CN103822938B - 熔融金属的检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于熔融金属的检测装置。所述检测装置包含样品杯，所述样品杯具有被配置成接收熔融金属样品的凹腔；和布置在所述凹腔中的团块。所述团块包含碳化物稳定性元素以及包含碱土金属氢氧化物的释氢材料。所述团块被提供用于在熔融铸铁样品凝固期间检测相变温度。所述团块还耐受在运输和储存期间的湿度增加和湿度损失。本发明还提供使用所述团块检测熔融铁或熔融铸铁样品的相变温度的方法和制造所述团块的方法。

Description

熔融金属的检测装置

技术领域

本发明涉及一种用于金属熔体，特别是熔融铁的检测装置。所述装置具有样品杯并且在所述样品杯中布置有包含碳化物稳定剂和释氢材料的团块。

背景技术

在熔融金属，特别是熔融铁的处理和制备期间，需要监测金属的某些化学成分。这样做的一种常见手段为使用一次性相变检测装置，这些装置测量熔融铸铁样品在凝固期间的温度以便检测相变温度。此类相变检测装置典型地包括具有杯形形状和用于接收熔融金属样品的上部开口端的模胚体。所述装置还典型地包含延伸到杯中所倾注的熔融金属样品的表面以下的热电偶。一种所述常规相变检测装置描述于美国专利第3,267,732号中。

典型地，操作者使用小匙或小勺从一批熔融金属舀取熔融金属样品，并且接着将熔融金属样品倾注到检测装置的样品模中。热电偶连续地记录金属在凝固时的温度。可由凝固金属样品的相变温度测量值预测铸铁样品化学组成的某些性质和方面，如（但不限于）含碳量、含硅量和饱和度或碳当量含量。操作者接着可利用这一信息在浇铸之前对熔融金属浴进行任何必要的调整。

在某些情况中，如对于过共晶铁来说，实现样品铁的无石墨白口凝固是有用的。术语“白口凝固”为本领域的常用术语并且是指由碳化物相中的铁凝固占主导的铸态结构，此结构当破裂时出现“白口”。

美国专利第3,546,921号（“'921专利”）教示将包括碳化物稳定性元素或所述元素的化合物的球粒添加至熔融铁中将促进白口凝固。然而，'921专利未实现最佳的白口凝固，因为这些球粒倾向于以熔渣形式升到熔融金属表面，或倾向于在空气氧化中燃烧，使其无法用于白口凝固。另外，如果熔融铁具有相当高的含碳量或如果熔融金属已被大量孕育（inoculated），那么基于'921专利的球粒添加来实现全部白口凝固的可能性较小。

美国专利第4,003,425号披露了用含有在熔融铁温度下释出的水的材料涂布样品模内部将改善上述碳化物促进性添加剂的有效性。在这一情况下，水为媒介物，其目的是使氢气可用于与金属铸成合金。铁（尤其过共晶铁）凝固成白口结构的改善是由氢气的存在来促进的。

美国专利第4,029,140号（“'140专利”）采用了这一类型的涂层来用于促进一次性样品杯中的碳化物反应。所述涂层含有碳化物稳定性元素或化合物以及含有弱结合水（loosely combined water）或一些羟基的材料。水或羟基在干燥涂层后得以保留，但在熔融金属温度下从涂层自由地释出。

然而，将'140专利的涂层施用于所述常规一次性相变装置的方法受其有用性限制，因为样品杯的两个壁和热电偶本身都被涂布。因此，这些常规装置在热电偶中会经历热滞后。美国专利第4,274,284号提出通过添加烧蚀涂层，确保当将样品倾注到装置中时，热电偶接点暴露于熔融金属，由此消除热滞后。

然而，多个涂层打消了'140专利所提出的经济效益。此外，所施用的上述涂层会变薄，这被发现是主要缺陷。确切地说，发现常规的经过涂布的样品杯不能完全用熔融铁填充，因为氢气从薄涂层猛烈释放并且碳化物促进性材料迅速从薄涂层蒸发掉而不是与金属铸成合金。因此，样品杯中保留的金属体积不足以获得温度测量值。这又使得不能可靠地预测待添加至熔融金属中以有效促进白口凝固的碳化物稳定性添加剂的量。

另外，上述现有技术涂层的碳化物促进性材料和释氢物质具有比铁的熔点和接近待监测的相变温度的沸点低的熔点。因此，即使非常小心，预期仍会发生涂布材料与熔融金属发生反应，并且这一反应的程度很重要，它提供添加剂的受控合金化。

美国专利第4,059,996号披露了固定于样品杯底部上的材料团块来代替涂料或涂层。材料团块包含碳化物形成促进性材料、耐火材料及在与熔融金属接触时放出氢气的材料（即，水玻璃）。耐火材料有助于防止碳化物形成促进性材料迅速烧尽以及与熔融金属混合过快。所述团块最初以流体混合物形式沉积在样品杯中，并且接着在烘箱中干燥成固体。

美国专利第4,515,485号（“'485专利”）也披露了材料团块的使用。然而，所述团块是被安置在样品杯底壁的凹口中，使得暴露于熔融金属的团块表面积受限，并且因此使得暴露于熔融金属的水合材料的量受限。

上述现有技术涂层和团块都没有令人满意地实现所有铸铁组合物的最佳白口凝固。这一失败的原因在于上文论述的现有技术装置和方法均未能认识到并且了解涂层和团块的材料的环境不稳定问题。确切地说，本发明者已发现，上文论述的现有技术涂层和团块所用的材料在储存和运输到使用地点期间以及还在递送到使用地点后等候使用时，将随时间推移而在周围环境中损失水分或从周围环境吸收水分。

举例来说，现有技术检测装置在制造装置时就具备涂层或团块，这是比实际上使用这些装置提前地准备的。制造的装置接着被装盒，垫以托板，用收缩胶膜包装并且通过陆运、海运或空运运输，将在另一环境或地点打开并且使用。然而，在此期间，检测装置典型地经历不受控制的运输和储存环境。此外，检测装置最终打开并且使用的地点也可能是在极端温度和湿度条件下。

本发明者由此已发现，现有技术检测装置并且特别是这些装置的涂层和团块的释氢能力不稳定，这是因为涂层或团块材料易受其水合程度变化的影响。确切地说，涂层或团块易于在湿润环境中进行额外水合以及在足够干燥的环境中损失水合。

虽然随时间推移发生的湿度损失构成问题，但本发明者已发现，暴露于潮湿条件对现有技术涂层和团块实质上是不利的。确切地说，在潮湿条件中，此现有技术涂层和团块易于从周围潮湿环境不受控制地吸收水分，使熔融金属样品不受控制地沸腾。因此，如上所述，样品杯中保留的金属体积不足以获得温度测量值，并且又负面地影响现有技术涂层和团块的碳化物稳定性添加剂的可预测性。

'485专利认识到不受控制的沸腾导致在凝固期间样品杯中保留的熔融金属的量变化，因此当团块具有均一尺寸时，将产生不同结果。然而，这一现有技术装置不能令人满意地消除或减少沸腾。因此，'485专利的装置未能认识到本发明者新发现的问题，即，出现不受控制的沸腾实际上是碳化物促进性材料中吸收的水分的结果。事实上，本发明者发现，一些从环境吸收的水不可避免地积聚在'485专利的团块的甚至有限的暴露表面区域上。因此，仍存在过量沸腾，从而未能产生期望的改善。

因此，上文论述的现有技术装置和方法都未能认识到湿气的存在并且未能解决如何防止由于涂层或团块的环境暴露而发生的潮湿条件。

发明内容

本发明的目的是提供一种取样装置，所述装置包含能够耐受在长期运送和储存期间由于从环境暴露吸收水分而出现的释氢能力变化的团块。

本发明的另一个目的是提供一种取样装置，其中可获得具有最佳白口凝固的金属样品，同时限制必须添加到样品中的氢气量并且因此限制材料直接暴露于熔融金属的剧烈反应。

这些目的是通过下文描述和主张的本发明的实施例来实现。

本发明的一个方面是针对一种熔融金属取样装置。所述取样装置包括：样品杯，其具有被配置成接收熔融金属样品的凹腔；和布置在所述凹腔中的团块。所述团块包括碳化物稳定性元素和包含碱土金属氢氧化物的释氢材料。

本发明的另一个方面是针对一种用于检测熔融铁或熔融铸铁样品的相变温度的团块。所述团块包括碳化物稳定性元素、作为释氢材料的氢氧化镁、耐受所述团块在与熔融铁或熔融铸铁样品接触时的反应的阻滞剂、以及粘合剂。

在另一个实施例中，所述团块包括以所述团块的总重量计占15重量%（重量百分比）至60重量%的量的碲和以所述团块的总重量计占40重量%至85重量%的量的氢氧化镁。所述团块耐受在运输和储存期间的湿度增加和湿度损失。

本发明的另一个方面是针对一种检测熔融铁或熔融铸铁样品的相变温度的方法。所述方法包括以下步骤：提供检测装置，所述检测装置包含温度传感器和样品杯，所述样品杯具有被配置成接收熔融铁或熔融铸铁样品的凹腔；将团块布置在所述凹腔中；将熔融铁或熔融铸铁样品沉积到所述凹腔中；以及使所述熔融铁或熔融铸铁样品凝固，同时测量凝固的样品的相变温度。所述团块包括碳化物稳定剂和作为释氢材料的氢氧化镁。所述团块在与熔融铁或熔融铸铁样品接触时发生反应，使得氢气从氢氧化镁释放到熔融铁或熔融铸铁样品中。

本发明的另一个方面是针对一种制造用于检测熔融金属样品的相变温度的团块的方法。所述方法包括：形成包括碳化物稳定剂和作为释氢材料的氢氧化镁的流体团块混合物；提供检测装置，所述检测装置包含具有被配置成接收熔融金属样品的凹腔的样品杯；将所述流体团块混合物沉积到所述凹腔中；以及使所述流体团块混合物干燥以形成团块。

附图说明

以上发明内容以及以下实施方式在结合附图阅读时将得到更好地理解。出于说明本发明的目的，在附图中显示目前优选的实施例。然而，应了解本发明不限于所示的精确布置和手段。在以下附图中：

图1为根据本发明一个实施例的检测装置的横截面的侧视图；以及

图2为图1中所示的检测装置的俯视图。

具体实施方式

本发明涉及一种用于熔融金属的检测装置。更确切地说，本发明涉及一种用于在熔融铁冷却和凝固期间检测并且记录熔融铁样品的相变温度的装置。本发明还涉及一种附着到检测装置并且放置在检测装置内的材料团块。

由于本发明的材料团块可应用于常规检测装置，故将参照图1-2描述典型检测装置的结构和构造材料。然而，本领域的普通技术人员应了解，本发明的材料团块也可与具有其他结构和构造材料的检测装置一起使用或用于所述检测装置中。

参照图1-2，绘示了检测装置10。检测装置10优选为一次性装置并且用于温度在1,150℃至1,450℃的熔融金属样品，并且更优选地用于温度在1,250℃至1,350℃的熔融铁或熔融铸铁样品。检测装置10包括由耐火材料制成的样品室或样品杯12。举例来说，样品杯12可优选由模铸用砂（molded foundry sand）、耐火水泥或这些材料的组合制成。更优选地，样品杯12由模制热固性树脂覆膜砂（molded thermosetting resincoated sand）制成。最优选地，样品杯12由模制酚醛树脂覆膜砂制成。然而，本领域的普通技术人员应了解，样品杯12可由能够耐受熔融铁的温度并且不会不利地干扰所需举措和测量的任何材料制成。

样品杯12优选具有大体上呈正方形或矩形的截面形状以及上部开口端14和封闭的底壁16。在样品杯12的上部开口端14与底壁16之间形成并且界定有凹腔18。凹腔18具有大体上呈圆柱形的构造。底壁16的下侧包含在样品杯12的相对壁22、24之间居中安置的凹口20。

样品杯12包含温度传感器25，用于感测其中所含熔融金属样品的温度并且用于帮助记录所有温度变化。温度传感器包含保护管28，保护管优选是由石英制成的。然而，本领域的普通技术人员应了解，可替代地使用性质与石英类似的其他常规材料。保护管28优选具有环形截面并且可透过放射线。

热电偶丝30、32被至少部分地安置在保护管28内。保护管28延伸穿过凹腔18并且保护管的末端是由在样品杯12的相对安置的壁中所形成的第一和第二对齐孔26支撑的。孔26实质上用耐火水泥33封闭，所述耐火水泥密封孔26并且维持温度传感器的位置。孔26优选被提供在其轴线沿着凹腔18的中心横轴L1延伸的位置。

温度传感器的热电偶丝30、32可以是迄今结合一次性热电偶使用的任一种常规热电偶材料，例如铬镍合金（chromel）和镍铝合金（alumel），其可用于过共晶铸铁样品（即K型热电偶）。热电偶丝30、32的并置端在热接点34处接合在一起。热接点34优选靠近凹腔18的中心仰角轴线L2定位。

样品杯12的相对壁22、24具备在外周上竖直延伸的沟槽36、38。第一热电偶丝30穿过并沿着第一沟槽36延伸并且沿着壁22朝向凹口20弯曲，第一热电偶丝在所述凹口处可被用作温度测量记录装置的接触部分（参见图1）。第二热电偶丝32沿着并穿过第二沟槽38延伸并且沿着壁24朝向凹口20弯曲，第二热电偶丝在所述凹口处可被用作另一个接触部分（参见图1）。在一个实施例中，第一热电偶丝30和/或第二热电偶丝32优选在孔26与样品杯12的底部之间具备绝缘套管（未图示）以防止从样品杯12的主体放出的燃烧气体使热电偶丝30、32之间发生电连接。

另外，上述样品杯12的实施例仅用于说明性目的。如下文详细描述，本发明的团块可用于使用多种不同可商购杯中的任一种杯作为样品杯的相变检测装置中。

确切地说，在本发明的一个实施例中，团块40被放置在样品杯12的凹腔18内并且优选附着到样品杯12的凹腔18。团块40基本上为放置在凹腔18内的材料块。在一个实施例中，在团块40中粘合剂组分的作用下，团块40优选被粘附到样品杯12的至少一个内壁，并且更优选被粘附到样品杯12的底壁16的顶面。

根据本发明的团块40包括两种基本组分：碳化物稳定性元素和氢气源。团块40还可任选地包括阻滞剂、粘合剂和/或分散剂。这些组分各自的特性和作用在下文中更详细地描述。团块40优选基本上不含任何吸湿材料，因为此类材料对大气水分有亲和力并且因此当暴露于湿空气和湿润环境时易于变潮湿。

在一个实施例中，团块40是通过以下方式形成的：将团块40的各组分混合在一起，使用常规流体分配设备将所得流体团块混合物沉积到样品杯12的凹腔18中，并且接着使流体团块混合物干燥以获得团块40。

流体团块混合物的体积优选为样品杯12的凹腔18中所含熔融铁或熔融铸铁样品体积的1.89%至2.70%。更优选地，流体团块混合物的体积为熔融铁或熔融铸铁样品体积的2.00%至2.30%。最优选地，流体团块混合物的体积为熔融铁或熔融铸铁样品体积的约2.25%。流体团块混合物的重量优选为熔融铁或熔融铸铁样品重量的0.50%至0.85%。更优选地，流体团块混合物的重量为熔融铁或熔融铸铁样品重量的0.60%至0.80%。最优选地，流体团块混合物的重量为熔融铁或熔融铸铁样品重量的约0.80%。

举例来说，对于凹腔体积为37毫升的样品杯12，如果凹腔18完全由熔融铁或熔融铸铁样品填充，那么熔融金属样品的重量为270克。对于此类样品杯12，假定凹腔18将完全被熔融铁或熔融铸铁样品填充，那么将被分配于凹腔18中的流体团块混合物的体积优选在0.7毫升与1毫升之间并且流体团块混合物的重量优选在1.5克与1.7克之间。更优选地，再次假定凹腔18将完全被熔融铁或熔融铸铁样品填充，那么流体团块混合物的体积和重量分别为约0.85毫升和约1.58克。

在干燥后，团块40的重量优选为熔融铁或熔融铸铁样品重量的0.35%至0.45%。更优选地，团块40的重量为熔融铁或熔融铸铁样品重量的约0.40%。

本领域的普通技术人员应了解，对于凹腔体积为37毫升的样品杯的描述仅用于说明性目的。可使用具有其他凹腔体积的样品杯，并且因此团块可用于各种重量和体积的熔融金属样品。因此，应了解，可根据所用样品杯相应地调整流体团块混合物的重量和体积（并因此调整团块40的体积和重量）以便维持所需体积和重量百分比。

现将更详细地描述团块40的每一组分。应了解，如下文中所用的短语“湿重”是指团块40在干燥之前的状态，其中团块是以流体团块混合物形式存在的。还应了解，如下文中所用的短语“干重”是指在干燥流体团块混合物形成固体状干燥团块后团块40的状态。

碳化物稳定性元素或碳化物稳定剂促进样品杯12的凹腔18中所含的熔融铁样品的碳化物形成（即，白口凝固）。更确切地说，碳化物稳定剂是一种防止石墨在凝固样品中沉淀的金属材料。在与熔融铁接触时，团块40与熔融铁样品反应并且碳化物稳定剂从团块40中释放到熔融铁样品中。碳化物稳定剂可优选为铋、硼、碲、硒或者这些元素的化合物或合金中的任一种。最优选地，碳化物稳定剂为碲。

在一个优选实施例中，碳化物稳定剂是以具有5至100μm平均粒度的粉末形式存在的。更优选地，碳化物稳定剂是以具有15至50μm平均粒度的粉末形式存在的。最优选地，碳化物稳定剂是以具有约20μm平均粒度的粉末形式存在的。除非在此另外指明，否则在此陈述的所有粒度是由激光衍射分析仪或利用沉降分析法测定粒度的沉降图所测量的d₅₀粒径。如本领域的普通技术人员充分了解的，d₅₀直径表示半数个体粒子（以重量计）小于指定直径的尺寸。

碳化物稳定剂以流体团块混合物的总湿重计优选存在5重量%至25重量%的量以及以团块40的总干重计优选存在7重量%至37重量%的量。更优选地，碳化物稳定剂以流体团块混合物的总湿重计存在10重量%至20重量%的量以及以团块40的总干重计存在15重量%至25重量%的量。最优选地，碳化物稳定剂以流体团块混合物的总湿重计存在12重量%至14重量%的量以及以团块40的总干重计存在18重量%至20重量%的量。

氢气源（即，释氢材料）是一种当团块40与样品杯12中所含的熔融金属（特别是熔融铁）样品接触并反应时放出或释放氢气到熔融金属中的材料。

释氢材料优选是一种具有一个以上离子键结的氢氧根基团的材料，因为此类材料耐受湿度增加和损失，并且因此将在湿润或干燥运输、储存和使用条件或环境中维持其水合程度。更优选地，释氢材料是不吸收水分的材料。释氢材料还优选是在团块40的干燥温度下稳定但在检测装置10的使用温度下分解的材料。

优选地，释氢材料是一种碱土金属氢氧化物。更优选地，释氢材料是氢氧化镁、氢氧化碲、氢氧化钙和氢氧化铋中的一种。最优选地，释氢材料是氢氧化镁。因此，在团块40与熔融铁样品接触和反应时，镁从氢氧化镁释放到熔融铁样品中。

镁常规地不被用于设计成促进白口铁凝固的检测装置中，因为镁的熔融温度低于熔融铁的熔融温度，并且因此预期与熔融铁铸成合金并且干扰并抵消碳化物稳定性元素（例如碲）的作用。然而，本发明者已发现，镁意外地可被用于白口铁凝固的检测装置中，因为当镁存在于有分解并释放相等或更大化学计量比的氧气的含氧材料参与的情况时，所释放的镁在熔融金属发生任何污染或被碲干扰之前通过氧化而被完全中和。

释氢材料以流体团块混合物的总湿重计优选存在10重量%至37重量%的量以及以团块40的总干重计优选存在15重量%至54重量%的量。更优选地，释氢材料以流体团块混合物的总湿重计存在12重量%至25重量%的量以及以团块40的总干重计存在20重量%至30重量%的量。最优选地，释氢材料以流体团块混合物的总湿重计存在16重量%至18重量%的量以及以团块40的总干重计存在23重量%至25重量%的量。

在优选实施例中，团块40还包含阻滞剂。阻滞剂是一种添加到团块40中以提供充分粘结的块体的填充材料，所述块体在熔融金属样品凝固期间保持实质上完整，使得在团块40与取样的熔融金属接触时延迟碳化物稳定剂的释放和氢气从释氢材料的释放（都呈蒸气形式）。更确切地说，阻滞剂是一种耐受团块40在与取样的熔融金属接触时的反应和全分解的材料。优选地，阻滞剂是一种非水合的耐火（例如陶瓷）填充材料。阻滞剂的优选实例包含二氧化硅、硅酸钙、硅酸镁、氧化锆、氧化铝及其化合物。更优选地，阻滞剂为硅酸铝，并且最优选为煅烧高岭土。

阻滞剂以流体团块混合物的总湿重计优选存在18重量%至48重量%的量以及以团块40的总干重计优选存在27重量%至71重量%的量。更优选地，阻滞剂以流体团块混合物的总湿重计存在30重量%至40重量%的量以及以团块40的总干重计存在50重量%至60重量%的量。最优选地，阻滞剂以流体团块混合物的总湿重计存在37重量%至39重量%的量以及以团块40的总干重计存在54重量%至56重量%的量。

在优选实施例中，团块40还包含适于高温应用的粘合剂。优选地，粘合剂是一种热固性粘合剂。更优选地，粘合剂是一种不吸湿性非甲醛类热塑性粘合剂。在一个实施例中，粘合剂是一种包括水和聚合材料的溶液，所述聚合材料为例如聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇缩丁醛以及其他聚乙烯树脂、聚苯乙烯树脂、丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯树脂、聚异丁烯、聚酰胺和硅酮。最优选地，粘合剂包括部分水解的聚乙烯醇溶液。

粘合剂以流体团块混合物的总湿重计优选存在27重量%至37重量%的量以及以团块40的总干重计优选存在1重量%至4重量%的量。更优选地，粘合剂以流体团块混合物的总湿重计存在30重量%至35重量%的量以及以团块40的总干重计存在1重量%至3重量%的量。最优选地，粘合剂以流体团块混合物的总湿重计存在31重量%至33重量%的量以及以团块40的总干重计存在1.5重量%至2.5重量%的量。

在优选实施例中，团块40还包含分散剂。分散剂是一种使各种组分的分散粒子保持悬浮以防止这些粒子沉降的材料。因此，虽然不是必需包含分散剂，但已发现这样做有利于在工业规模上制造团块40。分散剂的优选实例包含柠檬酸三钠、柠檬酸铵和具有与其类似的特性的类似材料。最优选地，分散剂为柠檬酸三钠。

分散剂优选以流体团块混合物的总湿重计优选存在0.04重量%至1.3重量%的量以及以团块40的总干重计优选存在0.06重量%至2重量%的量。更优选地，分散剂以流体团块混合物的总湿重计存在0.08重量%至1重量%的量以及以团块40的总干重计存在0.1重量%至1重量%的量。最优选地，分散剂以流体团块混合物的总湿重计存在0.1重量%至0.5重量%的量以及以团块40的总干重计存在0.3重量%至0.5重量%的量。

如以上所论述，在一个实施例中，流体团块混合物的重量优选为样品杯12中所含熔融铁/熔融铸铁样品重量的0.80%并且团块40的重量优选为熔融铁/熔融铸铁样品重量的0.40%。因此，流体团块混合物和团块40各组分相比熔融铁/熔融铸铁样品的总重量的重量百分比（wt%）优选如下表1中所示：

表1：团块配方

在另一实施例中，团块40通过干式压缩法来形成。确切地说，将团块40各组分混合在一起并且接着共挤压成球粒样团块，通过使用胶粘剂或耐火水泥将所述团块附着或粘附在样品杯12的凹腔18内。或者，可将团块放置在样品杯壁中所形成的凹口内。

在此类实施例中，挤压实现了碳化物稳定剂和释氢材料的粒子的机械联锁（mechanical interlocking）。因此，粘合剂和分散剂并非必需的。此外，可消除阻滞剂组分，使得碳化物稳定剂和氢气的释放相对较快地发生。以团块的总重量计，碳化物稳定剂优选以15重量%至60重量%的量存在于团块40中，并且释氢材料优选以40%至85%的量存在于团块40中。更优选地，以团块的总重量计，碳化物稳定剂以25重量%至55重量%的量存在并且释氢材料以45%至75%的量存在。最优选地，以团块的总重量计，碳化物稳定剂以30重量%至35重量%的量存在并且释氢材料以65%至70%的量存在。

同样，在此类实施例中，碳化物稳定剂的重量优选占样品杯12中所含熔融铁样品重量的0.05%至0.10%，并且更优选占0.07%至0.095%。最优选地，碳化物稳定剂的重量占熔融铁样品重量的约0.074%。释氢材料的重量优选占熔融铁样品重量的0.11%至0.22%，并且更优选占0.13%至0.19%。最优选地，释氢材料的重量占熔融铁样品重量的约0.14%至0.17%。

在另一个实施例中，团块40仅包括一种必需组分，即，作为氢气源或释氢材料的氢氧化碲。因此，在团块40与熔融铁样品接触和反应时，碲（一种碳化物稳定性元素）、氧气和氢气都从氢氧化碲释放到熔融铁样品中。优选地，氢氧化碲的重量占熔融铁样品重量的0.120%至0.175%。更优选地，氢氧化碲的重量占熔融铁样品重量的约0.150%。

现将参照以下具体非限制性实例更详细地描述根据本发明优选实施例的各种团块40的形成：

实例

通过按下表2-6中所示的比例混合各种材料来制备五种示例性的不同团块混合物：

表2：团块A配方

团块组分	wt%（湿）wt%（干）
		碳化物稳定剂	12.7%18.4%
氢气源	16.8%24.4%
		阻滞剂	37.9%54.9%
粘合剂	32.3%1.9%
		分散剂	0.3%0.4%

表3：团块B配方

团块组分	wt%（湿）	wt%（干）
			碳化物稳定剂	13.0%	18.4%
氢气源	17.0%	24.4%
			阻滞剂	38.0%	55.3%
粘合剂	32.0%	1.9%
			分散剂	-	-

表4：团块C配方

团块组分	wt%（干）
		碳化物稳定剂	33.3%
氢气源	66.7%
		阻滞剂	-
粘合剂	-
		分散剂	-

表5：团块D配方

团块组分	wt%（干）
		碳化物稳定剂	30.9%
氢气源	69.1%
		阻滞剂	-
粘合剂	-
		分散剂	-

表6：团块E配方

团块组分	wt%（干）
		碳化物稳定剂	-
氢气源	100%
		阻滞剂	-
粘合剂	-
		分散剂	-

团块A、B和C的碳化物稳定剂为碲。团块A、B和C的氢气源为氢氧化镁。团块D的氢气源为氢氧化钙。团块E的氢气源为氢氧化碲。团块A和B的阻滞剂为煅烧高岭土。团块A和B的粘合剂为3%的聚乙烯醇-水溶液。团块A的分散剂为柠檬酸三钠。

对于团块A和B，将团块的相应组分混合在一起以形成流体团块混合物。接着将所制备的每一流体团块混合物分配到熔融金属样品杯（即，如上所述的样品杯12）的凹腔中。样品杯具有约6厘米的铸件模数（casting modulus）和约37毫升的体积。所分配的流体团块混合物的体积和重量分别为约0.85毫升和约2.16克。

接着使内部分配有流体团块混合物的样品杯在环境条件中干燥以形成固体状干燥团块40并且实现粘合剂的最终固化，粘合剂又将干燥团块40粘附或粘结在样品杯12的凹腔18内。所得固体状干燥团块40的重量为样品杯12中所含熔融铁样品重量的约0.4%，这假定了样品杯凹腔是完全填充的。

对于团块C和D，将团块各组分混合在一起并且随后共挤压形成球粒样团块C和D。对于团块E，一起挤压氢氧化碲粒子以形成球粒样团块E。接着借助耐火水泥将团块C、D和E各自附着或粘附在样品杯的凹腔内。样品杯具有约6厘米的铸件模数和约37毫升的体积。

接着使安置在相应样品杯的凹腔内的团块A、B、C、D和E各自与熔融铁样品接触。对于团块A、B、C、D和E中每一者，个别组分相对于熔融铁样品重量的重量百分比显示于下表7中：

表7：团块组分的重量百分比

组分	团块A	团块B	团块C	团块D	团块E
						碳化物稳定剂	0.074%	0.074%	0.091%	0.091%	-
氢气源	0.098%	0.098%	0.182%	0.205%	0.15%
						阻滞剂	0.220%	0.221%	-	-	-
粘合剂	0.008%	0.008%	-	-	-
						分散剂	0.002%	-	-	-	-

确切地说，对于团块A，发现氢氧化镁的存在能够在不施用任何热处理的情况下使粘合剂的聚乙烯醇交联。虽然聚乙烯醇典型地倾向于吸收环境水分（并且因此不适于本发明的目的），但交联聚乙烯醇展现出作为团块40所必需的足够防潮性。因此，意外地发现具有优越防潮性的团块是由氢氧化镁与聚乙烯醇的特定组合产生的。

此外，对于团块A、B和C中每一者，氢气（从氢氧化镁释放）和碲都被释放到熔融铁样品中。此外，意外地发现从氢氧化镁释放的镁在团块40与熔融铁样品反应时被完全中和。因此，所释放的镁对熔融铁不具有任何污染作用或不干扰碲。取而代之的是，所释放的镁意外地允许熔融铁的完全白口凝固。

还发现团块A、B、C、D和E中每一者都耐受水合程度的变化。确切地说，团块A、B、C、D和E中每一者在长期运输和/或储存期间，甚至在极其湿润或极其干燥的运输和储存条件中都耐受湿度增加和湿度损失。

因此，没有从环境吸收的水积聚在团块A、B、C、D和E上，或任何此类积聚减到最少。因此，当团块A、B、C、D和E各自暴露于熔融金属样品时，任何不受控制的沸腾被消除或减到最少。因此，最初倾注到样品杯中的熔融金属的量在金属凝固期间几乎保持不变。因此，团块A、B、C、D和E的使用使得在倾注之间具有可预测的冷却/凝固时间。

此外，团块A、B、C、D和E各自不含任何截留的水分，并且因此不会经历典型地由于所述水分而实现的过早干燥。因此，每一个团块的组成，并且确切地说释氢材料的含量从制造点通过运输和储存直至使用几乎保持不变。

另外，团块40中实现完全白口凝固所需的碳化物稳定剂（特别是碲）的量比现有技术涂层和团块少得多，如下表8中所示：

表8：碲含量

*“理论”值是指样品杯12的体积完全被熔融铁填充的状态。

因此，本发明的团块和包含本发明团块的检测装置可在广泛范围的倾注温度、倾注条件以及储存与运输条件内使用，并获得优良结果。

本领域的普通技术人员应了解，可在不悖离其广泛发明构思的情况下对上述实施例进行改变。因此，应了解，本发明不限于所披露的具体实施例，但希望将修改涵盖在由附加权利要求书所界定的本发明的精神和范围内。

Claims (19)

1.一种用于熔融金属的检测装置，所述装置包括：

样品杯，所述样品杯具有被配置成接收熔融金属样品的凹腔；以及

布置在所述凹腔中的团块，所述团块包括碲和包括碱土金属氢氧化物、氢氧化碲和氢氧化铋在内的释氢材料。

2.如权利要求1所述的检测装置，其中所述团块另外包括粘合剂。

3.如权利要求2所述的检测装置，其中所述粘合剂为3％的聚乙烯醇-水溶液。

4.如权利要求1所述的检测装置，其中所述释氢材料为氢氧化镁。

5.如权利要求1所述的检测装置，其中以熔融金属样品的总重量计，所述团块占0.35重量％至0.45重量％。

6.如权利要求1所述的检测装置，其中所述团块耐受在所述团块的运输和储存期间其水合程度的变化。

7.如权利要求1所述的检测装置，其中所述团块另外包括耐受所述团块在与熔融金属接触时的反应的阻滞剂。

8.一种用于检测熔融铁或熔融铸铁样品的相变温度的团块，所述团块包括碲、作为释氢材料的氢氧化镁、耐受所述团块在与熔融铁或熔融铸铁样品接触时的反应的阻滞剂、以及粘合剂。

9.如权利要求8所述的团块，其中以所述团块的总重量计，所述碲占7重量％至37重量％。

10.如权利要求8所述的团块，其中以所述团块的总重量计，所述氢氧化镁占15重量％至54重量％。

11.如权利要求8所述的团块，其中所述粘合剂包括3％的聚乙烯醇-水溶液。

12.如权利要求11所述的团块，其中以所述团块的总重量计，所述3％的聚乙烯醇-水溶液占1重量％至4重量％。

13.如权利要求8所述的团块，所述团块耐受在所述团块的运输和储存期间其水合程度的变化。

14.一种用于检测熔融铁或熔融铸铁样品的相变温度的团块，所述团块包括以所述团块的总重量计占15重量％至60重量％的量的碲和以所述团块的总重量计占40重量％至85重量％的量的氢氧化镁，所述团块耐受在运输和储存期间的湿度增加和湿度损失。

15.如权利要求14所述的团块，其中以熔融铁样品的总重量计，所述碲以0.05重量％至0.10重量％的量存在，并且以所述熔融铁样品的总重量计，所述氢氧化镁以0.11重量％至0.22重量％的量存在。

16.一种检测熔融铁或熔融铸铁样品的相变温度的方法，所述方法包括以下步骤：

提供检测装置，所述检测装置包含温度传感器和样品杯，所述样品杯具有被配置成接收熔融铁或熔融铸铁样品的凹腔；

将团块布置在所述凹腔中，所述团块包括碳化物稳定剂和作为释氢材料的氢氧化镁；

将熔融铁或熔融铸铁样品沉积到所述凹腔中，所述团块在接触所述熔融铁或熔融铸铁样品时与所述熔融铁或熔融铸铁样品反应，使得氢气从所述氢氧化镁释放到所述熔融铁或熔融铸铁样品中；以及

使所述熔融铁或熔融铸铁样品凝固，同时测量凝固的样品的相变温度。

17.一种制造用于检测熔融金属样品的相变温度的团块的方法，所述方法包括：

形成流体团块混合物，所述流体团块混合物包括碳化物稳定剂和作为释氢材料的氢氧化镁；

提供检测装置，所述检测装置包含样品杯，所述样品杯具有被配置成接收熔融金属样品的凹腔；

将所述流体团块混合物沉积到所述凹腔中；以及

使所述流体团块混合物干燥以形成团块。

18.如权利要求17所述的方法，其中所述碳化物稳定剂以所述流体团块混合物的总重量计占5重量％至25重量％并且以所述团块的总重量计占7重量％至37重量％。

19.如权利要求17所述的方法，其中所述氢氧化镁以所述流体团块混合物的总重量计占10重量％至37重量％并且以所述团块的总重量计占15重量％至54重量％。