专利名称：用于金属及合金凝固高温相变规律的实验用加热装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于金属及合金凝固高温相变规律的实验用加热装置，特别涉及的是一种用于研究液态金属和合金在凝固过程中相转变规律的加热装置，属于实验仪器。
背景技术：
围绕凝固和提高铸坯质量的研究一直是材料和冶金领域研究工作者的热点课题。凝固研究的一个重要方面是钢坯在结晶器内坯壳生长规律的研究。坯壳的不均匀生长对铸坯表面质量和漏钢有重要影响，可造成连铸坯表面的凹陷或裂纹缺陷。国内外学术界普遍认为钢水高温相变过程中体积收缩产生的气隙是引起初生坯壳生长不均匀现象的主要原因。钢水高温相变过程的体积收缩又集中于8 — y转变过程的体积突变收缩，这种收缩， 导致了铸坯表面裂纹和皮下裂纹等的产生。针对此问题国内外冶金学者进行了很多研究，但主要从操作、工艺、化学成分的角度分析铸坯裂纹的形成规律，提出了一些有效的措施，诸如降低拉速、采用弱冷等，而对于凝固过程中相转变的定量化的研究较少，对于钢液凝固收缩的定量认识也不够全面。对于金属及合金高温相转变的定量化研究，可以作为分析连铸过程的铸坯收缩和气隙产生等现象时的理论依据，对于丰富凝固理论具有重要意义。目前实验用普通电阻炉通过使用石墨电极和石墨发热体仅能对坩埚内试样进行加热、保温等热处理，存在加热不稳定，温度数据不准确等缺点。
发明内容本实用新型旨在提供一种加热稳定，温度数据准确，且能设置多组加热曲线的用于金属及合金凝固高温相变规律的实验用加热装置。技术解决方案本实用新型包括炉筒、石墨隔热屏、碳毡保温层、石墨发热体、石墨电极，石墨电极上放置石墨发热体，石墨电极及石墨发热体内放置石墨升降装置，石墨升降装置上设有石墨平台，石墨平台上放置刚玉坩埚，石墨发热体上方设有红外测温仪探头，石墨发热体与石墨隔热屏之间上端一侧设有热电偶探头，热电偶探头与温度显示器连接，温度显示器与温度传感器连接，温度传感器与PID控制器输入端连接，PID控制器输出端与电动执行器连接，电动执行器与石墨电极连接。石墨升降结构包括电机、齿轮、升降杆、石墨平台，电机与齿轮相连接，齿轮置于升降杆轴端的齿槽内，升降杆上放置石墨平台，电机与电源开关连接。本实用新型可通过PID控制器设置多组加热曲线，炉筒内壁设有挂钩，碳毡保温层悬挂在挂钩上，炉筒与碳毡保温层之间设有间隙。悬挂式碳毡保温层的使用，使得此加热装置拥有更好的保温效果，以满足加热均匀以及加热曲线的相对稳定性和精准性。进一步由于加热熔炼后，直接向炉内通入低温冷却气体对高温试样进行快速冷却，为了保护炉内加热原件，本实用新型在加热炉底部设置石墨升降台，通过电机控制齿轮与齿槽的啮合位置，实现升降台位置高低可调，方便后期冷却。本实用新型与普通加热装置相比，此加热装置体积较小，便于操作，而且坩埚尺寸很小，系列坩埚尺寸要求为d 10-30mm ；h : 15_50mm，要求熔液层厚度为5mm左右，试样量在保证铺满坩埚底部的前提下尽量小，以同时满足快速冷却和测量体积变化的要求。由于试样量小，可以实现快速加热熔炼，同时，使用小尺寸的坩埚及加热装置，也可以提高实验结果的精确性。而且此加热装置通过设定不同的加热曲线，即通过控制加热温度关于加热时间的曲线，达到分段加热的目的，可实现加热均匀 。再配合使用快冷装置，以及后期常规的组织测定，就可以在常温下观测到试样的高温组织，得到金属及合金凝固的高温相转变规律。此加热装置的优点I、可以通过PID控制器自动设定加热温度，可设定不同的加热温度，以获得钢样不同的过热度，最高加热温度可以达到2000. (TC，温度精度达0. I0C ；2、可以通过PID控制器设定多组加热曲线，加热曲线可分1-40步，通过加热时间和加热温度的设定，得到分段加热曲线，可实现加热均匀的目的；3、升降台的使用，可以在后期快速冷却时，保护高温状态下的加热元件；4、配合使用悬挂式碳毡保温层，实现高效保温；5、坩埚尺寸及试样量小，可以实现快速熔炼，提高实验效率；可以实现快速冷却，得到金属的高温凝固组织；6、整个加热装置尺寸较小，加工简单，成本较低，便于操作，可以提高实验结果的精确度。
图I为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
本实用新型包括碳毡保温层I、炉筒2、石墨发热体3、红外测温探头4、热电偶探头5、石墨平台6、刚玉坩埚7、石墨隔热屏8、石墨升降杆9、石墨电极10、升降杆齿槽11、齿轮12。本实用新型炉筒2内壁设有挂钩，碳毡保温层I悬挂在挂钩上，炉筒2与碳毡保温层I之间设有间隙。石墨平台6上放置有刚玉坩埚7，石墨发热体3上方设有红外测温仪探头4，用于测量刚玉坩埚7内试样的实时温度。石墨发热体3与石墨隔热屏8之间上端一侧设有热电偶探头5，热电偶探头5与温度显示器连接，温度显示器与温度传感器连接，温度传感器与PID控制器输入端连接，即通过温度传感器将热电偶探头5测得炉内温度值反馈至IjPID控制器。PID控制器输出端与电动执行器连接，电动执行器与石墨电极10连接，输出端通过利用电动执行器调节石墨电极10的电流输入，从而控制试样的加热速度与加热温度，实现闭合式环路温度控制。石墨电极10上放置石墨发热体3，石墨电极10及石墨发热体3内放置石墨升降杆9，石墨升降杆9上放置石墨平台6，升降杆9轴端开有齿槽11，齿轮12置于升降杆11轴端的齿槽11内，齿轮12与电机相连接，电机与电源开关连接，电源开关开启，通过电机控制齿轮12与升降杆轴端齿槽11的啮合高度，从而控制石墨平台到合适的高度。工作过程熔炼少量金属或合金，研究其高温凝固相变时，进行如下步骤可实现所要求功能。将少量金属放置于刚玉坩埚7内，将坩埚7置于石墨平台6上，通过PID调节器设定加热曲线，加热曲线包括下列步骤，可以设置成1-40步，一般40段已足够满足普通金属及合金加热熔炼的应用。设定开启超量程故障保护，当测量值超过上下限量程范围± 10%报警，掉电保护，即程序运行中电源掉电后，当再次上电时，程序从断点处继续运行，对于定值设定，则总是保持掉电前的状态，以及温度报警功能。设定完毕以后，开启电源开关，石墨电极10通电后开始加热石墨发热体3，通过热辐射和热对流两种热传递方式，加热熔炼刚玉坩埚7内试样，配合使用石墨隔热屏8和碳毡保温层1，实现加热装置的保温功能。使用红外测温仪探头4测量刚玉坩埚7内试样温度。使用热电偶探头5实时测定炉内气氛温度，并将测得温度通过温度传感器转化为电子信号反馈至PID调节器的输入端，从而调整PID控制器的输出信号，PID控制器通过电动执行器控制石墨电极10的电流输入，实现闭合式环路温度控制，按照设定加热曲线加热试样。加热熔炼完毕以后，打开电源开关，通过电机控制齿轮12与升降杆9轴端齿槽11的啮合高度，升高升降杆9从而使石墨平台6到合适位置，以配合使用快速冷却装置，再配合后期常规组织观测，即可得到金属及合金的高温凝固的相转变规律。权利要求1.用于金属及合金凝固高温相变规律的实验用加热装置，包括炉筒(2)、石墨隔热屏(8)、悬挂式碳毡保温层(I)、石墨发热体(3)、石墨电极(10)，石墨电极(10)上放置石墨发热体(3)，其特征在于，石墨发热体(3)内放置石墨升降装置，石墨升降装置上设有石墨平台(6)，石墨平台(6)上放置刚玉坩埚(7)，石墨发热体(3)上方设有红外测温仪探头(4)，石墨发热体(3)与石墨隔热屏(I)之间上端一侧设有热电偶探头(5)，热电偶探头(5)与温度显示器连接，温度显示器与温度传感器连接，温度传感器与PID控制器输入端连接，PID控制器输出端与电动执行器连接，电动执行器与石墨电极(10)连接。
2.根据权利要求I所述的用于金属及合金凝固高温相变规律的实验用加热装置，其特征在于，石墨升降装置还包括电机、石墨升降杆(9)、齿轮(12)，电机与齿轮(12)相连接，齿轮(12)置于升降杆轴端的齿槽(11)内，电机与电源开关连接。
3.根据权利要求I所述的用于金属及合金凝固高温相变规律的实验用加热装置，其特征在于，炉筒(2)内壁设有挂钩，碳毡保温层(I)悬挂在挂钩上，炉筒(2)与碳毡保温层(I)之间设有间隙。
专利摘要本实用新型涉及一种用于金属及合金凝固高温相变规律的实验用加热装置，属于实验仪器。本实用新型石墨电极上放置石墨发热体，石墨电极及石墨发热体内放置石墨升降装置，石墨升降装置上设有石墨平台，石墨平台上放置刚玉坩埚，石墨发热体上方设有红外测温仪探头，石墨发热体与石墨隔热屏之间上端一侧设有热电偶探头，热电偶探头与温度显示器连接，温度显示器与温度传感器连接，温度传感器与PID控制器输入端连接，PID控制器输出端与电动执行器连接，电动执行器与石墨电极连接。本实用新型体积较小，便于操作，可以实现快速加热熔炼，加热均匀。在常温下观测到试样的高温组织，得到金属及合金凝固的高温相转变规律。
文档编号F27B17/02GK202501748SQ20122013105
公开日2012年10月24日 申请日期2012年3月22日 优先权日2012年3月22日
发明者王昊杰, 白亮, 邢淑清, 马茹, 麻永林 申请人:内蒙古科技大学