CN102809580A - 可检测铁水锰含量的热分析方法及设备 - Google Patents

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熊天平
单浩宇
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Abstract

本发明公开一种可检测铁水锰含量的热分析方法及设备，方法按如下步骤进行：取待测铁水浇入样杯，在无激冷剂的散热条件下自然冷却，记录样杯内铁水的凝固温度曲线；找出铁水凝固过程的初晶温度、共晶生核温度及共晶温度；将初晶温度、共晶生核温度及共晶温度带入铁水中锰当量与初晶温度、共晶生核温度及共晶温度对应关系的数学模型；计算出待测铁水中与上述初晶温度、共晶生核温度及共晶温度对应的锰含量（测量范围0.2～1.0%），可有效控制铸件的生产质量。

Description

可检测铁水锰含量的热分析方法及设备
技术领域
本发明涉及一种炉前铁水热分析方法及设备，尤其是一种可检测铁水锰含量的热分析方法及设备。
背景技术
在铸造生产过程中，对铸造合金熔体的主要化学成分进行现场快速、准确的测定，是对铸件质量进行控制的重要环节，而炉前铁水热分析技术则是最适用于铸造工艺质量监控的方法之一。炉前铁水热分析技术是取待测铁水浇入样杯，在样杯特定的散热条件下，记录下样杯内铁水的凝固温度曲线，通过对凝固温度曲线的解析，找出铁水凝固过程的各种相变特征参数，将相变特征参数值带入温度—成分含量的数学模型后，即可以计算出相应成分的含量。现有铁水热分析方法所取相变特征参数为初晶温度（TL）及共晶温度（TE），主要是为分析铁水中碳和硅的含量而设计，为此在铁水凝固过程中加入激冷剂是必不可少的。激冷剂是由碲、硒、铋等元素组成，其中的碲是极强烈的反石墨化元素，它抑制石墨的析出，促使铁液无论是亚共晶还是过共晶，也无论是否经过孕育处理，都按白口结晶。凝固温度曲线上不会显示过冷现象，而是显示出较长的共晶停歇平台，使所测得的共晶温度稳定，具有较好的重复性。因此，目前用于铁水热分析的样杯是用自硬树脂砂制成由杯壁及杯底构成的杯体，有的在杯壁内表面涂一层激冷剂涂层（由碲、硒、铋等组成），有的在杯体内底部粘接块状激冷剂，同时在样杯杯体内置有热电偶，热电偶外有保护套，热电偶依次通过温度补偿导线、温控器与主处理器相接，热电偶所感应的电势信号经温度补偿导线、温控器及主处理器处理后形成相应的铁水凝固温度曲线。然而，铁水中的锰含量也直接影响到铸件的质量，如果不能检测出锰的含量，将对铸件的生产质量造成重大的影响。
发明内容
本发明是为了解决现有技术所存在的上述技术问题，提供一种可检测铁水锰含量的热分析方法及设备。
本发明的技术解决方案是：一种可检测铁水锰含量的热分析方法，其特征在于按如下步骤进行：
a. 取待测铁水浇入样杯，在无激冷剂的散热条件下自然冷却，记录样杯内铁水的凝固温度曲线；
b. 找出铁水凝固过程的初晶温度、共晶生核温度及共晶温度；
c. 将初晶温度、共晶生核温度及共晶温度带入铁水中锰当量与初晶温度、共晶生核温度及共晶温度对应关系的数学模型；
d. 计算出待测铁水中与上述初晶温度、共晶生核温度及共晶温度对应的锰含量。
一种上述可检测铁水锰含量的热分析方法用设备，有用自硬树脂砂制成的样杯杯体，在样杯杯体内置有热电偶，热电偶外有保护套，热电偶依次通过温度补偿导线、温控器与主处理器相接，所述样杯杯体的杯壁高度H1为50mm、外径R1为42mm、内径R2为31mm；所杯杯体的杯底由上杯底和下杯底构成，上杯底高度H2为3mm，外径R3为43mm，下杯底高度H3为17mm，外径R4为41mm。
所述温控器通过转化器与主处理器相接，所述转化器设有ARM芯片，与ARM芯片相接有R232及R485通讯接口。
本发明是记录铁水在无激冷剂的散热条件下自然冷却的凝固温度曲线，不抑制铁水石墨析出，可在温度曲线中显示过冷现象，相变特征参数除初晶温度及共晶温度外，还有共晶生核温度（TU，石墨生核温度）。因铁水中锰含量直接影响铁水的初晶温度、共晶温度及共晶生核温度，可以建立铁水中锰当量与初晶温度、共晶生核温度及共晶温度关系的数学模型，将初晶温度、共晶生核温度及共晶温度带入此数学模型，即可计算出待测铁水中的锰含量（测量范围0.2～1.5%），可有效控制铸件的生产质量。使用本发明的设备，不仅可以得到待测铁水的初晶温度、共晶温度及共晶生核温度，而且在这三个温度点都可以显示出较长的停歇平台，使所测得的温度数据更加稳定，具有较好的重复性。在温控器与主处理器之间所设置的转化器，能把各个温控器的命令/响应格式转换为所需格式，无需针对命令/响应格式另行编制软件，使用方便。
附图说明
图1是本发明实施例1生成的凝固温度曲线示意图。
图2是本发明实施例2所用样杯结构示意图。
图3是本发明实施例2生成的凝固温度曲线示意图。
图4、5是本发明实施例3的电路原理框图。
具体实施方式
实施例1：
可检测铁水锰含量的热分析方法按如下步骤进行：
a.   取待测铁水浇入样杯，样杯也是用自硬树脂砂制成，但样杯中无激冷剂涂层或块状激冷剂，即使待测铁水在无激冷剂的散热条件下自然冷却，记录样杯内铁水的凝固温度曲线，见图1；
b. 找出铁水凝固过程的初晶温度、共晶生核温度及共晶温度；
c. 将初晶温度、共晶生核温度及共晶温度带入铁水中锰含量与初晶温度、共晶生核温度及共晶温度对应关系的数学模型；该数学模型的建立步骤与现有的碳、硅数学模型建立方法一致，即通过多次实验，找出铁水中锰当量与初晶温度、共晶生核温度及共晶温度三者之间的关系，进而建立铁水中锰当量与初晶温度、共晶生核温度及共晶温度三者之间对应关系的数学模型；
d. 计算出待测铁水中与上述初晶温度、共晶生核温度及共晶温度对应的锰含量。
实施例2：
如图2所示：方法同实施例1，与现有技术相同，所用设备有用自硬树脂砂制成的样杯杯体1，在样杯杯体1内置有热电偶2，热电偶2外有保护套3，热电偶2依次通过温度补偿导线、温控器与主处理器相接，与现有技术所不同的是所用样杯杯体1不含激冷剂涂层或激冷剂块，样杯杯体1的杯壁4高度H1为50mm、外径R1为42mm、内径R2为31mm；所杯杯体1的杯底5由上杯底和下杯底构成，上杯底高度H2为3mm，外径R3为43mm，下杯底高度H3为17mm，外径R4为41mm，其他部位与现有杯体相同。
使用实施例2的样杯所测得的铁水凝固温度曲线如图3所示，不仅可以得到待测铁水的初晶温度、共晶温度及共晶生核温度，而且在这三个温度点都可以显示出较长的停歇平台，使所测得的温度数据更加稳定，具有较好的重复性。
实施例3：
基本结构同实施例2，即热电偶2依次通过温度补偿导线、温控器与主处理器相接，与主处理器还相接有显示屏、打印机及键盘，与实施例2的不同之处如图4、5所示，即温控器通过转化器与主处理器相接，所述转化器设有ARM芯片，与ARM芯片相接有R232及R485通讯接口。能把各个温控器的命令/响应格式转换为所需格式，无需针对命令/响应格式另行编制软件，使用方便。

Claims (3)

1.一种可检测铁水锰含量的热分析方法，其特征在于按如下步骤进行：
a. 取待测铁水浇入样杯，在无激冷剂的散热条件下自然冷却，记录样杯内铁水的凝固温度曲线；
b. 找出铁水凝固过程的初晶温度、共晶生核温度及共晶温度；
c. 将初晶温度、共晶生核温度及共晶温度带入铁水中锰当量与初晶温度、共晶生核温度及共晶温度对应关系的数学模型；
d. 计算出待测铁水中与上述初晶温度、共晶生核温度及共晶温度对应的锰含量。
2.一种如权利要求1所述可检测铁水锰含量的热分析方法用设备，有用自硬树脂砂制成的样杯杯体（1），在样杯杯体（1）内置有热电偶（2），热电偶（2）外有保护套（3），热电偶（2）依次通过温度补偿导线、温控器与主处理器相接，其特征在于：所述样杯杯体（1）的杯壁高度H1为50mm、外径R1为42mm、内径R2为31mm；所杯杯体（1）的杯底由上杯底和下杯底构成，上杯底高度H2为3mm，外径R3为43mm，下杯底高度H3为17mm，外径R4为41mm。
3.根据权利要求2所述的一种可检测铁水锰含量的热分析方法用设备，其特征在于：所述温控器通过转化器与主处理器相接，所述转化器设有ARM芯片，与ARM芯片相接有R232及R485通讯接口。
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