测量脉冲磁致液面振荡工艺中熔体温度的装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种测量脉冲磁致液面振荡工艺中熔体温度的装置，包括温度测试分析系统、熔铸装置和脉冲磁致液面振荡处理装置等；熔铸装置由中频感应电源和弹簧形感应线圈构成，中频感应电源通过开关装置控制弹簧形感应线圈产生脉冲磁场，使铸型中的金属块感生出涡流而熔化；脉冲磁致液面振荡处理装置由脉冲电源和蚊香形感应线圈构成，脉冲电源通过开关器件控制蚊香形感应线圈，对金属熔体施加脉冲磁致液面振荡作用，热电偶插入熔体中并固定，通过温度采集记录系统连续记录金属熔体的温度信息。相比传统测温方法，本发明省去了浇注过程，能更加稳定、准确地测得熔体冷却曲线，为脉冲磁致液面振荡细化金属凝固组织的工艺提供可靠的温度数据。
【专利说明】测量脉冲磁致液面振荡工艺中熔体温度的装置
【技术领域】
[0001]本发明属于材料加工【技术领域】，特别涉及到一种测量脉冲磁致液面振荡工艺中熔体温度的装置。
技术背景
[0002]众所周知，通过凝固组织的细化和均匀化可以提高材料的力学性能，例如屈服强度、韧性和其它加工性能，且有望减轻成分偏析，甚至当等轴晶率超过一定时可以消除中心偏析。因此，长期以来冶金学家围绕这个问题开发出了众多的凝固细晶技术，其中外场处理对金属凝固组织具有非常显著的影响，近年来这方面的研究已取得巨大进展。
[0003]外场处理金属凝固组织的技术中，中国专利201010167538.3公开了一种“脉冲磁致液面振荡细化金属凝固组织的方法”，该发明方法将多层线圈作用于金属熔体的上表面，导入超高频或中频磁场，在金属熔体表面而非整个熔体内产生磁致振荡，对金属凝固过程产生作用直至凝固结束。该方法实际操作简便，且铸锭凝固组织的细化效果显著。在工业应用中，该方法可实现非接触式熔体处理，而且方便移动线圈进行批量处理，提高生产效率，还能避免铸型或结晶器等对磁场的屏蔽效应，可用于冶金工业中的模铸、半连铸及连铸生产，适用于各种金属材料的凝固组织细化，极具应用前景。为了进一步研究该方法的本质机理，准确测量该方法作用下熔体凝固时的温度曲线具有重大意义，但是该专利中的装置在具体实施过程中，需要先通过电阻炉熔化金属块并保温一定时间，再将金属液浇注到铸型中，而将金属液从电阻炉取出到浇注的这段时间里，金属液由于大量散热而导致浇入铸型时温度已经有所降低；同时浇口的位置、高度和金属液充型的方式对熔体内温度分布同样有显著影响，而在每次浇注的过程中这些手段都难以保持一致；另外，传统测温法主要有两种:一是从侧壁打孔事先将热电偶水平插入铸型中，这种方法的弊端在于:熔体在刚浇注到铸型中时，流动十分剧烈，温度波动很大，降温速度很快，因此热电偶测得的温度有较大误差，且存在熔体从热电偶插孔泄露出来的危险。二是待浇注完成后才将热电偶插入熔体中，而当金属液浇入温度相对较低的铸型后，会在型壁处迅速形成凝固壳层，且再插入的热电偶也会对所在区域的熔体产生一定激冷作用，这两因素导致测得的温度和浇注刚完成时相比有较大偏差。综上所述，使用该专利中的装置较难准确获得脉冲磁致液面振荡处理下熔体内部的温度。而本专利的的装置克服了这些问题，能准确测得脉冲磁致液面振荡处理下熔体内部的温度曲线，为探究该方法的本质机理提供准确的温度数据。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的不足之处，本发明的目的是提供一种测量脉冲磁致液面振荡工艺中熔体温度的装置，测量装置简便易行，测得数据准确可靠。
[0005]为达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种测量脉冲磁致液面振荡工艺中熔体温度的装置，主要包括温度测试分析系统，所述温度测试分析系统由测温热电偶、热电偶固定装置和温度采集记录系统构成，所述测温热电偶的信号输出端与所述温度采集记录系统的信号接收端连接，所述温度采集记录系统实时监控待测的金属熔体内部检测位置的温度测量值，并输出温度测量值信息。还包括熔铸装置和脉冲磁致液面振荡处理装置，所述熔铸装置由中频感应电源和弹簧形感应线圈构成，盛有金属块的铸型位于弹簧形感应线圈内部，所述铸型和弹簧形感应线圈之间安有绝热材料外套，所述铸型的上口设有热电偶固定装置，在所述热电偶固定装置上设有安装所述测温热电偶的孔槽结构，便于热电偶固定在其中，所述测温热电偶至少包括一支，所述中频感应电源通过开关装置控制所述弹簧形感应线圈产生中频磁场，在装载于所述铸型内的金属块中感生出涡流，使其发热熔化，所述脉冲磁致液面振荡处理装置由脉冲电源和蚊香形感应线圈构成，使测温热电偶经过蚊香形感应线圈中心孔洞准确插入熔体中的待测位置，所述脉冲电源通过开关器件控制所述蚊香形感应线圈，对装载于所述铸型内的金属熔体施加脉冲磁致液面振荡处理，通过所述温度采集记录系统连续记录在脉冲磁致液面振荡处理工艺中的金属熔体内部的温度信息，并绘制金属熔体测温点的温度-时间曲线。
[0006]所述熔铸装置的开关装置和所述脉冲磁致液面振荡处理装置的开关器件集成在一起，采用双刀双掷开关，即所述熔铸装置的开关装置和所述脉冲磁致液面振荡处理装置共用一个所述双刀双掷开关，使所述弹簧形感应线圈经由双刀双掷开关左接线柱与中频感应电源电连接，所述蚊香形感应线圈经由双刀双掷开关右接线柱与脉冲电源电连接，通过双刀双掷开关手柄的左右切换，分别实现熔化金属块和对金属熔体施加脉冲磁致液面振荡处理。
[0007]上述脉冲电源的工作参数为:脉冲电流为5—10000A，脉冲宽度为5μ s—50ms，作用频率为0.01—2.5KHz ;上述中频感应电源的工作参数为:电流为0.1—100A,作用频率为500—IOOOHz。
[0008]通过所述蚊香形感应线圈上的热电偶固定装置，使所述测温热电偶穿过蚊香形感应线圈的中心孔洞，测量金属熔体轴线上不同深度的多点温度，且测温热电偶的数量和插入深度分别可调。
[0009]上述绝热材料外套的材料厚度优选为3 — 45mm。
[0010]上述绝热材料外套的材料优选由漂珠混合水玻璃或石棉构成。
[0011]上述铸型优选采用石墨坩埚或陶瓷坩埚。
[0012]上述蚊香形线圈距离金属熔体液面距离最好为0.l-25cm。
[0013]由于采用了上述技术方案，当使用本发明时，首先将双刀双掷开关的闸刀压入左侦牝通过中频感应电源对弹簧形线圈导入交变电流，由于电磁感应的作用，铸型内的金属块感生出涡流而发热熔化，然后将热电偶插入熔体，通过置于蚊香形感应线圈上的热电偶固定装置固定，通过温度采集记录系统实时监控熔体轴线上多点温度。当熔体达到预定温度时，将开关的闸刀压入右侧，通过脉冲电源对蚊香形感应线圈导入脉冲电流，从而对线圈内的金属熔体实施脉冲磁致液面振荡处理，通过温度采集记录系统获得准确可靠的脉冲磁致液面振荡工艺中熔体轴线上多点的温度一时间曲线。
[0014]本发明的优点如下:
(I)本发明提供了一种测量脉冲磁致液面振荡工艺中熔体温度的装置，省去了浇注步骤，避免了每次实验中由于金属液出炉到浇注过程中损失热量，以及浇注和金属液充型的方式难以保持一致而导致的熔体内部温度的偏差。从而更准确地测得脉冲磁致液面振荡处理下的熔体温度曲线。
[0015](2)本发明所提供的装置，避免了铸型对金属液产生的激冷作用，以及热电偶在浇注后才插入的这一时间差以及热电偶的激冷作用而导致的熔体内部温度偏差，克服了传统测温法测得的温度曲线误差较大这一缺点，从而更准确地测得脉冲磁致液面振荡处理下金属熔体温度曲线。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为测量脉冲磁致液面振荡工艺中熔体温度的装置结构示意图。
[0017]图中:1.测温热电偶，2.热电偶固定装置，3.温度采集记录系统，4.蚊香形感应线圈，5.铸型，6.弹簧形感应线圈，7.金属熔体，8.绝热材料外套，9.双刀双掷开关，10脉冲电源，11中频感应电源。
[0018]图2为使用该装置所测得的脉冲磁致液面振荡处理下Al-4.5%Cu合金熔体轴线上二点的温度_时间曲线。
【具体实施方式】
[0019]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0020]实施例1:测量脉冲磁致液面振荡处理下Al-4.5%Cu合金熔体的温度曲线。
[0021]参见图1，本发明一种测量脉冲磁致液面振荡工艺中熔体温度的装置，包括三支测温热电偶1、热电偶固定装置2、温度采集记录系统3、蚊香形感应线圈4、铸型5、弹簧形感应线圈6、金属熔体7、绝热材料外套8、双刀双掷开关9、脉冲电源10和中频感应电源11构成。将盛有金属块的铸型5放置在绝热材料外套8内，置于弹簧形感应线圈6内部区域，蚊香形感应线圈4置于铸型上方5cm处。弹簧形感应线圈6经由双刀双掷开关9左接线柱与中频感应电源11电连接，所述蚊香形感应线圈4经由双刀双掷开关9右接线柱与脉冲电源10电连接。
[0022]所使用的弹簧形感应线圈匝数为11，层数为2，蚊香形线圈匝数为14，层数为1，绝热材料外套由漂珠混合水玻璃构成，铸型选用石墨坩埚，规格为Φ 130X Φ IlOX 180，中频感应电源参数为电流为0.1 — 100A，作用频率为500— 1000Hz ;脉冲电源参数为脉冲电流为5— 10000A，脉冲宽度为5 μ s— 50ms，作用频率为0.01—2.5KHz。
[0023]利用本发明及其专用装置，完成了针对Al-4.5%Cu合金所做的实验，其实验情况及结果叙述如下:
将3500克Al-4.5%Cu合金块置入石墨坩埚中，石墨坩埚放在弹簧形感应线圈内部的绝热材料外套内，再将蚊香形感应线圈放置在石墨坩埚上部5cm处；首先将双刀双掷开关的闸刀压入左侧，通过中频感应电源对感应线圈导入大小为20-60A、频率为50-400HZ的交变电流，由于电磁感应的作用，石墨坩埚内的Al-4.5%Cu合金块感生出涡流而发热进而熔化，然后将三只K型热电偶通过热电偶固定装置经过蚊香形感应线圈的中心孔洞插入熔体，实时监控熔体轴线上深度不同的三点(分别距离液面13cm、8cm和4cm)的温度。当熔体温度升到700°C时，将开关的闸刀压入右侧，通过脉冲电源对蚊香形感应线圈导入参数为5KiHz，IOhiAAObiU s (本专利中1、hp h均为设备参数，不随实验条件的改变而改变)的脉冲电流，从而对金属熔体实施脉冲磁致液面振荡处理，通过温度采集记录系统获得三点的温度及其实时变化，测得准确可靠的脉冲磁致液面振荡处理下Al-4.5%Cu合金熔体轴线三点的温度一时间曲线，如图2所示。
【权利要求】
1.一种测量脉冲磁致液面振荡工艺中熔体温度的装置，主要包括温度测试分析系统，所述温度测试分析系统由测温热电偶(I)、热电偶固定装置(2)和温度采集记录系统(3)构成，所述测温热电偶(I)的信号输出端与所述温度采集记录系统(3)的信号接收端连接，所述温度采集记录系统(3)实时监控待测的金属熔体(7)内部检测位置的温度测量值，并输出温度测量值信息，其特征在于:还包括熔铸装置和脉冲磁致液面振荡处理装置，所述熔铸装置由中频感应电源(11)和弹簧形感应线圈(6)构成，盛有金属块的铸型(5)位于弹簧形感应线圈(6 )内部，所述铸型(5 )和弹簧形感应线圈(6 )之间安有绝热材料外套(8 )，所述铸型(5)的上口设有热电偶固定装置(2)，在所述热电偶固定装置(2)上设有安装所述测温热电偶的孔槽结构，便于热电偶固定在其中，所述测温热电偶至少包括一支，所述中频感应电源(11)通过开关装置控制所述弹簧形感应线圈(6 )产生中频磁场，在装载于所述铸型(5)内的金属块中感生出涡流，使其发热熔化，所述脉冲磁致液面振荡处理装置由脉冲电源(10)和蚊香形感应线圈(4)构成，使测温热电偶(I)经过蚊香形感应线圈(4)中心孔洞准确插入熔体中的待测位置，所述脉冲电源(10)通过开关器件控制所述蚊香形感应线圈(4)，对装载于所述铸型(5)内的金属熔体(7)施加脉冲磁致液面振荡处理，通过所述温度采集记录系统(3)连续记录在脉冲磁致液面振荡处理工艺中的金属熔体(7)内部的温度信息，并绘制金属熔体测温点的温度-时间曲线。
2.根据权利要求1所述的测量脉冲磁致液面振荡工艺中熔体温度的装置，其特征在于:所述熔铸装置的开关装置和所述脉冲磁致液面振荡处理装置的开关器件集成在一起，采用双刀双掷开关(9)，即所述熔铸装置的开关装置和所述脉冲磁致液面振荡处理装置共用一个所述双刀双掷开关(9 )，使所述弹簧形感应线圈(6 )经由双刀双掷开关(9 )左接线柱与中频感应电源(11)电连接,所述蚊香形感应线圈(4)经由双刀双掷开关(9 )右接线柱与脉冲电源(10)电连接，通过双刀双掷开关(9)手柄的左右切换，分别实现熔化金属块和对金属熔体施加脉冲磁致液面振荡处理。
3.根据权利要求1所述的测量脉冲磁致液面振荡工艺中熔体温度的装置，其特征在于:所述脉冲电源(10)的工作参数为:脉冲电流为5—10000A，脉冲宽度为5μ s—50ms，作用频率为0.01 — 2.5KHz ;所述中频感应电源(11)的工作参数为:电流为0.1—100A，作用频率为 500— IOOOHz。
4.根据权利要求1?3中任意一项所述的测量脉冲磁致液面振荡工艺中熔体温度的装置，其特征在于:通过所述蚊香形感应线圈(4)上的热电偶固定装置(2)，使所述测温热电偶(I)穿过蚊香形感应线圈(4)的中心孔洞，测量金属熔体(7)轴线上不同深度的多点温度，且测温热电偶(I)的数量和插入深度分别可调。
5.根据权利要求1?3中任意一项所述的测量脉冲磁致液面振荡工艺中熔体温度的装置，其特征在于:所述绝热材料外套(8)的材料厚度为3 — 45_。
6.根据权利要求1?3中任意一项所述的测量脉冲磁致液面振荡工艺中熔体温度的装置，其特征在于:所述绝热材料外套(8)由漂珠混合水玻璃或石棉构成。
7.根据权利要求1?3中任意一项所述的测量脉冲磁致液面振荡工艺中熔体温度的装置，其特征在于:所述铸型装置(5)采用石墨坩埚或陶瓷坩埚。
8.根据权利要求1?3中任意一项所述的测量脉冲磁致液面振荡工艺中熔体温度的装置，其特征在于:所述蚊香形线圈(4)距离金属熔体(7)液面的距离为0.l-25cm。
【文档编号】G01K1/14GK103949616SQ201410148082
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月14日 优先权日:2014年4月14日
【发明者】梁柱元, 梁冬, 孙杰, 李祺欣, 徐智帅, 仲红刚, 翟启杰 申请人:上海大学