CN102192797A - 一种定向凝固用熔炼测温装置 - Google Patents
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Abstract
一种定向凝固用熔炼测温装置，内套管位于外套管内，内套管的一端与过渡套管连接。测温点位置调节管位于外套管和过渡套管之间并套装在内套管上。测温点套管一端端面与外套管的另一端的端面对接并与外套管固定。热偶丝保护套管位于内套管内和测温点套管内。外套管的管壁为夹层结构，所述的管壁夹层之间的空间形成了循环水的通路。两根热偶丝一端分别穿过热偶丝保护套管的两个热偶丝过孔焊接在一起形成测温点；另一端穿过过渡套管封闭端底板上的过孔，在过渡套管的内腔中分别与固定在过渡套管上的电极陶封法兰的两个内电极连接。电极陶封法兰的两个外电极均与补偿导线连接。本发明具有造价低、制造方便、导热良好、更换便捷，测温点位置可调。
Description
技术领域
本发明涉及定向凝固材料制备领域，具体是一种定向凝固设备熔炼过程的测温装置。
背景技术
定向凝固过程中，需要精确地对熔炼过程进行控温，以控制各种工艺参数，如浇注温度、过热温度等。合适的浇注温度控制可以预防浇注温度过高而产生的铸件显微疏松和浇注温度过低而出现的坩埚内合金浇不尽现象；准确的过热温度可以保证更高的合金液合金化程度、精炼除杂，同时防止过热温度过高而造成的不必要的元素烧损。因而能准确的对定向凝固过程中的熔炼过程进行测温、控温，是生产合格铸件的必要手段。定向凝固过程中的整个熔炼过程都在真空下进行，因而也对测温手段提出了更高的要求。
目前定向凝固熔炼过程中普遍使用的是用氧化铝陶瓷套管作为保护外套、内部填充氧化镁绝缘材料的铠装热偶或红外测温仪。但这两种测手段各有弊端，铠装热电偶一旦受损，必须更换整个铠装热偶组件，代价较高，且氧化铝陶瓷套管作为保护外套的测温手段由于热电偶测温接触点被高绝缘氧化镁材料及陶瓷套管包围，导热性较差，测温响应时间较长；红外测温仪同样价格较高，且长期使用存在观察孔玻璃变色而影响测温精度的问题。中国实用新型专利CN 2515665Y实用新型中公开了一种以合金套管作为保护套、内部填充氧化镁绝缘材料的铠装热电偶，但此种测温装置会因作为保护外套的合金套管与高温下液态的合金反应而降低铠装热偶的使用寿命，且一旦损坏需更换整套测温装置，代价较高。
发明内容
为了克服现有测温技术中存在的陶瓷保护套管响应时间较长，铠装热偶更换不便、维护费用较高，以及光电测温准确性较差等缺点，本发明提出一种定向凝固用熔炼测温装置。
本发明包括补偿导线、热偶丝、过渡套管、测温点位置调节管、热偶丝保护套管、压紧螺母、外套管、内套管和测温点套管。其中：内套管位于外套管内。内套管的一端与过渡套管连接。测温点位置调节管位于外套管和过渡套管之间，并套装在内套管上；测温点位置调节管与内套管之间有1～2mm间隙；测温点套管有通孔的一端端面与外套管的另一端的端面对接，并通过套管压紧螺母将测温点套管的凸缘与外套管固定；热偶丝保护套管位于内套管内和测温点套管内。外套管的管壁为夹层结构，所述的管壁夹层之间的空间形成了循环水的通路，该夹层之间间距为3～6mm，工作时外通循环水压保持在0.4MPa。测温点位置调节管的一个端面与过渡套管封闭端底板的外表面贴合。两根热偶丝分别穿过热偶丝保护套管的两个热偶丝过孔；位于热偶丝保护套管内一端的两根热偶丝的端头焊接在一起，形成测温点；两根热偶丝位于内套管内的另一端穿过过渡套管封闭端底板上的过孔，在过渡套管的内腔中分别与固定在过渡套管上的电极陶封法兰的两个内电极连接；电极陶封法兰的两个外电极均与补偿导线连接。
当内套管装入外套管后，内套管的外表面与外套管的内壁表面有间隙。
外套管上部有贯通外套管管壁的循环水进口和循环水出口；外套管的一端位于压紧螺母和外套管的循环水进出口之间的外圆表面有螺纹。
热偶丝保护套管内有两个与该热偶丝保护套管轴线平行的热偶丝通孔；内套管的内径大于热偶丝保护套管的外径，并且当热偶丝保护套管装入内套管后，热偶丝保护套管的外表面与内套管的内壁表面之间的间距为2～4mm。
在过渡套管封闭端底板的中心有一对热偶丝的过孔；过渡套管的另一端固定有电极陶封法兰；通过法兰密封胶圈将电极陶封法兰固定在过渡套管上。
动力杆套装在外套管上，位于压紧螺母与外套管的循环水进出口之间；动力杆与外套管之间有1～3mm间隙。
本发明位于炉体顶部，感应熔炼坩埚的正上方，外套管通过动密封与炉体相连结合，由电机或手动作为动力源，通过动力杆带动测温机构完成测温所需的热偶升降运动。本发明的技术方案是：通过钨铼或双铂铑热偶丝进行测温，热偶丝测温点采用金属陶瓷套管进行保护，该材料陶瓷管导热良好，且坚固耐用。测温点位置可通过测温点位置调节管进行调节，确保测温点尽可能接近金属陶瓷保护套管底端却并不接触底端，且该装置与炉体的相对位置可通过改变动力杆与该装置之间的相对位置进行调整，确保由不同型号坩埚之间尺寸差别而影响该装置的可用性。
本发明为针对现有测温手段的不足提出的一种金属陶瓷套管保护、内无绝缘填充材料、应用钨-铼热偶丝测温的装置，具有以下优点：1.造价低，制造方便；2.金属陶瓷套管导热性能良好且内无绝缘填充材料，导热良好，缩短了测温响应时间；3.金属陶瓷管与不锈钢外套管由螺纹连接，如有坏损，更换便捷；4.金属陶瓷管坚固耐用，在1500℃-1600℃下可重复使用60-70次；5.测温点位置调节装置可对热偶测温点进行微调，用于调节测温点的位置，防止与金属陶瓷套管接触引起测温不准及由于不同厂家金属陶瓷管长度度差别所引起的安装麻烦。6.该装置与炉体的相对位置可通过调节动力杆与该装置之间的螺纹位置进行改变，确保该装置应用于不同型号及尺寸坩埚时，不至触碰坩埚底部。
不同形式测温手段响应时间及使用寿命比较
附图说明
附图1为定向凝固熔炼测温装置的结构示意图；
附图2为测温点位置调节管的结构示意图。其中，
1.补偿导线 2.电极陶封法兰 3.法兰密封胶圈 4.热偶丝
5.过渡套管 6.测温点位置调节管 7.热偶丝保护套管 8.压紧螺母
9.套管密封胶圈 10.外套管 11.动力杆 12.循环水进口
13.循环水出 14.内套管 15.套管压紧螺母 16.测温点套管
17.测温点 18.动力杆紧固螺母 19.第一螺纹套管 20.连接管
21.第二螺纹套管
具体实施方式
实施例一
本实施例是一种定向凝固熔炼用测温装置，包括补偿导线1、热偶丝4、过渡套管5、测温点位置调节管6、热偶丝保护套管7、压紧螺母8、外套管10、内套管14和测温点套管16。本实施实例为测量熔炼中的DZ125合金温度，其中熔炼过热温度为1540℃，浇注温度为1480℃。
外套管10用不锈钢材料制成，为圆形中空管件。外套管的管壁为夹层结构，所述的管壁夹层之间的空间形成了循环水的通路，该夹层之间间距为3～6mm，工作时外通循环水压保持在0.4MPa。外套管10的内径大于内套管14的外径。并且当内套管14装入外套管10后，内套管14的外表面与外套管10的内壁表面有间隙，使内套管14与外套管10之间不触碰，本实施例中，该间隙为3mm。外套管10上部有贯通外套管管壁的循环水进口12和循环水出口13，通过循环水对测温机构的进行降温。外套管10的一端位于压紧螺母8和外套管10的循环水进出口之间的外圆表面有螺纹。
内套管14用不锈钢材料制成，亦为圆形中空管件。热偶丝保护套管7为用氧化铝陶瓷材料制成的管件，热偶丝保护套管7内有两个与该热偶丝保护套管7轴线平行的热偶丝通孔。内套管14的内径大于热偶丝保护套管7的外径，并且当热偶丝保护套管7装入内套管14后，热偶丝保护套管7的外表面与内套管14的内壁表面之间的间距为2～4mm。
测温点位置调节管6包括第一螺纹套管19和第二螺纹套管21，并且第一螺纹套管19和第二螺纹套管21之间通过连接管20连接。所述的第一螺纹套管19和第二螺纹套管21的结构和外形尺寸均相同，均为一端有端盖的内螺纹管，并且在所述的端盖中心有通孔，该通孔的孔径与内套管14的外径相同。连接管20为管状，其内孔的孔径大于内套管14，当内套管14装入连接管20内后，两者之间的间距为1～2mm。
连接管20的外圆表面有与第一螺纹套管19和第二螺纹套管21的内螺纹配合的外螺纹，通过连接管20将第一螺纹套管19和第二螺纹套管21连通。连接时，将连接管20的两端分别与第一螺纹套管19和第二螺纹套管21的内螺纹旋接。使用时，通过调节第一螺纹套管19或第二螺纹套管21实现调节测温点17的位置，使调节测温点17尽可能接近却不至于触碰测温点套管16的底部。
过渡套管5为一端封闭的壳体，并且在过渡套管5封闭端底板的中心有一对热偶丝4的过孔。过渡套管5的另一端固定有电极陶封法兰2。通过法兰密封胶圈3将电极陶封法兰2固定在过渡套管5上。
动力杆11为矩形板件。在靠近动力杆11一端有与外套管10配合的通孔，该通孔的内径略大于外套管10，当动力杆11套装在外套管10上后，两者之间的间距为1～3mm。当动力杆11套装在外套管10上后，将动力杆紧固螺母18套装在动力杆11的上方和下方，从而将动力杆11固定。动力杆11位于压紧螺母8与外套管10的循环水进出口之间。
测温点套管16为一端密封，另一端中心有通孔的金属陶瓷管。测温点套管16的内径大于热偶丝保护套管7的外径。本实施例中，测温点套管16选用宜兴市科奥金属陶瓷测温套管厂产品。
装配时，内套管14位于外套管10内；内套管14的一端与过渡套管5通过焊接方式连接。测温点位置调节管6套装在内套管14一端外圆周上，使测温点位置调节管6的一个端面与过渡套管5封闭端底板的外表面贴合。测温点位置调节管6通过第一螺纹套管19和第二螺纹套管21与内套管14连接，使测温点位置调节管位于外套管10和过渡套管5之间。测温点套管16有通孔的一端端面与外套管10的另一端的端面对接，并通过套管压紧螺母15将测温点套管16的凸缘与外套管10固定。
热偶丝保护套管7位于内套管14内和测温点套管16内。两根热偶丝4分别穿过热偶丝保护套管7的两个热偶丝过孔。位于热偶丝保护套管7内一端的两根热偶丝4的端头焊接在一起，形成测温点17。两根热偶丝4位于内套管14内的另一端穿过过渡套管5封闭端底板上的过孔，在过渡套管5的内腔中分别与固定在过渡套管5上的电极陶封法兰2的两个内电极连接；电极陶封法兰2的两个外电极均与补偿导线连接。
使用时，将本实施例置于定向凝固顶部外套管10通过动密封与炉体连接，动密封位于循环水进口12与套管压紧螺母15之间，并通过电机带动动力杆11完成热偶测温的升降动作，冷却水由循环水进口12进入和由循环水出口13流出，外套管10进行冷却，防止测温过程中装置温度过高，损坏套管密封胶圈9影响炉体真空。电极陶封法兰2与过渡套管5通过卡子卡紧，并通过法兰密封胶圈3进行密封，以保证炉体内真空度，电极陶封法兰2的上端电极与下端电极分别与补偿导线1和热偶丝4连接。热偶丝4由热偶丝保护套管7保护，防止短路而影响测温精度。热偶丝4及热偶丝保护套管7位于内套管14内，内套管14与过渡套管5通过焊接方式连接。热偶丝4的测温点17置于测温点套管16底部，通过测温点位置调节管6进行调节使其不与金属陶瓷套管内壁接触。通过旋动动力杆紧固螺母18实现调整整个测温机构的位置，使测温机构与熔炼坩埚高度相互配合。
根据实验要求，需对熔炼过程中的合金液温度精确控制。从热偶插入合金液至热偶与金属液温度达到平衡的测温响应时间为7秒，响应时间较短，测温效果理想，合金液对金属陶瓷套管表面未损伤。
实施例二
本实施例是一种定向凝固熔炼用测温装置，包括补偿导线1、热偶丝4、过渡套管5、测温点位置调节管6、热偶丝保护套管7、压紧螺母8、外套管10、内套管14和测温点套管16。本实施实例为测量熔炼中的DD3合金温度，其中熔炼过热温度为1560℃，浇注温度为1460℃。
外套管10用不锈钢材料制成，为圆形中空管件。外套管的管壁为夹层结构，所述的管壁夹层之间的空间形成了循环水的通路，该夹层之间间距为5～8mm，工作时外通循环水压保持在0.4MPa。外套管10的内径大于内套管14的外径。并且当内套管14装入外套管10后，内套管14的外表面与外套管10的内壁表面有间隙，使内套管14与外套管10之间不触碰，本实施例中，该间隙为5mm。外套管10上部有贯通外套管管壁的循环水进口12和循环水出口13，通过循环水对测温机构的进行降温。外套管10的一端位于压紧螺母8和外套管10的循环水进出口之间的外圆表面有螺纹。
内套管14用不锈钢材料制成，亦为圆形中空管件。热偶丝保护套管7为用氧化铝陶瓷材料制成的管件，热偶丝保护套管7内有两个与该热偶丝保护套管7轴线平行的热偶丝通孔。内套管14的内径大于热偶丝保护套管7的外径，并且当热偶丝保护套管7装入内套管14后，热偶丝保护套管7的外表面与内套管14的内壁表面之间的间距为3～5mm。
测温点位置调节管6包括第一螺纹套管19和第二螺纹套管21，并且第一螺纹套管19和第二螺纹套管21之间通过连接管20连接。所述的第一螺纹套管19和第二螺纹套管21的结构和外形尺寸均相同，均为一端有端盖的内螺纹管，并且在所述的端盖中心有通孔，该通孔的孔径与内套管14的外径相同。连接管20为管状，其内孔的孔径大于内套管14，当内套管14装入连接管20内后，两者之间的间距为1～2mm。
连接管20的外圆表面有与第一螺纹套管19和第二螺纹套管21的内螺纹配合的外螺纹，通过连接管20将第一螺纹套管19和第二螺纹套管21连通。连接时，将连接管20的两端分别与第一螺纹套管19和第二螺纹套管21的内螺纹旋接。使用时，通过调节第一螺纹套管19或第二螺纹套管21实现调节测温点17的位置，使调节测温点17尽可能接近却不至于触碰测温点套管16的底部。
过渡套管5为一端封闭的壳体，并且在过渡套管5封闭端底板的中心有一对热偶丝4的过孔。过渡套管5的另一端固定有电极陶封法兰2。通过法兰密封胶圈3将电极陶封法兰2固定在过渡套管5上。
动力杆11为矩形板件。在靠近动力杆11一端有与外套管10配合的通孔，该通孔的内径略大于外套管10，当动力杆11套装在外套管10上后，两者之间的间距为1～3mm。当动力杆11套装在外套管10上后，将动力杆紧固螺母18套装在动力杆11的上方和下方，从而将动力杆11固定。动力杆11位于压紧螺母8与外套管10的循环水进出口之间。
测温点套管16为一端密封，另一端中心有通孔的金属陶瓷管。测温点套管16的内径大于热偶丝保护套管7的外径。本实施例中，测温点套管16选用宜兴市科奥金属陶瓷测温套管厂产品。
装配时，内套管14位于外套管10内；内套管14的一端与过渡套管5通过焊接方式连接。测温点位置调节管6套装在内套管14一端外圆周上，使测温点位置调节管6的一个端面与过渡套管5封闭端底板的外表面贴合。测温点位置调节管6通过第一螺纹套管19和第二螺纹套管21与内套管14连接，使测温点位置调节管位于外套管10和过渡套管5之间。测温点套管16有通孔的一端端面与外套管10的另一端的端面对接，并通过套管压紧螺母15将测温点套管16的凸缘与外套管10固定。
热偶丝保护套管7位于内套管14内和测温点套管16内。两根热偶丝4分别穿过热偶丝保护套管7的两个热偶丝过孔。位于热偶丝保护套管7内一端的两根热偶丝4的端头焊接在一起，形成测温点17。两根热偶丝4位于内套管14内的另一端穿过过渡套管5封闭端底板上的过孔，在过渡套管5的内腔中分别与固定在过渡套管5上的电极陶封法兰2的两个内电极连接；电极陶封法兰2的两个外电极均与补偿导线连接。
使用时，将本实施例置于定向凝固顶部外套管10通过动密封与炉体连接，动密封位于循环水进口12与套管压紧螺母15之间，并通过电机带动动力杆11完成热偶测温的升降动作，冷却水由循环水进口12进入和由循环水出口13流出，外套管10进行冷却，防止测温过程中装置温度过高，损坏套管密封胶圈9影响炉体真空。电极陶封法兰2与过渡套管5通过卡子卡紧，并通过法兰密封胶圈3进行密封，以保证炉体内真空度，电极陶封法兰2的上端电极与下端电极分别与补偿导线1和热偶丝4连接。热偶丝4由热偶丝保护套管7保护，防止短路而影响测温精度。热偶丝4及热偶丝保护套管7位于内套管14内，内套管14与过渡套管5通过焊接方式连接。热偶丝4的测温点17置于测温点套管16底部，通过测温点位置调节管6进行调节使其不与金属陶瓷套管内壁接触。通过旋动动力杆紧固螺母18实现调整整个测温机构的位置，使测温机构与熔炼坩埚高度相互配合。
根据实验要求，需对熔炼过程中的合金液温度精确控制。从热偶插入合金液至热偶与金属液温度达到平衡的测温响应时间为8秒，响应时间较短，测温效果理想，合金液对金属陶瓷套管表面未损伤。
Claims (6)
1.一种定向凝固熔炼用测温装置，其特征在于，所述的测温装置包括补偿导线(1)、热偶丝(4)、过渡套管(5)、测温点位置调节管(6)、热偶丝保护套管(7)、压紧螺母(8)、外套管(10)、内套管(14)和测温点套管(16)，其中：
a.内套管(14)位于外套管(10)内；内套管(14)的一端与过渡套管(5)连接；测温点位置调节管(6)位于外套管(10)和过渡套管(5)之间，并套装在内套管(14)上；测温点位置调节管(6)与内套管(14)之间有1～2mm间隙；测温点套管(16)有通孔的一端端面与外套管(10)的另一端的端面对接，并通过套管压紧螺母(15)将测温点套管(16)的凸缘与外套管(10)固定；热偶丝保护套管(7)位于内套管(14)内和测温点套管(16)内；
b.外套管的管壁为夹层结构，所述的管壁夹层之间的空间形成了循环水的通路，该夹层之间间距为3～6mm，工作时外通循环水压保持在0.4MPa；
c.测温点位置调节管(6)的一个端面与过渡套管(5)封闭端底板的外表面贴合；
d.两根热偶丝(4)分别穿过热偶丝保护套管(7)的两个热偶丝过孔；位于热偶丝保护套管(7)内一端的两根热偶丝(4)的端头焊接在一起，形成测温点(17)；两根热偶丝(4)位于内套管(14)内的另一端穿过过渡套管(5)封闭端底板上的过孔，在过渡套管(5)的内腔中分别与固定在过渡套管(5)上的电极陶封法兰(2)的两个内电极连接；电极陶封法兰(2)的两个外电极均与补偿导线(1)连接。
2.如权利要求1所述一种定向凝固熔炼用测温装置，其特征在于，当内套管(14)装入外套管(10)后，内套管(14)的外表面与外套管(10)的内壁表面有间隙。
3.如权利要求1所述一种定向凝固熔炼用测温装置，其特征在于，外套管(10)上部有贯通外套管管壁的循环水进口(12)和循环水出口(13)；外套管(10)的一端位于压紧螺母(8)和外套管(10)的循环水进出口之间的外圆表面有螺纹。
4.如权利要求1所述一种定向凝固熔炼用测温装置，其特征在于，热偶丝保护套管(7)内有两个与该热偶丝保护套管(7)轴线平行的热偶丝通孔；内套管(14)的内径大于热偶丝保护套管(7)的外径，并且当热偶丝保护套管(7)装入内套管(14)后，热偶丝保护套管(7)的外表面与内套管(14)的内壁表面之间的间距为2～4mm。
5.如权利要求1所述一种定向凝固熔炼用测温装置，其特征在于，在过渡套管(5)封闭端底板的中心有一对热偶丝(4)的过孔；过渡套管(5)的另一端固定有电极陶封法兰(2)；通过法兰密封胶圈(3)将电极陶封法兰(2)固定在过渡套管(5)上。
6.如权利要求1所述一种定向凝固熔炼用测温装置，其特征在于，动力杆(11)套装在外套管(10)上，位于压紧螺母(8)与外套管(10)的循环水进出口之间；动力杆(11)与外套管(10)之间有1～3mm间隙。
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