CN106989823B - 一种感应熔炼用多级变径红外测温装置及测温方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种真空感应熔炼用红外测温装置及测温方法,包括红外测温探头、视窗、多级测温管和固定装置;所述红外测温探头产生用以产生测温用的红外光线,所述视窗用以保持真空密封并使所述红外光线通过,所述多级测温管使红外光线通过、聚焦且形成照射于待测温目标上的光斑,并且对测温过程中产生的烟尘和/或蒸汽进行沉积和/或排出;所述多级测温管包括多级结构,所述多级结构的至少一级包括位于一端的宽径部和位于另一端的小孔;所述固定装置用以将所述红外测温装置固定,使测温用红外光线形成的光斑照射于待测温目标上。本发明不同于传统的手持式红外测温装置,采用固定且多级结构连接的方式,使得灰尘和蒸汽在上升过程中沉积在测温管的内壁上,防止附着在测温口的玻璃窗口上,可实现实时、连续、精确测温。
Description
技术领域
本发明属于铸造设备技术领域,尤其是涉及一种感应熔炼用多级变径红外测温装置及测温方法。
背景技术
真空感应熔炼技术由于效率高、耗能少,且具有强烈的电磁搅拌作用有利于消除成分偏析,近年来广泛应用于镍基高温合金、钛合金、不锈钢、超高强度钢等特种合金材料的生产。真空感应熔炼过程中,通常要在高温高真空高搅拌的条件下对合金液进行精炼,且要控制合适的浇注温度。因此,实现合金熔体温度的精确测量,对实现最终合金组分的高纯净度与高准确度都起着关键的作用。
当前感应熔炼中,通常采用的测温方法是利用带保护套管的热电偶对熔融的合金液进行接触式测温,这种方法存在三个问题,其一,热电偶伸入合金液中,感知钢水的温度需要一定的时间,无法快速响应测温,影响生产效率;其二,高温下热电偶保护套管不可避免的会与合金熔体发生反应,尤其真空感应熔炼高熔点或者含高活性合金时,高温下热电偶保护套管与熔体的反应产物作为杂质影响合金液的纯净度,严重影响合金质量;其三,由于真空感应熔炼伴随着产生强大的电磁场,处于感应线圈上方的热电偶所产生的热电势不可避免地受到该强大电磁场的影响,熔体温度难以准确测量。因此,采用热电偶无法实现快速、长时、连续的测温。
红外测温是一种非接触式的测温方式,可以避免以上问题。但是,目前传统采用的手持式红外测温仪并不适合应用于真空感应熔炼中,主要问题在于:首先,手持式红外测温仪测温点为人为控制,测温点不稳定,产生的误差大;其次,由于需要人为手持红外测温仪,所以无法实现连续测量;最后,红外测温易受周围环境的影响,而真空感应熔炼在高温高真空条件下对合金进行熔炼,合金熔体的气化、挥发以及工作介质在高温下产生的烟气等,会使得熔炼坩埚附近产生大量的尘土烟气,这些物质通常很容易附着在红外测温仪测温口的玻璃窗口上,从而对测温的准确性产生很大的影响。目前有些红外测温仪通过吹扫的方式消除烟气影响,但该方式同样不适合用于真空感应熔炼,首先吹扫的效果并不稳定,其次吹扫出的气体必然会对待测温的合金熔体表面温度产生影响,导致其温度下降,测温不准确。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供了一种感应熔炼用红外测温装置及测温方法。
本发明完整的技术方案包括:
一种红外测温装置,包括红外测温探头、视窗、多级测温管和固定装置;其特征在于,
所述红外测温探头产生用以产生测温用的红外光线,所述视窗位于红外测温探头前方;所述多级测温管使红外光线通过、聚焦且形成照射于待测温目标上的光斑,并且对测温过程中产生的烟尘和/或蒸汽进行沉积和/或排出;所述多级测温管包括多级结构,所述多级结构中的至少一级结构包括位于一端的宽径部和位于另一端的小孔;
所述固定装置用以将所述红外测温装置固定。
优选的,所述的红外测温装置为感应熔炼用红外测温装置,尤其为真空感应熔炼用红外测温装置。
优选的,所述的多级红外测温管包括自下而上的三级结构,第一级结构与第二级结构上端为直径变大的宽径部,第二级结构与第三级结构的下端为直径变小的窄径部,窄径部下端开有小孔;第一级结构上端的宽径部通过连接块与第二级结构下端的窄径部连接,且第一级结构的宽径部与第二级结构的窄径部之间留有烟气通道,第二级结构上端的宽径部通过连接块与第三级结构下端的窄径部连接,且第二级结构的宽径部与第三级结构的窄径部之间留有烟气通道。
优选的,各级结构各自的长度设计使红外测温探头产生的光线在对焦时使得焦点位于中间一级结构的下方小孔处。
优选的,所述的红外测温管外设有波纹管,所述的波纹管位于上法兰和下法兰之间,所述的上法兰和下法兰通过双头螺栓与上螺母实现固定,并可通过螺母的位置调整实现波纹管的倾斜度调整。
优选的,所述的第一级结构下端与挡板连接,所述挡板用以防止烟尘和/或蒸汽由波纹管和测温管之间的间隙进入,并沿烟气通道进入测温管内部。
优选的,所述的红外测温装置通过固定装置固定于真空感应熔炼炉的炉体法兰上。
利用所述的红外测温装置进行测温的方法,其特征在于,在真空感应熔炼的过程中,打开红外测温探头,对熔炼过程进行实时连续测温,感应熔炼过程产生的灰尘和蒸汽从多级红外测温管的第一级结构的下端小孔进入,并在上升过程中部分沉积在测温管内壁中,并上升到宽径部处时被大部分排出,剩余的少量灰尘和蒸汽依次进入第二、三级结构,并分别同样经历上述过程被沉积和排除。
本发明相对于现有技术的优点在于:
1.本发明针对感应熔炼中出现的灰尘和蒸汽,采用多级结构连接的方式,使得灰尘和蒸汽在上升过程中沉积在测温管的内壁上,防止附着在测温口的玻璃窗口上,从而实现连续、精确测温。
2.多级结构采用下部窄径,上部宽径部,使灰尘和蒸汽通过沉积在内壁上,并通过宽径部与窄径部之间的通道排出,有效提高了灰尘和蒸汽的沉积效率。
3.多级结构采用合理的长度、内径、孔径的设计方式,使红外测温探头在对焦时能准确对准小孔处,防止红外测温斑点被测温管挡住,提高了测温准确性。
4.将传统的手持式红外测温装置改为固定式,采用合理巧妙的机械结构,将红外测温装置固定在真空感应炉炉盖上,测温点稳定,可实现高灵敏度的连续测温,不仅提高了测温的稳定性,还延长了测温仪的寿命。
5.通过上下法兰之间双头螺栓与上螺母位置调整实现波纹管9的倾斜度的变化,保证了红外测温斑点可以落在熔炼坩埚的中央位置。
6.采用本发明测温装置可实时、连续监控,测温响应速度快,可显著提高工业生产的工作效率,有利于控制真空感应熔炼合金成分的精确化和纯净化。
附图说明
图1为本发明公开的感应熔炼用红外测温装置结构示意图。
图2为本发明多级红外测温管宽径部和窄径部连接的结构示意图。
图3为采用本发明红外测温装置测温后和采用手持红外测温装置测温后玻璃视窗对比图。
1.六角螺母 | 2.挡板 | 3.多级红外测温管 |
4.下螺母 | 5.垫圈 | 6.下密封圈 |
7.下螺钉 | 8.下法兰 | 9.波纹管 |
10.双头螺栓 | 11.上法兰 | 12.上螺母 |
13.内螺钉 | 14.上螺钉 | 15.上密封圈 |
16.玻璃视镜 | 17.红外测温探头 | 18.红外探头法兰 |
19.炉体法兰 |
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
如图1所示,一种感应熔炼用红外测温装置,包括红外测温探头17,所述的红外测温探头17安装于红外探头法兰18上,红外探头法兰18通过上螺钉14与上法兰11连接,红外探头法兰18与上法兰11之间固定有玻璃视镜16,玻璃视镜16与红外探头法兰18和上法兰11之间分别设有密封圈15,上法兰11和下法兰8之间设有波纹管9,以及位于波纹管9内的多级红外测温管3,所述的多级红外测温管3下端伸出波纹管9和下法兰8,通过六角螺母1与挡板2连接,所述挡板用以防止烟尘和/或蒸汽由波纹管和测温管之间的间隙进入,并沿烟气通道进入测温管内部。上法兰11和下法兰8外侧通过双头螺栓10与上螺母12实现固定,并可通过螺母的位置调整实现波纹管9的倾斜度调整;下法兰8通过下螺母4、下螺钉7和垫圈5实现与炉体法兰19的固定,下法兰8和炉体法兰19之间有下密封圈6。
所述的多级红外测温管3包括自下而上的三级结构,根据所用红外测温仪特性,其中下部的第一级结构长度可以为163mm,中间的第二结构可以长度为60mm,上部的第三级结构长度可以为92mm,以上设计是为了使红外测温探头17在对焦时使得焦点位于红外测温管3某一级结构(一般是中间一级的下方)的小孔处,防止红外测温斑点被测温管挡住,无法对焦和测温。
其中,第一级结构与第二级结构上端为直径变大的宽径部,第二级结构与第三级结构的下端为直径变小的窄径部,窄径部下端为小孔;第一级结构下端通过六角螺母1与挡板2连接,如图2所示,第一级结构上端的宽径部通过连接块与第二级结构下端的窄径部连接,且第一级结构的宽径部与第二级结构的窄径部之间留有烟气通道,第二级结构上端的宽径部通过连接块与第三级结构下端的窄径部连接,且第二级结构的宽径部与第三级结构的窄径部之间留有烟气通道,第三级结构上端通过内螺钉13与上法兰11固定。
使用时,将红外测温管3装置与上法兰11固定,在上法兰11的上方放置玻璃视镜16和红外探头法兰18,并将红外测温探头17安置在红外探头法兰18上,用上螺钉14固定住红外探头法兰18。盖上炉盖,微调波纹管9的形状,通过观察窗观察,使得红外测温仪发出的红色测温斑点正好打到真空感应炉熔炼所使用的坩埚中心处。此时,用双头螺栓10固定住上法兰、下法兰和波纹管。此时,即可实现在真空感应熔炼过程中测温点的固定。将红外测温探头与红外监控系统相连,即可实现真空感应熔炼过程中的连续测温。
在真空感应熔炼的过程中,打开红外测温探头和红外监控系统,对熔炼过程进行实时连续测温,感应熔炼过程产生的灰尘和蒸汽从多级红外测温管的第一级结构的下端小孔进入,并在上升过程中部分沉积在测温管内壁中,并上升到宽径部处时被大部分排出,只有少量的灰尘和蒸汽依次进入第二、三级结构,并分别同样经历上述过程被沉积和排除,最后几乎没有灰尘和蒸汽到达并沉积在玻璃视镜处。
实施例1:
采用本发明的装置熔炼GH4169镍基高温合金返回料,精炼温度1650℃,精炼时间10分钟。
步骤1:先对坩埚、锭模、和浇注时所使用的漏斗进行预热,然后将其安置在真空感应炉内,清理坩埚、锭模、浇注时所使用的漏斗和真空感应炉的炉膛和炉壁。
步骤2:返回料的预处理:使用砂轮机对返回料进行打磨,除去返回料表面的氧化皮。然后用丙酮超声清洗10分钟左右,放入烘箱中烘干。
步骤3:将已预处理的返回料放入炉内坩埚中,盖上炉盖;抽真空1-2小时后,开始给电。
步骤4:先以5KW以下的小功率对炉料加10-20分钟,然后逐渐增大功率至10-15KW,使炉料全部熔清。待炉料全部熔清后,打开氩气阀,充入氩气。然后,加大功率,使温度进一步上升,准备精炼。
步骤5:待温度上升至1650℃后,开始精炼。精炼10分钟。在精炼过程中,抽氩气。
步骤6:精炼结束后,将功率调至0KW,使温度降至1400℃-1500℃后,在5kW的功率下进行浇注。浇注完毕后,为防止合金被大量氧化,必须使合金在没有给电的真空感应炉内至少放置1小时,然后才能开盖取出。
按这个工艺过程生产1周后,观察玻璃视镜在炉体内侧的镜面,发现玻璃视镜上几乎无灰尘与蒸汽,如图3a所示。
对比例1:
采用与实施例1相同真空感应熔炼装置和工艺,采用传统的手持式红外测温装置进行测温,结果1炉后,玻璃视窗上出现了严重的灰尘堆积,如图3b所示,导致测温不准。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何限制,凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化,均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (6)
1.一种感应熔炼用多级变径红外测温装置,包括红外测温探头、玻璃视窗、多级测温管和固定装置;
所述红外测温探头产生用以产生测温用的红外光线;
其特征在于:
所述的多级变径红外测温装置为真空感应熔炼用红外测温装置;
所述玻璃视窗位于红外测温探头前方,并使所述红外光线通过;
所述多级测温管使红外光线通过、聚焦且形成照射于待测温目标上的光斑,并且对测温过程中产生的烟尘和/或蒸汽进行沉积和/或排出;
所述多级测温管包括多级结构,所述多级结构中的至少一级结构包括位于一端的宽径部和位于另一端的小孔;
所述多级测温管包括自下而上的三级结构,第一级结构与第二级结构上端为直径变大的宽径部,第二级结构与第三级结构的下端为直径变小的窄径部,窄径部下端开有小孔;第一级结构上端的宽径部通过连接块与第二级结构下端的窄径部连接,且第一级结构的宽径部与第二级结构的窄径部之间留有烟气通道,第二级结构上端的宽径部通过连接块与第三级结构下端的窄径部连接,且第二级结构的宽径部与第三级结构的窄径部之间留有烟气通道;
所述固定装置用以将所述红外测温装置固定。
2.根据权利要求1所述的感应熔炼用多级变径红外测温装置,其特征在于,各级结构各自的长度设计使红外测温探头产生的光线在对焦时使得焦点位于中间一级结构的下方小孔处。
3.根据权利要求1所述的感应熔炼用多级变径红外测温装置,其特征在于,所述的红外测温管外设有波纹管,所述的波纹管位于上法兰和下法兰之间,所述的上法兰和下法兰通过双头螺栓与上螺母实现固定,并可通过螺母的位置调整实现波纹管的倾斜度调整。
4.根据权利要求1-3任一项所述的感应熔炼用多级变径红外测温装置,其特征在于,所述的第一级结构下端与挡板连接,所述挡板用以防止烟尘和/或蒸汽由波纹管和测温管之间的间隙进入,并沿烟气通道进入测温管内部。
5.根据权利要求1-3任一项所述的感应熔炼用多级变径红外测温装置,其特征在于,所述的红外测温装置通过固定装置固定于感应熔炼炉的炉体法兰上。
6.根据权利要求1所述的感应熔炼用多级变径红外测温装置进行测温的方法,其特征在于,在真空感应熔炼的过程中,打开红外测温探头,对熔炼过程进行实时连续测温,感应熔炼过程产生的灰尘和蒸汽从多级红外测温管的第一级结构的下端小孔进入,并在上升过程中部分沉积在测温管内壁中,并上升到宽径部处时被大部分排出,剩余的少量灰尘和蒸汽依剩余的少量灰尘和蒸汽次进入第二、三级结构,并分别同样经历上述过程被沉积和排除。
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