專(zhuān)利名稱(chēng)：用于金屬及合金凝固高溫相變規(guī)律的實(shí)驗(yàn)用加熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于金屬及合金凝固高溫相變規(guī)律的實(shí)驗(yàn)用加熱裝置，特別涉及的是一種用于研究液態(tài)金屬和合金在凝固過(guò)程中相轉(zhuǎn)變規(guī)律的加熱裝置，屬于實(shí)驗(yàn)儀器。
背景技術(shù)：
圍繞凝固和提高鑄坯質(zhì)量的研究一直是材料和冶金領(lǐng)域研究工作者的熱點(diǎn)課題。凝固研究的一個(gè)重要方面是鋼坯在結(jié)晶器內(nèi)坯殼生長(zhǎng)規(guī)律的研究。坯殼的不均勻生長(zhǎng)對(duì)鑄坯表面質(zhì)量和漏鋼有重要影響，可造成連鑄坯表面的凹陷或裂紋缺陷。國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為鋼水高溫相變過(guò)程中體積收縮產(chǎn)生的氣隙是引起初生坯殼生長(zhǎng)不均勻現(xiàn)象的主要原因。鋼水高溫相變過(guò)程的體積收縮又集中于8 — y轉(zhuǎn)變過(guò)程的體積突變收縮，這種收縮， 導(dǎo)致了鑄坯表面裂紋和皮下裂紋等的產(chǎn)生。針對(duì)此問(wèn)題國(guó)內(nèi)外冶金學(xué)者進(jìn)行了很多研究，但主要從操作、工藝、化學(xué)成分的角度分析鑄坯裂紋的形成規(guī)律，提出了一些有效的措施，諸如降低拉速、采用弱冷等，而對(duì)于凝固過(guò)程中相轉(zhuǎn)變的定量化的研究較少，對(duì)于鋼液凝固收縮的定量認(rèn)識(shí)也不夠全面。對(duì)于金屬及合金高溫相轉(zhuǎn)變的定量化研究，可以作為分析連鑄過(guò)程的鑄坯收縮和氣隙產(chǎn)生等現(xiàn)象時(shí)的理論依據(jù)，對(duì)于豐富凝固理論具有重要意義。目前實(shí)驗(yàn)用普通電阻爐通過(guò)使用石墨電極和石墨發(fā)熱體僅能對(duì)坩堝內(nèi)試樣進(jìn)行加熱、保溫等熱處理，存在加熱不穩(wěn)定，溫度數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確等缺點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型旨在提供一種加熱穩(wěn)定，溫度數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，且能設(shè)置多組加熱曲線的用于金屬及合金凝固高溫相變規(guī)律的實(shí)驗(yàn)用加熱裝置。技術(shù)解決方案本實(shí)用新型包括爐筒、石墨隔熱屏、碳?xì)直貙印⑹l(fā)熱體、石墨電極，石墨電極上放置石墨發(fā)熱體，石墨電極及石墨發(fā)熱體內(nèi)放置石墨升降裝置，石墨升降裝置上設(shè)有石墨平臺(tái)，石墨平臺(tái)上放置剛玉坩堝，石墨發(fā)熱體上方設(shè)有紅外測(cè)溫儀探頭，石墨發(fā)熱體與石墨隔熱屏之間上端一側(cè)設(shè)有熱電偶探頭，熱電偶探頭與溫度顯示器連接，溫度顯示器與溫度傳感器連接，溫度傳感器與PID控制器輸入端連接，PID控制器輸出端與電動(dòng)執(zhí)行器連接，電動(dòng)執(zhí)行器與石墨電極連接。石墨升降結(jié)構(gòu)包括電機(jī)、齒輪、升降桿、石墨平臺(tái)，電機(jī)與齒輪相連接，齒輪置于升降桿軸端的齒槽內(nèi)，升降桿上放置石墨平臺(tái)，電機(jī)與電源開(kāi)關(guān)連接。本實(shí)用新型可通過(guò)PID控制器設(shè)置多組加熱曲線，爐筒內(nèi)壁設(shè)有掛鉤，碳?xì)直貙討覓煸趻煦^上，爐筒與碳?xì)直貙又g設(shè)有間隙。懸掛式碳?xì)直貙拥氖褂茫沟么思訜嵫b置擁有更好的保溫效果，以滿(mǎn)足加熱均勻以及加熱曲線的相對(duì)穩(wěn)定性和精準(zhǔn)性。進(jìn)一步由于加熱熔煉后，直接向爐內(nèi)通入低溫冷卻氣體對(duì)高溫試樣進(jìn)行快速冷卻，為了保護(hù)爐內(nèi)加熱原件，本實(shí)用新型在加熱爐底部設(shè)置石墨升降臺(tái)，通過(guò)電機(jī)控制齒輪與齒槽的嚙合位置，實(shí)現(xiàn)升降臺(tái)位置高低可調(diào)，方便后期冷卻。本實(shí)用新型與普通加熱裝置相比，此加熱裝置體積較小，便于操作，而且坩堝尺寸很小，系列坩堝尺寸要求為d 10-30mm ；h : 15_50mm，要求熔液層厚度為5mm左右，試樣量在保證鋪滿(mǎn)坩堝底部的前提下盡量小，以同時(shí)滿(mǎn)足快速冷卻和測(cè)量體積變化的要求。由于試樣量小，可以實(shí)現(xiàn)快速加熱熔煉，同時(shí)，使用小尺寸的坩堝及加熱裝置，也可以提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精確性。而且此加熱裝置通過(guò)設(shè)定不同的加熱曲線，即通過(guò)控制加熱溫度關(guān)于加熱時(shí)間的曲線，達(dá)到分段加熱的目的，可實(shí)現(xiàn)加熱均勻 。再配合使用快冷裝置，以及后期常規(guī)的組織測(cè)定，就可以在常溫下觀測(cè)到試樣的高溫組織，得到金屬及合金凝固的高溫相轉(zhuǎn)變規(guī)律。此加熱裝置的優(yōu)點(diǎn)I、可以通過(guò)PID控制器自動(dòng)設(shè)定加熱溫度，可設(shè)定不同的加熱溫度，以獲得鋼樣不同的過(guò)熱度，最高加熱溫度可以達(dá)到2000. (TC，溫度精度達(dá)0. I0C ；2、可以通過(guò)PID控制器設(shè)定多組加熱曲線，加熱曲線可分1-40步，通過(guò)加熱時(shí)間和加熱溫度的設(shè)定，得到分段加熱曲線，可實(shí)現(xiàn)加熱均勻的目的；3、升降臺(tái)的使用，可以在后期快速冷卻時(shí)，保護(hù)高溫狀態(tài)下的加熱元件；4、配合使用懸掛式碳?xì)直貙樱瑢?shí)現(xiàn)高效保溫；5、坩堝尺寸及試樣量小，可以實(shí)現(xiàn)快速熔煉，提高實(shí)驗(yàn)效率；可以實(shí)現(xiàn)快速冷卻，得到金屬的高溫凝固組織；6、整個(gè)加熱裝置尺寸較小，加工簡(jiǎn)單，成本較低，便于操作，可以提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精確度。

圖I為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型包括碳?xì)直貙覫、爐筒2、石墨發(fā)熱體3、紅外測(cè)溫探頭4、熱電偶探頭5、石墨平臺(tái)6、剛玉坩堝7、石墨隔熱屏8、石墨升降桿9、石墨電極10、升降桿齒槽11、齒輪12。本實(shí)用新型爐筒2內(nèi)壁設(shè)有掛鉤，碳?xì)直貙覫懸掛在掛鉤上，爐筒2與碳?xì)直貙覫之間設(shè)有間隙。石墨平臺(tái)6上放置有剛玉坩堝7，石墨發(fā)熱體3上方設(shè)有紅外測(cè)溫儀探頭4，用于測(cè)量剛玉坩堝7內(nèi)試樣的實(shí)時(shí)溫度。石墨發(fā)熱體3與石墨隔熱屏8之間上端一側(cè)設(shè)有熱電偶探頭5，熱電偶探頭5與溫度顯示器連接，溫度顯示器與溫度傳感器連接，溫度傳感器與PID控制器輸入端連接，即通過(guò)溫度傳感器將熱電偶探頭5測(cè)得爐內(nèi)溫度值反饋至IjPID控制器。PID控制器輸出端與電動(dòng)執(zhí)行器連接，電動(dòng)執(zhí)行器與石墨電極10連接，輸出端通過(guò)利用電動(dòng)執(zhí)行器調(diào)節(jié)石墨電極10的電流輸入，從而控制試樣的加熱速度與加熱溫度，實(shí)現(xiàn)閉合式環(huán)路溫度控制。石墨電極10上放置石墨發(fā)熱體3，石墨電極10及石墨發(fā)熱體3內(nèi)放置石墨升降桿9，石墨升降桿9上放置石墨平臺(tái)6，升降桿9軸端開(kāi)有齒槽11，齒輪12置于升降桿11軸端的齒槽11內(nèi)，齒輪12與電機(jī)相連接，電機(jī)與電源開(kāi)關(guān)連接，電源開(kāi)關(guān)開(kāi)啟，通過(guò)電機(jī)控制齒輪12與升降桿軸端齒槽11的嚙合高度，從而控制石墨平臺(tái)到合適的高度。工作過(guò)程熔煉少量金屬或合金，研究其高溫凝固相變時(shí)，進(jìn)行如下步驟可實(shí)現(xiàn)所要求功能。將少量金屬放置于剛玉坩堝7內(nèi)，將坩堝7置于石墨平臺(tái)6上，通過(guò)PID調(diào)節(jié)器設(shè)定加熱曲線，加熱曲線包括下列步驟，可以設(shè)置成1-40步，一般40段已足夠滿(mǎn)足普通金屬及合金加熱熔煉的應(yīng)用。設(shè)定開(kāi)啟超量程故障保護(hù)，當(dāng)測(cè)量值超過(guò)上下限量程范圍± 10%報(bào)警，掉電保護(hù)，即程序運(yùn)行中電源掉電后，當(dāng)再次上電時(shí)，程序從斷點(diǎn)處繼續(xù)運(yùn)行，對(duì)于定值設(shè)定，則總是保持掉電前的狀態(tài)，以及溫度報(bào)警功能。設(shè)定完畢以后，開(kāi)啟電源開(kāi)關(guān)，石墨電極10通電后開(kāi)始加熱石墨發(fā)熱體3，通過(guò)熱輻射和熱對(duì)流兩種熱傳遞方式，加熱熔煉剛玉坩堝7內(nèi)試樣，配合使用石墨隔熱屏8和碳?xì)直貙?，實(shí)現(xiàn)加熱裝置的保溫功能。使用紅外測(cè)溫儀探頭4測(cè)量剛玉坩堝7內(nèi)試樣溫度。使用熱電偶探頭5實(shí)時(shí)測(cè)定爐內(nèi)氣氛溫度，并將測(cè)得溫度通過(guò)溫度傳感器轉(zhuǎn)化為電子信號(hào)反饋至PID調(diào)節(jié)器的輸入端，從而調(diào)整PID控制器的輸出信號(hào)，PID控制器通過(guò)電動(dòng)執(zhí)行器控制石墨電極10的電流輸入，實(shí)現(xiàn)閉合式環(huán)路溫度控制，按照設(shè)定加熱曲線加熱試樣。加熱熔煉完畢以后，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，通過(guò)電機(jī)控制齒輪12與升降桿9軸端齒槽11的嚙合高度，升高升降桿9從而使石墨平臺(tái)6到合適位置，以配合使用快速冷卻裝置，再配合后期常規(guī)組織觀測(cè)，即可得到金屬及合金的高溫凝固的相轉(zhuǎn)變規(guī)律。權(quán)利要求1.用于金屬及合金凝固高溫相變規(guī)律的實(shí)驗(yàn)用加熱裝置，包括爐筒(2)、石墨隔熱屏(8)、懸掛式碳?xì)直貙?I)、石墨發(fā)熱體(3)、石墨電極(10)，石墨電極(10)上放置石墨發(fā)熱體(3)，其特征在于，石墨發(fā)熱體(3)內(nèi)放置石墨升降裝置，石墨升降裝置上設(shè)有石墨平臺(tái)(6)，石墨平臺(tái)(6)上放置剛玉坩堝(7)，石墨發(fā)熱體(3)上方設(shè)有紅外測(cè)溫儀探頭(4)，石墨發(fā)熱體(3)與石墨隔熱屏(I)之間上端一側(cè)設(shè)有熱電偶探頭(5)，熱電偶探頭(5)與溫度顯示器連接，溫度顯示器與溫度傳感器連接，溫度傳感器與PID控制器輸入端連接，PID控制器輸出端與電動(dòng)執(zhí)行器連接，電動(dòng)執(zhí)行器與石墨電極(10)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于金屬及合金凝固高溫相變規(guī)律的實(shí)驗(yàn)用加熱裝置，其特征在于，石墨升降裝置還包括電機(jī)、石墨升降桿(9)、齒輪(12)，電機(jī)與齒輪(12)相連接，齒輪(12)置于升降桿軸端的齒槽(11)內(nèi)，電機(jī)與電源開(kāi)關(guān)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于金屬及合金凝固高溫相變規(guī)律的實(shí)驗(yàn)用加熱裝置，其特征在于，爐筒(2)內(nèi)壁設(shè)有掛鉤，碳?xì)直貙?I)懸掛在掛鉤上，爐筒(2)與碳?xì)直貙?I)之間設(shè)有間隙。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于金屬及合金凝固高溫相變規(guī)律的實(shí)驗(yàn)用加熱裝置，屬于實(shí)驗(yàn)儀器。本實(shí)用新型石墨電極上放置石墨發(fā)熱體，石墨電極及石墨發(fā)熱體內(nèi)放置石墨升降裝置，石墨升降裝置上設(shè)有石墨平臺(tái)，石墨平臺(tái)上放置剛玉坩堝，石墨發(fā)熱體上方設(shè)有紅外測(cè)溫儀探頭，石墨發(fā)熱體與石墨隔熱屏之間上端一側(cè)設(shè)有熱電偶探頭，熱電偶探頭與溫度顯示器連接，溫度顯示器與溫度傳感器連接，溫度傳感器與PID控制器輸入端連接，PID控制器輸出端與電動(dòng)執(zhí)行器連接，電動(dòng)執(zhí)行器與石墨電極連接。本實(shí)用新型體積較小，便于操作，可以實(shí)現(xiàn)快速加熱熔煉，加熱均勻。在常溫下觀測(cè)到試樣的高溫組織，得到金屬及合金凝固的高溫相轉(zhuǎn)變規(guī)律。
文檔編號(hào)F27B17/02GK202501748SQ20122013105
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月22日
發(fā)明者王昊杰, 白亮, 邢淑清, 馬茹, 麻永林 申請(qǐng)人:內(nèi)蒙古科技大學(xué)