Способ определения теплопроводности жидкого металла

Способ определения теплопроводности жидкого металла

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА, включающий нагрев тигля с образцом, измерение градиента температуры и теплового потока., отличающийс я тем, что, с целью повышения точности при определении теплоп эоводности высокотемпературных и агрессивных расплавов и снижения времени, образец облучают пучком у-излучения, а градиент температуры и тепловой поток определяют путем измерения температуры расплава у внутренней стенки тигля и зависимости интенсивности прошедшего через тигель пучка монохроматического У-излучения от времени и температуры в S процессе нагрева. 2. Способ ПО.П.1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что определение производят при теплоизолированных торцах образца. О 1СП 1 X) N3 эо

(19) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(51) G 01 N 25/18 !

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ, «1 "/

«

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2636956/18-25 (22) 05. 07 ° 78 (46) 30.11.83. Бюл. Р 44 (72) О.И.Островский, В.A.Ермаченков, В.A.Григорян, О.Б.Боровский и Е.Н.Меркулов (71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени институт стали и сплавов и Научно-производственное объединение по технологии машиностроения ЦНИИТМАШ (53) 536.2:669.017(088.8) (56) 1. Филиппов Л.П. Результаты исследования тепловых свойств жидких металлов. — Кн.: Физика и фиэикохимия жидкостей. М., изд-во МГУ, 1972, с.5-12.

2. Мильвидский М.Г., Еремеев В.В, К методике оценки коэффициента теплопроводности твердых тел и расплавов вблизи температуры плавления. Физика твердого тела, 1964, т.б, вып. 7, с.1962-1966. (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА включающий нагрев тигля с образцом, измерение градиента температуры и теп лового потока., о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности при определении теплопроводности высокотемпературных и агрессивных расплавов и снижения времени, образец облучают пучком -излучения, а градиент температуры и тепловой поток определяют путем измерения температуры расплава у внутренней стенки тигля и зависимости интенсивности прошедшего через тигель пучка монохроматического g -излучения от времени и температуры в g процессе нагрева.

2. Способ по.п.1, о т л и ч а юшийся тем, что определение производят при теплоизолированных торцах образца.

1057828

Изобретение относится к тепло- . физическим измерениям, в частности, для определения теплопроводности жидких металлов.

Известен способ определения коэффициента теплопроводности жидких металлов, сущность которого заключается в регистрации- установившихся колебаний температуры, создаваемых в цилиндрическом образце, поверхность которого подвергается перно- 10 дическому нагреву с помощью электронной бомбардировки (1) .

Недостатком известного способа является наличие металлического контейнера, что исключает возможность исследования агрессивных расплавов, взаимодействующих с материалом ампулы, и ограничение температуры измерения (1800 К).

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения коэффициента теплопроводности жидкого ,металла, включающий нагрев тигля с образцом, измерение градиента температуры и теплового потока. Этим способом при выращивании кристаллов по методу Чохральского температуру измеряют двумя термопарами, одна из которых помещена в жидкой, другаяв твердой фазах. Кристаллы выращивают одинаковых размеров с двумя 30 .разными скоростями, при этом измеряют температурные градиенты у границы раздела. фаз. Коэффициенты теплопроводности твердого тела и расплава определяют из системы уравнений теплового баланса для двух скоростей кристаллизации (2), Задачу о распределении температур вблизи границы раздела фаз можно свести к одномерному случаю при на- щ личии лишь только осевых тепловых потоков у фронта кристаллизации, чему с наибольшей полнотой отвечает плоский фронт кристаллизации. Однако с изменением скорости роста фронт кристаллизации искривлялся. Особенно заметные изменения имеют место в экспериментах с кремнием,,т.е. с повышением температуры эксперимента.

Это является одним из источников ошибки в определении коэффициента -я) теплопроводности.

Наличие тепловых потерь за счет излучения с поверхности кристалла, которые увеличиваются с повышением температуры эксперимента, ограничи- 55 вает область применения этого способа (только для сравнительно легкоплавких металлов).

Необходимость измерения градиента темпе >атур в расплаве и кристалле @() увеличивает ошибку эксперимента, а необходимость проведения двух экспериментов с различными скоростями .кристаллизации значительно повышает время, затрачиваемое на определени коэффициента теплопроводности и может привести к дополнительной ошиб1 ке за счет изменения условий эксперимента.

Цель изобретения — повышение точности при определении теплопроводности высокотемпературных и агрессивных расплавов и снижение времени.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения коэффициента теплопроводности жидкого металла, включающему нагрев тигля с образцом, измерение градиента температуры и теплового потока, образец облучают пучком -излучения, а градиент температуры и тепловой поток определяют путем измерения температуры расплава у внутренней стенки и зависимости интенсивности прошедшего через тигель пучка монохроматического 1 -излучення от времени и температуры в процессе нагрева.

При этом предусмотрено дополнительное теплоизолирование торцов образца.

На фиг.1 изображена общая схема устройства для определения коэффициента теплопроводности; на фиг.2 продвижение фронта плавления цилиндрического образца в тигле; на фиг.3 — кривая изменения интенсивности проникающего излучения от температуры при фазовом превращении; на фиг.4 — кинетическая : кривая плавления..

Устройство содержит источник 1 излучения, детектор 2 излучения, нагреватель 3, жидкий расплав 4 в тигле, теплоизолирующую засыпку 5, огнеупорную подставку 6 и термопа- ру 7.

Металл расплавляют. так, что он принимает форму тигля, и затем охлаждают до температуры ниже температуры плавления. Далее образец нагревают с постоянной скоростью и в процессе его плавления регистрируют изменение интенсивности проходящего через образец / -излучения от температуры у стенки тигля и времени.

Коэффициент теплопроводности жидкого металла определяют по формуле (, (3n Лы(тв)

=С п 1 п Л »! Зтв) где 0, - удельная теплота плавления; массовый коэффициент поглощения, характеризующий исследуемый металл;

Jq- интенсивность / -излучения, проходящего через пустой тигель;

1057828

Фю2 т<> т юг.3

Составитель М. Земляницын

Редактор Н.Безродная Техред Л.Микеш Корректор A.Èëüèí

Заказ 9575/45 Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская на ., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 интенсивность / -излучения, проходящего через металл в, жидком и твердом состояниях при температуре плавления;

) - интенсивность g -излучения в выбранный моМент времени в двухфазной области; ) — температурами соответствую3 ая значению интенсивности в выбранный момент времени; (- температура плавления металла;

С вЂ” коэффициент, определяющийся размерами тигля (для тигля

g 30 мм C=O 1164, Р 40 мм

C=O 150).

Для предотвращения осевых теплостоков, в том числе эа счет излучения, поверхность металла теплоизолируют с помощью алундовой засыпки.

Тепловой поток, проходящий через слой жидкого металла пропорционален скорости изменения интенсивности

5 g-излучения в процессе плавления, которую находят в кинетической кривой (фиг,4). По температурной зависимости интенсивности иэлу .ения в двухфазной области определяют раз3() ность Ь Т=Т-Тщ (фиг. 3) .

Предлагаемый способ позволяет более точно определить коэффициент теплопроводности жидких железа, ко15 бальта, никеля и сплавов на их основе (погрешность в эксперименте не превышала 10%) *ри сокращении времени эксперимента.