CN113108595B - 一种基于电磁层析成像技术的工业熔池可视化系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于电磁层析成像技术的工业熔池可视化系统和方法，包括供气装置，所述供气装置连通有熔池装置，所述熔池装置连通有气体收集处理装置，所述供气装置、熔池装置、气体收集处理装置电性连接有电源；所述熔池装置包括透明罩，所述透明罩内安装有真空电磁感应加热装置、电加热装置和第二坩埚，所述第二坩埚与所述真空电磁感应加热装置和所述电加热装置分别可拆卸连接，所述第二坩埚和所述真空电磁感应加热装置配合后又与所述电加热装置配合，所述电加热装置电性连接有电磁层析成像器。本发明在保证生产效率的同时，又节约能耗，由于熔炉内部情况可视化，可及时调整电加热系统的功率以控制电加热装置内温度，提高产品质量。
Description
技术领域
本发明涉及熔池熔炼技术领域，特别是涉及一种基于电磁层析成像技术的工业熔池可视化系统及方法。
背景技术
可视化技术目前已经应用在许多研究过程和工艺技术上，涉及多个领域，例如冶金、化工、生物制药和医学等。其中在工业熔池可视化过程中，利用可视化技术可将工业熔池中熔炼过程以热像图的形式呈现，从而进一步利用计算机对热像图进行相关处理，可得到关于提高工业熔池效率的方法和其影响因素。由于冶金熔池熔炼过程中的反应十分复杂，利用可视化技术可对研究提高工业熔池熔炼效率有很大的帮助。目前可视化技术大致分为三类：电容层析成像系统、电阻层析成像系统和电磁层析成像系统。其中电容层析成像技术和电阻层析成像技术是基于电学原理的电层析成像技术，而电磁层析成像是基于感应的成像技术。电容层析成像技术存在极板的数量无法无限增加、有效面积、电极间边缘效应影响场不均匀性的缺点，难以满足工业熔池可视化的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于电磁层析成像技术的工业熔池可视化系统及方法，以解决上述现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种基于电磁层析成像技术的工业熔池可视化系统，包括供气装置，所述供气装置连通有熔池装置，所述熔池装置连通有气体收集处理装置，所述供气装置、熔池装置、气体收集处理装置电性连接有电源；所述熔池装置包括透明罩，所述透明罩内安装有真空电磁感应加热装置、电加热装置和第二坩埚，所述第二坩埚与所述真空电磁感应加热装置和所述电加热装置分别可拆卸连接，所述第二坩埚和所述真空电磁感应加热装置配合后又与所述电加热装置配合，所述电加热装置电性连接有电磁层析成像器。
优选的，所述真空电磁感应加热装置包括真空电磁感应炉，所述真空电磁感应炉内可拆卸连接有第一坩埚，所述第一坩埚与所述第二坩埚可拆卸连接，所述真空电磁感应炉与所述电源电性连接。
优选的，所述第一坩埚为石墨坩埚，所述第二坩埚为刚玉坩埚。
优选的，所述电加热装置包括电加热底座，所述电加热底座顶面固定有保温缸体，所述保温缸体外侧固定有环形传感器，所述环形传感器与所述电磁层析成像器电性连接，所述保温缸体与所述第二坩埚可拆卸连接。
优选的，所述透明罩内安装有机械臂，所述机械臂与所述第二坩埚可拆卸连接。
优选的，所述供气装置包括惰性气体罐，所述惰性气体罐上连通有进气管，所述进气管与所述透明罩连通，所述进气管上安装有第一气体流量计和第一单向阀。
优选的，所述气体收集处理装置包括气体收集处理器，所述气体收集处理器连通有排气管，所述排气管与所述透明罩连通，所述排气管上距所述透明罩由远到近依次安装有第二气体流量计、离心泵、第二单向阀，所述离心泵与所述电源电性连接。
优选的，所述电源为220v交流电源，所述电源连通有冷却器。
优选的，所述透明罩内壁上固定有若干压力传感器。
一种基于电磁层析成像技术的工业熔池可视化方法，具体步骤如下：
步骤一：将物料加入到第二坩埚中，将第二坩埚移动，放入真空电磁感应加热装置中；
步骤二：开启气体收集处理装置，抽走透明罩中的空气，使透明罩处于真空状态，供气装置开启，充入惰性气体，并保持气体收集处理装置处于开启状态，透明罩内形成一定的负压；
步骤三：打开电源，真空电磁感应加热装置开始加热，物质在第二坩埚中被加热至熔融状态；
步骤四：将第二坩埚移动至电加热装置上继续加热；
步骤五：电加热装置将数据传输到电磁层析成像器，电磁层析成像器上显示检测到物料的熔融状态。
本发明公开了以下技术效果：本发明针对现有技术存在的问题，提供一种基于电磁层析成像技术的工业熔池可视化系统及方法，本发明通过透明罩将整个熔炼过程放在一个真空或者负压状态下进行。物料的加热阶段被分为两个过程，首先，物料在真空电磁感应加热装置中被迅速加热至熔融状态，然后将第二坩埚连同物料移动至电加热装置上，继续加热，电加热装置将内部熔融状态传输至电磁层析成像器，进而实现工业熔池的可视化。第一阶段中真空电磁感应加热装置功率很高，可快速的将物料加热至熔融阶段，第二阶段在电加热装置上进行，以继续观察其熔融状态，在保证生产效率的同时，又节约能耗，由于熔炉内部情况可视化，可及时调整电加热系统的功率以控制电加热装置内温度，提高产品质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为基于电磁层析成像技术的工业熔池可视化系统的结构示意图；
图2为机械臂的结构示意图；
图中：透明罩1、机械臂2、真空电磁感应炉3、第一坩埚4、第二坩埚5、环形传感器6、电磁层析成像器7、电加热底座8、保温缸体9、进气管10、排气管11、惰性气体罐13、第一气体流量计14、第二气体流量计15、第一单向阀16、第二单向阀17、电源18、冷却器19、气体收集处理器20、压力传感器21、滑道22、第一伸缩杆23、第二伸缩杆24、电机25、第一圆环26、第二圆环27。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一：
本发明提供一种基于电磁层析成像技术的工业熔池可视化系统，包括供气装置，所述供气装置连通有熔池装置，所述熔池装置连通有气体收集处理装置，所述供气装置、熔池装置、气体收集处理装置电性连接有电源18；所述熔池装置包括透明罩1，所述透明罩1为石英双层玻璃罩，所述透明罩1内安装有真空电磁感应加热装置、电加热装置和第二坩埚5，所述第二坩埚5为刚玉坩埚，刚玉坩埚尺寸为71.5×3×180mm(外径*壁厚*高)，所述第二坩埚5与所述真空电磁感应加热装置和所述电加热装置分别可拆卸连接，所述第二坩埚5和所述真空电磁感应加热装置配合后又与所述电加热装置配合，所述电加热装置电性连接有电磁层析成像器7。
进一步优化方案，所述真空电磁感应加热装置包括真空电磁感应炉3，所述真空电磁感应炉3内可拆卸连接有第一坩埚4，所述第一坩埚4为石墨坩埚，石墨坩埚尺寸为105×10×200mm(外径*壁厚*高)，石墨坩埚外部缠绕感应线圈(线圈内径为110mm)，线圈两端与透明罩1外的电源18相连，构成电磁感应炉3，所述第一坩埚4与所述第二坩埚5可拆卸连接，第二坩埚5放置于第一坩埚4内部，所述真空电磁感应炉3与所述电源18电性连接，真空电磁感应炉3加热装置功率很高，可快速的将物料加热至熔融阶段。
进一步优化方案，所述电加热装置包括电加热底座8，所述电加热底座8顶面固定有保温缸体9，所述保温缸体9外侧固定有环形传感器6，所述环形传感器6与所述电磁层析成像器7电性连接，所述保温缸体9与所述第二坩埚5可拆卸连接，所述第二坩埚5放置于保温缸体9内部。本发明通过对环形传感器6施加激励电流使被测物场空间产生磁场，在环形传感器6上得到感应电压，检测得到的感应电压经图像重建算法进行成像，利用电磁层析成像器7对所成图像进行相应处理，使工业熔池的熔炼过程数据化，得到其影响因素，对提高熔池的熔炼效率有很大的帮助。
进一步优化方案，所述透明罩1内安装有机械臂2，所述机械臂与所述第二坩埚5可拆卸连接，机械臂2包括滑道22，所述滑道22上滑动连接有第一伸缩杆23和第二伸缩杆24，第一伸缩杆23和第二伸缩杆24可沿滑道22滑动，第一伸缩杆23和第二伸缩杆24末端分别通过电机25转动连接有第一圆环26和第二圆环27，第一圆环26和第二圆环27可遥控旋转，所述第一圆环套26设于所述第二坩埚5外部并与第二坩埚5可拆卸连接，所述第二圆环27套设于所述第一坩埚4外部并与第一坩埚4可拆卸连接，可使用机械臂2将第二坩埚5在真空电磁感应加热装置和电加热装置之间移动，避免烫伤使用者，同时极大的提高了工作效率。
进一步优化方案，所述供气装置包括惰性气体罐13，惰性气体罐13为氮气罐，所述惰性气体罐13上连通有进气管10，所述进气管10与所述透明罩1连通，所述进气管10上安装有第一气体流量计14和第一单向阀16，惰性气体只能从惰性气体罐13单向进入透明罩1，进入过程中通过第一气体流量计14查看气体流量。
进一步优化方案，所述气体收集处理装置包括气体收集处理器20，所述气体收集处理器20连通有排气管11，所述排气管11与所述透明罩1连通，所述排气管11上距所述透明罩1由远到近依次安装有第二气体流量计15、离心泵12、第二单向阀17，所述离心泵12与所述电源18电性连接，利用离心泵12抽走透明罩1内的空气，使其处于真空状态，并持续打开离心泵12形成一定的负压，方便惰性气体罐13中惰性气体进入透明罩1，有利于物料的加热融化，第二单向阀17防止气体收集处理器20中气体回流入透明罩1中。
进一步优化方案，所述电源18为220v交流电源，为用电设备提供能源，所述电源18连通有冷却器19，防止电源18过热导致损坏，延长电源18使用寿命。
进一步优化方案，所述透明罩1内壁上固定有若干压力传感器21，测量透明罩1内的气压是否处于负压状态，压值是否合适，方便利用离心泵12进行调整。
一种基于电磁层析成像技术的工业熔池可视化方法，具体步骤如下：
准备阶段：
步骤一：将物料加入到第二坩埚5中，通过机械臂2将第二坩埚5移动，放入真空电磁感应加热装置中；
步骤二：开启离心泵12，抽走透明罩1中的空气，使透明罩1处于真空状态，惰性气体罐13开启，充入惰性气体，并保持离心泵12处于开启状态，透明罩1内形成一定的负压；
加热阶段：
步骤三：打开电源18，真空电磁感应炉3开始加热，使真空电磁感应炉3内的温度迅速上升到1250摄氏度左右，真空电磁感应炉3内的物料被加热至熔融状态；
步骤四：用机械臂2将第二坩埚5移动至电加热底座8上继续加热；
步骤五：环形传感器6进行电磁感应，将数据传输到电磁层析成像器7，电磁层析成像器7上显示检测到物料的熔融状态。
实施例二：
与实施例一不同之处在于，实施例二中，盛放物料的第二坩埚5是直接在电加热装置中被加热至熔融状态，而实施例一中，物料是在，真空电磁感应炉3中被加热至熔融状态，然后再移入电加热装置中，二者区别在于物料被加热至熔融状态的时间，真空电磁感应炉3的功率较大，物料能够迅速被加热至熔融状态，实施例二始终在电加热装置中被加热，虽然速度慢，但是可以将物料熔融的全过程传输给电磁层析成像器7，可根据实际需求选择实施例一或实施例二。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (3)
1.一种基于电磁层析成像技术的工业熔池可视化系统，其特征在于：包括供气装置，所述供气装置连通有熔池装置，所述熔池装置连通有气体收集处理装置，所述供气装置、熔池装置、气体收集处理装置电性连接有电源(18)；所述熔池装置包括透明罩(1)，所述透明罩
(1)内安装有真空电磁感应加热装置、电加热装置和第二坩埚(5)，所述第二坩埚(5)与所述真空电磁感应加热装置和所述电加热装置分别可拆卸连接，所述第二坩埚(5)和所述真空电磁感应加热装置配合后又与所述电加热装置配合，所述电加热装置电性连接有电磁层析成像器(7)；所述真空电磁感应加热装置包括真空电磁感应炉(3)，所述真空电磁感应炉(3)内可拆卸连接有第一坩埚(4)，所述第一坩埚(4)与所述第二坩埚(5)可拆卸连接，所述真空电磁感应炉(3)与所述电源(18)电性连接；所述透明罩(1)内壁上固定有若干压力传感器(21)；所述第一坩埚(4)为石墨坩埚，所述第二坩埚(5)为刚玉坩埚；所述电加热装置包括电加热底座(8)，所述电加热底座(8)顶面固定有保温缸体(9)，所述保温缸体(9)外侧固定有环形传感器(6)，所述环形传感器(6)与所述电磁层析成像器(7)电性连接，所述保温缸体(9)与所述第二坩埚(5)可拆卸连接；所述透明罩(1)内安装有机械臂(2)，所述机械臂与所述第二坩埚(5)可拆卸连接，机械臂(2)包括滑道(22)，所述滑道(22)上滑动连接有第一伸缩杆(23)和第二伸缩杆(24)，第一伸缩杆(23)和第二伸缩杆(24)可沿滑道(22)滑动，第一伸缩杆(23)和第二伸缩杆(24)末端分别通过电机(25)转动连接有第一圆环(26)和第二圆环(27)，第一圆环(26)和第二圆环(27)可遥控旋转，所述第一圆环(26)设于所述第二坩埚(5)外部并与第二坩埚(5)可拆卸连接，所述第二圆环(27)套设于所述第一坩埚(4)外部并与第一坩埚(4)可拆卸连接；
所述供气装置包括惰性气体罐(13)，所述惰性气体罐(13)上连通有进气管(10)，所述进气管(10)与所述透明罩(1)连通，所述进气管(10)上安装有第一气体流量计(14)和第一单向阀(16)；
所述气体收集处理装置包括气体收集处理器(20)，所述气体收集处理器(20)连通有排气管(11)，所述排气管(11)与所述透明罩(1)连通，所述排气管(11)上距所述透明罩(1)由远到近依次安装有第二气体流量计(15)、离心泵(12)、第二单向阀(17)，所述离心泵(12)与所述电源(18)电性连接。
2.根据权利要求1所述的基于电磁层析成像技术的工业熔池可视化系统，其特征在于：所述电源(18)为220v交流电源，所述电源(18)连通有冷却器(19)。
3.一种基于电磁层析成像技术的工业熔池可视化方法，应用于权利要求1-2任一所述的基于电磁层析成像技术的工业熔池可视化系统，具体步骤如下：
步骤一：将物料加入到第二坩埚(5)中，将第二坩埚(5)移动，放入真空电磁感应加热装置中；
步骤二：开启气体收集处理装置，抽走透明罩(1)中的空气，使透明罩(1)处于真空状态，供气装置开启，充入惰性气体，并保持气体收集处理装置处于开启状态，透明罩(1)内形成一定的负压；
步骤三：打开电源(18)，真空电磁感应加热装置开始加热，物质在第二坩埚(5)中被加热至熔融状态；
步骤四：将第二坩埚(5)移动至电加热装置上继续加热，将盛放在第二坩埚(5)内的物料在电加热装置中加热至熔融状态；
步骤五：电加热装置将数据传输到电磁层析成像器(7)，电磁层析成像器(7)上显示检测到物料的熔融状态。
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