но

облада1ь

больй;;_;";;;-

том

и]ерции.

9талоном

мох(ет

"'уй"',

металлический

диск.

{екрементьт

затухания

р...,""1й"'ют

по

формуле

1д

]ц.

.А,

(60)

165

где

п-число

колебаний

данной

серии;

Ао ут

А,_

на'

чальная

и конечная

амплитуда

колебаний.

|_|ри конструктив1{ом

осуществлении

данного

метода

больп:ое

внимание

следует

уделять

крег1лению

виско3и_

метра'

применять

специальнь1е

антивибрационнь1е

опорь1

для-

устранения

вне1пних

колебаний,

которые

могут-

ис-

'а''а|,

собственньте

колебания

тигля

металлом.

Ёить

подвески

долх<на

быть

строго

совмещена

центром

тигля.

Ёа

рис.

локазана

с)(ема

установки

для

определе-

*1ия

вя3кости

металла.

1(орундовьтй

тигель

установлен

на молибденовой

подставке'

которая

центрируется

двух

тарелках.

1арелки'

соединяюш{ие

внутренние

части

с нару}кными

деталями'

опираются

на мостик'

скво3ь

ко_

торьтй

пропущен

подвес

и3 стальной

проволоки'

проходя-

щей

3ащитной

трубе.

Ёа

конце

проволоки

подве1пен

меднь:й груз' так

что

центр

тях{ести ле)кит

ни)ке

точки

опорь|'

что обеспечивает

устойнивое равновесие.

(олебательная

система,

включая

тигель'

весит

до

1,5 кг. Ёа

копце

проволоки на

переходнике

ме)кду

гру-

3ом

и проволокой

установлено

3еркальце,

которое

отбра_

сь1вает световой зайчик

от осветителя

на 1пкалу. 6истема

помещена

в вакуумплотньлй

корпус со

стеклянными

на-

конечниками

для

зеркала.3акрунивание

нити

сообще.

ние системе

колебаний происходит

электромагнитным

способом, а

для

бьтстрого га1шения

колебания

применяет--

ся

электромагнитный

тормо3

постоянного тока' со3даю-

щий

вихревь1е

токи

в медном противовесе. 14змерения

проводятся

в атмосфере нейтрального га3а.

|[ечь имеет

бифилярную

обмотку из молибденовой

проволоки

для

устранения

магнитного поля.

||осле 3акручива\1ъ1я

н14т||

с помощью

светового

зайчика

на 1пкале и3меряют

ам-

плитудь1

колебаний, следующих

друг

3а

другом,

и вь1-

числяют

логарифмический

декремент

.[,ви>кение

зайчика на световой

тпкале

мо)кет отсчи_

ть|ваться

помощью

фотоэлемента

счетной

установки.

|[ринем

определяется

не

угол

3атухания колебаний, а

время

прохо)кдения

зайчика

чере3

мерную

длину-щель

фотодатника.

Ёапример,

при

ширине

щели

3 см

время

прохо)кдения

зайчика в

нулевом колебании

равно

о,\874,

т-ретьем

0'2130

с.

.}-|огарифмический

декремент

коле-

баний определяют

по

формуло

0:!\п

|,.

п?о

166

гАе

7о и ['- время

прохох{дения

чиком в нулевом и га-ном

колебании.

составляет

6_7

0ь.

щели

световым

зай_

1очность

измерения

Рпс.

74. 6хема

установки для

измере_

ния

вязкости жидкого

металла

методо}!

крутильнь|х

колебаний:

.!_корундовьтй

тигель;

2-модибдс-

новая

подставка; 3_центрирующи0

тарелки;

4_промежутоннь:й

штуцср:

1!танга;

противовес;

7_зсрка_

ло; 8_стеклянный

корпус; 9_Бвод

газа; 10

окно;

-[1

электромагнит.

ный тормоз;

^[2

нагревателБный

эле_

мент;

'3_крь|!пка

печи; 14_ъь|Бо\

газа; .[б

термои3оляция; .|6

термо_

пара;

17_

кварцевое

стекло; 18_до_

рундовая

тру6ка; 19

опорнь|*

мост:

опора1

\1\1ть подвески;

источник

съета:

]цкала

167

|у1 ето0

от

хающшх

ко ле

6 аншй

3язкость

рассчить1вают

по

разности

логарифмов

декре_

ментов

затухапия двух

колеба'ний,

слеАую:{их

друг

за

другом.

1ело,

подве|пенное

на

упругой

нити,

помещают

в_

басплав

приводят

во

вращение,

например'

электро-

магнитом.

Ёить

закручивается'

после

прекращени_я

вне!|]него

воздейст!ия

и3меряют

3атухание

колебаний'

|{о

затуханию

колебаний

сущт

внутреннем-

трении

)кидкости'

т.

е.

'о

ее

вя3кости.

,[|огарифмический

декре-

мент

3атухания

равен

\ц А'_13

А*

р-,п

тде

Ар-амплиту!'а

р'коле6анпй;

А*_амплитуда

у'

колеб|ния

из нейрерьтвного

ряда

затухающих

колеба_

ний. €оотно1пение

мех{ду

логарифмическим

декрементом

вязкостью

имеет

вид:

€'{{ч*

€а[*

6в

т|,

(61)

где

6о

логарифмический

декремент

колебаний

на

воз'

духе1

6--логарифмический

декремент

коле6а_

ний

в измеряемой )кидкости;

ц-вя3кость

мБ.с/м2;

плотность, г/см3;

€т, €э,

по-

ст'ояннь|е, 3ави|сящие от

метода

и3|менения

определяемь1е

при градуировке по )кидкостям

известной плотностью и вя3костью

(

недостаткам

метода относятся

невь1сокая

точность'

ограниненньтй

верхний предел измеряемой

вя3кости'

трудность соблюдения колебаний тела только

вокруг

своей

оси,

совпадающей

с осью подвески.

|[оэтому

логарифмический

декремент

затухания 3а-

висит

от

амплитудьт

колебаний. Фтсутствие

перемещения

расплава

мо}кет привести

возникновению

концентра-

ционного

и температурного

градиентов

расплаве.

/у1

ето0

пар а6

о лош0 а в

аще ншя

|1о

этому

методу вя3кость

расплава

определяют по вре.

ме}{и

изменения

интенсивности

проницающего

т-и3луче-

ния при

образовании

параболоида

вращен|1я

на

поверх_

ности вращающегося

металла.

..||ри

вращении

тигля

расплавом

вокруг верЁикаль-

ной

оси

постоянной

угловой

скор0стью

поверхность

168

расплава

принимает

фор'"у

пара6олоида

вращения.

€ко.

рость

обра3ования параболоида вращения

при

постоянной

угловой

скорости

есть

функция

вя3кости. 14змерив

вре-

мя, необходимое

для

получения параболоида

вращения'

получим3начение

коэффициента

вя3кости. Бращение

тигля

происходит

со скоростью 400-450

офмин.

€истема

для

определения

времени

образования

пара-

болонда вращения

состоит из источника

т-и3лучения

детектора

и3лучения

усд-1'

усиленный

сигнал

которого

поступает

на

самопигпуший

потенциометр

со

тшкалой

0-10

мБ. |[отенциометр

прои3водит

3апись графика

за_

висимости

логарифма

интенсивности

проходящего

и3лу_

чения

от времени

т.

||о графику

замеряют время'[9,5,

€Ф-

ответствующее

половине

амплитудь1

и3менения

логариф_

ма интенсивности

и3лучения.

йз гидродинамического

подобия

дви}кения

)кидкого

металла

получается

уравнение'

не

учить|вающее

силь1

поверх1-1остного

натя'(ения

и волнь|

на поверхности

рас.

плава'

а именно:

|п|.

_|п/1

'0,

1п ./-

|п 11

0,5

(,",,,)

где

интенсивность

начальньтй

момент

тт]

то'ь

1}нтенсивность'

соответствующая

в!ейени

т6,5.

(инематинескую

вя3кость

вь1числяют

{!о

формуле

€|т,,5,

где

с-постоянная'

не

зависящая

от

рода

метал$0;

€

:т*иг!',(злесь

известное

значение

кинематической

вя*3кости'

определенное

каким-либо

другим

способом;

[

о,ь

время'

определенное

и3

диаграммной 3ап\1си

для

данн0гометалла, обладающего

кинематической

вязко_

стью

т*).

|2.

элЁктропроводность

мАгнитнь|Б

свойствА

жидких

мвтАллов

3лектринеские

свойства

жидких

металлов

3ависят

от

строения

жидкости.

€опоставляя

изменение

электриче-

ских

свойств

жидкости

ее

составом

АРугими

х!рак-

теристиками,

можно

получить

ценнь|е

вь1водь|

строе-

нии

жидкости.

йзмерение

электропроводности

}кидких

металли!]еских

расплавов

можно

прои3водить

бескон-

(62)

169

тактнь1м

спосо6ом

Регё'тя.

йзмеряе'гся

момент

сил,

дей-

ствующих

на

проводящее

тело во

вращающемся

маг_

нитном

поле.

||редпонтительнее'

однако'

определять

не электропроводн|ость'

электр1о'оопротивле-

ние'

кото,рое

находится

прямой

3ависимости

от температурь1'в'отли-

чие от

гиперболиноской

3ависимо'сти

электро-

проводно,сти.

Ёеточ-

ности

и3мерения

тем_

пературь|

при о,преде-

лении

электр,осопро-

тивления

булут

ме!{ее

существеннь|'

чем

для

электропро'водно'сти.

йзмеренпя

осуще-

ствляются

в вискози-

метре'

схема

которого

представлена

на

рис.

75.

||рибор

градуиру-

ют

по олову'

свинцу'

медив)кидкомитвер'

дом

состоянии. }дель-

ное электросопротивле-

ние

определяют

по

формуле

Р:(

Р4

(63)

Ар

Рпс. 75.

6хема

установки

для'и3мерепия

электропроводностп

вязкости'(ндких

металлов:

стекляннь|й

шлпф

со

сп1отРовь!м'

стек'

лом:

2, 5-цанговьте

зая{имь!;

3_::ить;

4-т|у6а'.

6_зеркало;

7-1штанга

1(реп'

лениЁ

-тигля;

_-груз;

водоохлая{дае'

йь:и корпус]

,0_66моткя

статора;

.[/_

коьтш:ка'тйгля;

нагреватель;

че'

хол

термопарьт;

.[4

текстолитовый

кор'

;;;,

)'_прйж|:м

токоподвода;

.!6-теР'

моп'ара;

,[7

ввод

термопары;

токо-

подвод;

|цины

17о

где

постоянная

прибора'

которая

опре-

деляется

калибровкой

по

веществу

с и3вест-

ной

электрог[ровод-

ностью;

1-сида тока,

со3дающего

вращаю-

щее

поле; Ар

угол

поворота;

[ ут

Р_со-

ответственно

длина

радиус

образца.

1игель

из корунда

х{естко

соединен

со

7Ё

штан,гой'

на верхнем конце кот'орой

укреплень1

3ер-

кальце,

крь1льчатка масляного

демпфера

цанга'

зах(имающая

тонкую вольфрамо|вую

нить.

Бторой ко-

нец

нити

та'кх{е

крепится

цанговь|м

3а}кимом,

что обес-

печивает

полное

затухание

колебаний

течение

5_10 с.

}гол 3акручивания определяется соотно1пением

!уБ9:2||

где

2- отклонение

зайчика на

шкале

от ну-

левой

точки;

расстоя[|ие

от 3еркальца

до

световой

шкальт.

1ак

как

угол

закручивания не превь1[пает

5',

то:мох<но принять'

что

^р

пропорци'ональ\1о

е.

Бариантом

метода и3мере|{ия электропроводности'

разработаннь1м

А.

А. 3ертманом' является

применение

механотрона

для

фиксирования

поворота обра3ца во

вращающемся

магнитном

поле.

}1омент, возникающий

'при

нало}кении

на

обра3ец

вращающегося

маг}!итного

поля' передается

системой

рь1чагов

на мембрану

меха_

нотрона.

!!1еханотрон

яв,|!яется весьма чувствительнь!м

датчиком'

поэтому

мо)кно и3мерять

и3менение

угла

поворота

до

0'5/. |1оскольку

установке

(рис.

76) всег_

да

открь|т

доступ

к поверхно'сти

металла' то

мох{но не_

17\

прерь|вно измерять

изменение

электропроводности

при

л?эгйровании,

модифипировании!

раство'рении

добавок

1пироком

диапазоне

температур.

}1агнитная

восприимчивость }кидких

расплавов'

как

и электропроводность'

характери3ует

струкцру х{идко-

сти.

^&1'агнитную

восприимчивость

}кидких

сплавов

из-

мсряли

на приборе,

схема !(оторого

представлена

на

рпс.

77.

.:{агнитную

восприимчивость оценивают

по измене-

нию

ма'ссь1

образша

в магнитном

поле:

х:е|н)|ё|{|ёх,

Р'1с'

77. 6хема

установки

для

и3мерения магнитной в0сприимчивости

жидких

металлов:

,[_ярмо электромагнита; 2-нагреватель;

3-микроаналит1'ческие

весь1;

4-соле'1оид'

5_призма: 6...сердевник соленоида;

7_арретир

весов; 8-

сильфон;

экран; ,[0

образец;

,...

кожух

печ\1'

водоохлаждаемь!е

контакть|;

,/3

термопара: /4

подвеска:.

плата весов; .|6

уста!!овоч-

нь!й

винт;

17_колпак

вссов; .[8_смотровое

окно:

,9=[Ф.711Ф€Ёь|€ нако!!еч-

я\1вн:. 20

катушка; 2,[

при>кимвой винт

сордо!!|иков

магвита

172

где

магнитная

восприимчивость;

6!{|6х-

гр€диент

магнитного

поля

по

ос|1

х; 7

объем

образт\а;

суц-

ла'

с которой

поле

действует

на обра3ец.

}4'агнитная

восприимчивость

пропорциональна

измене}'ию

массы

обра!ца,

фиксируейой

йесами,

т. е. х:|(4

где

/(-по-

стоянная

прибора,

определяемая

по

веществу

с и3вест'

ной

магнитной

восприимчивостью.

||рибор

состоит

и3

электромагнита'

с()здающего

п9.

ле

12'0оо

э,

весов

и печи

сопротивления

с бифилярной

графитовой

спиралью.

8зветпивание

прои3водится

веса-

ми

механотроннь1м

датчиком'

точнос'гью

в3ве1шива'

ния

-!0,5_1'0_мг в

диапазоне

0-10

г.

.[,ля

уравнове1шивания

образца

слу}к]{т

контргруз.

|1рименение

механотрона

по3воляет

сделать

>кестким

крепление

тигля

с металлом'

исключая

<<прилипание>>

обра3ца

к одному

и3 полю'сов

магнита.

.&1еханотронт{ь|е

весь|

по3воляют

легкс}

записать и3'

менение

массь1

образца

в зависимости

от тем'пературь|.

Бся

система

гермети3ирована'

блок механотрона

термостатирован.

Ба>кнь:м

},1оментом

является

исключение

влияния

магнитного

поля

нагревателя'

так

как пагреватель

сконструирован

таким

образом,

что его

поле перпенди-

кулярно

полто' со3даваемому

магнитом.

3лектромагнит

питается

от селенового вь|прямите-

ля.

Бсе

части весов и электромагнита

сделань| и3 не-

магнит}{ь1х материалов.

Ёавеску о'бразца 2 г помеща-

ют

корундовьтй

тигель, подсоединяют его

механо-

трону.

.[!,лину

подвеса

регулируют

так,

,лтобьт

тигель

'металлом

всегда нах'одил,ся в одной точке.

14зменения

массь1

с0ставляли 200-500 мг. 3ттая магнитную

во,с-

приимчивость

эталон8

х1

А соответствующее

изменение

его массь!

А6:

в магнитном поле

напря)кенностью

н,

получим

искомую' величину

магнитной

восприимчивости

х{идкого

металла:

гАе

А6: и

А,62

и3менение

массь]

образца

эталона

магнитном

поле напряженностью

Ё;

6т

и 6у-

масса

образша

и_ эталона.

Фбщая

ошибка

измерений

.о.'аБй"_

ет

мег{ее

2,5о|.,

(64)

,'1

!73

|3.

элвктричвскив

свойств^

шлАков

Расплавленнь|е 1плаки

представляют

собой

растворь|

электролитов.

3тим

объясняется

механи3м

большинст-

ва

химических

реакций,

идущих

участием

|шлаков'

!у1 ето0

ьс

ш3

ме

е нш я ,

',)

, во0 но

стш

нстл0кшх

ц|лаков

,(ля

определения

электропроводности

расплавов

1пиро_

ко

применим

метод

(ольраутпа'

основанньтй

на и3мере_

нии электросопротивления

)кидкости

мех(ду

двумя

элек-

тродами

при по}1ощи

переменного

тока.

€опротивление

цепи

и3меряется

мостовой

схемой.

}дельную

электропроводность

мо)кно

вьтчислить

и3

измеренного

сбпротивления,

если 3нать

<<сопротивление

ячейки>>.

|!оследнее

определяется

по

раствору

электро-

лита

с известной

электропроводностью

х:

(п_

х:

где /(-конста]{та

я9ейки,

см_1;

х-удельная

электро-

проводность

расплава,

Фм_д.см_1;

2-солротивление

проводов,

0м;

активное

сопротивление

расплава,

Фм. Беличину

1( мо)к!{о и3мерить

или

рассчитать.

.[,ля

уничто)кен|!я

э.

д.

с. поляри3ации

применяют

токи вьтсо-

кой

частоть| порядка

1-2

к[ц.

[становка

для

и3мерения

электропроводности

1|]ла-

ков состоит

и3 электринеской

ячейки и

и3мерительнь1х

при6оров.

Ёаибольш:ее применение

на1пли

два

типа

дат-

чико,в:

титель

двумя

параллельнь1ми электрода-

ми; 2) тигель с

центральт1ьтм

электродом.

||рименяют

)келе3нь|е, молибденовь1е,

платиновые и

графитовьте

тигли

и электродьт. !1змерения осуществляют

с помо-

щью

мостика }итстона |1ли

1омпсона.

Фдинарньтй

мост

}итстона

дает

вь]сокую точность'

когда абсолютная величина и3меряемого

сопротивления

Фм. Б

качестве

нуль-индикатора исполь3уют элек-

троннь:й осциллограф.

[войной

мост

1омпсона

по3воля-

ет измерять

с вь1сокой точностью сопротивления

до

10-6 Фм. ||огретпность

}!3мерения

для

одинарт{ого и

Авойного

мостов

3ависит

от

чувствительности

-нуль_

галБванометра

как

ука3ателя

равновес1-{я

моста.

.[|,ля

компенсации

емкости составляющей

тока

при-

меняют

мага3инь1 емкостей,

которь|е включают

парал_

174

лельно

мага3йну

со|1ротивления.

йсточником

тока

вь1_

сокой

частоть|

до

1,500 к[ц

слу>кат

ламповь1е

генерато_

рь1

типа 3г-10 и

3[-17.

Аля

определения.

константь1

датчика

необходимо

найти

оптимальну:о

глубину погру}{(ения

электродов'

при которо||

погретлность

минимальна.

3ависимость

со-

п}отивлейия

0,1

_гл.

раствора

!(€1 от

глубинь:.]1огрух{е-

ния

пока3ь|вает,

нто, начиная

глубиньт |\_\2

мм,

со_

противление

электролита

и3меняется

мало.

3лияние

температурь!

на

кошстанту

датчика

учить|_

вается

по

формуле

!(с

!(с,

_с

(|"-|]1,

(66)

где

(с

конста}1та

датчика

при

температуре

и3мерен}|я'

,см_1;

/(с,

константа

да'тч}1ка

пр,и

температуре

градуи-

ровки'

см_|;

коэффиттиент

линейного

расширения

электродов1

|т-

температура, при

которой

прои3водили

градуировку,

"€;

темпе!атура'

при которой

произ-

водили измерение,

'€.

Рсли

расплав

погрух(ают

два

электрода'

то

для

исключения

сопротивления

подводящих проводов

электродов прои3в0дят

и3]\,!ерения

при

двух

погру)кени'

ях

электродов

на

ра3ную

глубину.

}дельную

электропроводность

вь|числяют по

фор-

муле

х_

0(5в-.91)

(67)

5132^д

где

^д

ра3ность

сопротивлений;

расстояние

меж-

ду

электродами; 5* и

5э-площадь погру}каемой

части

электродов

при первом

и втором погрух(ении.

14змерения

с помощь|о моста

переменного тока пре-

рь1висты;

больтшая

длительность

и3мерений приводит

значительньтм

о:шртбкам и3-3а

и3менения температурь]

11|лака. Ёепрерьтвглость и3мерения

сопротивления

обес-

печивает схема вольтметр-амперметр.

||адение напря)кения на ячейке и3меряется

лампо-

вьтм вольтметром' € его помощью

контролируется

ак_

тивная составляющая измеряемого

напря}кения.

||од-

бором

частоть| тока

ее

сних{а1от

до

нуля.

3 зависимо_

сти от

состава 1плака

и его температурь'

частота

тока

колеблется от

до

к[ц,

причем'

как

правило'

по-

ни)кением

темперащрь] 11]лака

она повь11шается.

Аля

ог1ь|тов

исполь3овали молибденовьтй

тигель-электрод'

вторым электродом являлся

вольфрамовьтй

пруток.

(65)

17'о

3лектролш3

шлаков

.[,ля

э.г:ектролиза

расплавленнь|х

1шлаков

расчета

вы-

хода

по

току исполь3у1от

янейки,

и3готовленные

и3 маг-

не3ита.

Фдно

из таких

устройств

пока3ано

на

рис.

78.

Рис.

78. €хема

электроли.

зера:

угольньтй

анод; 2

анодное

отделение;

3-про-

мех(уточное

огделение;

|,]лак; 5-магнезитовый ти_

гель;

6_обмазка; 7_

крь1шка; 8_катодное

отде-

ление;

9-углубление

для

катода; 10

-углубление

для

свидетеля;

_катод1

12_

свидетель;

.[3

токоподво-

ды

из вольфрама или

мо-

либдена: ,[4

заделка токо-

подводов;

/,5

соединение

>келезной тру6ки и

прово-

локи;

-16

кварцевая

труб-

ка1

и3оляторь|

блоке

и3

плавленого магне3ита вь1тачивают

три от-

деления:

анодное.

катодное и

проме)куточное.

Б анод-

ное

отделение

вставляют

угольный

ан,од'

в катодное

отделение

одно

углубление

в качестве

катода поме-

щают

серебро, которое

чере3 вольфрамовь:й

или молиб-

деновь]й

токоподвод соединено

вне|пним токоподво-

дом.

другое

углубление

катодного

пространства

по-

мещают серебро

качестве

контрольного свидетеля'

ток чере3 него

не пропускают. Роль свидетеля

сводится

к контрол1о металла' попадающего в катод в

результате

оседания и3

расплава'

независимо от электролиза. че-

рез

ячейку пропускают постоянный ток

плотностью

0,2-

0,5 А/см2.

(оличество

электричества и3меряется меднь1м

куло}{ометром. по ходу

электролиза отбирают пробь!

]'плака.

||о

окончани]-т электролиза тигель

с содер}кимь|м

заморах(ивают'

а1]али3ируют

катод и свидетель на со-

дерх{ание

в них }келе3а. ||о

полуненньтм

результатам

рассчить|ва]от

вь]ход

по

току.

3 железньтй

тигель

мо)кно

3апрессовать навеску

шлака.

8 этом

случае плавку

вели в

аргоне с вь1дерх{-

кой и

переме1пиванием

расплава

в течение

16 ч. |1осле

установления

равновесия

брал|1 про6ь1

1плака

и вводи-

176

ли

желе3нь]й

стер)кень

(известной

массь1)

на

глу6ину

9,5

мм. €терх<ень

подсоединяли

поло)кительному

по-

люсу

6атареи'

тигель

к отрицатель}{ому.

||осле

пропускания

1000

(л

электриче'ства

стер}|{ень

извлекают,

очищают

от

остатков

|плака

в3ве111ивают'

Анодньтй

вь|ход

по

току

рассчить1вают

по

формуле

100^с

27,93Р

где

^с

потеря

массьт,

г; л

количество

электриче'

ства'

пропущенного

через

ячейку'

Ф.

пре0

елен!!е

чцсел

переноса

0пределение

чисел переноса

позволяет

уточнить

строе-

ние )кидких

1шлаков.

9исло переноса

это

доля

элект-

ричества'

переносимого'даннь1м

ионом

расплав-е.....

9исла

пе}еноса

равнь1

соответственно

|+:|+|(|++

*|_)

г::1-|(|++7-),

где

-подвих(ности

ка-

тионов и

анионов.

Б электролите

ток мо)кет

перено'сить-

ся катионами'

анионами'

электронами.

всли

характер

тока полность1о

ионнь1й,

то эквиваленть|

электроднь1х

реакций

равньт

общему количеству

электричества,

про_

1шед1пего

чере3 ячейку.

всли имеет

место

электронн_ая

проводимость'

то закон

Фарадея не вь1полняется.

9и_

сла

переноса ионов

электро}1ов

могут определяться

анали3ош{

аноднь1х и катоднь1х

продуктов

после

элект-

роли3а.

Фпределение чисел

переноса

основано

на том,

что

при электроли3е

и3-3а

ра3личной

подвих(ности

ионов

в6л143|! катода и

анода и3меняется

концентрация

ио-

нов'

определяемь1х

ана,[и3ом.

.[1,ля

устранения

ошибки

необходимо

предотвратить переме1пива}1ие

расплавов

около

электродов.

Аля

этого анод помещают

в корун-

довой

трубочке с открь1ть]м

1{и}кним

концом'

которую

погрух{ают

в 1плак. Анодную ячейку

окру)кает трубка

б6льгпего

диаметра'

имеющая

четь1ре отверстия

для

со-

общения

пространством'

располо>кеннь1м

вь1[пе

конца

анода

на

мм.

других

опь!тах

в тигель

со

1плаком

вставляли

кварцевую

пробирку' в

которой

расплавляли

1плак

добавкой

изотопа

59ге.

Б пробирку опускают

)келе3нь1й

стер}}<ень' 0лух<ащий анодом. 1[_[лак в про-

бирке отделен

от

ваннь1

тигле

твердь1м

кремнеземом.

6 помощью

изотопа

59Ре

определяют

концентрационную

неоднородность

числа переноса.

{

\77

/'/

3лектринеская

ячейка

мо'{ет

состоять и3 корундо_

вого

тигля

больтпого

ра3\{ера'

которьтй

помещают

два

ма.,1ь1х тигля. Фдин

из

маль|х

тиглей имеет

отверстие

является анодной

диафрагмоЁл,

в него

помещают

элек-

тРод

аттод.

Аругой

электрод

катод

опускают

расплав'

находящийся

боль:.шом

тигле. 1[]лак во вто-

ром

малом

тигле является

свидетелем. Р1змерения про-

водят так}ке с помощью

изотопа

59Ре.

|1о

и3менению'ра-

диоактивности

тигле-свидетеле судят об

улете

иссле-

дуемого

элемента :тз тшлака.

|1ри

расчете

активно'сть

исходного

1шлака приравнивают

-к

активности 1плака в

свидетеле.

.[,ля

определения числа переноса €а2+ при-.

меняли изотоп

д5€а.

9исла

переноса

для

расплава

РеФ-€аФ находили

следующим образом.

|1ринимали,

нто /р9$Ёс":1.

8сли

количество

про1пед1пего электричества

то при вь1ходе

по анодному

току

]

анодная ячейка теряет 0,2793|Р[уе

граммов )келеза и 0,2004]Р15д г!аммов

кальция.

,[,опусти'м,

неи3вестное

количоств,о 1плака

в анод_

ной области.

до

электроли3а

доля

)келе3а и

кальция со-

ставляет

|т,е

|с.,

а после

электроли3

&те

|4 Ф(а. ?о-

гда потери х{еле3а

кальция вь1ра3ятся

следующим

образом:

поРе_

|г":

0,2793] Ё

/р")

;

[с^'//!с'

0,2004

!с'

9исло

переноса кальция

ока)кется

равнь|м:

(68)

|с^

*в"

|р.

пс^

(0'2004,."

ф0,2793|с.)

!4. РАствоРимость

гАзов

в мвтАллв и шлАкв

€одерх<ание

а3ота

водорода

в металле в больплинстве

случаев отрицательно влияет на

свойства

готовь|х

и3де-

лий.

3нание процессов

растворения

га3ов в металле'

пределов

растворимости

факторов,

влияющих на

по-

ведение

газов в )кидком

металле' по3воляет вьтработать

правильньте

техн0логические

приемь| вь|плавки

сталт1

сплавов

с ни3ким

содер)канием

азота и водорода.

.[|,ля

определения

растворимости

а3ота

и водорода в

металле и

1плаке

используют либо метод

€ивертса

(в

частности'

метод

горячего объема),

ли6о

метод 3акал_

ки

проб.

178

}1етод

€ивертса

применим'

если

га3ь1

9бра3уют

металле

раствор'

подчиняющийся

закону

[енри'

|{ри

этом

растворимость

азота

и водорода

металле

пропор-

циональна

корню

квадратному

и3{|щциального

давле-

ния

газа над металлотг:

[|..1]

:н!'!рм,

[н1=ь'"|р,,'

3тим

методом

мо}кно

_определять

коэффишиенты^-11-

тивности

водорода

|\ли

азота

тройньтх

сплавах'

сна_

чала

определяют

растворимость

газа

чистом

металле'

3атем в

сплаве:

.!у!е

[1,{]г"

,-.

д!

[[.{}г"

м,

/у1ето0

€швертсо

герметияной

плавильной

системе

помещают

тигель

металлом.

|1ерел

началом

опь|та

систему

вакуумируют.

3атем

в систему

напускают

точно

отмеренное

количест_

во

рабонего

га3а.

)(идкий

металл

поглощает

га3 и3

ат-

мосферьт.

€истему

при

3аданнь|х

условиях

опь1та

вь|дер_

}кивают

до

тех пор, пока

не

прекратится

нась|щение

ме_

талла| о

чем

судят по

стабили3ации

давления

или

объе_

ма

газовой

фазьт.

Разновидностями

метода €ивертса

являются

методь|:

а)

изохорньтй

когда

поддерх(ивается

постоянный

объем

системь1

при этом

реги'стрируется

и3менение

давления

газовой атмосферьт;

б)

изобарньтй,

когда

по_

стояннь1м

поддер)кивается

давление

газовой

атмосфе_

рьт'

регистрир}/ется

изменение

объема.

|1ри этом-объе-

мь1 и3меняют

перемещением

уровня

х{идкости

в бюрет'

ке,

свя3анной

реакшионной

камерой.

|1о

изменению

давлен|1я

у!ли

объема

вь1числяют ко-

личество

га3а'

поглощенного

металлом.

3ная

массу ме-

талла,

рассчить1вают

удельное

поглощение

газа.

Б обоих

вариантах

метода

€ивертса

необходимо

зна-

ние

<<горячего

объема

системы>>,

т. е. объема

рабонего

газа

(при

нормаль}1ь]х

условиях),

создаюшего

в систе-

ме при

заданнот]

температуре

давление

1ф к|!а.

3еличина

горячего объема зависит от конструкции

реакционной

камерьт, объема металлической

ваннь|, ее

температурь:

свойств га3а.

!,ля

измерения

горячего

объема

систему 3аполняют

инертнь|м

га3ом. |[ри

рабо-

те с азотом применяю'г

аргон'

при

работе

с вод0ро-

дом

гелий.

||ри этом

считают'

что горяний объем

для

гелия

водорода

или

д]1я

а3ота

аргона одинаков.

|с^

179