在脈沖磁致振蕩處理工藝中連續(xù)測量金屬熔體溫度的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種在脈沖磁致振蕩處理工藝中連續(xù)測量金屬熔體溫度的裝置，包括溫度測試分析系統(tǒng)、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(yīng)電源和感應(yīng)線圈構(gòu)成，金屬熔體裝載于鑄型裝置的內(nèi)腔中，鑄型裝置的上口設(shè)有頂蓋，頂蓋形成熱電偶固定裝置，中頻感應(yīng)電源通過開關(guān)裝置控制感應(yīng)線圈產(chǎn)生脈沖磁場，在裝載于鑄型裝置內(nèi)的固體金屬中感生出渦流，使其發(fā)熱熔化，脈沖磁致振蕩處理裝置由脈沖電源和電磁線圈構(gòu)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(tǒng)連續(xù)記錄金屬熔體的溫度信息。本發(fā)明能準(zhǔn)確測得脈沖磁致振蕩處理下熔體內(nèi)部的溫度曲線，測量裝置簡便易行，測得數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。
【專利說明】在脈沖磁致振蕩處理工藝中連續(xù)測量金屬熔體溫度的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)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(xù)測溫裝置，應(yīng)用于金屬材料熔鑄工藝【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[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(lǐng)域成為了國內(nèi)外材料科學(xué)工作者的關(guān)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(zhì)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(tài)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(xiàn)有外場處理金屬凝固組織的技術(shù)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(fā)明方法通過特殊設(shè)計的電路及彈簧形感應(yīng)線圈而構(gòu)成的振蕩發(fā)生裝置，導(dǎo)入超高頻脈沖磁場，在置于感應(yīng)線圈中的金屬熔體表面而非整個熔體內(nèi)產(chǎn)生磁致振蕩，對金屬凝固過程產(chǎn)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(tài)，細化晶粒組織，并消除比重偏析，極具應(yīng)用前景。而為了進一步探索該方法本質(zhì)機理，準(zhǔn)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(jīng)歷的時間和外界環(huán)境相同，而這一過程內(nèi)金屬液由于大量散熱而導(dǎo)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(dǎo)致不同實驗中的實際澆注溫度差別較大，且金屬液經(jīng)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(tǒng)測溫法主要有兩種:一是從側(cè)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(dāng)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(qū)域的熔體產(chǎn)生一定激冷作用，這兩因素導(dǎo)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(rèn)識脈沖磁致振蕩細化金屬凝固組織的機理尤為關(guān)鍵。綜上，使用傳統(tǒng)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(guān)鍵的信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)存在的不足，提供一種在脈沖磁致振蕩處理工藝中連續(xù)測量金屬熔體溫度的裝置，能準(zhǔn)確測得脈沖磁致振蕩處理下熔體內(nèi)部的溫度曲線，測量裝置簡便易行，測得數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。
[0005]為達到上述發(fā)明創(chuàng)造目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
一種在脈沖磁致振蕩處理工藝中連續(xù)測量金屬熔體溫度的裝置，包括溫度測試分析系統(tǒng)、熔鑄裝置和脈沖磁致振蕩處理裝置，溫度測試分析系統(tǒng)由測溫?zé)犭娕肌囟炔杉涗浵到y(tǒng)和熱電偶固定裝置構(gòu)成，測溫?zé)犭娕嫉男盘栞敵龆伺c溫度采集記錄系統(tǒng)的信號接收端連接，溫度采集記錄系統(tǒng)實時監(jiān)控待測的金屬熔體內(nèi)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(yīng)電源和感應(yīng)線圈構(gòu)成，金屬熔體裝載于鑄型裝置的內(nèi)腔中，鑄型裝置的上口設(shè)有頂蓋，在頂蓋上設(shè)有安裝測溫?zé)犭娕嫉目撞劢Y(jié)構(gòu)，使頂蓋形成熱電偶固定裝置，測溫?zé)犭娕贾辽侔ㄒ恢?，在鑄型裝置設(shè)有絕熱材料外套，將鑄型裝置連同絕熱材料外套置于感應(yīng)線圈內(nèi)部區(qū)域，中頻感應(yīng)電源通過開關(guān)裝置控制感應(yīng)線圈產(chǎn)生脈沖磁場，在裝載于鑄型裝置內(nèi)的固體金屬中感生出渦流，使其發(fā)熱熔化，脈沖磁致振蕩處理裝置由脈沖電源和電磁線圈構(gòu)成，脈沖電源通過開關(guān)器件控制電磁線圈，對裝載于鑄型裝置內(nèi)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(tǒng)連續(xù)記錄在脈沖磁致振蕩處理工藝中的金屬熔體內(nèi)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(fā)明技術(shù)方案的改進，上述熔鑄裝置的感應(yīng)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(fā)明技術(shù)方案的改進，上述熔鑄裝置的開關(guān)裝置和脈沖磁致振蕩處理裝置的開關(guān)器件集成在一起，采用雙刀雙擲開關(guān)，即熔鑄裝置的開關(guān)裝置和脈沖磁致振蕩處理裝置共用一個雙刀雙擲開關(guān)，使感應(yīng)線圈與雙刀雙擲開關(guān)的中央接線柱電連接，雙刀雙擲開關(guān)左右兩對接線柱分別和中頻感應(yīng)電源及脈沖電源電連接。
[0008]上述脈沖電源優(yōu)選的工作參數(shù)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(yīng)電源優(yōu)選的工作參數(shù)為:電流為O — 100A，作用頻率為O — IOOOHz。
[0009]作為上述技術(shù)方案的改進，通過鑄型裝置的頂蓋，使安裝測溫?zé)犭娕嫉奈恢?、?shù)量和插入深度分別可調(diào)。
[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(gòu)成。
[0012]上述鑄型裝置最好優(yōu)選石墨坩堝。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著優(yōu)點:
1.本發(fā)明提供了一種在脈沖磁致振蕩處理工藝中連續(xù)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(dǎo)致的熔體內(nèi)部溫度偏差，從而更準(zhǔn)確地測得脈沖磁致振蕩處理下金屬熔體溫度曲線；
2.本發(fā)明所提供的裝置，避免了鑄型對金屬液產(chǎn)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(dǎo)致的熔體內(nèi)部溫度偏差，能準(zhǔn)確測得脈沖磁致振蕩處理下熔體的溫度曲線；
3.本發(fā)明克服了傳統(tǒng)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(zhǔn)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(fā)明實施例一連續(xù)測量金屬熔體溫度的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。[0015]圖2是使用本發(fā)明實施例一連續(xù)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(fā)明的優(yōu)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(xù)測量金屬熔體溫度的裝置，包括溫度測試分析系統(tǒng)、熔鑄裝置和脈沖磁致振蕩處理裝置，溫度測試分析系統(tǒng)由測溫?zé)犭娕?、溫度采集記錄系統(tǒng)3和熱電偶固定裝置構(gòu)成，測溫?zé)犭娕嫉男盘栞敵龆伺c溫度采集記錄系統(tǒng)3的信號接收端連接，溫度采集記錄系統(tǒng)3實時監(jiān)控待測的金屬熔體7內(nèi)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(yīng)電源11和感應(yīng)線圈6構(gòu)成，鑄型裝置5選用石墨坩堝，規(guī)格為Φ 30 X Φ 65 X 85，金屬熔體7裝載于鑄型裝置5的內(nèi)腔中，鑄型裝置5的上口設(shè)有頂蓋4，在頂蓋4上設(shè)有安裝測溫?zé)犭娕嫉目撞劢Y(jié)構(gòu)，使頂蓋形成熱電偶固定裝置，測溫?zé)犭娕及▋芍?，分別為第一支熔體測溫?zé)犭娕糏和第二支熔體測溫?zé)犭娕?，測溫?zé)犭娕疾捎肒型熱電偶，在鑄型裝置5設(shè)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(yīng)線圈6內(nèi)部區(qū)域，中頻感應(yīng)電源11通過開關(guān)裝置控制感應(yīng)線圈6產(chǎn)生脈沖磁場，在裝載于鑄型裝置5內(nèi)的金屬塊中感生出渦流，使其發(fā)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(gòu)成，脈沖電源10通過開關(guān)器件控制電磁線圈，對裝載于鑄型裝置5的內(nèi)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(tǒng)3連續(xù)記錄在脈沖磁致振蕩處理工藝中的金屬熔 體7內(nèi)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(yīng)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(yīng)線圈，匝數(shù)為11，層數(shù)為2。
[0018]在本實施例中，參見圖1，熔鑄裝置的開關(guān)裝置和脈沖磁致振蕩處理裝置的開關(guān)器件集成在一起，采用雙刀雙擲開關(guān)9，即熔鑄裝置的開關(guān)裝置和脈沖磁致振蕩處理裝置共用一個雙刀雙擲開關(guān)9，使感應(yīng)線圈6與雙刀雙擲開關(guān)9的中央接線柱電連接，雙刀雙擲開關(guān)9左右兩對接線柱分別和中頻感應(yīng)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(xù)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(jié)果敘述如下:
將純度為99.7%的530克工業(yè)純鋁塊置入石墨坩堝內(nèi)，石墨坩堝放在感應(yīng)線圈6內(nèi)部的圓柱形的絕熱材料外套8內(nèi)，首先將雙刀雙擲開關(guān)9的閘刀壓入左側(cè)，通過感應(yīng)電源11對感應(yīng)線圈6導(dǎo)入大小為10-60A、頻率為20-500HZ的交變電流，由于電磁感應(yīng)的作用，石墨坩堝內(nèi)的純鋁塊感生出渦流而發(fā)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?zé)犭娕糏和第二支熔體測溫?zé)犭娕?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?zé)犭娕糏測試金屬熔體7中心處的溫度，第二支熔體測溫?zé)犭娕?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(dāng)金屬熔體7升到700°C的預(yù)定溫度時，將雙刀雙擲開關(guān)9的閘刀壓入右側(cè)，通過脈沖電源10對感應(yīng)線圈6導(dǎo)入?yún)?shù)為^1HzAh1AJOb1 μ s的脈沖電流。本專利中Kphpb1均為設(shè)備參數(shù)，不隨實驗條件的改變而改變。脈沖電源10對感應(yīng)線圈6內(nèi)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(tǒng)3獲得純鋁熔體內(nèi)部測試點的溫度及其實時變化，測得準(zhǔn)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(tǒng)測溫方法，使用本實施例連續(xù)測量金屬熔體溫度的裝置對金屬熔體7內(nèi)的溫度進行測量時，省去了澆注過程，能更加穩(wěn)定、準(zhǔn)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(zhǔn)確可靠的溫度數(shù)據(jù)。
[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?zé)犭娕嫉奈恢?、?shù)量和插入深度分別可調(diào)。除了采用第一支熔體測溫?zé)犭娕糏和第二支熔體測溫?zé)犭娕?之外，還增設(shè)第三支熔體測溫?zé)犭娕?，置于金屬熔體內(nèi)部的各熱電偶距離鑄型裝置5底部距離相同，以此來連續(xù)測量金屬熔體7內(nèi)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(jié)合附圖對本發(fā)明實施例進行了說明，但本發(fā)明不限于上述實施例，還可以根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明創(chuàng)造的目的做出多種變化，凡依據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的精神實質(zhì)和原理下做的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，只要符合本發(fā)明的發(fā)明目的，只要不背離本發(fā)明在脈沖磁致振蕩處理工藝中連續(xù)測量金屬熔體溫度的裝置的技術(shù)原理和發(fā)明構(gòu)思，都屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種在脈沖磁致振蕩處理工藝中連續(xù)測量金屬熔體溫度的裝置，主要包括溫度測試分析系統(tǒng)，所述溫度測試分析系統(tǒng)由測溫?zé)犭娕肌囟炔杉涗浵到y(tǒng)(3)和熱電偶固定裝置構(gòu)成，所述測溫?zé)犭娕嫉男盘栞敵龆伺c所述溫度采集記錄系統(tǒng)(3)的信號接收端連接，所述溫度采集記錄系統(tǒng)(3)實時監(jiān)控待測的金屬熔體(7)內(nèi)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(yīng)電源(11)和感應(yīng)線圈(6)構(gòu)成，金屬熔體(7)裝載于所述鑄型裝置(5)的內(nèi)腔中，所述鑄型裝置(5)的上口設(shè)有頂蓋(4)，在所述頂蓋(4)上設(shè)有安裝所述測溫?zé)犭娕嫉目撞劢Y(jié)構(gòu)，使所述頂蓋形成熱電偶固定裝置，所述測溫?zé)犭娕贾辽侔ㄒ恢В谒鲨T型裝置(5)設(shè)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(yīng)線圈(6)內(nèi)部區(qū)域，所述中頻感應(yīng)電源(11)通過開關(guān)裝置控制所述感應(yīng)線圈(6)產(chǎn)生脈沖磁場，在裝載于所述鑄型裝置(5)內(nèi)的固體金屬中感生出渦流，使其發(fā)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(gòu)成，所述脈沖電源(10)通過開關(guān)器件控制所述電磁線圈，對裝載于所述鑄型裝置(5)的內(nèi)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(tǒng)(3)連續(xù)記錄在脈沖磁致振蕩處理工藝中的金屬熔體(7)內(nèi)部的溫度信息，并繪制金屬熔體的溫度變化曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在脈沖磁致振蕩處理工藝中連續(xù)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(yīng)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(jù)權(quán)利要求2所述的在脈沖磁致振蕩處理工藝中連續(xù)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(guān)裝置和所述脈沖磁致振蕩處理裝置的開關(guān)器件集成在一起，采用雙刀雙擲開關(guān)(9)，即所述熔鑄裝置的開關(guān)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(guān)(9)，使所述感應(yīng)線圈(6)與所述雙刀雙擲開關(guān)(9)的中央接線柱電連接，所述雙刀雙擲開關(guān)(9 )左右兩對接線柱分別和所述中頻感應(yīng)電源(11)及脈沖電源(10)相連接。
4.根據(jù)權(quán)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(xù)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(shù)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(yīng)電源(11)的工作參數(shù)為:電流為O — 100A，作用頻率為O — IOOOHz。
5.根據(jù)權(quán)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(xù)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?zé)犭娕嫉奈恢?、?shù)量和插入深度分別可調(diào)。
6.根據(jù)權(quán)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(xù)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(jù)權(quán)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(xù)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(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)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(xù)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(yōu)先權(quán)日:2013年11月20日
【發(fā)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(xué)