專利名稱：氣壓式鋁熔體夾雜物檢測設備及其方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種鑄造技術領域的檢測設備及方法，特別的是一種氣壓式 鋁熔體夾雜物檢測設備及其方法。
技術背景在鋁的鑄造行業(yè)，現(xiàn)場對鋁熔體的潔凈度進行快速地評價一直是一個突出的 問題，因為鋁中典型夾雜氧化物、鹽、碳化物、氮化物、硼化物等將嚴重影響鑄 件質量，所以需要在鑄造之前有效檢測鋁熔體的潔凈度，并進行必要的除渣處理。 現(xiàn)有的常規(guī)測量鋁熔體潔凈度的方法中，無論濕法化學分析或儀器分析夾雜都不 很成功，因為夾雜分布不均勻；定量金相雖然已自動化，但同樣存在取樣是否具 有代表性的問題；容量分析方法中的電子束熔化和離心分析取樣復雜，進一步分 析也比較耗時間，不能完成在線快速分析。而且這些方法都不適合現(xiàn)場的快速檢目前國外的ABB公司所開發(fā)的PoDFA和Prefil-F00TPRINTER設備具有檢測 鋁熔體的夾雜物的功能，其中PoDFA通過多孔陶瓷過濾取出含有夾雜物的樣品， 并迸行定量金相分析。其不足在于只是作為一種夾雜物取樣的設備，而不能實 現(xiàn)快速檢測。Prefil-F00TPRINTER雖然能實現(xiàn)較快的在線測量及方便夾雜物取 樣，但是加熱和過濾不同步，由溫度差異引起的粘度差異將會引起結果偏差。經(jīng)對現(xiàn)有技術的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，中國發(fā)明專利《鋁及鋁合金熔體中的夾雜物 檢測設備》(專利號CN101256131)中提到的夾雜物檢測設備實現(xiàn)了在線快速給 出檢測結果，直觀有效分析鋁熔體夾雜物的功能。其具有溫度、真空度控制能力、 重量數(shù)據(jù)處理能力以及更方便的系統(tǒng)升級能力，控制系統(tǒng)操作簡單、功能穩(wěn)定， 但是在實際使用過程中也存在一些不足采用抽真空加壓的方法雖然簡單安全， 但是壓力差最多只有一個大氣壓，而且真空加壓過濾過程中熱空氣對容器具以及 重量傳感器有腐蝕性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術的不足和缺陷，提供一種氣壓式鋁熔體夾雜物檢測設備 及其方法，使其用于鋁熔體鑄造現(xiàn)場快速檢測夾雜物，并方便夾雜物取樣，設備 結構緊湊，解決了抽真空加壓的設備腐蝕問題。本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的-本發(fā)明所涉及的氣壓式鋁熔體夾雜物檢測設備，由氣壓系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、過 濾測重系統(tǒng)三部分組成。其中-過濾測重系統(tǒng)由過濾部分、測重部分兩個部分組成，其中過濾部分設置在溫 控系統(tǒng)內(nèi)部，測重部分放置在過濾部分的正下方，過濾測重系統(tǒng)完成鋁熔體過濾 去夾雜，并將濾過的鋁熔體的重量實時測量并保存下來；氣壓系統(tǒng)設置在溫控系統(tǒng)外圍，為過濾測重系統(tǒng)提供穩(wěn)定的壓力差；溫控系統(tǒng)在氣壓系統(tǒng)的內(nèi)部，在過濾測重系統(tǒng)過濾部分的外側，可以確保過 濾過程中的溫度穩(wěn)定。所述氣壓系統(tǒng)由固定平臺、壓力容器、氣壓傳感器、壓控表、電磁閥、氣瓶 組成，固定平臺位于壓力容器底部，起到固定壓力容器的作用，氣壓傳感器安裝 于壓力容器頂部，氣壓傳感器可以將壓力容器內(nèi)0-500KPa范圍內(nèi)變化的壓力轉 化為標準的4-20mA的標準電流信號，壓控表放置于壓力容器外，可以接收氣壓 傳感器輸出的電流信號，并將控制信號輸出給電磁閥，電磁閥是氣瓶向外輸氣的 一個開關，在常態(tài)下處于關閉狀態(tài)，工作狀態(tài)下的通斷由壓控表控制。所述過濾測重系統(tǒng)的過濾部分由底部帶孔的第一坩堝、泡沫陶瓷過濾片、陶 瓷纖維紙組成，第一坩堝固定在壓力系統(tǒng)的壓力容器內(nèi)壁的底部，第一坩堝底部 和壓力容器之間墊入陶瓷纖維紙密封，泡沫陶瓷過濾片置于過濾系統(tǒng)的第一坩堝 底部凹槽內(nèi)，與第一坩堝接觸的部分設有耐火氈密封。所述過濾測重系統(tǒng)的測重部分由電子天平、計算機、隔熱板、第二坩堝組成， 電子天平位于過濾測重系統(tǒng)過濾部分的正下方，通過數(shù)據(jù)線與計算機連接，電子 天平可將濾過的鋁熔體的重量測出來，并將重量信號傳送給計算機進行處理與保 存，隔熱板位于電子天平之上，第二坩堝放置在隔熱板之上。所述溫控系統(tǒng)由溫控表、熱電偶、電阻絲、爐芯組成，熱電偶置于過濾測重 系統(tǒng)的坩堝內(nèi)，并與溫控表連接，電阻絲置于爐芯之內(nèi)，爐芯放置在氣壓系統(tǒng)的 壓力容器底部，爐芯與壓力容器之間的空隙加入耐火棉隔熱。
本發(fā)明所涉及的氣壓式鋁熔體夾雜物檢測方法，是采用上述的氣壓式鋁熔體 夾雜物檢測設備進行的，包括如下步驟步驟一首先在溫控表的控制下將加熱爐預熱到目標溫度；步驟二打開壓力容器，將預熔化的被測鋁熔體注入第一坩堝內(nèi)，關閉壓力 容器，并保溫至目標溫度；步驟三通過壓控表控制加壓，壓控表會根據(jù)壓力容器的壓力值控制電磁閥 的通斷，最終將壓力容器內(nèi)部壓力控制在一個目標值；步驟四鋁熔體在壓力下會流過泡沫陶瓷過濾片，經(jīng)過泡沫陶瓷的篩分、沉 積和深床過濾去除夾雜物。干凈的鋁熔體流入第二坩堝內(nèi)，其重量可被電子天平 實時測量并被計算機保存，實時繪制出重量-時間曲線。步驟五將富集夾雜物的泡沫陶瓷過濾片取出，沿圓柱形泡沫陶瓷過濾片的 中軸線將其切開，并進行定量金相分析，測出截面上夾雜物的總面積A，然后再 利用電子天平測得的干凈熔體的重量W，根據(jù)A、 W得到鋁熔體的潔凈度。本發(fā)明裝置采用氣體加壓方式，比常規(guī)的真空加壓方式可獲得更高的壓力 差，而且可以避免真空加壓過濾過程中熱空氣對容器的腐蝕問題；壓力容器的N 層結構可以更好地保證壓力容器安全；第二坩堝的高度與最大直徑的比值滿足《 1，這樣的尺寸在相同容積的情況下，可以降低坩堝的高度，從而使得結構緊湊， 降低鋁液下降的高度，防止沖擊電子天平影響測量結果。
圖1為本發(fā)明結構示意圖具體實施方式
下面結合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術方案 為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護 范圍不限于下述的實施例。如圖l所示，本實施例所涉及的氣壓式鋁熔體夾雜物檢測設備由氣壓系統(tǒng)、 溫控系統(tǒng)、過濾測重系統(tǒng)三部分組成。其中氣壓系統(tǒng)設置在溫控系統(tǒng)外圍，為過 濾測重系統(tǒng)提供穩(wěn)定的壓力差。溫控系統(tǒng)在氣壓系統(tǒng)的內(nèi)部，在過濾測重系統(tǒng)過 濾部分的外側，可以確保過濾過程中的溫度穩(wěn)定。過濾測重系統(tǒng)主要由兩個部分 組成，其中過濾部分設置在溫控系統(tǒng)內(nèi)部，測重部分放置在過濾部分的正下方， 過濾測重系統(tǒng)完成鋁熔體過濾去夾雜，并將濾過的鋁熔體的重量實時測量并保存 下來。所述氣壓系統(tǒng)由壓控表3、氣壓傳感器5、氣瓶6、電磁閥7、固定平臺8、 壓力容器16組成，固定平臺8位于壓力容器16底部，起到固定壓力容器16的 作用，氣壓傳感器5安裝于壓力容器16頂部，氣壓傳感器5可以將壓力容器16 內(nèi)0-500KPa范圍內(nèi)變化的壓力轉化為標準的4-20raA的標準電流信號，壓控表3 放置于壓力容器16外，可以接收氣壓傳感器5輸出的電流信號，并將控制信號 輸出給電磁閥7，電磁閥7是氣瓶6向外輸氣的一個開關，在常態(tài)下處于關閉狀 態(tài)，工作狀態(tài)下的通斷由壓控表控制。所述過濾測重系統(tǒng)的過濾部分由底部帶孔的第一坩堝14、泡沫陶瓷過濾片 12、陶瓷纖維紙13，測重部分的電子天平9、計算機1、隔熱板10、第二坩堝 ll組成。第一坩堝14固定在壓力系統(tǒng)的壓力容器16內(nèi)壁的底部，第一坩堝14 底部和壓力容器16之間墊入陶瓷纖維紙密封13，泡沫陶瓷過濾片12置于過濾 系統(tǒng)的第一坩堝14底部凹槽內(nèi)，與第一坩堝14接觸的部分加耐火氈密封。所述過濾測重系統(tǒng)的測重部分由計算機l、電子天平9、隔熱板IO、第二坩 堝11組成，電子天平9位于過濾測重系統(tǒng)過濾部分的正下方，通過數(shù)據(jù)線與計 算機1連接，電子天平9可將濾過的鋁熔體的重量測出來，并將重量信號傳送給 計算機l進行處理與保存，隔熱板10位于電子天平9之上，起到隔熱作用，防 止過濾下來的鋁熔體的高溫影響電子天平9的測量精度，第二坩堝11放置在隔 熱板IO之上。所述溫控系統(tǒng)由溫控表2、熱電偶4、電阻絲15組成，熱電偶2置于過濾測 重系統(tǒng)的第一坩堝14內(nèi)，并與溫控表2連接，電阻絲15置于過濾測重系統(tǒng)的第 一坩堝14外的爐芯內(nèi)，與壓力容器16之間的空隙加入耐火棉隔熱。所述氣瓶6中裝入的氣體可以是氬氣、氮氣、空氣等無毒無害氣體。所述壓力容器16具有N層結構，N》1，最外層為金屬，比如不銹鋼，內(nèi)部 各層可由耐火材料、陶瓷材料或其他耐高溫材料進行任意組合，組合的結果使得 壓力容器能抵抗0-200(TC的溫度，0-1000KPa的壓力。所述第二坩堝11的高度與最大直徑的比值滿足《1，這樣的尺寸在相同容積 的情況下，可以降低坩堝的高度，從而使得結構緊湊，降低鋁液下降的高度，防
止沖擊電子天平9影響測量結果。采用上述結構的設備，本實施例涉及的檢測方法具體實施步驟如下 步驟一首先在溫控表2的控制下將加熱爐預熱到目標溫度； 步驟二打開壓力容器16，將預熔化的被測鋁熔體注入第一坩堝14內(nèi)，關閉壓力容 器16，并保溫至目標溫度； 步驟三通過壓控表3控制加壓，壓控表3會根據(jù)壓力容器16的壓力值控制電磁閥 7的通斷，最終將壓力容器16內(nèi)部壓力控制在一個目標值； 步驟四鋁熔體在步驟三設置的壓力下流過泡沫陶瓷過濾片12，由于泡沫陶瓷具有 三維立體網(wǎng)絡骨架和相互貫通氣孔結構，鋁熔體中夾雜物經(jīng)過篩分、沉積和深床 過濾被捕獲。經(jīng)過泡沫陶瓷的篩分、沉積和深床過濾去除夾雜物。干凈的鋁熔體 流入第二坩堝ll內(nèi)，其重量可被電子天平9實時測量并被計算機1保存，實時 繪制出重量-時間曲線；步驟五將富集夾雜物的泡沫陶瓷過濾片12取出，沿圓柱形泡沫陶瓷過濾片12的中 軸線將其切開，并進行定量金相分析，測出截面上夾雜物的總面積A，然后再利 用電子天平9測得的干凈熔體的重量W，根據(jù)下面的計算公式來定量描述鋁熔體的潔凈度『其中，C為鋁熔體的潔凈度，單位mm2，g—1 A為夾雜物的總面積，單位mm2 W為濾過的干凈鋁熔體的重量，單位g。 本實施例可以利用重量-時間曲線進行實時分析，曲線的斜率越大，說明過 濾的越快，也即鋁熔體越干凈；曲線的斜率越小，說明過濾的越慢，也即鋁熔體 越臟。通過這一曲線和已知的曲線進行對比就可以半定量地確定該熔體的夾雜物
含量高低。這一方法可以滿足現(xiàn)場快速測量的需求。本實施例氣體加壓所得到的壓力差高，避免真空加壓過濾熱空氣對容器的腐 蝕，壓力容器結構安全穩(wěn)定，設備結構緊湊，鋁熔體夾雜物測量結果精確高效。
權利要求
1、一種氣壓式鋁熔體夾雜物檢測設備，其特征在于，由氣壓系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、過濾測重系統(tǒng)三部分組成，其中過濾測重系統(tǒng)由過濾部分、測重部分組成，其中過濾部分設置在溫控系統(tǒng)內(nèi)部，測重部分放置在過濾部分的正下方，過濾測重系統(tǒng)完成鋁熔體過濾去夾雜，并將濾過的鋁熔體的重量實時測量并保存下來；氣壓系統(tǒng)設置在溫控系統(tǒng)外圍，為過濾測重系統(tǒng)提供穩(wěn)定的壓力差；溫控系統(tǒng)在氣壓系統(tǒng)的內(nèi)部，在過濾測重系統(tǒng)過濾部分的外側，確保過濾過程中的溫度穩(wěn)定。
2、 根據(jù)權利要求1所述的氣壓式鋁熔體夾雜物檢測設備，其特征是，所述氣壓系統(tǒng)由固定平臺、壓力容器、氣壓傳感器、壓控表、電磁閥、氣瓶組成，其中固定平臺位于壓力容器底部，氣壓傳感器安裝于壓力容器頂部，氣壓傳感器 將壓力容器內(nèi)0-500KPa范圍內(nèi)變化的壓力轉化為標準的4-20mA的標準電流信 號，壓控表放置于壓力容器外，接收氣壓傳感器輸出的電流信號，并將控制信號 輸出給電磁閥，電磁閥是氣瓶向外輸氣的一個開關，在常態(tài)下處于關閉狀態(tài)，工 作狀態(tài)下的通斷由壓控表控制。
3、 根據(jù)權利要求2所述的氣壓式鋁熔體夾雜物檢測設備，其特征是，所述 壓力容器具有N層結構，N》1，最外層為金屬，壓力容器能抵抗0-2000'C， 0-1000KPa的壓力。
4、 根據(jù)權利要求2所述的氣壓式鋁熔體夾雜物檢測設備，其特征是，所述 氣瓶，其中裝有氬氣、氮氣或空氣。
5、 根據(jù)權利要求l所述的鋁熔體中的夾雜物檢測及取樣設備，其特征是， 所述過濾測重系統(tǒng)的過濾部分由底部帶孔的第一坩堝、泡沫陶瓷過濾片、陶瓷纖 維紙組成，第一坩堝固定在壓力系統(tǒng)的壓力容器內(nèi)壁的底部，第一坩堝底部和壓 力容器之間墊入陶瓷纖維紙密封，泡沫陶瓷過濾片置于過濾系統(tǒng)的第一坩堝底部 凹槽內(nèi)，與第一坩堝接觸的部分設有耐火氈密封。
6、 根據(jù)權利要求1所述的氣壓式鋁熔體夾雜物檢測設備，其特征是，所述 過濾測重系統(tǒng)的測重部分由電子天平、計算機、隔熱板、第二坩堝組成，電子天 平位于過濾測重系統(tǒng)過濾部分的正下方，通過數(shù)據(jù)線與計算機連接，電子天平可 將濾過的鋁熔體的重量測出來，并將重量信號傳送給計算機進行處理與保存，隔 熱板位于電子天平之上，第二坩堝放置在隔熱板之上。
7、 根據(jù)權利要求6所述的氣壓式鋁熔體夾雜物檢測設備，其特征是，所述 第二鉗堝的高度與最大直徑的比值滿足《1 。
8、 根據(jù)權利要求1所述的氣壓式鋁熔體夾雜物檢測設備，其特征是，所述 溫控系統(tǒng)由溫控表、熱電偶、電阻絲、爐芯組成，熱電偶置于過濾測重系統(tǒng)的坩 堝內(nèi)，并與溫控表連接，電阻絲置于爐芯之內(nèi)，爐芯放置在氣壓系統(tǒng)的壓力容器 底部，爐芯與壓力容器之間的空隙設有耐火棉隔熱。
9、 一種應用如權利要求1所述的氣壓式鋁熔體夾雜物檢測設備的檢測方法，其特征在于，包括如下步驟步驟一首先在溫控表的控制下將加熱爐預熱到目標溫度；步驟二打開壓力容器，將預熔化的被測鋁熔體注入第一坩堝內(nèi)，關閉壓力 容器，并保溫至目標溫度；步驟三通過壓控表控制加壓，壓控表會根據(jù)壓力容器的壓力值控制電磁閥 的通斷，最終將壓力容器內(nèi)部壓力控制在一個目標值；步驟四鋁熔體在壓力下會流過泡沫陶瓷過濾片，經(jīng)過泡沫陶瓷的篩分、沉 積和深床過濾去除夾雜物，干凈的鋁熔體流入第二坩堝內(nèi)，其重量被電子天平實 時測量并被計算機保存，實時繪制出重量-時間曲線；步驟五將富集夾雜物的泡沫陶瓷過濾片取出，沿圓柱形泡沫陶瓷過濾片的 中軸線將其切開，并進行定量金相分析，測出截面上夾雜物的總面積A，然后再 利用電子天平測得的干凈熔體的重量W，根據(jù)A、 W得到鋁熔體的潔凈度。
10、 根據(jù)權利要求9所述的應用氣壓式鋁熔體夾雜物檢測設備的檢測方法， 其特征是，所述鋁熔體的潔凈度，具體定量描述為『其中，C為鋁熔體的潔凈度，單位mm、g-1 A為夾雜物的總面積，單位mm2 W為濾過的干凈鋁熔體的重量，單位g。
全文摘要
一種氣壓式鋁熔體夾雜物檢測設備及其方法，屬于鑄造技術領域。本發(fā)明由氣壓系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、過濾測重系統(tǒng)三部分組成。氣壓系統(tǒng)設置在溫控外圍，為過濾測重系統(tǒng)提供穩(wěn)定的壓力差。溫控系統(tǒng)在氣壓系統(tǒng)的內(nèi)部，在過濾測重系統(tǒng)過濾部分的外側，可以確保過濾過程中的溫度穩(wěn)定。過濾測重系統(tǒng)主要由兩個部分組成，其中過濾部分設置在溫控系統(tǒng)內(nèi)部，測重部分放置在過濾部分的正下方，過濾測重系統(tǒng)完成鋁熔體過濾去夾雜，并將濾過的鋁熔體的重量實時測量并保存下來。本發(fā)明氣體加壓所得到的壓力差高，避免真空加壓過濾熱空氣對容器的腐蝕，壓力容器結構安全穩(wěn)定，設備結構緊湊，鋁熔體夾雜物測量結果精確高效。
文檔編號G01N5/00GK101398363SQ200810201919
公開日2009年4月1日 申請日期2008年10月30日 優(yōu)先權日2008年10月30日
發(fā)明者靜 吉, 孫寶德, 俊 王, 達 疏, 錢海東 申請人:上海交通大學