[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

说明书

本申请涉及金属材料真空电弧熔炼技术领域，尤其是涉及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，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，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。可见，通过将炉膛的气氛温度与炉壳的温度关联起来，通过测量炉壳的温度，确保炉膛的温度不至于过高而产生铸锭组织偏析，即通过本基于炉壳温度在线监测的金属材料凝固组织调控方法能够有效避免组织偏析的产生，使得熔炼组织更加均匀。

技术领域

本申请涉及金属材料真空电弧熔炼技术领域，尤其是涉及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。

背景技术

目前，为保证钛合金等活性金属熔炼铸锭成分均匀性，在真空电弧熔炼过程中常采用多次熔炼工艺，而反复电弧熔炼放热引发真空或惰性保护气氛温度急剧升高，致使铸锭凝固过程上下端面冷却速率存在较大差异(上端面多为空冷或炉冷，下端面为铜板水冷)，铸锭成分偏析，严重影响铸锭质量，因而合理控制炉膛的气氛温度具有重要意义。

发明内容

本申请的目的在于提供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，在一定程度上解决了现有技术中存在的合理控制炉膛的气氛温度具有重要意义的技术问题。

本申请提供了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，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。

在上述技术方案中，进一步地，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。

在上述任一技术方案中，进一步地，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(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；