在脈沖磁致振蕩處理工藝中連續測量金屬熔體溫度的裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種在脈沖磁致振蕩處理工藝中連續測量金屬熔體溫度的裝置，包括溫度測試分析系統、熔鑄裝置和脈沖磁致振蕩處理裝置，熔鑄裝置由鑄型裝置、中頻感應電源和感應線圈構成，金屬熔體裝載于鑄型裝置的內腔中，鑄型裝置的上口設有頂蓋，頂蓋形成熱電偶固定裝置，中頻感應電源通過開關裝置控制感應線圈產生脈沖磁場，在裝載于鑄型裝置內的固體金屬中感生出渦流，使其發熱熔化，脈沖磁致振蕩處理裝置由脈沖電源和電磁線圈構成，脈沖電源通過控制電磁線圈，對金屬熔體施加脈沖磁致振蕩作用，通過溫度采集記錄系統連續記錄金屬熔體的溫度信息。本發明能準確測得脈沖磁致振蕩處理下熔體內部的溫度曲線，測量裝置簡便易行，測得數據準確可靠。
【專利說明】在脈沖磁致振蕩處理工藝中連續測量金屬熔體溫度的裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種溫度測量和分析裝置，特別是涉及一種金屬熔體的連續測溫裝置，應用于金屬材料熔鑄工藝【技術領域】。
【背景技術】
[0002]由于控制金屬材料的凝固組織是改善材料性能的重要手段，因而這一領域成為了國內外材料科學工作者的關注熱點，特別是細化金屬凝固組織有利于提高金屬的綜合性能，而細化金屬凝固組織的方法主要有孕育、變質處理、微合金化和采用外場處理等。其中外場處理對金屬凝固組織和固態相變的影響非常顯著，這方面的研究已取得了巨大進展。
[0003]現有外場處理金屬凝固組織的技術中，中國專利200510030736.4公開了一種“脈沖磁致振蕩細化金屬凝固組織的方法及其裝置”，該發明方法通過特殊設計的電路及彈簧形感應線圈而構成的振蕩發生裝置，導入超高頻脈沖磁場，在置于感應線圈中的金屬熔體表面而非整個熔體內產生磁致振蕩，對金屬凝固過程產生作用直至凝固。該專利中的實施實例顯示該方法可顯著改變凝固組織形態，細化晶粒組織，并消除比重偏析，極具應用前景。而為了進一步探索該方法本質機理，準確測量該方法作用下的熔體溫度曲線具有重大意義，但是該專利中的裝置在具體實施過程中，需要先通過電阻爐將金屬塊熔化并保溫一段時間，再將金屬液澆注到鑄型中，而將金屬液從電阻爐取出到澆注的過程中，人為因素較多，一方面很難保證每次實驗中該過程經歷的時間和外界環境相同，而這一過程內金屬液由于大量散熱而導致澆入鑄型時溫度已有所降低；另一方面是每次實驗中，澆口的位置、高度及澆速等澆注方式和金屬液充型的方式也難以保持一致。由于金屬液在高溫段降溫速度很快，這兩種不利因素導致不同實驗中的實際澆注溫度差別較大，且金屬液經歷的降溫過程也會有所不同，最終會影響到實際的凝固組織。另外，傳統測溫法主要有兩種:一是從側壁打孔事先將熱電偶水平插入鑄型中，這種方法的弊端在于:熔體在剛澆注到鑄型中時，流動很劇烈，溫度波動很大，降溫很快，因此熱電偶測得的溫度有較大誤差。二是待澆注完成后才將熱電偶插入熔體中，而當金屬液澆入溫度較低的鑄型后，會在型壁處迅速形成凝固殼層，且再插入的熱電偶也會對所在區域的熔體產生一定激冷作用，這兩因素導致測得的溫度會有較大誤差，且無法反映型壁處熔體形核、長大對熔體溫度的影響，而這一影響對于認識脈沖磁致振蕩細化金屬凝固組織的機理尤為關鍵。綜上，使用傳統方法一方面測得的溫度曲線誤差較大，另一方面難以獲得一些關鍵的信息。

【發明內容】

[0004]為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種在脈沖磁致振蕩處理工藝中連續測量金屬熔體溫度的裝置，能準確測得脈沖磁致振蕩處理下熔體內部的溫度曲線，測量裝置簡便易行，測得數據準確可靠。
[0005]為達到上述發明創造目的，本發明采用下述技術方案:
一種在脈沖磁致振蕩處理工藝中連續測量金屬熔體溫度的裝置，包括溫度測試分析系統、熔鑄裝置和脈沖磁致振蕩處理裝置，溫度測試分析系統由測溫熱電偶、溫度采集記錄系統和熱電偶固定裝置構成，測溫熱電偶的信號輸出端與溫度采集記錄系統的信號接收端連接，溫度采集記錄系統實時監控待測的金屬熔體內部檢測位置的溫度測量值，并輸出溫度測量值信息，熔鑄裝置由鑄型裝置、中頻感應電源和感應線圈構成，金屬熔體裝載于鑄型裝置的內腔中，鑄型裝置的上口設有頂蓋，在頂蓋上設有安裝測溫熱電偶的孔槽結構，使頂蓋形成熱電偶固定裝置，測溫熱電偶至少包括一支，在鑄型裝置設有絕熱材料外套，將鑄型裝置連同絕熱材料外套置于感應線圈內部區域，中頻感應電源通過開關裝置控制感應線圈產生脈沖磁場，在裝載于鑄型裝置內的固體金屬中感生出渦流，使其發熱熔化，脈沖磁致振蕩處理裝置由脈沖電源和電磁線圈構成，脈沖電源通過開關器件控制電磁線圈，對裝載于鑄型裝置內的金屬熔體施加脈沖磁致振蕩處理，通過溫度采集記錄系統連續記錄在脈沖磁致振蕩處理工藝中的金屬熔體內部的溫度信息，并繪制金屬熔體的溫度變化曲線。
[0006]作為本發明技術方案的改進，上述熔鑄裝置的感應線圈和脈沖磁致振蕩處理裝置的電磁線圈共用相同的線圈。
[0007]作為上述本發明技術方案的改進，上述熔鑄裝置的開關裝置和脈沖磁致振蕩處理裝置的開關器件集成在一起，采用雙刀雙擲開關，即熔鑄裝置的開關裝置和脈沖磁致振蕩處理裝置共用一個雙刀雙擲開關，使感應線圈與雙刀雙擲開關的中央接線柱電連接，雙刀雙擲開關左右兩對接線柱分別和中頻感應電源及脈沖電源電連接。
[0008]上述脈沖電源優選的工作參數為:脈沖電流為10— 20000A，脈沖寬度為5μ s—50ms,作用頻率為0.015—2KHz ;上述中頻感應電源優選的工作參數為:電流為O — 100A，作用頻率為O — IOOOHz。
[0009]作為上述技術方案的改進，通過鑄型裝置的頂蓋，使安裝測溫熱電偶的位置、數量和插入深度分別可調。
[0010]上述絕熱材料外套的材料厚度最好為5—30mm。
[0011]上述絕熱材料外套的材料最好由漂珠混合水玻璃構成。
[0012]上述鑄型裝置最好優選石墨坩堝。
[0013]本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點:
1.本發明提供了一種在脈沖磁致振蕩處理工藝中連續測量金屬熔體溫度的裝置，省去了澆注步驟，避免了由于每次實驗中由于金屬液出爐到澆注過程中損失熱量，以及澆注和金屬液充型的方式難以保持一致而導致的熔體內部溫度偏差，從而更準確地測得脈沖磁致振蕩處理下金屬熔體溫度曲線；
2.本發明所提供的裝置，避免了鑄型對金屬液產生的激冷作用，以及熱電偶在澆注后才插入的這一時間差以及熱電偶的激冷作用而導致的熔體內部溫度偏差，能準確測得脈沖磁致振蕩處理下熔體的溫度曲線；
3.本發明克服了傳統測溫法測得的溫度曲線誤差較大且難以反映型壁處熔體形核、長大對熔體溫度的影響這一缺點，從而更準確地測得脈沖磁致振蕩處理下金屬熔體溫度曲線。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發明實施例一連續測量金屬熔體溫度的裝置的結構示意圖。[0015]圖2是使用本發明實施例一連續測量金屬熔體溫度的裝置所測得的脈沖磁致振蕩處理下純鋁熔體中心處與靠近型壁處的溫度曲線。
【具體實施方式】
[0016]本發明的優選實施例詳述如下:
實施例一:
在本實施例中，參見圖1和圖2，一種在脈沖磁致振蕩處理工藝中連續測量金屬熔體溫度的裝置，包括溫度測試分析系統、熔鑄裝置和脈沖磁致振蕩處理裝置，溫度測試分析系統由測溫熱電偶、溫度采集記錄系統3和熱電偶固定裝置構成，測溫熱電偶的信號輸出端與溫度采集記錄系統3的信號接收端連接，溫度采集記錄系統3實時監控待測的金屬熔體7內部檢測位置的溫度測量值，并輸出溫度測量值信息，熔鑄裝置由鑄型裝置5、中頻感應電源11和感應線圈6構成，鑄型裝置5選用石墨坩堝，規格為Φ 30 X Φ 65 X 85，金屬熔體7裝載于鑄型裝置5的內腔中，鑄型裝置5的上口設有頂蓋4，在頂蓋4上設有安裝測溫熱電偶的孔槽結構，使頂蓋形成熱電偶固定裝置，測溫熱電偶包括兩支，分別為第一支熔體測溫熱電偶I和第二支熔體測溫熱電偶2，測溫熱電偶采用K型熱電偶，在鑄型裝置5設有圓柱形的絕熱材料外套8，將鑄型裝置5連同絕熱材料外套8置于感應線圈6內部區域，中頻感應電源11通過開關裝置控制感應線圈6產生脈沖磁場，在裝載于鑄型裝置5內的金屬塊中感生出渦流，使其發熱熔化，脈沖磁致振蕩處理裝置由脈沖電源10和電磁線圈構成，脈沖電源10通過開關器件控制電磁線圈，對裝載于鑄型裝置5的內腔中的金屬熔體7施加脈沖磁場作用，對金屬熔體7進行脈沖磁致振蕩處理，通過溫度采集記錄系統3連續記錄在脈沖磁致振蕩處理工藝中的金屬熔 體7內部的溫度信息，并繪制金屬熔體的溫度變化曲線。
[0017]在本實施例中，參見圖1，熔鑄裝置的感應線圈6和脈沖磁致振蕩處理裝置的電磁線圈共用相同的線圈，所使用的線圈為彈簧形感應線圈，匝數為11，層數為2。
[0018]在本實施例中，參見圖1，熔鑄裝置的開關裝置和脈沖磁致振蕩處理裝置的開關器件集成在一起，采用雙刀雙擲開關9，即熔鑄裝置的開關裝置和脈沖磁致振蕩處理裝置共用一個雙刀雙擲開關9，使感應線圈6與雙刀雙擲開關9的中央接線柱電連接，雙刀雙擲開關9左右兩對接線柱分別和中頻感應電源11及脈沖電源10電連接。
[0019]參見圖1和圖2，利用實施例連續測量金屬熔體溫度的裝置完成了針對純鋁所做的實驗，其實驗情況及結果敘述如下:
將純度為99.7%的530克工業純鋁塊置入石墨坩堝內，石墨坩堝放在感應線圈6內部的圓柱形的絕熱材料外套8內，首先將雙刀雙擲開關9的閘刀壓入左側，通過感應電源11對感應線圈6導入大小為10-60A、頻率為20-500HZ的交變電流，由于電磁感應的作用，石墨坩堝內的純鋁塊感生出渦流而發熱使純鋁塊熔化，純鋁塊熔化后將兩支K型熱電偶分別插入純鋁形成的金屬熔體7中，通過頂蓋4將第一支熔體測溫熱電偶I和第二支熔體測溫熱電偶2的位置和浸入金屬熔體7的深度固定，其中第一支熔體測溫熱電偶I測試金屬熔體7中心處的溫度，第二支熔體測溫熱電偶2測試靠近石墨坩堝處的金屬熔體7的溫度，對金屬熔體7中兩點溫度進行實時檢測。當金屬熔體7升到700°C的預定溫度時，將雙刀雙擲開關9的閘刀壓入右側，通過脈沖電源10對感應線圈6導入參數為^1HzAh1AJOb1 μ s的脈沖電流。本專利中Kphpb1均為設備參數，不隨實驗條件的改變而改變。脈沖電源10對感應線圈6內的金屬熔體7實施脈沖磁致振蕩處理，通過溫度采集記錄系統3獲得純鋁熔體內部測試點的溫度及其實時變化，測得準確可靠的脈沖磁致振蕩處理下純鋁熔體中心和型壁處的溫度一時間曲線，見圖2。
[0020]相比傳統測溫方法，使用本實施例連續測量金屬熔體溫度的裝置對金屬熔體7內的溫度進行測量時，省去了澆注過程，能更加穩定、準確地測得熔體冷卻曲線，為研究脈沖磁致振蕩細化金屬凝固組織的機理提供準確可靠的溫度數據。
[0021]實施例二:
本實施例與實施例一基本相同，特別之處在于:
通過在鑄型裝置5的頂蓋4上打有多個孔洞，使安裝測溫熱電偶的位置、數量和插入深度分別可調。除了采用第一支熔體測溫熱電偶I和第二支熔體測溫熱電偶2之外，還增設第三支熔體測溫熱電偶，置于金屬熔體內部的各熱電偶距離鑄型裝置5底部距離相同，以此來連續測量金屬熔體7內相同深度處的待測位置處的溫度，并繪制金屬熔體的測試點溫度變化曲線。
[0022]上面結合附圖對本發明實施例進行了說明，但本發明不限于上述實施例，還可以根據本發明的發明創造的目的做出多種變化，凡依據本發明技術方案的精神實質和原理下做的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，只要符合本發明的發明目的，只要不背離本發明在脈沖磁致振蕩處理工藝中連續測量金屬熔體溫度的裝置的技術原理和發明構思，都屬于本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種在脈沖磁致振蕩處理工藝中連續測量金屬熔體溫度的裝置，主要包括溫度測試分析系統，所述溫度測試分析系統由測溫熱電偶、溫度采集記錄系統(3)和熱電偶固定裝置構成，所述測溫熱電偶的信號輸出端與所述溫度采集記錄系統(3)的信號接收端連接，所述溫度采集記錄系統(3)實時監控待測的金屬熔體(7)內部檢測位置的溫度測量值，并輸出溫度測量值信息，其特征在于:還包括熔鑄裝置和脈沖磁致振蕩處理裝置，所述熔鑄裝置由鑄型裝置(5)、中頻感應電源(11)和感應線圈(6)構成，金屬熔體(7)裝載于所述鑄型裝置(5)的內腔中，所述鑄型裝置(5)的上口設有頂蓋(4)，在所述頂蓋(4)上設有安裝所述測溫熱電偶的孔槽結構，使所述頂蓋形成熱電偶固定裝置，所述測溫熱電偶至少包括一支，在所述鑄型裝置(5)設有絕熱材料外套(8)，將所述鑄型裝置(5)連同所述絕熱材料外套(8)置于所述感應線圈(6)內部區域，所述中頻感應電源(11)通過開關裝置控制所述感應線圈(6)產生脈沖磁場，在裝載于所述鑄型裝置(5)內的固體金屬中感生出渦流，使其發熱熔化，所述脈沖磁致振蕩處理裝置由脈沖電源(10)和電磁線圈構成，所述脈沖電源(10)通過開關器件控制所述電磁線圈，對裝載于所述鑄型裝置(5)的內腔中的金屬熔體(7)施加脈沖磁致振蕩處理，通過所述溫度采集記錄系統(3)連續記錄在脈沖磁致振蕩處理工藝中的金屬熔體(7)內部的溫度信息，并繪制金屬熔體的溫度變化曲線。
2.根據權利要求1所述的在脈沖磁致振蕩處理工藝中連續測量金屬熔體溫度的裝置，其特征在于:所述熔鑄裝置的感應線圈(6)和所述脈沖磁致振蕩處理裝置的電磁線圈共用相同的線圈。
3.根據權利要求2所述的在脈沖磁致振蕩處理工藝中連續測量金屬熔體溫度的裝置，其特征在于:所述熔鑄裝置的開關裝置和所述脈沖磁致振蕩處理裝置的開關器件集成在一起，采用雙刀雙擲開關(9)，即所述熔鑄裝置的開關裝置和所述脈沖磁致振蕩處理裝置共用一個所述雙刀雙擲開關(9)，使所述感應線圈(6)與所述雙刀雙擲開關(9)的中央接線柱電連接，所述雙刀雙擲開關(9 )左右兩對接線柱分別和所述中頻感應電源(11)及脈沖電源(10)相連接。
4.根據權利要求1?3中任意一項所述的在脈沖磁致振蕩處理工藝中連續測量金屬熔體溫度的裝置，其特征在于:所述脈沖電源(10)的工作參數為:脈沖電流為10— 20000A，脈沖寬度為5 μ s—50ms，作用頻率為0.015—2KHz ;所述中頻感應電源(11)的工作參數為:電流為O — 100A，作用頻率為O — IOOOHz。
5.根據權利要求1?3中任意一項所述的在脈沖磁致振蕩處理工藝中連續測量金屬熔體溫度的裝置，其特征在于:通過所述鑄型裝置(5)的頂蓋(4)，使安裝所述測溫熱電偶的位置、數量和插入深度分別可調。
6.根據權利要求1?3中任意一項所述的在脈沖磁致振蕩處理工藝中連續測量金屬熔體溫度的裝置，其特征在于:所述絕熱材料外套(8)的材料厚度為5 — 30_。
7.根據權利要求1?3中任意一項所述的在脈沖磁致振蕩處理工藝中連續測量金屬熔體溫度的裝置，其特征在于:所述絕熱材料外套(8)的材料由漂珠混合水玻璃構成。
8.根據權利要求1?3中任意一項所述的在脈沖磁致振蕩處理工藝中連續測量金屬熔體溫度的裝置，其特征在于:所述鑄型裝置(5)采用石墨坩堝。
【文檔編號】B22D27/02GK103586442SQ201310585998
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月20日 優先權日:2013年11月20日
【發明者】梁柱元, 梁冬, 李祺欣, 張志臣, 徐智帥, 仲紅剛, 翟啟杰 申請人:上海大學