一種感應熔煉用多級結構紅外測溫裝置與測溫方法與流程

本發明屬于鑄造設備技術領域，尤其是涉及一種真空感應熔煉用紅外測溫裝置與測溫方法。

背景技術：

真空感應熔煉技術由于效率高、耗能少，且具有強烈的電磁攪拌作用有利于消除成分偏析，近年來廣泛應用于鎳基高溫合金、鈦合金、不銹鋼、超高強度鋼等特種合金材料的生產。真空感應熔煉過程中，通常要在高溫高真空高攪拌的條件下對合金液進行精煉，且要控制合適的澆注溫度。因此，實現合金熔體溫度的精確測量，對實現最終合金組分的高純凈度與高準確度都起著關鍵的作用。

當前感應熔煉中，通常采用的測溫方法是利用熱電偶對熔融的合金液進行接觸式測溫，這種方法存在三個問題，其一，熱電偶伸入合金液中，感知鋼水的溫度需要一定的時間，無法快速響應測溫，影響生產效率；其二，高溫下熱電偶保護套管不可避免的會與合金熔體發生反應，尤其真空感應熔煉高熔點或者含高活性合金時，高溫下熱電偶保護套管與熔體的反應產物作為雜質影響合金液的純凈度，嚴重影響合金質量；其三，由于真空感應熔煉伴隨著產生強大的電磁場，處于感應線圈上方的熱電偶所產生的熱電勢不可避免地受到該強大電磁場的影響，熔體溫度難以準確測量。因此，采用熱電偶無法實現快速、長時、連續的測溫。

紅外測溫是一種非接觸式的測溫方式，可以避免以上問題。但是，目前傳統采用的手持式紅外測溫儀并不適合應用于真空感應熔煉中，主要問題在于：首先，手持式紅外測溫儀測溫點為人為控制，測溫點不穩定，非常容易產生誤差；其次，由于需要人為手持紅外測溫儀，所以無法實現連續測量；最后，紅外測溫易受周圍環境的影響，而真空感應熔煉在高溫高真空條件下對合金進行熔煉，合金熔體的氣化、揮發以及工作介質在高溫下產生的煙氣等，會使得熔煉坩堝附近產生大量的塵土煙氣，這些物質通常很容易附著在紅外測溫儀測溫口的玻璃窗口上，從而對測溫的準確性產生很大的影響。目前有些紅外測溫儀通過吹掃的方式消除煙氣影響，但該方式同樣不適合用于真空感應熔煉，首先吹掃的效果并不穩定，其次吹掃出的氣體必然會對待測溫的合金熔體表面溫度產生影響，導致其溫度下降，測溫不準確。

技術實現要素：

為解決上述技術問題，本發明提供了一種紅外測溫裝置與測溫方法。

本發明完整的技術方案包括：

一種紅外測溫裝置，包括紅外測溫探頭、視窗、多級測溫管和固定裝置；其特征在于，

所述紅外測溫探頭產生用以產生測溫用的紅外光線，所述視窗位于紅外測溫探頭前方；所述多級測溫管使紅外光線通過、聚焦且形成照射于待測溫目標上的光斑，并且對測溫過程中產生的煙塵和/或蒸汽進行吸附；所述多級測溫管包括多級結構，每一級結構均包括小孔，所述多級結構沿著煙塵和/或蒸汽的前進方向，內徑依次增大；

所述固定裝置用以將所述紅外測溫裝置固定，使測溫用紅外光線形成的光斑照射于待測溫目標上。

優選的，所述的紅外測溫裝置為感應熔煉用紅外測溫裝置，尤其為真空感應熔煉用紅外測溫裝置。

優選的，所述的多級紅外測溫管包括三級結構，所述三級結構沿著煙塵和/或蒸汽的前進方向，內徑依次增大，所述的三級結構的長度設計使紅外測溫探頭產生的光線在對焦時使得焦點位于其中一級結構的下方小孔處。

優選的，所述的三級結構均包括上方的小孔和下方的內螺紋段，三級結構通過螺紋連接，可拆卸。

優選的，所述的三級結構中，下部為第一級結構，第一級結構下端通過接頭與擋板連接。

優選的，所述的紅外測溫管外設有波紋管，所述的波紋管位于上法蘭和下法蘭之間，所述的上法蘭和下法蘭通過雙頭螺栓與上螺母實現固定，并可通過螺母的位置調整實現波紋管的傾斜度調整。

優選的，所述的紅外測溫裝置通過固定裝置固定于真空感應熔煉爐的爐體法蘭上。

利用上述的紅外測溫裝置進行測溫的方法，其特征在于，在真空感應熔煉的過程中，打開紅外測溫探頭，對熔煉過程進行實時連續測溫，感應熔煉過程產生的灰塵和蒸汽從多級紅外測溫管的第一級結構的下端小孔進入，并在上升過程中部分沉積在測溫管內壁中，剩余的少量灰塵和蒸汽依次進入第二、三級結構，并分別同樣經歷上述過程被沉積。

本發明相對于現有技術的優點在于：

1.本發明針對感應熔煉中出現的灰塵和蒸汽，采用多級結構連接的方式，使得灰塵和蒸汽在上升過程中沉積在測溫管的內壁上，防止附著在測溫口的玻璃窗口上，從而實現連續、精確測溫。

2.多級結構采用內徑依次增大的設計方式，提高了灰塵和蒸汽的沉積效率。

3.多級結構采用合理的長度、內徑、孔徑的設計方式，使紅外測溫探頭在對焦時能準確對準小孔處，防止紅外測溫斑點被測溫管擋住，提高了測溫準確性。

4.將傳統的手持式紅外測溫裝置改為固定式，采用合理巧妙的機械結構，將紅外測溫裝置固定在真空感應爐爐蓋上，測溫點穩定，可實現高靈敏度的連續測溫，不僅提高了測溫的穩定性，還延長了測溫儀的壽命。

5.通過上下法蘭之間雙頭螺栓與上螺母位置調整實現波紋管的傾斜度的變化，保證了紅外測溫斑點可以落在熔煉坩堝的中央位置。

6.采用本發明測溫裝置可實時、連續監控，測溫響應速度快，可顯著提高工業生產的工作效率，有利于控制真空感應熔煉合金成分的精確化和純凈化。

附圖說明

圖1為本發明公開的感應熔煉用紅外測溫裝置結構示意圖。

圖2為采用本發明公開的感應熔煉用紅外測溫裝置測溫后的玻璃視窗圖。

圖3為采用傳統的手持式感應熔煉用紅外測溫裝置測溫后的玻璃視窗圖。

圖中：1-六角螺母，2-擋板，3-多級紅外測溫管，4-下螺母，5-墊圈，6-下密封圈，7-下螺釘，8-下法蘭，9-波紋管，10-雙頭螺栓，11-上法蘭，12-上螺母，13-內螺釘，14-上螺釘，15-上密封圈，16-玻璃視鏡，17-紅外測溫探頭，18-紅外探頭法蘭，19-爐體法蘭。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步說明。

如圖1所示，一種感應熔煉用紅外測溫裝置，包括紅外測溫探頭17，所述的紅外測溫探頭17安裝于紅外探頭法蘭18上，紅外探頭法蘭18通過上螺釘14與上法蘭11連接，紅外探頭法蘭18與上法蘭11之間固定有玻璃視鏡16，玻璃視鏡16與紅外探頭法蘭18和上法蘭11之間分別設有密封圈15，上法蘭11和下法蘭8之間設有波紋管9，以及位于波紋管9內的多級紅外測溫管3，所述的多級紅外測溫管3下端伸出波紋管9和下法蘭8，通過六角螺母1與擋板2連接。上法蘭11和下法蘭8外側通過雙頭螺栓10與上螺母12實現固定，并可通過螺母的位置調整實現波紋管9的傾斜度調整；下法蘭8通過下螺母4、下螺釘7和墊圈5實現與爐體法蘭19的固定，下法蘭8和爐體法蘭19之間有下密封圈6。

所述的多級紅外測溫管3包括自下而上的接頭與三級結構；其中下部為第一級結構、中部為第二級結構、上部為第三級結構，三級結構依次為螺紋連接，可拆卸。每一級結構均包括上方的小孔，以及下方的內螺紋段。根據所用紅外測溫儀特性，其中下部的第一級結構長度可以為74mm，內徑22mm；中間的第二結構長度可以為91mm，內徑28mm；上部的第三級結構長度可以為97mm，內徑34mm，第一級結構下方內螺紋連接接頭，接頭長度可以為49mm，內徑可以為14mm，接頭下部通過六角螺母1與擋板2連接，以上設計是為了使紅外測溫探頭17在對焦時使得焦點位于紅外測溫管3某一級結構(一般是中間一級的下方)的小孔處，防止紅外測溫斑點被測溫管擋住，無法對焦和測溫。

使用時，將紅外測溫管3裝置與上法蘭11固定，在上法蘭11的上方放置玻璃視鏡16和紅外探頭法蘭18，并將紅外測溫探頭17安置在紅外探頭法蘭18上，用上螺釘14固定住紅外探頭法蘭18。蓋上爐蓋，微調波紋管9的形狀，通過觀察窗觀察，使得紅外測溫儀發出的紅色測溫斑點正好打到真空感應爐熔煉所使用的坩堝中心處。此時，用雙頭螺栓10固定住上法蘭、下法蘭和波紋管。此時，即可實現在真空感應熔煉過程中測溫點的固定。將紅外測溫探頭與紅外監控系統相連，即可實現真空感應熔煉過程中的連續測溫。

在真空感應熔煉的過程中，打開紅外測溫探頭和紅外監控系統，對熔煉過程進行實時連續測溫，感應熔煉過程產生的灰塵和蒸汽從多級紅外測溫管的第一級結構的下端小孔進入，并在上升過程中部分沉積在測溫管內壁中，只有少量的灰塵和蒸汽依次進入第二、三級結構，并分別同樣經歷上述過程被沉積，最后幾乎沒有灰塵和蒸汽到達并沉積在玻璃視鏡處。經多次試驗，本裝置在至少一周的真空感應熔煉連續作業的條件下，玻璃視鏡16的內表面均無任何灰塵與蒸汽。可實現多爐的連續、準確測溫。

實施例1：

采用本發明的裝置熔煉gh4169鎳基高溫合金返回料，精煉溫度1650℃，精煉時間10分鐘。

步驟1：先對坩堝、錠模、和澆注時所使用的漏斗進行預熱，然后將其安置在真空感應爐內，清理坩堝、錠模、澆注時所使用的漏斗和真空感應爐的爐膛和爐壁。

步驟2：返回料的預處理：使用砂輪機對返回料進行打磨，除去返回料表面的氧化皮。然后用丙酮超聲清洗10分鐘左右，放入烘箱中烘干。

步驟3：將已預處理的返回料放入爐內坩堝中，蓋上爐蓋；抽真空1-2小時后，開始給電。

步驟4：先以5kw以下的小功率對爐料加10-20分鐘，然后逐漸增大功率至10-15kw，使爐料全部熔清。待爐料全部熔清后，打開氬氣閥，充入氬氣。然后，加大功率，使溫度進一步上升，準備精煉。

步驟5：待溫度上升至1650℃后，開始精煉。精煉10分鐘。在精煉過程中，抽氬氣。

步驟6：精煉結束后，將功率調至0kw，使溫度降至1400℃-1500℃后，在5kw的功率下進行澆注。澆注完畢后，為防止合金被大量氧化，必須使合金在沒有給電的真空感應爐內至少放置1小時，然后才能開蓋取出。

按這個工藝過程生產1周后，觀察玻璃視鏡在爐體內側的鏡面，發現玻璃視鏡上幾乎無灰塵與蒸汽，如圖2所示。

對比例1：

采用與實施例1相同真空感應熔煉裝置和工藝，采用傳統的手持式紅外測溫裝置進行測溫，結果1爐后，玻璃視窗上出現了嚴重的灰塵堆積，如圖3所示，導致測溫不準。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例，并非對本發明作任何限制，凡是根據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬于本發明技術方案的保護范圍內。