CN104133505B - 一种用于脉冲电流细化金属凝固组织的温度控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于脉冲电流细化金属凝固组织的温度控制装置，属于金属凝固控制领域。主要包括测温热电偶、温度控制及数据采集装置、位移及导向装置。该装置的主要特征是在脉冲电流处理金属熔体时对该过程温度进行控制和测量。通过测温热电偶对金属熔体温度进行实时测量，并采用温度控制及记录装置对金属熔体的温度进行控制和采集数据。该装置在管式电阻炉加热下脉冲电流处理金属熔体的应用中优势突出，采用本装置可对金属熔体的温度进行准确测量，操作简单，误差小，并可根据采集数据分析脉冲电流对金属凝固过程的影响。本装置对脉冲电流细化金属凝固组织时金属熔体温度的精确控制和处理过程的可控性具有积极意义。

Description

一种用于脉冲电流细化金属凝固组织的温度控制装置

技术领域

本发明涉及一种用于脉冲电流细化金属凝固组织的温度控制装置，属于金属凝固控制领域。

背景技术

在材料科学技术领域，金属凝固过程的控制是提高金属材料性能以及开发新型材料的重要途径。随着现代科学技术飞速发展，人们对材料性能的要求不断提高，由此，电流凝固技术逐渐成为细化和改善金属凝固组织方法的研究热点。电流凝固技术是在金属凝固过程中或液态时对其施加一定的电流，如交变电流、直流电流或脉冲电流（ElectricCurrent Pulse，ECP）等，从而细化金属凝固组织并改善性能的方法。而电流凝固技术中，尤以脉冲电流细化金属凝固组织的方法应用最广，该技术具有无污染、效果显著、操作方便等优点，其研究工作是近年来新兴的研究方向，受到材料工作者的高度重视。

然而，在脉冲电流细化金属凝固组织过程中，对金属熔体温度的精确控制是提高金属材料质量和处理过程可控性的关键，脉冲电流细化金属凝固组织的作用机理主要有以下几个方面：电迁移效应、Joule效应、Peltier效应、起伏效应、趋肤效应、电磁力效应等。脉冲电流处理过程中的传热、传质和动量传输，影响金属的成分分布、凝固组织及其形态，进而达到细化凝固组织的目的。

金属熔体冷却过程中的温度变化直接影响金属凝固组织的细化效果，目前，实验操作过程中的测温方法主要有热电阻测温、红外热像仪测温、热电偶测温。热电阻测温虽然操作简单，但由于感温元件无法直接接触被测物体而存在较大误差，测量范围有限；红外热像仪测温虽然测温结果可靠，但操作过程复杂，费用较高，而且无法测量金属液内部的温度；普通热电偶测温虽然可靠性和重复性较好，但无法实现对温度的精确控制和自动采集。因此，只有做到对金属熔体凝固过程中温度的精确控制和测量，才能有效提高脉冲电流细化金属凝固组织的效果并对脉冲电流细化金属凝固组织的作用机理进行更深一步的分析和探究。现有相关文献表明，管式电阻炉加热下脉冲电流细化金属凝固组织过程中缺乏对金属熔体温度的精确控制和测量记录。

发明内容

为解决现有管式电阻炉加热下脉冲电流细化金属凝固组织过程中缺乏对金属熔体温度的精确控制和测量记录的问题，提供一种适用于管式炉加热下脉冲电流细化金属凝固组织过程中金属熔体温度和炉膛温度的控制装置，该装置包括测温热电偶Ⅰ1、测温热电偶Ⅱ2、测温热电偶Ⅲ3、隔热石棉4、管式电阻炉炉身Ⅰ5、陶瓷支承管6、耐热陶瓷管Ⅰ7、出气孔8、水玻璃沙Ⅰ9、电极10、补偿导线Ⅰ11、水玻璃沙Ⅱ12、耐热陶瓷管Ⅱ13、管式电阻炉炉身Ⅱ14、高压脉冲电源15、进气孔17、温度控制及数据采集装置18、补偿导线Ⅱ19、补偿导线Ⅲ20、补偿导线Ⅳ21、位移及导向装置Ⅰ22、位移及导向装置Ⅱ23、位移及导向装置Ⅲ24，测温热电偶Ⅰ1、测温热电偶Ⅱ2、测温热电偶Ⅲ3分别安装到位移及导向装置Ⅰ22、位移及导向装置Ⅱ23、位移及导向装置Ⅲ24上，位移及导向装置Ⅰ22、位移及导向装置Ⅱ23、位移及导向装置Ⅲ24分别通过补偿导线Ⅱ19、补偿导线Ⅲ20、补偿导线Ⅳ21与温度控制及数据采集装置18连接；位移及导向装置Ⅰ22、位移及导向装置Ⅱ23、位移及导向装置Ⅲ24竖直安装在隔热石棉4上，隔热石棉4位于管式电阻炉炉身Ⅰ5上端，陶瓷支承管6安放在管式电阻炉炉身Ⅰ5两侧，耐热陶瓷管Ⅰ7固定于管式电阻炉炉身Ⅰ5两侧的陶瓷支承管6上，耐热陶瓷管Ⅱ13位于耐热陶瓷管Ⅰ7的内部，电极10穿过耐热陶瓷管Ⅰ7和耐热陶瓷管Ⅱ13、通过导线Ⅰ11与高压脉冲电源15相连，耐热陶瓷管Ⅰ7和耐热陶瓷管Ⅱ13的两端分别用水玻璃沙Ⅰ9和水玻璃沙Ⅱ12密封；耐热陶瓷管Ⅰ7的两端分别设有出气孔8和进气孔17。

本发明所述测温热电偶Ⅰ1、测温热电偶Ⅲ3的一端与耐热陶瓷管Ⅰ7接触，测温热电偶Ⅱ2的一端插入耐热陶瓷管Ⅱ13里面的金属熔体16中。

本发明所述位移及导向装置Ⅰ22、位移及导向装置Ⅱ23、位移及导向装置Ⅲ24竖起来部分具有一定的伸缩性，保证了测温热电偶Ⅰ1、测温热电偶Ⅱ2、测温热电偶Ⅲ3的固定和上下移动。

所述隔热石棉4上设有十字形导轨，位移及导向装置Ⅰ22、位移及导向装置Ⅱ23、位移及导向装置Ⅲ24均可以沿着十字形导轨水平移动，从而使测温热电偶Ⅰ1、测温热电偶Ⅱ2、测温热电偶Ⅲ3也可以水平移动。

本发明所述，测温热电偶Ⅰ1、测温热电偶Ⅱ2、测温热电偶Ⅲ3为S型热电偶，其测温范围为0℃～1600℃，通过在管式电阻炉炉身Ⅰ5上端开槽或孔，安放位移及导向装置Ⅰ22、位移及导向装置Ⅱ23、位移及导向装置Ⅲ24，位移及导向装置Ⅰ22、位移及导向装置Ⅱ23、位移及导向装置Ⅲ24不影响管式电阻炉的正常工作，用来固定和支承测温热电偶Ⅰ1、测温热电偶Ⅱ2、测温热电偶Ⅲ3，并为测温热电偶Ⅰ1、测温热电偶Ⅱ2、测温热电偶Ⅲ3的移动提供导向。将测温热电偶Ⅰ1、测温热电偶Ⅱ2、测温热电偶Ⅲ3分别安装在位移及导向装置Ⅰ22、位移及导向装置Ⅱ23、位移及导向装置Ⅲ24上，并保证测温热电偶Ⅰ1、测温热电偶Ⅱ2、测温热电偶Ⅲ3的上下、左右移动，以便同时测量不同位置的温度，通过多支测温热电偶，同时对炉膛及金属熔体16温度进行测量，并可将不同位置的温度进行对比。进而准确获得炉膛和金属熔体的温度场变化，并可分析脉冲电流对金属熔体温度的影响。通过补偿导线Ⅱ19、补偿导线Ⅲ20、补偿导线Ⅳ21将测温热电偶Ⅰ1、测温热电偶Ⅱ2、测温热电偶Ⅲ3与温度控制及数据采集装置18连接，记录测温热电偶Ⅰ1、测温热电偶Ⅱ2、测温热电偶Ⅲ3测得的数据，通过数据显示，随时调整管式电阻炉加热程序，以控制炉内温度及升温或降温速率。进而达到对温度的控制，在对金属熔体通入脉冲电流的状态下，可利用本装置对金属熔体温度进行实时测量，可在操作过程中通入氩气进行气体保护，避免金属熔体因高温而发生氧化。

本发明的有益效果：

（1）本发明将电脉冲处理装置、管式电阻炉有机结合，操作方便，易于控制，测温热电偶Ⅰ1、测温热电偶Ⅱ2、测温热电偶Ⅲ3测量范围较大（0℃～1600℃），测温结果可靠，而且重复性较好；

（2）本发明所述温度控制及数据采集装置18操作简单，可实现对数据的自动采集和存储，并可根据测得的温度找出熔体温度变化趋势，合理调整脉冲参数，进而优化脉冲工艺；

（3）位移及导向装置Ⅰ22、位移及导向装置Ⅱ23、位移及导向装置Ⅲ24结构简单，便于测温热电偶Ⅰ1、测温热电偶Ⅱ2、测温热电偶Ⅲ3的安装、固定和移动，本装置在管式电阻炉加热下脉冲电流细化金属凝固组织的温度测量中可长期使用，适用于不同金属熔体的温度测量，为分析脉冲电流对金属熔体温度的影响及细化金属凝固组织的机理提供可靠依据；

（4）可在对温度进行准确测量和控制的基础上，对脉冲电流细化金属凝固组织的机理进行更深一步的分析和研究，并实现操作过程的可控性和可重复性，通过本装置可测量脉冲电流处理时不同金属熔体的温度，使用广泛。

附图说明

图1是本发明安装在管式电阻炉上的结构示意图；

图2是本发明的俯视图；

图3是实施例1测得的温度曲线；

图4是实施例2测得的温度曲线。

图中：1-测温热电偶Ⅰ，2-测温热电偶Ⅱ，3-测温热电偶Ⅲ，4-隔热石棉，5-管式电阻炉炉身Ⅰ，6-陶瓷支承管，7-耐热陶瓷管Ⅰ，8-出气孔，9-水玻璃沙，10-电极，11-补偿导线Ⅰ，12-水玻璃沙Ⅱ，13-耐热陶瓷管Ⅱ，14-管式电阻炉炉身Ⅱ，15-高压脉冲电源，16-金属熔体，17-进气孔，18-温度控制及数据采集装置，19-补偿导线Ⅱ，20-补偿导线Ⅲ，21-补偿导线，22-位移及导向装置Ⅰ，23-位移及导向装置Ⅱ，24-位移及导向装置Ⅲ。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的的保护范围并不限于所述内容。

实施例1

本实施例所述用于脉冲电流细化金属凝固组织的温度控制装置，该装置包括测温热电偶Ⅰ1、测温热电偶Ⅱ2、测温热电偶Ⅲ3、隔热石棉4、管式电阻炉炉身Ⅰ5、陶瓷支承管6、耐热陶瓷管Ⅰ7、出气孔8、水玻璃沙Ⅰ9、电极10、补偿导线Ⅰ11、水玻璃沙Ⅱ12、耐热陶瓷管Ⅱ13、管式电阻炉炉身Ⅱ14、高压脉冲电源15、进气孔17、温度控制及数据采集装置18、补偿导线Ⅱ19、补偿导线Ⅲ20、补偿导线Ⅳ21、位移及导向装置Ⅰ22、位移及导向装置Ⅱ23、位移及导向装置Ⅲ24，测温热电偶Ⅰ1、测温热电偶Ⅱ2、测温热电偶Ⅲ3分别安装到位移及导向装置Ⅰ22、位移及导向装置Ⅱ23、位移及导向装置Ⅲ24上，位移及导向装置Ⅰ22、位移及导向装置Ⅱ23、位移及导向装置Ⅲ24分别通过补偿导线Ⅱ19、补偿导线Ⅲ20、补偿导线Ⅳ21与温度控制及数据采集装置18连接；位移及导向装置Ⅰ22、位移及导向装置Ⅱ23、位移及导向装置Ⅲ24竖直安装在隔热石棉4上，隔热石棉4位于管式电阻炉炉身Ⅰ5上端，陶瓷支承管6安放在管式电阻炉炉身Ⅰ5两侧，耐热陶瓷管Ⅰ7固定于管式电阻炉炉身Ⅰ5两侧的陶瓷支承管6上，耐热陶瓷管Ⅱ13位于耐热陶瓷管Ⅰ7的内部，电极10穿过耐热陶瓷管Ⅰ7和耐热陶瓷管Ⅱ13、通过导线Ⅰ11与高压脉冲电源15相连，耐热陶瓷管Ⅰ7和耐热陶瓷管Ⅱ13的两端分别用水玻璃沙Ⅰ9和水玻璃沙Ⅱ12密封；耐热陶瓷管Ⅰ7的两端分别设有出气孔8和进气孔17，如图1所示。

下面以脉冲电流细化共晶高铬铸铁（液相线温度1337℃，固相线温度1276℃）凝固组织的温度测量为例，并结合附图对本发明所述装置的使用过程作进一步描述：

如图1所示，将过共晶高铬铸铁试样封装入耐热陶瓷管Ⅱ13中，放入管式电阻炉耐热陶瓷管Ⅰ7中两端用水玻璃沙Ⅰ9密封同时开有出气孔8和进气孔17，试样两端用水玻璃沙Ⅱ12密封并接入电极10，通过电极10及补偿导线Ⅰ11接到高压脉冲电源15上，然后安装本测温装置，将测温热电偶Ⅰ1、测温热电偶Ⅱ2、测温热电偶Ⅲ3依次安装到位移及导向装置Ⅰ22、位移及导向装置Ⅱ23、位移及导向装置Ⅲ24上，然后将位移及导向装置安放在管式电阻炉上端，保持水平。测温热电偶通过管式电阻炉的槽或孔伸入炉膛，同时保证测量金属熔体温度的测温热电偶Ⅱ2与金属熔体16接触。通过补偿导线Ⅱ19、补偿导线Ⅲ20、补偿导线Ⅳ21将测温热电偶Ⅰ1、测温热电偶Ⅱ2、测温热电偶Ⅲ3接入温度控制及数据采集装置18。调整管式电阻炉升温程序，将炉膛温度加热到1350℃（管式电阻炉自带测温热电偶测量温度，此时本测温装置测得的炉膛温度为1350℃，而测得的试样温度为1346℃）保温3分钟后对试样进行炉冷，同时在冷却过程中施加一定参数的高压脉冲电流，并对炉膛及试样温度进行全程测量。在整个过程中可通过进气孔17通入氩气进行气体保护，防止金属熔体发生氧化。保温结束时管式炉测温热电偶和本装置测温热电偶Ⅱ2测得炉膛温度均为1350℃，而本装置测得的过共晶高铬铸铁试样温度为1354℃，管式电阻炉的控温程序是以炉膛温度为标准，因此，在保温过程中由于耐热陶瓷管Ⅱ13具有一定的保温作用，金属熔体的温度会在炉膛保温时而有一定程度的升高。

在冷却过程中，当本装置测得的过共晶高铬铸铁温度为其液相线温度1337℃时，炉膛温度为1238℃，温差为99℃。当测得的过共晶高铬铸铁温度为其固相线温度1276℃时，炉膛温度为1147℃，温差为129℃。在冷却过程中，由于耐热陶瓷管Ⅱ13的保温作用及脉冲电流的影响，过共晶高铬铸铁试样的冷却速度远远小于炉膛的冷却速度，加之金属凝固过程中存在能量起伏，因此温度差逐渐增大。在脉冲电流处理过程中，过共晶高铬铸铁试样的温度和炉膛温度通过温度控制及数据采集装置进行自动采集，通过采集的数据，绘制出如图3所示的温度曲线图。图3中，曲线1为脉冲电流作用下过共晶高铬铸铁试样冷却温度曲线，曲线2为与之对应的管式炉炉膛温度曲线。

实施例2

该装置包括测温热电偶Ⅰ1、测温热电偶Ⅱ2、测温热电偶Ⅲ3、隔热石棉4、管式电阻炉炉身Ⅰ5、陶瓷支承管6、耐热陶瓷管Ⅰ7、出气孔8、水玻璃沙Ⅰ9、电极10、补偿导线Ⅰ11、水玻璃沙Ⅱ12、耐热陶瓷管Ⅱ13、管式电阻炉炉身Ⅱ14、高压脉冲电源15、进气孔17、温度控制及数据采集装置18、补偿导线Ⅱ19、补偿导线Ⅲ20、补偿导线Ⅳ21、位移及导向装置Ⅰ22、位移及导向装置Ⅱ23、位移及导向装置Ⅲ24，测温热电偶Ⅰ1、测温热电偶Ⅱ2、测温热电偶Ⅲ3分别安装到位移及导向装置Ⅰ22、位移及导向装置Ⅱ23、位移及导向装置Ⅲ24上，位移及导向装置Ⅰ22、位移及导向装置Ⅱ23、位移及导向装置Ⅲ24分别通过补偿导线Ⅱ19、补偿导线Ⅲ20、补偿导线Ⅳ21与温度控制及数据采集装置18连接；位移及导向装置Ⅰ22、位移及导向装置Ⅱ23、位移及导向装置Ⅲ24竖直安装在隔热石棉4上，隔热石棉4位于管式电阻炉炉身Ⅰ5上端，陶瓷支承管6安放在管式电阻炉炉身Ⅰ5两侧，耐热陶瓷管Ⅰ7固定于管式电阻炉炉身Ⅰ5两侧的陶瓷支承管6上，耐热陶瓷管Ⅱ13位于耐热陶瓷管Ⅰ7的内部，电极10穿过耐热陶瓷管Ⅰ7和耐热陶瓷管Ⅱ13、通过导线Ⅰ11与高压脉冲电源15相连，耐热陶瓷管Ⅰ7和耐热陶瓷管Ⅱ13的两端分别用水玻璃沙Ⅰ9和水玻璃沙Ⅱ12密封；耐热陶瓷管Ⅰ7的两端分别设有出气孔8和进气孔17。

本实施例所述测温热电偶Ⅰ1、测温热电偶Ⅲ3的一端与耐热陶瓷管Ⅰ7接触，测温热电偶Ⅱ2的一端插入耐热陶瓷管Ⅱ13里面的金属熔体16中。

本实施例所述位移及导向装置Ⅰ22、位移及导向装置Ⅱ23、位移及导向装置Ⅲ24竖起来部分具有一定的伸缩性，保证了测温热电偶Ⅰ1、测温热电偶Ⅱ2、测温热电偶Ⅲ3的固定和上下移动；所述隔热石棉4上设有十字形导轨，位移及导向装置Ⅰ22、位移及导向装置Ⅱ23、位移及导向装置Ⅲ24均可以沿着十字形导轨水平移动，从而使测温热电偶Ⅰ1、测温热电偶Ⅱ2、测温热电偶Ⅲ3也可以水平移动。

下面以脉冲电流细化共晶高铬铸铁（液相线温度1337℃，固相线温度1276℃）凝固组织的温度测量为例，并结合附图对本发明所述装置的使用过程作进一步描述：

如图1所示，将过共晶高铬铸铁试样封装入耐热陶瓷管Ⅱ13中，放入管式电阻炉耐热陶瓷管Ⅰ7中两端用水玻璃沙Ⅰ9密封同时开有出气孔8和进气孔17，试样两端用水玻璃沙Ⅱ12密封并接入电极10，通过电极10及补偿导线Ⅰ11接到高压脉冲电源15上，然后安装本测温装置，将测温热电偶Ⅰ1、测温热电偶Ⅱ2、测温热电偶Ⅲ3依次安装到位移及导向装置Ⅰ22、位移及导向装置Ⅱ23、位移及导向装置Ⅲ24上，然后将位移及导向装置安放在管式电阻炉上端，保持水平。测温热电偶通过管式电阻炉的槽或孔伸入炉膛，同时保证测量金属熔体温度的测温热电偶Ⅱ2与金属熔体16接触。通过补偿导线Ⅱ19、补偿导线Ⅲ20、补偿导线Ⅳ21将测温热电偶Ⅰ1、测温热电偶Ⅱ2、测温热电偶Ⅲ3接入温度控制及数据采集装置18。调整管式电阻炉升温程序，将炉膛温度加热到1350℃（管式电阻炉自带测温热电偶测量温度，此时本测温装置测得的炉膛温度为1350℃，而测得的试样温度为1345℃）保温3分钟后对试样进行炉冷，同时在冷却过程中施加一定参数的高压脉冲电流，并对炉膛及试样温度进行全程测量。在整个过程中可通过进气孔17通入氩气进行气体保护，防止金属熔体发生氧化。保温结束时管式炉测温热电偶和本装置测温热电偶Ⅱ2测得炉膛温度均为1350℃，而本装置测得的过共晶高铬铸铁试样温度为1352℃，管式电阻炉的控温程序是以炉膛温度为标准，因此，在保温过程中由于耐热陶瓷管Ⅱ13具有一定的保温作用，金属熔体的温度会在炉膛保温时而有一定程度的升高。在冷却过程中，当本装置测得的过共晶高铬铸铁温度为其液相线温度1337℃时，炉膛温度为1232℃，温差为105℃。当测得的过共晶高铬铸铁温度为其固相线温度1276℃时，炉膛温度为1155℃，温差为121℃。在冷却过程中，由于耐热陶瓷管Ⅱ13的保温作用及脉冲电流的影响，过共晶高铬铸铁试样的冷却速度远远小于炉膛的冷却速度，加之金属凝固过程中存在能量起伏，因此温度差逐渐增大。在脉冲电流处理过程中，过共晶高铬铸铁试样的温度和炉膛温度通过温度控制及数据采集装置进行自动采集，通过采集的数据，绘制出如图4所示的温度曲线图。图4中，曲线3为脉冲电流作用下过共晶高铬铸铁试样冷却温度曲线，曲线4为与之对应的管式炉炉膛温度曲线。

实施例3

本实施例所述用于脉冲电流细化金属凝固组织的温度控制装置，该装置包括测温热电偶Ⅰ1、测温热电偶Ⅱ2、测温热电偶Ⅲ3、隔热石棉4、管式电阻炉炉身Ⅰ5、陶瓷支承管6、耐热陶瓷管Ⅰ7、出气孔8、水玻璃沙Ⅰ9、电极10、补偿导线Ⅰ11、水玻璃沙Ⅱ12、耐热陶瓷管Ⅱ13、管式电阻炉炉身Ⅱ14、高压脉冲电源15、进气孔17、温度控制及数据采集装置18、补偿导线Ⅱ19、补偿导线Ⅲ20、补偿导线Ⅳ21、位移及导向装置Ⅰ22、位移及导向装置Ⅱ23、位移及导向装置Ⅲ24，测温热电偶Ⅰ1、测温热电偶Ⅱ2、测温热电偶Ⅲ3分别安装到位移及导向装置Ⅰ22、位移及导向装置Ⅱ23、位移及导向装置Ⅲ24上，位移及导向装置Ⅰ22、位移及导向装置Ⅱ23、位移及导向装置Ⅲ24分别通过补偿导线Ⅱ19、补偿导线Ⅲ20、补偿导线Ⅳ21与温度控制及数据采集装置18连接；位移及导向装置Ⅰ22、位移及导向装置Ⅱ23、位移及导向装置Ⅲ24竖直安装在隔热石棉4上，隔热石棉4位于管式电阻炉炉身Ⅰ5上端，陶瓷支承管6安放在管式电阻炉炉身Ⅰ5两侧，耐热陶瓷管Ⅰ7固定于管式电阻炉炉身Ⅰ5两侧的陶瓷支承管6上，耐热陶瓷管Ⅱ13位于耐热陶瓷管Ⅰ7的内部，电极10穿过耐热陶瓷管Ⅰ7和耐热陶瓷管Ⅱ13、通过导线Ⅰ11与高压脉冲电源15相连，耐热陶瓷管Ⅰ7和耐热陶瓷管Ⅱ13的两端分别用水玻璃沙Ⅰ9和水玻璃沙Ⅱ12密封；耐热陶瓷管Ⅰ7的两端分别设有出气孔8和进气孔17，如图1所示。

下面以脉冲电流细化Al-25%Si合金（液相温度线778℃，固相线温度577℃）凝固组织的温度测量为例，并结合附图对本发明所述装置的使用过程作进一步描述：

如图1所示，将Al-25%Si合金试样封装入耐热陶瓷管Ⅱ13中，放入管式电阻炉耐热陶瓷管Ⅰ7中两端用水玻璃沙Ⅰ9密封同时开有出气孔8和进气孔17，试样两端用水玻璃沙Ⅱ12密封并接入电极10，通过电极10及补偿导线Ⅰ11接到高压脉冲电源15上，然后安装本测温装置，将测温热电偶Ⅰ1、测温热电偶Ⅱ2、测温热电偶Ⅲ3依次安装到位移及导向装置Ⅰ22、位移及导向装置Ⅱ23、位移及导向装置Ⅲ24上，然后将位移及导向装置安放在管式电阻炉上端，保持水平。测温热电偶通过管式电阻炉的槽或孔伸入炉膛，同时保证测量金属熔体温度的测温热电偶Ⅱ2与金属熔体16接触。通过补偿导线Ⅱ19、补偿导线Ⅲ20、补偿导线Ⅳ21将测温热电偶Ⅰ1、测温热电偶Ⅱ2、测温热电偶Ⅲ3接入温度控制及数据采集装置18。调整管式电阻炉升温程序，将炉膛温度加热到800℃（管式电阻炉自带测温热电偶测量温度，此时本测温装置测得的炉膛温度为800℃，而测得的试样温度为795℃）保温3分钟后对试样进行炉冷，同时在冷却过程中施加一定参数的高压脉冲电流，并对炉膛及试样温度进行全程测量。在整个过程中可通过进气孔17通入氩气进行气体保护，防止金属熔体发生氧化。保温结束时管式炉测温热电偶和本装置测温热电偶Ⅱ2测得炉膛温度均为800℃，而本装置测得的Al-25%Si合金试样温度为812℃，管式电阻炉的控温程序是以炉膛温度为标准，因此，在保温过程中由于耐热陶瓷管Ⅱ13具有一定的保温作用，金属熔体的温度会在炉膛保温时而有一定程度的升高。在冷却过程中，当本装置测得的Al-25%Si合金温度为其液相线温度778℃时，炉膛温度为702℃，温差为76℃。当测得的Al-25%Si合金温度为其固相线温度577℃时，炉膛温度为473℃，温差为104℃。在冷却过程中，由于耐热陶瓷管Ⅱ13的保温作用及脉冲电流的影响，Al-25%Si合金试样的冷却速度远远小于炉膛的冷却速度，加之金属凝固过程中存在能量起伏，因此温度差逐渐增大。在脉冲电流处理过程中，Al-25%Si合金试样的温度和炉膛温度通过温度控制及数据采集装置进行自动采集，通过采集的数据。

过本装置可测量脉冲电流细化金属凝固组织时金属熔体的温度，将测得的温度与无脉冲电流作用时的温度进行对比，并和炉膛温度进行对比，绘制出冷却温度曲线，可进一步分析脉冲电流对金属熔体的影响和脉冲电流细化金属凝固组织的机理。本装置可测量脉冲电流作用下不同金属熔体的温度。本装置对脉冲电流细化金属凝固组织时金属熔体温度的精确控制和处理过程的可控性具有积极意义。

Claims (2)

1.一种用于脉冲电流细化金属凝固组织的温度控制装置，其特征在于：该装置包括测温热电偶Ⅰ（1）、测温热电偶Ⅱ（2）、测温热电偶Ⅲ（3）、隔热石棉（4）、管式电阻炉炉身Ⅰ（5）、陶瓷支承管（6）、耐热陶瓷管Ⅰ（7）、出气孔（8）、水玻璃沙Ⅰ（9）、电极（10）、补偿导线Ⅰ（11）、水玻璃沙Ⅱ（12）、耐热陶瓷管Ⅱ（13）、管式电阻炉炉身Ⅱ（14）、高压脉冲电源（15）、进气孔（17）、温度控制及数据采集装置（18）、补偿导线Ⅱ（19）、补偿导线Ⅲ（20）、补偿导线Ⅳ（21）、位移及导向装置Ⅰ（22）、位移及导向装置Ⅱ（23）、位移及导向装置Ⅲ（24），测温热电偶Ⅰ（1）、测温热电偶Ⅱ（2）、测温热电偶Ⅲ（3）分别安装到位移及导向装置Ⅰ（22）、位移及导向装置Ⅱ（23）、位移及导向装置Ⅲ（24）上，位移及导向装置Ⅰ（22）、位移及导向装置Ⅱ（23）、位移及导向装置Ⅲ（24）分别通过补偿导线Ⅱ（19）、补偿导线Ⅲ（20）、补偿导线Ⅳ（21）与温度控制及数据采集装置（18）连接；位移及导向装置Ⅰ（22）、位移及导向装置Ⅱ（23）、位移及导向装置Ⅲ（24）竖直安装在隔热石棉（4）上，隔热石棉（4）位于管式电阻炉炉身Ⅰ（5）上端，陶瓷支承管（6）安放在管式电阻炉炉身Ⅰ（5）两侧，耐热陶瓷管Ⅰ（7）固定于管式电阻炉炉身Ⅰ（5）两侧的陶瓷支承管（6）上，耐热陶瓷管Ⅱ（13）位于耐热陶瓷管Ⅰ（7）的内部，电极（10）穿过耐热陶瓷管Ⅰ（7）和耐热陶瓷管Ⅱ（13）、通过导线Ⅰ（11）与高压脉冲电源（15）相连，耐热陶瓷管Ⅰ（7）和耐热陶瓷管Ⅱ（13）的两端分别用水玻璃沙Ⅰ（9）和水玻璃沙Ⅱ（12）密封；耐热陶瓷管Ⅰ（7）的两端分别设有出气孔（8）和进气孔（17）；

测温热电偶Ⅰ（1）、测温热电偶Ⅲ（3）的一端与耐热陶瓷管Ⅰ（7）接触，测温热电偶Ⅱ（2）的一端插入耐热陶瓷管Ⅱ（13）里面的金属熔体（16）中；

所述位移及导向装置Ⅰ（22）、位移及导向装置Ⅱ（23）、位移及导向装置Ⅲ（24）竖起来部分具有一定的伸缩性，保证了测温热电偶Ⅰ（1）、测温热电偶Ⅱ（2）、测温热电偶Ⅲ（3）的固定和上下移动。

2.根据权利要求1所述的一种用于脉冲电流细化金属凝固组织的温度控制装置，其特征在于：所述隔热石棉（4）上设有十字形导轨，位移及导向装置Ⅰ（22）、位移及导向装置Ⅱ（23）、位移及导向装置Ⅲ（24）均可以沿着十字形导轨水平移动。