[发明专利]基于炉壳温度在线监测的金属材料凝固组织调控方法

权利要求书

1.一种基于炉壳温度在线监测的金属材料凝固组织调控方法，其特征在于，包括如下步骤：

根据待熔炼合金样品的最低共析转变温度确定熔炼炉的炉膛的气氛极限温度，进而再计算得出炉壳的极限温度；

熔炼炉的位于炉内坩埚的上端面及所述上端面以上空间所对应的外炉壳形成有至少两个测量位置，且在所述测量位置处对炉壳进行测温，且使得实测的炉壳温度始终小于或者等于炉壳的极限温度；

以待熔炼合金样品的组成元素中的任意两种元素组合成合金体系，并且筛选出具有对应的二元相图的合金体系，通过对应的所述二元相图获取所述合金体系的共析转变温度；

通过比较选择出数值最小的共析转变温度作为炉膛的气氛极限温度。

2.根据权利要求1所述的基于炉壳温度在线监测的金属材料凝固组织调控方法，其特征在于，所述测量位置的数量为三个，且三个所述测量位置分别形成于所述外炉壳的正前方、正后方以及一个正侧方。

3.根据权利要求1所述的基于炉壳温度在线监测的金属材料凝固组织调控方法，其特征在于，炉壳的极限温度推导过程如公式(1)至公式(5)所示：

式中，t_n+1—外炉壳的极限温度(℃)，q—总散热量(W)，a_n—总散热系数(W/m²·K)，t_α—环境温度(25℃)；

a_n＝a_nR+a_nC (2)，

式中：a_nR—辐射散热系数(W/m²·K)，a_nC—对流散热系数(W/m²·K)；

式中：ε—板坯辐射换热的黑度系数；

式中：A—位置系数，ξ—风速系数，u—风速(m/s)；

λ＝b+(cE-5)*t₁ (6)，

式中：λ—导热系数(W/m·K)，t₁—炉膛的气氛温度(℃)，b、c—系数，根据熔炼炉的炉壳材质，获取该材质在不同温度下的导热系数，从而再进行线性拟合，从而得到系数b和c；

式中：R—总热阻(K·m²/W)；

将获取的炉膛的气氛极限温度以及假定的炉壳的极限温度t_n+1作为已知数据代入公式(1)至公式(8)中，计算出炉壳的极限温度，将计算得出的炉壳的极限温度与假定的炉壳的极限温度做对比，当两者的误差在预定的范围内时，说明计算得出的炉壳的极限温度符合要求。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的基于炉壳温度在线监测的金属材料凝固组织调控方法，其特征在于，所述使得实测的炉壳的温度始终小于或者等于炉壳的极限温度的方式包括：减少每个坩埚装入的合金；和/或

减少放入合金的坩埚数量。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的基于炉壳温度在线监测的金属材料凝固组织调控方法，其特征在于，所述使得实测的炉壳的温度始终小于或者等于炉壳的极限温度的方式还包括：缩短每个坩埚中合金的熔炼时间。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的基于炉壳温度在线监测的金属材料凝固组织调控方法，其特征在于，所述使得实测的炉壳的温度始终小于或者等于炉壳的极限温度的方式还包括：每次熔炼完成后延长下次起弧的时间，待炉膛的气氛温度降至小于或者等于炉壳的极限温度时，即可开始下一次起弧熔炼。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的基于炉壳温度在线监测的金属材料凝固组织调控方法，其特征在于，所述使得实测的炉壳的温度始终小于或者等于炉壳的极限温度的方式还包括：反复多次熔炼待熔炼合金样品，且在相邻的两次熔炼操作之间对坩埚内的熔炼待熔炼合金进行翻转。