精密铸造的温度测量控制

，液态金属的发射率数值经常在0.15～0.30范围内，分母中发射率的小数值会对温度误差造成大的影响。

一个铸造车间可能提供20种或30 种不同合金元素制成的零件，合金材料发生少量变化对金属发射率产生影响的量化工作尚未大规模地开展，所以，精密铸造合金的发射率没有手册可以查询。成分的类似性不能用于估算发射率，少量添加剂可大大地改变发射率。如图1所示，图中所示的两种合金的发射率，其成分差异总共为添加元素的2%原子量。由此产生的发射率方面的差异使得按照一种合金“校验”的高温计产生几百度的读数误差。大的误差会造成工艺混乱，使熔炼炉停产数天。

高温光谱仪是一种不需要事先准备任何信息，可以进行准确测量的高温计，不管发射率的情况如何，也不受环境的限制。图2为FAR高温光谱仪为监测镍基精密铸造合金纪录下来的温度和发射率。从图中可看到，功率整定值的每次变化都造成发射率快速尖峰状的增加，这是由于熔料的电磁搅拌产生扰动造成的，扰动会强化发射率。液体运动形成小的空腔，由于多重反射的作用，增加了吸收和发射。其次，当熔料冷却时，发射率经历阶梯状变化：在1:15左右，发生率减少10%以上，从0.245减少到 0.220。

这个效应与合金材料沸腾蒸发是一致的，在发生这种变化时，温度保持恒定不变。最后，熔料冻结，发射率激剧变化，从0.22变化成 0.60。缓慢降低的温度以及同时发生的缓慢增加的发射率表明，金属硬化的过程经历一个浆状状态，而不是像水变成冰那样相态发生突然变化。图3所示与图2为同一过程，但是，这次增加了一个常规高温计的输出。除了温度误差很大之外，需要注意的是，在断电冷却过程中，常规高温计无法进行测量。在1:35 至 1:50的时间内，高温计报告了温度的增加。这是一种虚假状况，是在金属冷却过程中，发射率增加造成的。

在实际运行过程中，由不正确的发射率造成的巨大温度误差除对产品质量产生影响外，一些明显的后果是电力的浪费、周期时间的延长以及耐火材料磨损的加剧等。图4为常规高温计测量的连续四个浇铸周期中的温度和发射率，图5中的两条示踪曲线为高温光谱仪测量的连续四个浇铸周期中的温度和发射率，尖峰温度不无特别重复性，可看到图4中发射率出现许多相当大的尖峰，表示有特别大的扰动存在。尖峰是由于存在严重电磁搅拌造成的，过程如下：熔料中的扰动强化了发射率，常规高温计将此解释为一个超温数值；随后，作为对现象的反应，控制器切断电源；电源切断后，扰动消退，然后，常规高温计检测到温度过低的状况，电源再次被接通，由此产生的电流涌动激剧搅动熔料，周期性循环开始，剧烈扰动造成耐火材料的侵蚀，于是在产品中产生夹杂。

对比图4中这种行为与图5中使用高温光谱仪的情况，发射率读数是一样的，温度递增是一样的，但是，温度范围较低。原因是，采用高温光谱仪进行准确测量，所以，现在工艺正在准确地实现整定温度。由图中可看出，温度示踪轨迹平滑地达到整定点并准确地对其进行控制直至每个周期结束，所有这些都是用同一控制器和控制算法完成的。同时，非常明显地表示熔料扰动情况的尖峰也大大地减少了，由扰动状况重复造成的电源断和开以及扰动状况被消除了。在满功率加热过程中，还存在一些电磁搅拌引起的扰动，但是，尽管发射率发生变化，由于温度得到精确控制，可顺利达到整定点，扰动状况也随之会消退。

经过改进的控制其优越性可表现为：高温蒸发量减少，产品质量提高；由于耐火材料侵蚀降低，夹杂减少；由于铸造周期达到实际整定点而不是虚假高数值，铸造周期加快，产量提高；由于耐火材料侵蚀降低，维护保养费用减少、降低了电力成本等。

2、蒸汽排放：众所周知，在加工处理过程中，金属会因为蒸发而被损耗掉，由此生成的金属蒸汽连带来自坩埚、敏感元件或其他熔炼炉设备中的废气会有选择性地吸收某些熔料中的热辐射，从而影响高温测量。

吸收光谱的一个范例表示于图6中。所用的高温计在受影响的中间区域有一波长响应，结果，产生了巨大误差。按照真正的墨菲定律，波长在650 nm范围内，吸收处于最坏状态，而这正是高温计最为普遍的波长。误差大小取决于仪器波长响应和吸收数量的综合状况。在这个范例中，误差在400℃左右，大约为25%。所以，采用空气熔炼的精密铸造业者需要考虑气相问题。常规高温计既不储存热能数据，也不具备区分该问题的波长分辨率，而高温光谱仪已经在无数环境中观察到蒸汽的吸收现象。

3、观察孔障碍：所有精密铸造的从业者都应该关心金属蒸汽在冷表面沉积的问题。蒸汽沉