一种铸造造型材料热解气体成分检测装置和方法与流程

本发明涉及铸造技术领域，特别是涉及一种铸造造型材料热解气体成分检测装置和方法。

背景技术：

铸造废气中包含多种有害气体，例如co、so2、氮的氧化物和挥发性有机物(volatileorganiccompounds，vocs)等。这些废气在铸造车间内无规则逸散会严重影响人体健康，甚至危害生命。因此，铸造废气排放是铸造研究者普遍关注的课题。

铸造废气主要来源于金属熔炼和浇注过程，而浇注排放的废气基本来自于铸造型(芯)砂的高温热解。湿型铸造中广泛应用的型砂是煤粉湿型砂，它是在型腔内形成还原性气体，同时析出大量的光亮碳，起到防止粘砂的作用。要保证有效防止粘砂，挥发分(除水和co2外的还原性气体)含量一般控制在32％～38％。这也意味着煤粉湿型砂防粘砂作用需要以析出大量的有害气体为代价。

近几年来，市面上先后出现多种低碳材料，以期取代煤粉湿型砂在湿型铸造行业中的地位。这些造型材料的成分和配方均未公开，其热解气体需要特定的检测设备和方法进行分析。

传统的铸造造型材料热解气体分析方法为裂解——气质联用技术，该技术检测精度高，但检测周期长、操作复杂、设备昂贵。更为麻烦的方法是采集铸造造型材料热解气体产物的样本，再通过气体分离的方法对单一气体进行化学分析，该方法成本低，但操作复杂、难度较大。目前针对铸造造型材料气体检测的装置只有发气量和发气速度实验装置，至今没有铸造造型材料热解气体成分检测的简易装置。因此，研发简易便捷的检测装置很有必要。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种铸造造型材料热解气体成分检测装置和方法，能够快速有效检测铸造造型材料热解气体成分，提高检测效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种铸造造型材料热解气体成分检测装置，包括粉粒热解模块(1)、气体检测模块(2)和数据接收模块(3)；

所述气体检测模块(2)包括气室(21)、气体传感器组(28)、数模转换器(25)、数据采集卡(24)；所述气室(21)位于所述粉粒热解模块(1)的上方；所述气室(21)包括进气口(27)，所述气体传感器组(28)至少包括一种气体传感器，所述气体传感器并列设置于所述气室(21)内；所述数模转换器(25)与气体传感器相连，所述数模转换器(25)用于将气体传感器传向数据采集卡(24)的电信号转化为数字信号；所述数据采集卡(24)用于接收数模转换器(25)传输来的数字信号；

所述粉粒热解模块(1)用于实现铸造造型材料的快速热解，通过连接管道(113)和所述气体检测模块(2)的进气口(27)连接；

所述数据接收模块(3)用于接收所述数据采集卡(24)采集到的。

所述粉粒热解模块(1)为管式炉(11)，所述管式炉(11)设置有炉膛管(111)，所述管式炉(11)的最高加热温度超过1000℃。

所述气体传感器用于检测铸造造型材料高温热解产生的气体，所述气体包括co、co2、no2、so2、vocs和/或ch2o。

所述进气口(27)处设置有进气扇(26)。

所述气室(21)还包括排气口(22)，所述排气口(22)处设置有排气扇(23)。

所述数据接收模块(3)还与终端(29)相连，所述终端(29)将所述数据接收模块采集到的数据进行显示。

本发明还提供一种铸造造型材料热解气体成分检测装置的检测方法，包括以下步骤：步骤(1)：将空的容器(112)置于所述粉粒热解模块(1)中，在预设加热温度和加热时间下进行加热，将所述气体传感器组(28)检测到的气体数据组h0导出并保存；

步骤(2)：将装有单位重量的铸造造型材料的容器(112)置于所述粉粒热解模块(1)中，采用与所述步骤(1)中相同的预设加热温度和加热时间进行加热，将所述气体传感器组(28)检测到的气体数据组h1导出并保存；

步骤(3)：选取所述数据组h1中的峰值h1max减去所述气体数据组h0得到数据组x1，所述数据组x1为被检测的铸造造型材料热解气体的检测结果。

进一步，还包括步骤(4)：重复所述步骤(2)和步骤(3)，得到多组热解气体的检测结果，计算所述多组热解气体的检测结果的平均值，将所述多组热解气体检测结果的平均值作为铸造造型材料热解气体的最终检测结果。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明在保证检测环境不变的情况下，通过粉粒热解模块为气体检测模块提供需要检测的气体，并利用气体检测模块中包含不同种类的气体传感器，可以实现对造型材料热解产生的混合气体进行快速检测，该检测方法能够正确检测混合气体的种类，还缩短了检测周期，操作简单易实现，并可通过终端查看检测数据，以判断铸造造型材料在高温热解条件下的废气成分和浓度，提高了检测效率，本发明解决了已有铸造造型材料热解气体检测方法中取样困难、操作复杂和设备昂贵等问题。

附图说明

图1是本发明实施方式的铸造造型材料热解气体成分检测装置原理示意图；

图2是本发明实施方式的管式炉的剖面图；

图3是本发明实施方式的数据采集和传输原理示意图。

图示：1、粉粒热解模块，11、管式炉，111、炉膛管，112、铁(瓷)舟，113、连接管道，2、气体检测模块，21、气室，22、排气口，23、排气扇，24、数据采集卡，25、数模转换器，26、进气扇，27、进气口，28、气体传感器组，29、终端，3、数据接收模块。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种铸造造型材料热解气体成分检测装置，如图1所示，包括粉粒热解模块1、气体检测模块2和数据接收模块3；所述粉粒热解模块1用于实现试样的快速热解，所述气体检测模块2用于对热解后试样产生的气体进行检测；所述数据接收模块3用于接收检测结果，并将采集结果通过终端29显示出来。

本实施方式中粉粒热解模块1主要由管式炉11实现加热，所述管式炉11加热最高温度需达1000℃以上，以实现试样的快速热解。图2是本发明实施方式的管式炉的剖面图，本实施方式就是通过管式炉11来实现高温加热功能，进而获取铸造造型材料的混合气体。

图3是本发明实施方式的数据采集和传输原理示意图，气体传感器组28通过设置的各种传感器能够获取到各种气体数据，获取的各种气体数据以电信号作为传输载体进行传输，再通过数模转换器25将以电信号的为载体的气体数据转化为数字信号进行传输，最后数据接收模块3用于接收数据采集卡24采集到的数字信号的气体数据，并通过终端29显示出来。

本实施方式中的气体检测模块2包括气室21、气体传感器组28、数模转换器25、数据采集卡24；所述气室21位于管式炉11的上方，所述气室21包括进气口27和排气口22，所述进气口27处设置有进气扇26，所述排气口22处设置有排气扇23；所述气体传感器组28包括一种或多种气体传感器，所述气体传感器并列设置于气室21内；所述数模转换器25与气体传感器相连，所述数模转换器25将气体传感器传向数据采集卡24的电信号转化为数字信号；所述数据采集卡24用于接收数模转换器25传输过来的数字信号。其中，管式炉11通过连接管道113和所述气体检测模块2的进气口27连接。所述数据接收模块3用来接收数据采集卡24采集到的气体数据，并通过终端29显示出来。

下面通过一个具体的实施方式来进一步说明本发明：

该实施方式中的气体传感器组28包含六种气体传感器：第一传感器、第二传感器、第三传感器、第四传感器、第五传感器和第六传感器，每个传感器需要检测的对应气体分别为co、co2、no2、so2、vocs、ch2o。

工作原理具体为：将管式炉11的加热温度设置为800～1000℃，把装有被测粉粒试样的铁(瓷)舟112放置在管式炉1的炉膛管111中心位置，并在高温下充分热解，热解的气体通过连接管道113传输到检测设备的气室21中，由气体传感器组28检测热解的气体。气体传感器获得的电信号经数模转换器25转化为对应的数字信号，再将数字信号传递给数据采集卡24，最后由终端29接收数据采集卡24传输的数据。

优选地，基于上述铸造造型材料热解气体成分检测装置的检测方法如下：本实施方式以检测铸造型砂为例，放置铸造型砂的容器采用铁(瓷)舟112，检测方法包括以下步骤：

步骤一、把铁(瓷)舟112置于炉膛管111的中心位置，在800～1000℃下加热一段时间，此时将传感器组28检测到的数据组h0见导出并保存，如表1所示，传感器组28检测到的数据组h0包括六种气体的具体含量(见表1第二行)。

表1传感器组检测的气体成分表

步骤二、把盛有1g铸造型砂试样的铁(瓷)舟112置于炉膛管111的中心位置，设置与步骤一中相同加热温度和加热时间进行加热，将此时气体传感器组28检测到的数据组h1导出，并保存下来，表1中记录了数据组h1的峰值h1max，即检测到的每种气体最高含量。

步骤三、选取数据组h1中的峰值h1max(见表1第三行)减去h0，得到的数据组x1(见表1第四行)即为该铸造型砂试样热解气体的检测结果。

步骤四、重复多次实验得到多组检测结果，计算多组铸造型砂试样的检测结果的平均值作为该铸造型砂热解气体的最终检测结果。

由此可见，本发明通过气体检测模块中的气体传感器，能够检测到混合气体中的各种成分，实现对造型材料热解产生的混合气体进行快速检测，缩短了检测周期，操作简单易实现，本发明解决了已有铸造造型材料热解气体检测方法中取样困难、操作复杂、设备昂贵等问题。