CN1327205C - 熔融金属热分析用的取样容器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种熔融金属热分析用的取样容器，与普通的取样容器比较，使用它可以缩短分析所需的时间以及减少共晶体内的温度下降率，从而可以在短时间内容易而精确地获得共晶温度。为了实现上述目的，取样室11的直径D选择在16至24mm范围内，取样室的深度L选择为36mm或更大，以及由取样室11的开口11a至温度传感器2的距离LS选择在7至22mm范围内。这样一来，达到共晶点温度所需的时间可以缩短，以及共晶体内冷却曲线的梯度可以减少。

Description

熔融金属热分析用的取样容器

技术领域

本发明涉及熔融金属热分析用的取样容器，更具体地说，涉及当铸造材料，如铸铁、铝及铝合金等在生产中，在炉前进行铸造材料的热分析时用的取样容器。

背景技术

当生铁轻金属，例如铝及其合金等在铸造时，通常使用下列方法来研究炉前熔融金属的结构。熔融金属被浇注入配备温度传感器的热分析用取样容器，以及由温度传感器的输出获得熔融金属的冷却曲线。作为这种类型的取样容器，常常使用所谓的杯型容器。这种杯型容器具有：由耐火材料制成的容器壳体，它具有实质上圆柱形，以及它具有在上端开口的取样室；以及温度传感器，例如热电偶，它穿过取样室的底壁以便放置在取样室内。使用铸勺式长柄勺将熔融金属由熔融金属熔炉浇注入取样容器。如图10的纵剖面图中说明所示，这种普通的杯型取样容器通常具有取样室101，其尺寸为直径约30mm和深度约50mm。温度传感器102放置在取样室101的深度中部，这就是说距取样室101的上端开口101a约25mm的位置。

另一种已知的取样容器是所谓的探管型取样容器，公开于日本专利出版物(Kokai)No.2000-131311。取样容器具有：与带有上端开口的取样室邻接的浇道，其下端是开放的，以及它与取样室的开口贯通；排气通道，它与取样室的开口贯通，以及它的上端在高于取样室的开口处开放；以及传感器夹头，它位于取样室上面，以及夹持由取样室的开口***取样室内的温度传感器。取样容器具有的结构的这些部件是用耐火材料整体制成的。在普通的探管型取样容器内，取样室的形状和尺寸与上述杯型容器相同。

取样容器按以下方式制造。两个或左和右元件，相应具有的形状是用沿取样容器中心轴的分离面分离而形成的，这就是用容器的纵向上的分离面分离制造的。这两个元件用粘接剂在分离面上接合到一起。

探管型取样容器浸入熔融金属中，这样引起熔融金属通过下端开放的浇道进入取样室。随着流入的进行，容器内部，包括取样室内的空气通过上端开放的排气通道排放到外面。这样一来，探管型取样容器内的取样室被熔融金属充满，不需使用铸勺或长柄勺。

在上述的普通的杯型和探管型取样容器中，分析所需时间较长，以及在共晶体内的温度下降率，即共晶体内的冷却曲线的梯度较大。因此，这样容器存在的问题是测定共晶点的分析程序复杂。

在普通的探管型取样容器中，结构复杂，以及两个元件的接合面积大，因此产生的问题是装配的可加工性不良。因为这两个元件具有薄弱的形状，其纵向尺寸大于横向尺寸，在元件的焙烧过程中，每个元件易于卷曲。这种卷曲导致在接合两个元件时出现损坏。因为接合面存在于取样室分离成两部分的位置，粘接剂可能进入取样室内。在这种情况下，粘接剂可能成为污染熔融金属的杂质。因此，需要保证大量的检测步骤。

在普通的探管型取样容器内，排气通道在容器内是弯曲的。当流入的熔融金属冷却时，因此金属有可能在排气通道内部阻塞，以及气体可能未排出。在这种情况下，取样的熔融金属可能被气体压力导致反向流动或者分流，从而产生达不到预定量取样熔融金属的可能性。

此外，普通的探管型取样容器存在其它问题，这是因为内通道复杂和整个容器的外尺寸大，需要较大的推动力才能将容器浸入熔融金属中。

发明内容

本发明已考虑到上述的情况，本发明的主要目的是提供一种熔融金属热分析用的取样容器，与普通的杯型和探管型取样容器比较，使用它可以缩短分析所需时间以及减少共晶体内的温度变化率，从而可在较短的时间方便而精确地获得共晶温度。

本发明的另一目的是提供一种熔融金属热分析用的探管型取样容器，与普通的探管型取样容器比较，其结构简单，以及生产和检测步骤大大简化，以及将容器浸入熔融金属的推动力可以减少。

本发明的另一目的是提供一种熔融金属热分析用的取样容器，与普通的探管型取样容器比较，使用它不可能产生熔融金属在排气通道内凝固，以及空气不被排出而阻塞。

为了达到主要的目的，本发明提供了一种熔融金属热分析用的取样容器，它是由耐火材料制造的，基本为圆柱形，以及它具有在上端开口的取样室，其温度传感器穿过位于上述取样容器内上述取样室的底壁，其中，上述取样室的直径在16至24mm范围内，以及深度在36mm至40mm范围内，上述温度传感器位于距上述取样室的上述上端开口的深度在7至22mm范围内。

同样为达到主要的目的，本发明提供了一种熔融金属热分析用的取样容器，它具有：在上端开口的圆柱形取样室；与上述取样室邻接的浇道，其下端是开放的，以及它与上述取样室的上述开口贯通；与上述取样室的上述开口贯通的排气通道，以及其上端在高于上述取样室的上述开口位置开放；以及传感器夹头，它位于上述取样室的上面，以及夹持由上述取样室的上述开口***上述取样室内的温度传感器，上述取样室，上述浇道，上述排气通道以及上述传感器夹头是用耐火材料整体制成的，其中，上述取样室的直径在16至24mm范围内，以及深度在36mm至40mm范围内，以及温度传感器位于距上述取样室的底壁7至22mm范围内。

为了达到其它目的，本发明的熔融金属热分析用的取样容器的特点是上述容器制成上元件和下元件，相应具有的形状是用垂直跨过上述容器的中心轴的分离面分离上述容器而形成的，分离位置高于上述取样室，以及不在上述取样室内，以及上述两个元件沿分离面接合到一起。

为了达到其它目的，本发明的熔融金属热分析用的取样容器的特点是上述浇道和上述排气通道以直线相互贯通。

本发明中，最好，取样室的周边壁的厚度在5.5mm至9.0mm范围内。

本发明借助对熔融金属热分析用的取样容器的形状和尺寸的详尽研究而实现，因而对它们优化。按照实验，取样室的直径希望选择在16至24mm范围内，而更希望选择在18至21mm范围内。当取样室的直径小于16mm时，共晶体内的温度下降率大，从而使难以测定共晶温度。当取样室的直径超过24mm时，分析所需的时间不利地延长，因此太大的直径是不适宜的。

取样室的深度希望选择36mm或更大，更希望选择40mm或更大。当深度小于36mm时，在共晶体内的温度下降率大，从而使难以测定共晶温度。

此外，在杯型取样容器内由取样室上端开口至温度传感器的距离，以及在探管型取样容器内由取样室底壁至温度传感器的距离，希望选择在7至22mm范围内，更希望在9至17mm范围内。当在杯型取样容器内，由取样室的上端开口至温度传感器的距离，或在探管型取样容器内，由取样室底壁至温度传感器的距离小于7mm时，在设置温度传感器的位置的熔融金属容易冷却，从而有可能获得良好的冷却曲线。当距离超过22mm时，共晶体内的温度下降率大，从而使其难以测定共晶温度。

关于取样室的其它尺寸，周边壁厚希望选择为5.5mm或更大，更希望选择为6mm或更大。当厚度小于5.5mm，温度下降率大，以及分析所需时间延长。

取样室不同部分的上述形状和尺寸对于本发明的杯型取样容器，以及本发明的探管型取样容器是公用的，可以在较短的分析时间内方便而精确地知道共晶温度。

与普通的取样室比较，具有上述形状和尺寸的取样室的外部尺寸较小。当这种取样室使用于探管型取样容器时，与普通的取样室比较，因此可以减少整体尺寸，以及有可能减少将容器浸入熔融金属所需的推力。

关于探管型取样容器，其取样容器具有取样室、浇道、排水通道、以及传感器夹头，它制成上和下元件，相应具有的形状是用垂直跨过容器的中心轴的分离面分离容器而形成的，分离位置高于取样室，以及不在取样室内，以及两个元件沿分离面接合到一起，与普通的探管型取样容器比较，它是用沿普通的容器的中心轴的分离面分离，即分离成左和右元件，本发明的取样容器可以具有下列优点：由于接合面积减少，接合操作可以简化。每个元件焙烧过程中的卷曲情况可以避免，因此每个元件的长度直径比降低。由于接合面不会跨过取样室，粘接剂可能进入取样室的情况消除。因此，生产和检验步骤可以简化。

除此之外，本发明中浇道和排气通道以直线相互贯通，探管型取样容器的内部结构简化，以及熔融金属可以平稳地流动。因此，有可能抑制熔融金属在浇道内冷却。由于探管型取样容器内部结构的简化而使熔融金属平稳地流动，与上述减小的外部尺寸相结合，可以减少将容器浸入熔融金属所需的推动力。

附图说明

图1是本发明使用于杯型取样容器时一个实施例的解释图。图1(A)是纵剖面图，以及图1(B)是底视图；

图2是用于评价本发明的取样室的形状和尺寸的评价方法说明图，它使用冷却曲线的一个实施；

图3是使用上述实验获得的温度传感器影响的说明图，图3(A)示出实验中使用的取样容器的尺寸，以及图3(B)示出实验结果的曲线图；

图4是使用上述实验获得的取样室的深度影响的说明图，图4(A)示出实验中使用的取样容器的尺寸，以及图4(B)示出实验结果的曲线图；

图5是使用上述实验获得的取样室的尺寸影响的说明图，图5(A)示出实验中使用的取样容器的尺寸，以及图5(B)示出实验结果的曲线图；

图6是使用上述实验获得的取样室的周边壁影响的说明图，图6(A)示出实验中使用的取样室的尺寸，以及图6(B)示出实验结果的曲线图；

图7是本发明使用于探管型取样容器的一个实施例的纵剖面图；

图8是沿图7的直线A-A切取的剖面图；

图9是沿图7的直线B-B切取的剖面图；

图10是纵剖面图，示出普通的杯型取样容器的实例形状。

具体实施方式

这里，本发明的最佳实施例将参见附图予以说明。

图1是本发明使用于杯型取样容器时的一个实施例的解释图，图1(A)是纵剖面图，以及图1(B)是底视图。

取样容器1是焙烧耐火材料，例如陶瓷制成的。取样容器1具有作为整体的杯形，以及其上端具有开口11a，用于浇注熔融金属，温度传感器2，例如是铬镍-铝镍丝制成的热电偶，它固定在这样位置，使温度传感器2可以通过室的底壁11b***取样室11。

在本实例中，取样室的直径D为20mm，以及室的深度L为41mm。温度传感器2在取样室11内的位置距上端开口11a的距离LS为16mm，以及实质上位于取样室11的径向中部。

取样室11的周边壁厚T为7mm。底壁11b的厚度大于周边壁11c的厚度，从而使取样室11内的熔融金属难以通过底壁11b冷却。

在上述实施例中，与这类普通的杯形取样容器方式相同，熔融的铸铁，铝或铝合金，使用铸勺，长柄勺或类似工具通过上端开口11a浇注入容器。金属的成分根据使用温度传感器2获得的冷却曲线分析。按照具有上述尺寸和形状的本发明的实施例，与这种上述的普通的杯型取样容器比较，可以大大缩短分析所需的时间，由以下所示实验的结果显而易见。此外，共晶体内冷却曲线的梯度减少，从而可以容易地测定共晶点。

以下，将说明为确认按照本发明实施例的取样容器优点而进行的实验。在这些实验中，杯型取样容器的部分尺寸独立地变化，以及研究了尺寸的影响。

实验用的方法说明如下。5kg商业FCD生铁在高频感应炉内的石墨坩埚内在1723K熔化。温度保持约30min，从而产生亚共晶熔融体。用铸勺将熔融金属浇注入评价用的取样容器，铸勺预先充分加热，以及随后进行分析。根据获得的冷却曲线，可以测定出亚共晶温度，共晶温度以及分析所需的时间。为了测定曲线的形状，计算共晶体内的温度下降率。在使用的取样容器的取样室的底面，用“Zirso-molding”接合0.3mass％(重量百分比)的锑粒，以便实现白口铁的共晶凝固。对浇注温度予以考虑，方法是当SiO₂薄膜开始在铸勺内的熔融金属表面上形成的同时，浇注该熔融金属，从而保持浇注温度实质上恒定。

关于取样容器的部分尺寸，上述实施例中使用的尺寸作为参考值，以及尺寸之一独立地改变。制造取样容器的材料对全部容器是相同的。特殊的是，60mesh(目)的壳型砂是在1.0kg/cm²充填压力下焙烧的。

评价按以下方式进行，借助使用共晶体内的温度下降率，以图2所示实验冷却曲线上的e表示，以及至共晶点(以te表示)出现所需的分析时间。当温度下降率接近于0时它是可取的。当温度下降率变大时，冷却曲线的梯度增加。因此，测定共晶点用的分析程序复杂化，以及测定精度降低。为了缩短分析时间，希望所需的分析时间尽可能短。即使分析所需时间是短的，然而也不希望温度下降率大。

总之，其温度下降率接近于0的取样容器，以及其分析所需时间较短的取样容器经评价具有良好的性能。

实验的结果列举如下。

(1)传感器位置的影响

如图3(A)中所示，仅由取样室开口至温度传感器的距离LS是变化的，以及其它尺寸固定为上述实施例使用的值。在这种情况下，测量温度下降率和分析所需的时间。其结果示于图3(B)的曲线图。

业已发现，如曲线图所示，由取样室开口至温度传感器的距离LS对分析所需时间的影响不大，以及当距离LS超过17mm时，温度下降率急剧地增加。当距离LS超过22mm时，难以测定共晶点。虽然在本实验中没有考虑，当距离LS小于7mm时，不能获得适合分析用的冷却曲线。

(2)取样室深度的影响

如图4(A)中所示，仅取样室的深度L是变化的，其它尺寸，包括由取样室开口至温度传感器的距离，固定为上述实施例使用的值。在这种情况下，测量温度下降率和分析所需的时间。其结果示于图4(B)的曲线图。业已发现，如曲线图所示，当取样室的深度L为40mm或更大时，分析所需时间几乎没有改变，以及当L小于40mm时，分析所需时间缩短，显示改进的迹象。在深度L小于36mm的情况下，分析所需时间与在深度L为40mm或更大情况下的比较，缩短约5sec。对于深度L为40mm或更大的情况，温度下降率实质上是恒定的，以及对于深度L小于40mm的情况，温度下降率比例地增加。当深度L小于36mm时，难以测定共晶点。

(3)取样室直径的影响

如图5(A)中所示，仅取样室的直径D是变化的，其它尺寸固定为上述实施例使用的值。在这种情况下，测量温度下降率和分析所需时间。其结果示于图5(B)。业已发现，如曲线图所示，当取样室的直径D增加时，分析所需的时间与取样的直径D成正比。当取样室的直径为20mm或更大时，温度下降率实质上是恒定的，以及当直径D由此值减小时，温度下降率的迹象倒转，以及下降率逐步增加。当直径D小时16mm时，难以测定共晶点。

(4)取样室周边壁厚的影响

如图6(A)中所示，仅取样室的周边壁厚T是变化的，以及其它尺寸固定为上述实施例使用的值。在这种情况下，测量温度下降率和分析所需时间。其结果示于图6(B)。

如曲线图所示，当取样室的周边壁厚T为6mm或更大时，分析所需时间实质上是恒定的，以及当T小于6mm时，分析所需时间逐渐延长。业已发现，当厚度T为7mm或更大时，温度下降率实质上是恒定的，当厚度T小于6mm时，迹象倒转，从而使温度下降率逐渐增加，以及当厚度T小于5.5mm时，难以测定共晶点。

关于本发明的实施例的取样容器1，即使用上述实验参考值的形状和尺寸的取样容器1以及图10所示普通的杯型取样容器，以上述相同方式测量分析所需时间和温度下降率。其结果是，普通的容器内所需的分析时间为104sec。与其对比，本发明实施例中所需的分析时间为44sec，或者说缩短至普通取样容器所需分析时间的一半或更少。普通取样容器中的温度下降率为0.005℃/sec，而本发明实施例中为0.04℃/sec。它改进了约20％。

以下，说明本发明在探管型取样容器中使用的实施例。

图7是本实施例的纵剖面图，图8是沿图7的直线A-A切取的剖面图；以及图9是沿图7的直线B-B切取的剖面图。

与上述实施例的形式相同，本实施例中的取样容器3是由耐火材料，例如陶瓷制造的。取样容器3具有杯形的取样室31、浇道32、排气通道33以及传感器夹头34，它们是整体制成的。取样室31在其上端具有开口31a，以及设置底壁31b。浇道32在其下端具有开口32a，以及与取样室31的开口31a贯通。排气通道33也与取样室31的开口31a贯通，以及设置开口33a，它在上端开口，以及其位置高于取样室31的开口31a。传感器夹头34位于取样室31的上面，以及夹持通过取样室31开口31a***的温传感器2。

浇道32平行于取样室31的中心轴以及邻接取样室31。排气通道33形成在浇道32上面的延伸线上。换句话说，浇道32和排气通道33位于直线上以及相互贯通。因此，浇道32和排气通道33实际是由直线纵向通孔组成，它具有在取样容器3的下端和上端分别具有开口32a和33a，以及具有结构，可使通孔的中部与取样室31通过横向孔35贯通。

传感器夹头34位于取样室31的上面。在夹头的上端制有开口34a。夹头34具有底壁34b。温度传感器2固定在这样的位置，使温度传感器可以通过底壁34b***取样室31。温度传感器2由热电偶或类似器件构成，它与上述实施例中使用的相同。

上述结构的取样容器3是使用粘接剂或类似材料将上元件36和下元件37接合而成。在上元件36中，制成排气通道33和传感器夹头34。在下元件37中，制成取样室31、浇道32、以及横向孔35。两个元件的接合面不跨过取样室31，但位于取样室31的上面，以及垂直于取样室3的中心轴。

在本实施例中，取样室31的直径D为20mm和深度L为41mm。温度传感器2在取样室31内的位置由底壁31b起的距离LS′为16mm，以及实质上位于取样室31径向的中部。取样室31的周边壁31c的厚度为7mm，以及底壁31b的厚度也为7mm。

在上述实施例中，与这种普通的探管型取样容器的方式相同，由卡片纸管或类似材料制成的杆件4***传感器夹头34的上端开口34a，以及随后取样容器3浸入熔融金属内。这样一来，熔融金属通过浇道32的下端开口32a进入，以及借助浇道32和横向孔35流入取样室31。在此过程中，浇道32和取样室31内的空气根据进入熔融金属的程度通过排气通道33由上端开口33a排放到外界。

本实施例中取样室31的尺寸与前述实施例中取样室11的相同，其不同之处在于温度传感器2的位置，由取样室31底壁31b起的距离为7mm，而与其对比的前述实施例中由取样室11的开口11a起的距离为7mm。

使用这种形状的原因如下。在探管型取样容器3内，传感器夹头34位于取样室31的上端开口31a的上面，以及通过开口31a的熔融金属的温度降低较小。与前述实施例中的杯型取样容器1的取样室11的底壁11b比较，在探管型取样容器3中使用了薄的底壁31b，以及因此熔融金属容易通过底壁31b冷却。经实验确认，温度传感器2与底壁31b之间的距离LS′对共晶体内温度降低率产生影响，与前述实施例中的距离LS相同。与这种前述的普通的探管型取样容器比较，使用具有本实施例形状和尺寸的取样室31，分析所需时间可以大大缩短。此外，由于共晶体内冷却曲线的梯度小，共晶点可以容易地测定。

再者，在本探管型容器的实施例中，取样室31小于普通的取样室，因此有可能减少取样容器3的整体的外直径，其结果是有可能减少将容器浸入熔融金属所需的推动力。

此外，取样容器3被垂直跨过容器3中心轴的分离面分离，其位置在取样室的上面，但不在取样室内，以及上元件36和下元件37沿分离面接合到一起。与普通的探管型取样容器比较，其左和右元件被沿容器中心轴的分离面分离，以及沿分离面接合到一起，因此，接合面积减少以及接合操作容易进行。再者，上元件和下元件36和37的长宽比小于横向彼此分离的两个普通技术的元件的长宽比。因此，在相应元件的焙烧过程中，不会产生任何卷曲。在本发明的实施例中，由于上元件36和下元件37之间的接合面不跨过取样室31，这就是说，由于进入取样室31的熔融金属不会与接合面38接触，这里不用担心接合用的粘接剂沾污熔融金属。由于上述的原因，按照本实施例，与普通的探管型取样容器比较，生产和检测步骤可以显著地简化。

此外，上述实施例使用简单的内部结构，其浇道32和排气通道33以直线相互贯通。因此，熔融金属平稳地流动，以及有可能在达到取样室31之前，抑制熔融金属的冷却。熔融金属的平稳流动与上述外部尺寸减少相结合，有助于减少将容器浸入熔融金属所需的推动力。

在上述的杯型和探管型容器内，仅设置一个取样室11或31。当然，本发明同样可以使用于已知的多杯型或多探管型容器，其相同的取样室11或31可以侧面接侧面地排列，以及相互制成整体。

在杯型容器的上述实施例中，为了便于浇注熔融金属，一个直径大于取样室11的圆元件可以整体制成在取样室11的开口11a的上面，从而起到漏斗的作用。如上所述，按照本发明，无论在杯型和探管型取样容器内，与普通的取样容器比较，分析所需的时间可以大大缩短，以及共晶体内的冷却曲线的梯度可以减少。因此，可以获得具有高性能的取样容器。与普通的取样室比较，本取样室的尺寸减小，在本发明的探管型取样容器内，将容器浸入熔融金属所需的推动力可以减少。

按照本发明权利要求3的探管型取样容器内。被没有跨过取样室的分离面彼此分离的两个元件，沿分离面接合。因此，这里不必担心接合用的粘接剂沾污取样室内的熔融金属。此外，与普通的分离为左和右元件的结构比较，接合面积减少，因此接合操作易于进行。再者，每个元件的焙烧过程中几乎不会产生卷曲，因此与普通的探管型取样容器比较，生产和检测步骤可以显著地简化。

按照本发明权利要求4的探管型取样容器内，其结构使浇道和排气通道相互以直线贯通，使用这种形状，容器的内部结构简化，以及熔融金属借助浇道平稳地流入取样室，因此，这里不必担心出现在浇道内熔融金属凝固的缺点。

Claims (5)

1.一种熔融金属热分析用的取样容器，它是由耐火材料制造的，基本为圆柱形，以及它具有在上端开口的取样室，其温度传感器穿过位于上述取样容器内上述取样室的底壁，其中，上述取样室的直径在16至24mm范围内，以及深度在36mm至40mm范围内，上述温度传感器位于距上述取样室的上述上端开口的深度在7至22mm范围内。

2.一种熔融金属热分析用的取样容器，它具有：在上端开口的圆柱形取样室；与上述取样室邻接的浇道，其下端是开放的，以及它与上述取样室的上述开口贯通；与上述取样室的上述开口贯通的排气通道，以及其上端在高于上述取样室的上述开口位置开放；以及传感器夹头，它位于上述取样室的上面，以及夹持由上述取样室的上述开口***上述取样室内的温度传感器，上述取样室，上述浇道，上述排气通道以及上述传感器夹头是用耐火材料整体制成的，其中，上述取样室的直径在16至24mm范围内，以及深度在36mm至40mm范围内，以及温度传感器位于距上述取样室的底壁7至22mm范围内。

3.按照权利要求2所述的熔融金属热分析用的取样容器，其特征在于，上述容器制成上元件和下元件，相应具有的形状是用垂直跨过上述容器的中心轴的分离面分离上述容器而形成的，分离位置高于上述取样室，以及不在上述取样室内，以及上述两个元件沿分离面接合到一起。

4.按照权利要求2或3所述的熔融金属热分析用的取样容器，其特征在于，上述浇道和上述排气通道以直线相互贯通。

5.按照权利要求2或3所述的熔融金属热分析用的取样容器，其特征在于，上述取样室的周边壁的厚度在5.5mm至9.0mm范围内。

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