CN103728333A - 双样杯球铁或蠕铁炉前快速分析方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双样杯球铁或蠕铁炉前快速分析方法及装置，其中装置包括双型腔分析样杯、热电偶、数据采集器和数据处理器；双型腔分析样杯中的一个型腔内涂有转移涂料，转移涂料中含有锑的强反球化或反蠕化元素；热电偶分别置于双型腔分析样杯的两个型腔中，并与数据采集器连接，数据采集器通过热电偶采集两个型腔中的铁液的温度数值，并发送给数据处理器；数据处理器对所采集的温度数值进行分析和对比，并计算铁液凝固的球化率或蠕化率。本发明能准确、快速地检测出球墨铸铁或蠕墨铸铁的球化率或蠕化率，具有分析速度快、分析结果准确、不受生产条件和金属炉料微量元素影响的优势，实现了高强度铸铁合金的炉前快速在线检测的目的。

Description

双样杯球铁或蠕铁炉前快速分析方法及装置

技术领域

本发明涉及球铁或蠕铁的分析领域，尤其涉及一种双样杯球铁或蠕铁炉前快速分析方法及装置。

背景技术

 球墨铸铁和蠕墨铸铁均属于高强度铸铁合金材料，其技术关键是通过球化处理或蠕化处理获得球状石墨或蠕虫状石墨，石墨形态的好坏直接关系到合金材料的机械性能，球化率和蠕化率是衡量石墨形态的两个重要参数，而影响这些性能的因素包括化学成分、冷却速度和球化处理或蠕化处理效果等。为了及时准确掌握铸铁合金的性能必须进行炉前快速分析。传统炉前分析方法主要有快速金相和热分析方法两种，快速金相准确但周期长，热分析速度快但不够准确，容易受到生产条件、微量元素和理论模型误差的影响，误差大，适应性差。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中获得球墨铸铁和蠕墨铸铁的球化率和蠕化率周期长，不够准确的缺陷，提供一种能准确、快速地检测出球墨铸铁或蠕墨铸铁的球化率或蠕化率，具有分析速度快、分析结果准确、不受生产条件影响的双样杯球铁或蠕铁炉前快速分析方法及装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种双样杯球铁或蠕铁炉前快速分析装置，包括双型腔分析样杯、热电偶、数据采集器和数据处理器；

所述双型腔分析样杯中的一个型腔内涂有转移涂料，所述转移涂料中含有锑的强反球化或反蠕化元素；

所述热电偶分别置于所述双型腔分析样杯的两个型腔中，并与所述数据采集器连接，所述数据采集器通过所述热电偶采集两个型腔中的铁液的温度数值，并发送给所述数据处理器；

所述数据处理器对所采集的温度数值进行分析和对比，并计算铁液凝固的球化率或蠕化率。

本发明所述的装置中，所述数据采集器和所述数据处理器之间通过数据信号线连接。

本发明所述的装置中，所述双型腔分析样杯的造型材料为水玻璃砂。

本发明解决其技术问题所采用的另一技术方案是：

提供一种双样杯球铁或蠕铁炉前快速分析方法，其基于上述装置，该方法包括以下步骤：

S1、将含有锑的强反球化或反蠕化元素的转移涂料涂覆在双型腔分析样杯的一个型腔内表面；

S2、采用具有双开口的浇包将处理完毕的铁液同时浇入双型腔分析样杯的两个型腔中；

S3、铁液在样杯中自行冷却凝固，数据采集器通过热电偶同时检测两个样杯中铁液的凝固温度数值，并输送至数据处理器；

S4、所述数据处理器对所采集的温度数值绘制铁液的冷却曲线，并用微分方法找到两个样本中铁液的凝固液相线温度T_L1和T_L2、共晶温度T_E1和T_E2、凝固潜热释放产生的温升ΔT₁和ΔT₂进行分析和对比，并计算铁液凝固的球化率或蠕化率。

本发明所述的方法，还包括步骤：

S5、所述数据处理器根据温度数值并依据铁碳相图原理计算碳含量、硅含量和碳当量，并结合所计算的球化率或蠕化率预测铸铁合金的抗拉强度和布氏硬度。

本发明所述的方法中，所述双型腔分析样杯的造型材料为水玻璃砂。

本发明产生的有益效果是：本发明采用双型腔分析样杯，并在其中一个型腔内壁涂覆抗球化、抗蠕化转移涂料，同时获得灰铸铁和球墨铸铁或蠕墨铸铁的凝固时的温度特征参数，并通过数据处理、采集、记录、对比分析，能准确、快速地检测出球墨铸铁或蠕墨铸铁的球化率或蠕化率，具有分析速度快、分析结果准确、不受生产条件和金属炉料微量元素影响的优势，实现了高强度铸铁合金的炉前快速在线检测的目的。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例双样杯球铁或蠕铁炉前快速分析装置的结构示意图；

图2是本发明实施例双样杯球铁或蠕铁炉前快速分析方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例双样杯球铁或蠕铁炉前快速分析装置，包括双型腔分析样杯1、热电偶2、数据采集器3和数据处理器4；

所述双型腔分析样杯1中的一个型腔内涂有转移涂料，所述转移涂料中含有锑的强反球化或反蠕化元素；另一个型腔中不涂覆该转移涂料。涂有含锑转移涂料的样杯内的锑元素渗入到铁液之中，使铁液凝固时形成片状石墨而得到灰铸铁组织，而另一个未刷转移涂料样杯内的铁液则得到球墨铸铁或蠕墨铸铁组织，可实现同种原始铁液条件下的凝固性能比较，消除因不同铁液带来的分析误差。

所述热电偶2分别置于所述双型腔分析样杯的两个型腔中，并与所述数据采集器3连接，所述数据采集器3通过所述热电偶采集两个型腔中的铁液的温度数值，并发送给所述数据处理器4；

所述数据处理器4对所采集的温度数值进行分析和对比，并计算铁液凝固的球化率或蠕化率。该数据处理器4可为安装有计算软件的计算机。

在本发明的一个实施例中，所述数据采集器3和所述数据处理器4之间通过数据信号线连接，即通过有线的方式连接。在本发明的另一个实施例中，所述数据采集器3和所述数据处理器4之间为无线通信连接，即通过无线的方式连接。

所述双型腔分析样杯的造型材料为水玻璃砂，既消除了树脂烧损残留物对铁液凝固过程的影响，又降低了生产成本，减少有害气体排放，有利于环境保护和工人身体健康。

本发明实施例铁炉前快速分析方法，基于上述实施例的装置，如图2所示，该方法包括以下步骤：

S1、将含有锑的强反球化或反蠕化元素的转移涂料涂覆在双型腔分析样杯的一个型腔内表面；

S2、采用具有双开口的浇包将处理完毕的铁液同时浇入双型腔分析样杯的两个型腔中；涂有含锑转移涂料样杯内的锑元素渗入到铁液之中，使铁液凝固时形成片状石墨而得到灰铸铁组织，而另一个未刷转移涂料样杯内的铁液则得到球墨铸铁或蠕墨铸铁组织，实现了同种原始铁液条件下的凝固性能比较，消除了因不同铁液带来的分析误差。

S3、铁液在样杯中自行冷却凝固，数据采集器通过热电偶同时检测两个样杯中铁液的凝固温度数值，并输送至数据处理器；主要为检测铁液的凝固温度特征参数，即通过热电偶连续检测铁液凝固过程中的温度值，并绘制冷却曲线，运用冷却曲线曲率突变原理确定铁液的共晶转变温度T_E和共晶转变时因为凝固潜热释放所形成的铁液温升ΔT；

S4、所述数据处理器对所采集的温度数值进行分析和对比，并计算铁液凝固的球化率或蠕化率。具体为：根据同种铁液条件下共晶凝固温度T_E和温升ΔT的大小所反映的形核率、共晶团数量与球铁的球化率或蠕墨铸铁蠕化率的关系确定相应铁液凝固组织的球化率或蠕化率值。

高温铁液出炉后，经过球化处理或蠕化处理，铁液中存在大量的外来晶核。当铁液温度略低于共晶转变的平衡温度时，共晶转变温度相较于片状石墨的灰铸铁略高，球化处理或蠕化处理效果越好，共晶转变温度T_E越高，而由于大量共晶团生核和长大必然释放大量的结晶潜热，使铁液温度不降，反而升高，在铁液冷却过程中的温度曲线形成一个温升，晶核越多，释放的潜热越多，温升ΔT越大，共晶团数量增加，尺寸减小，球状石墨或蠕虫状石墨数量所占比例越大，球化率或蠕化率增加。因此，检测铁液凝固过程中的温度特征参数，可以得出球墨铸铁或蠕墨铸铁球化效果或蠕化效果，具有便捷、快速、智能化的优势。

本发明的一个实施例中，在步骤S3中，数据采集器还通过热电偶同时检测两个样杯中铁液凝固过程中的初生奥氏体凝固温度T_L，该方法还包括步骤：

S5、数据处理器根据温度数值（如T_L）并依据铁碳相图原理计算碳含量、硅含量和碳当量，并结合球化率或蠕化率自动预测铸铁合金的抗拉强度和布氏硬度。

双型腔分析样杯的造型材料可选用水玻璃砂，既可消除树脂烧损残留物对铁液凝固过程的影响，又可降低生产成本，减少有害气体排放，有利于环境保护和工人身体健康。

本发明采用双型腔分析样杯、抗球化、抗蠕化转移涂料同时获得灰铸铁和球墨铸铁或蠕墨铸铁的凝固时的温度特征参数，并通过数据处理、采集、记录、对比分析，能准确、快速地检测出球墨铸铁或蠕墨铸铁的球化率或蠕化率，具有分析速度快、分析结果准确、不受生产条件和金属炉料微量元素影响的优势，实现了高强度铸铁合金的炉前快速在线检测的目的。因此，本发明具有巨大的学术价值、广阔的应用前景和社会效益。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1. 一种双样杯球铁或蠕铁炉前快速分析装置，其特征在于，包括双型腔分析样杯、热电偶、数据采集器和数据处理器；

所述双型腔分析样杯中的一个型腔内涂有转移涂料，所述转移涂料中含有锑的强反球化或反蠕化元素；

所述热电偶分别置于所述双型腔分析样杯的两个型腔中，并与所述数据采集器连接，所述数据采集器通过所述热电偶采集两个型腔中的铁液的温度数值，并发送给所述数据处理器；

所述数据处理器对所采集的温度数值进行分析和对比，并计算铁液凝固的球化率或蠕化率。

2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数据采集器和所述数据处理器之间通过数据信号线连接。

3. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数据采集器和所述数据处理器之间为无线通信连接。

4. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述双型腔分析样杯的造型材料为水玻璃砂。

5. 一种双样杯球铁或蠕铁炉前快速分析方法，其基于权利要求1的装置，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1、将含有锑的强反球化或反蠕化元素的转移涂料涂覆在双型腔分析样杯的一个型腔内表面；

S2、采用具有双开口的浇包将处理完毕的铁液同时浇入双型腔分析样杯的两个型腔中；

S3、铁液在样杯中自行冷却凝固，数据采集器通过热电偶同时检测两个样杯中铁液的凝固温度数值，并输送至数据处理器；

S4、所述数据处理器对所采集的温度数值进行分析和对比，并计算铁液凝固的球化率或蠕化率。

6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括步骤：

S5、所述数据处理器根据温度数值并依据铁碳相图原理计算碳含量、硅含量和碳当量，并结合所计算的球化率或蠕化率预测铸铁合金的抗拉强度和布氏硬度。

7. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述双型腔分析样杯的造型材料为水玻璃砂。

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