金属液综合性能在线智能检测系统技术方案

本发明专利技术涉及一种金属液综合性能在线检测系统，该检测系统包括信号采集装置、热电势联合计量接口装置、数据处理主机以及数据输出设备，信号采集装置用于产生与金属液的温度变化相关的电信号，热电势联合计量接口装置用于对电信号进行放大和模／数转换，以便于数据处理主机对数字信号进行处理，数据输出设备包括数据远传装置、存储装置、显示装置和打印装置。本发明专利技术的检测系统适合于国家标准和国际标准所规定的十八种牌号铁水、十九种关键参数的快速检测，并且检测精度高、稳定性好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种金属液综合性能在线智能检测系统，该系统采用热分析联用技术，能够在炉前快速检测金属液的各种理化参数，以便在浇铸之前通过金属液的成份调整及工艺调整来控制铸件质量。
技术介绍
铸造业是机械制造业的基础，为了提高铸件质量，铸件综合性能的检测是关键工序。综合性能的检测不仅应包括诸如碳含量、硅含量等化学成分检测，还应包括诸如强度、硬度、伸长率、球化率、碳化物等物理参数检测。传统的铸件检测是在浇铸完成后对试样或铸件进行(切片)分析，这种检测称为离线检测。离线检测包括光学金相检测法或扫描电镜检测法、电子探针检测法、透射电镜检测法等，这些方法存在着精度差或范围窄、费用高、耗时长的缺点。随着热分析技术的发展，全面地实现金属液综合性能的炉前快速检测，已成为铸件检测的迫切需求和发展趋势，由于这种炉前检测可以及时判断金属液的各项指标，从而在浇铸前通过成分调整控制铸件质量，因此这种炉前检测称为在线检测。在线检测从取样到得到各种理化性能数据仅需要几分钟，具有很好的应用前景。现有的金属液综合性能在线检测系统尚不能真正实现综合性能检测，例如日本撒布浪斯探测仪器公司NSP-510型炉前铁水成分测定仪、瑞典Novacast公司的PQ-DIT检测系统、德国的Detal-CII检测系统等，虽然检测速度比离线检测已快了许多，但识别、检测范围较小，能测试的参数较少，不能同时检测灰铁、球铁、玛铁和高碳等多种铁水，而且抗干扰能力、检测稳定性、重现性和检测精度也难以满足更高要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有金属液综合性能在线检测系统的缺点，提供一种检测范围大、精度高的综合性能在线检测系统，该系统适合于国家标准和国际标准所规定的灰铁、球铁、玛铁(和高碳)四大类别、十八种牌号铁水(HT100～HT350，QT400～QT 900，KTH300-6～KTH 370-12)的十九种关键参数的快速检测。为此，本专利技术的金属液综合性能在线检测系统包括信号采集装置、热电势联合计量接口装置、数据处理主机以及数据输出设备。信号采集装置包括传感器，传感器包括杯体和热电偶，用于浇入待检测的金属液，并通过热电偶产生与金属液的温度变化相关的电信号。热电势联合计量接口装置包括信号放大电路和A/D(模/数)转换电路，信号放大电路用于接收传感器输出的电信号，并且对该电信号进行放大，A/D(模/数)转换电路用于将信号放大电路输出的经过放大的模拟信号转换为数字信号，以便于数据处理主机对该数字信号进行处理。数据输出设备包括数据远传装置、存储装置、显示装置和打印装置。在本专利技术的金属液综合性能在线检测系统中，传感器的杯体内壁和底面上包括一个涂料层，涂料层是碲Te、铋Bi和铝Al的粉末与粘接剂混合后喷涂于杯体内腔而形成的，其中，碲、铋和铝的总加入量不少于杯体内所盛金属液重量的0.02％，而碲、铋和铝各自重量与三者之和的比率是碲≥60％，铋≤30％，铝≤10％。杯体以覆膜砂为原料采用射芯机制成。热电偶外套以耐高温的保护套管，水平置于杯体高度的1/2～2/3处。在本专利技术的金属液综合性能在线检测系统中，数据处理主机采用工控嵌入式主板和Linux操作系统，以包括多元相图、多元非线性回归等的热分析联用技术为基础，对接收的数据进行处理，以得到被测金属液的相关理化参数。为此，数据处理主机除了包括Linux内核、RTLinux内核、MiniGUI图形支持库等之外，就其处理功能而言还包括数据采集模块、金属液特征点识别模块、参数获取模块和各种输出模块等。本专利技术的有益效果是该系统适合于国家标准和国际标准所规定的十八种牌号铁水、十九种关键参数的快速检测，即1)、三分钟可测出灰铁“HT100～350全部六种牌号”的12项关键参数，包括如物理性能中的牌号、抗拉强度σb、硬度HB，化学成分中的碳当量CEL、碳C、硅Si及最高温度TM、液相线温度TL、固相线温度TS、过冷度ΔT、误操作提示、挽救废品的工艺提示等；2)、三分钟测出玛铁“KTH300～370四种牌号”的11项关键参数，包括牌号、抗拉强度σb、伸长率δ，碳当量CEL、碳C、硅Si及最高温度TM、液相线温度TL、固相线温度TS、误操作提示、挽救废品的工艺提示等；3)、一分半钟可测出球铁“QT400～900八种牌号”的13项关键参数，包括牌号、抗拉强度σb、伸长率δ、球化率Ds、球化级别、碳化物含量K、最高温度TM、球墨初晶温度TN、球墨过冷温度TU、球墨回升温度TR、误操作提示、挽救废品的工艺提示等；4)、三分钟测出高碳铁水(包括球铁原铁水、蠕铁原铁水)、高硅铁水、低硅铁水的9项关键参数，包括物理性能中的牌号、抗拉强度σb、布氏硬度HB，化学成分中的碳当量CEL、碳C、硅Si及最高温度TM、液相线温度TL、固相线温度TS等。由于具有上述优点，本专利技术真正实现了指导现场操作的目标，因为灰铁的抗拉强度σb、布氏硬度HB和球铁、玛铁的抗拉强度σb及伸长率δ都是国家标准及国际标准所规定的判废指标，若不能快速将其测出，则达不到质量在线检测的根本目的；另外，若不能在一分半钟内快速测出球铁的球化率Ds、碳化物含量K，在铁水降温之前就不能有效指导浇注以防止球化和孕育衰退。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步说明。图1是现有的金属液(铁水)综合性能在线检测系统所采用的Fe-C二元相图；图2是与图1对应的灰铸铁冷却曲线；图3是现有的在线检测系统存在的液、固相线温度TL、TS值误判的示意图；图4是本专利技术的金属液综合性能在线检测系统所采用的Fe-C-Si三元相图；图5是本专利技术的金属液综合性能在线检测系统采用的非线性修正的示意图；图6是本专利技术的金属液综合性能在线检测系统所测得的球铁冷却曲线；图7是本专利技术的金属液综合性能在线检测系统的组成方框图；图8是热电势联合计量接口装置的电路原理图；图9是数据处理主机的原理图；图10是本专利技术的金属液综合性能在线检测系统采用的传感器的剖视图。具体实施例方式在对本专利技术的金属液综合性能在线检测系统进行详细说明之前，首先从理论方面来分析现有在线检测系统的技术缺陷产生的原因，并且由此可以更好地理解本专利技术的特点和优异效果产生的机理。热分析法是利用合金凝固时因各个相的状态变化导致所释放的结晶潜热不同，从而在冷却曲线上形成拐点或平台的特点，由此反推合金的化学成份。现有在线检测系统单一采用热分析法，取二元理想状态，即将金属液或铸铁视为理想状态下的铁碳二元合金，故只能测碳当量CEL、碳C等少数的化学成份；其测试原理所基于的Fe-C二元相图及典型的铁水凝固过程降温曲线(即冷却曲线)如图1、图2所示。为了更清楚显示图1和2之间的对应关系，在附图中将这两个图并排放置。现有检测系统通常不考虑固相线温度Ts值的影响，使得测试硅(Si)的准确性大大降低。因为在按现有方法检测时，只要找到冷却曲线的液相线温度TL(按照Fe-C二元相图的思路，Ts呈水平线，其数值不变化)，就可对应Fe-C二元相图得到其含碳量x％(图1横坐标)。此法的缺点是根本不考虑Ts值的影响，而硅量恰恰与Ts密切相关，因此导致测试硅的准确性大大降低。实际上铸铁中硅的作用很大，不可忽视，Ts也是波动的非恒定值。现有的检测系统曾一直试图将Ts值对硅检测结果的影响作为考虑的因素，但至今本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属液综合性能在线检测系统，包括：信号采集装置、热电势联合计量接口装置、数据处理主机以及数据输出设备，信号采集装置包括传感器，传感器包括杯体和热电偶，用于浇入待检测的金属液，并通过热电偶产生与金属液的温度变化相关的电信号，热电势联合计量接口装置包括信号放大电路和Ａ／Ｄ（模／数）转换电路，信号放大电路用于接收传感器输出的电信号，并且对该电信号进行放大，Ａ／Ｄ（模／数）转换电路用于将信号放大电路输出的经过放大的模拟信号转换为数字信号，以便于数据处理主机对该数字信号进行处理，数据输出设备包括数据远传装置、存储装置、显示装置、打印装置。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨善林，凌骥生，褚伟，马溪骏，左闯，潘若愚，黄晓忠，
申请(专利权)人：合肥工大双发信息系统技术有限公司，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]