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真空熔铸过程重量变化测量装置及方法 　　摘 要：目前，国内的真空感应熔铸炉，设备自身大多采用间接浇铸过程检测，不能进行浇铸时间过程精确的直接检测。因此，设计采用一种测量重量变化的方式，即对坩埚熔料的浇铸重量变化进行直接测量，以真实反映浇铸的过程。该方法既可以精确反映浇铸时间、浇铸速度，也可以反映浇铸均匀度，进行浇铸过程、质量的控制。 　　关键词：称重传感器；真空感应熔化炉；数据采集；浇铸过程 　　中图分类号：TB752 文献标识码：A 　　国内的真空感应熔铸设备，现今浇注过程测量大多采用坩埚翻转角度测量法、计时法、经验法，测量误差和人为误差大。只有大吨位模件的浇注过程测量时采用称重法，即采用炉体、坩埚外部整体称重测量，对被浇注件与炉体或坩埚同时称重测量，间接检测整个过程中熔液重量的变化。然而，对于小型部件的浇注过程不能采用整体称重测量。 　　小型浇注件重量（熔液重量）相对炉体或坩埚重量十分小，测量数据误差很大，不能准确地反映实际浇注熔液的重量变化。尤其在真空、高频、高温环境下，国内目前没有直接采用称重传感器对真空浇注过程中重量变化测量的技术及设备。国内及国外的称重传感器耐高温值最高是250℃，没有将此类传感器直接应用于真空、高频、高温内部环境下的技术。 　　本装置采用耐温250℃的称重传感器，经过隔热保护结构应用到真空高频熔化炉体内部，组成熔注模具、熔料、隔热保护结构一同称重的结构。使设备在熔料注入过程中，精确检测到重量的变化，并将检测到的重量变化过程数据传输到炉体外部的无纸记录仪或终端数据采集系统，进行数据记录。 　　1.系统类型及实现方法 　　“真空熔注测量系统”用于测量铸件浇注过程中的重量变化，是一种用来在一次侧的传感器检测而生成数据过程曲线的检测装置。即采用一种测量重量变化的方式，安装耐温250℃的重量传感器，对坩埚熔料的浇注重量变化进行测量，产生与重量变化量相对应的电压变化信号，输送到无纸记录仪进行换算处理，形成对应的变化曲线和单位时间内的重量变化值，以此原理实现实时浇注注入过程的测量记录。 　　2.系统结构组成及原理分析 　　2.1 测量装置机械结构 　　真空熔注过程检测装置由托架、隔热保护装置、传感系统、显示屏、数据记录系统等组成。铸模放置在托架上，托架为杠杆结构，铸模的质量变化经传力销作用于传感器，经密封插座传至炉外记录仪，记录仪记录并存储炉内熔注重量变化数据，供追朔分析。 　　铸模的加热温度为970℃，铸造时钢水温度可达1650℃，而传感器的工作温度在250℃以下。为使传感器能够正常工作，测量装置设置了多重保温隔热措施。托架侧面设置了隔热挡板及隔热盒，阻止铸模的辐射传热，安装在炉体上的支架不仅是托架的支撑件，外部还安装了可保护三面的隔热挡板，阻隔来自铸模及钢水的辐射热能传导。传感器的安装座与水冷炉体焊接，传感器外部的保护罩与安装座紧密贴合，将传感器周围冷却。传感器外部空间充填隔热保温棉，阻隔高温。系统结构组成如图1所示。 　　传感器与托架之间采用延长传热路径、减小传热截面、选用低导热系数材料等措施阻隔热传导。 　　采集的浇注数据和温度数据，都显示在无纸记录仪的液晶屏上。同时，将测量的数据存储在存储器内，供随时调用输出。 　　模具托架设计成L型，将模具的重力改变为水平方向，将传感器安装于真空炉内壁，延长热量传递路径，防止外泄的高温钢水直接向传感器传热。热源与传感器间设计多重挡板，降低热源对传感器的辐射传递。支架、杠杆等选择传热性能差的材料，垫板等选择隔热性好的材料，降低热量的传导。传感器与炉壁间的安装座安装了导热性好的材料，通过冷却水迅速带走热量降低传感器的温度。 　　2.2 系统测量原理 　　真空炉内熔铸模具放置在“L”形传力托架之上，耐温250℃的重量传感器安装在炉体侧壁的安装座内。当熔液注入模具时，该部位的重量发生变化，通过“L”形传力托架侧面的传感器顶杆顶压传感器，受感部传感器检测到重量的应力变化，产生与重量变化量相对应的电压变化信号，经变送器的隔离变换，转换成标准4mA～20mA电流信号，输送到无纸记录仪进行换算处理，转化成相应的变化曲线（单位时间内的重量变换值）。该曲线实时反映出熔注的速度、均匀度、熔注时间以及熔液重量的变化量。全部数据在无纸记录仪中得到记录和存储。同时，也可以直接实现与计算机终端的数据通信，将检测过程数据及曲线数据输送给终端。 　　该称重传感器置放于高温的真空环境，尽管拥有各种防护保温措施，也必须对其进行温度监控，以保证传感器自身工作正常。采用热电偶对该传感器的工作温度进行实时温度监测，检测其工作温度满足传感器使用的工作条件。 　　记录仪的检测数据也可以通过RS232数据端口进行远程传输到工控机，将无纸记录仪采集得到的数据进行备份及数据