一种定性比较金属液中气体含量的方法及其装置系统

技术领域

本发明属于金属冶炼技术领域，涉及一种比较金属液中气体含量的方法，尤其涉及一种定性比较金属液中气体含量的方法及其装置系统。

背景技术

在熔炼金属材料时，液态金属要吸收H

以铝铸造为例，若金属液中的气体含量比较高，在液态的金属铝液凝固成固态的金属铝锭过程中，会有气体析出产生气孔缺陷，所以通常在铸造成型前会对金属液进行除气处理，将金属液中的气体尽量排出来，一般熔炼过程会采取真空(在真空条件下，外界压力降低，减少了气体在金属液中的溶解度，从而减少气体的含量)或者通惰性气体等方法将金属液中的气体排出。

在金属熔炼后、铸造成型前，技术人员一般会检测金属液中的气体含量，以确保铸造出的金属锭不会出现气孔缺陷。以铝为例，通常会使用测氢仪或者在线测氢仪这类设备去检测金属液中的气体含量，若没有达标则需要继续除气。使用测氢仪一般需要经过取样、制样、检测等诸多环节，等待时间比较久；在线测氢仪一般用在金属液从熔炼炉引流到铸造设备的过程中，该设备检测相对准确，但检测在铸造过程中进行，大部分只是起到监控的作用，若气体没有达标则不太容易再采取除气操作。

上述方法均需要专用设备，且设备价格一般比较昂贵，另外这类设备并不适用于一些特殊的铸造环境。因此，如何提供一种定性比较金属液中气体含量的方法，简化操作流程，降低设备成本，同时适用于尽可能多的铸造环境，方便操作人员快速定性地判断金属液中的气体含量是否符合要求，成为了目前本领域技术人员迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种定性比较金属液中气体含量的方法及其装置系统，所述方法简化了操作流程，降低了设备成本，同时适用于几乎所有的铸造环境，方便操作人员快速定性地判断金属液中的气体含量是否符合要求，有利于大规模推广应用。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种定性比较金属液中气体含量的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)获取金属液，并将所述金属液放置于密闭空间内；

(2)对所述密闭空间抽真空，直至金属液完全凝固成金属锭；

(3)待所述金属锭冷却后，将金属锭进行切分处理；

(4)获取对比样，并将所述金属锭的切面与对比样进行气孔定性比较，即得知金属液中气体含量是否符合要求。

其中，步骤(1)所述密闭空间的设定温度≤金属液在步骤(2)抽真空环境中的凝固点温度，从而保证了金属液凝固时所处环境温度的一致性。

本发明对密闭空间进行抽真空，是为了避免环境中的气体对金属液中气体含量的影响，从而进一步提升检测准确度。

本发明提供的方法将金属液凝固后所得金属锭的切面与对比样进行气孔定性比较，可快速且直观地得知金属液中的气体含量是否符合要求，简化了操作流程，同时避免了测氢仪等昂贵设备的使用，从而降低了设备成本，适用于几乎所有的铸造环境，有利于大规模推广应用。

优选地，步骤(1)所述金属液的取样温度与对比样的取样温度相一致，从而避免了两者取样温度的差异对气孔含量及分布状态的影响，提升了气孔定性比较的准确性。

优选地，步骤(2)所述抽真空的绝对压力为0.1-100Pa，例如可以是0.1Pa、1Pa、10Pa、20Pa、30Pa、40Pa、50Pa、60Pa、70Pa、80Pa、90Pa或100Pa，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，步骤(3)所述冷却包括自然冷却或强制冷却。

优选地，所述强制冷却包括风冷、水冷或油冷中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括风冷与水冷的组合，水冷与油冷的组合，风冷与油冷的组合，或风冷、水冷与油冷的组合。

优选地，步骤(3)所述切分处理包括锯断或铣削。

优选地，步骤(3)所述切分处理在金属锭的中央位置自上而下进行。

本发明在金属锭的中央位置进行切分处理便于获得更具代表性的气孔分布状态，从而进一步提升了后续气孔定性比较的准确性。

优选地，步骤(4)所述气孔定性比较包括：

相较于对比样，若是金属锭的切面所分布气孔的形状更大和/或数量更多，则金属液中气体含量高于对比样，不符合要求；

相较于对比样，若是金属锭的切面所分布气孔的形状更小和/或数量更少，则金属液中气体含量低于对比样，符合要求。

作为本发明第一方面优选的技术方案，所述方法包括以下步骤：

(1)获取金属液，并将所述金属液放置于密闭空间内；

(2)对所述密闭空间抽真空，控制抽真空的绝对压力为0.1-100Pa，直至金属液完全凝固成金属锭；

(3)待所述金属锭冷却后，在金属锭的中央位置自上而下进行切分处理；所述冷却包括自然冷却或强制冷却，且所述强制冷却包括风冷、水冷或油冷中的任意一种或至少两种的组合；所述切分处理包括锯断或铣削；

(4)获取对比样，并将所述金属锭的切面与对比样进行气孔定性比较，即得知金属液中气体含量是否符合要求，具体包括：

相较于对比样，若是金属锭的切面所分布气孔的形状更大和/或数量更多，则金属液中气体含量高于对比样，不符合要求；

相较于对比样，若是金属锭的切面所分布气孔的形状更小和/或数量更少，则金属液中气体含量低于对比样，符合要求；

其中，步骤(1)所述金属液的取样温度与对比样的取样温度相一致，且步骤(1)所述密闭空间的设定温度≤金属液在步骤(2)抽真空环境中的凝固点温度。

第二方面，本发明提供一种如第一方面所述方法在进行过程中采用的装置系统，所述装置系统用于提供金属液凝固时所处的密闭空间。

优选地，所述装置系统包括密闭单元以及与所述密闭单元分别独立连接的加热控制单元和抽真空单元。

优选地，所述加热控制单元用于设定密闭单元内部密闭空间的温度。

优选地，所述抽真空单元用于调整密闭单元内部密闭空间的绝对压力。

优选地，所述密闭单元包括炉膛、坩埚、加热丝和顶盖。

优选地，所述坩埚放置于炉膛的内部，用于盛装金属液。

优选地，所述加热丝设置于炉膛的内壁，且连接于加热控制单元。

优选地，所述顶盖设置于炉膛的开口处，且与炉膛的连接处设置有密封圈。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的方法将金属液凝固后所得金属锭的切面与对比样进行气孔定性比较，可快速且直观地得知金属液中的气体含量是否符合要求，简化了操作流程，同时避免了测氢仪等昂贵设备的使用，从而降低了设备成本，适用于几乎所有的铸造环境，有利于大规模推广应用。

附图说明

图1是本发明提供的定性比较金属液中气体含量的方法在进行过程中采用的装置系统结构示意图；

图2是实施例1提供的定性比较金属液中气体含量的方法所得金属锭的切面与对比样的气孔分布状态比较图。

其中：10-密闭单元；11-炉膛；12-坩埚；13-加热丝；14-顶盖；15-密封圈；20-加热控制单元；30-抽真空单元。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

本发明提供一种定性比较金属液中气体含量的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)获取金属液，并将所述金属液放置于密闭空间内；

(2)对所述密闭空间抽真空，控制抽真空的绝对压力为0.1-100Pa，直至金属液完全凝固成金属锭；

(3)待所述金属锭冷却后，在金属锭的中央位置自上而下进行切分处理；所述冷却包括自然冷却或强制冷却，且所述强制冷却包括风冷、水冷或油冷中的任意一种或至少两种的组合；所述切分处理包括锯断或铣削；

(4)获取对比样，并将所述金属锭的切面与对比样进行气孔定性比较，即得知金属液中气体含量是否符合要求，具体包括：

相较于对比样，若是金属锭的切面所分布气孔的形状更大和/或数量更多，则金属液中气体含量高于对比样，不符合要求；

相较于对比样，若是金属锭的切面所分布气孔的形状更小和/或数量更少，则金属液中气体含量低于对比样，符合要求；

其中，步骤(1)所述金属液的取样温度与对比样的取样温度相一致，且步骤(1)所述密闭空间的设定温度≤金属液在步骤(2)抽真空环境中的凝固点温度。

本发明还提供一种上述方法在进行过程中采用的装置系统，所述装置系统用于提供金属液凝固时所处的密闭空间。

如图1所示，所述装置系统包括密闭单元10以及与所述密闭单元10分别独立连接的加热控制单元20和抽真空单元30。所述加热控制单元20用于设定密闭单元10内部密闭空间的温度；所述抽真空单元30用于调整密闭单元10内部密闭空间的绝对压力。

具体地，所述密闭单元10包括炉膛11、坩埚12、加热丝13和顶盖14；所述坩埚12放置于炉膛11的内部，用于盛装金属液(图中黑色区域)；所述加热丝13设置于炉膛11的内壁，且连接于加热控制单元20；所述顶盖14设置于炉膛11的开口处，且与炉膛11的连接处设置有密封圈15。

实施例1

本实施例提供一种采用如图1所示装置系统进行定性比较铝液中气体含量的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)获取铝液，并将所述铝液倒入坩埚12中，将坩埚12放置于已启动加热的炉膛11内，并设定炉膛11的温度低于铝液的凝固点(660℃)，具体为600℃；

(2)盖上顶盖14后对炉膛11抽真空，控制抽真空的绝对压力为10Pa，直至铝液完全凝固成铝锭，停止抽真空，此时会有少许气体进入炉膛11内；

(3)打开顶盖14，待铝锭自然冷却后，在铝锭的中央位置自上而下锯断成两半；

(4)获取对比样，并将铝锭的切面与对比样进行气孔定性比较，即得知铝液中气体含量是否符合要求。

如图2所示，相较于对比样，本实施例所得金属锭(即铝锭)的切面所分布气孔的形状更小且数量更少，则铝液中气体含量低于对比样，符合要求。

其中，步骤(1)所述铝液的取样温度与对比样的取样温度相一致。

实施例2

本实施例提供一种采用如图1所示装置系统进行定性比较铜液中气体含量的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)获取铜液，并将所述铜液倒入坩埚12中，将坩埚12放置于已启动加热的炉膛11内，并设定炉膛11的温度低于铜液的凝固点(1083℃)，具体为1000℃；

(2)盖上顶盖14后对炉膛11抽真空，控制抽真空的绝对压力为100Pa，直至铜液完全凝固成铜锭，停止抽真空，此时会有少许气体进入炉膛11内；

(3)打开顶盖14，将盛装铜液的坩埚12放置于水中，待铜锭完全水冷后，在铜锭的中央位置自上而下铣削成两半；

(4)获取对比样，并将铜锭的切面与对比样进行气孔定性比较，即得知铜液中气体含量是否符合要求。

相较于对比样，本实施例所得铜锭的切面所分布气孔的形状更大且数量更多，则铜液中气体含量高于对比样，不符合要求。

其中，步骤(1)所述铜液的取样温度与对比样的取样温度相一致。

实施例3

本实施例提供一种采用如图1所示装置系统进行定性比较锡液中气体含量的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)获取锡液，并将所述锡液倒入坩埚12中，将坩埚12放置于已启动加热的炉膛11内，并设定炉膛11的温度低于锡液的凝固点(232℃)，具体为200℃；

(2)盖上顶盖14后对炉膛11抽真空，控制抽真空的绝对压力为0.1Pa，直至锡液完全凝固成锡锭，停止抽真空，此时会有少许气体进入炉膛11内；

(3)打开顶盖14，将盛装锡液的坩埚12放置风口处，待锡锭完全风冷后，在锡锭的中央位置自上而下锯断成两半；

(4)获取对比样，并将锡锭的切面与对比样进行气孔定性比较，即得知锡液中气体含量是否符合要求。

相较于对比样，本实施例所得锡锭的切面所分布气孔的形状更小且数量更少，则锡液中气体含量低于对比样，符合要求。

其中，步骤(1)所述锡液的取样温度与对比样的取样温度相一致。

由此可见，本发明提供的方法将金属液凝固后所得金属锭的切面与对比样进行气孔定性比较，可快速且直观地得知金属液中的气体含量是否符合要求，简化了操作流程，同时避免了测氢仪等昂贵设备的使用，从而降低了设备成本，适用于几乎所有的铸造环境，有利于大规模推广应用。

申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。