铁液共晶度的测量方法

通过测量铁液的凝固温度曲线，当初晶温度与共晶温度取得一致时，可将该铁液确认为共晶度Sc=1的共晶铁液。当初晶温度高于共晶温度时，根据初晶与共晶的温度差即可计算出Sc<1的铁液共晶度。当凝固从再辉开始时根据共晶前的先析石墨量（S1）即可计算出Sc>1的铁液共晶度。

    采用热分析法可以准确测量亚共晶、共晶铁液的共晶度。由于铸铁生产中没有过共晶铁液的材质需求，所以没人研究量化识别先析石墨的结晶潜热，当前的热分析仪还不能量化过共晶铁液的共晶度，仅能定性判断铁液是否过共晶。

 用热分析方法定性识别铁液的过共晶缺陷，定量测量亚共晶、共晶铁液的共晶度，可以满足铸铁生产过程控制共晶度的需求。

铁液的共晶度目标应以浇注时刻为基点进行设定，在控制原铁水共晶度时必须预留球化、孕育处理共晶度提高的幅度。球化、孕育导致共晶度升高，是从两个方向进行的：

（1）球化剂和孕育剂加入使铁液融入了大量的石墨化成分，造成铁液的CE提高，降低了铁液的液相线温度。

（2）琺化剂和孕育剂加入使铁液产生大量的形核核心，铁液由介稳定态转变为稳定态，提高了铁液的固相线温度。

共晶度升高的幅度与球化剂和孕育剂的种类、含量、加入量有关。由于各公司使用的球化剂和孕育剂不尽相同，所以首先要测量自家使用的球化剂和孕育剂造成共晶度升高的幅度值。在控制原铁液共晶度时，预留球化和孕育造成共晶度升高的幅度值，才不致发生铁液球化、孕育处理后变成过共晶铁液的问题。改变球化剂、孕育剂的品种、含量、加入量时，要相应变更原铁液预留的共晶度升高幅值。铁液的球化和孕育处理方法改为喂丝法后，特别要注意共晶度长高幅值减小，带来铁液缩孔倾向增大的问题。

NJ-TG4型炉前铁水质量管理仪碳硅锰检测仪用于炉前快速测定灰铸铁和球墨铸铁铁水的碳当量（CEL）、碳含量（C%）、硅含量（Si%）、锰含量（Mn%）；预测普通灰铸铁的抗拉强度等。非专业人员经简单培训即可操作；设有多条检测线（即材质或产品名称，用户可根据本公司的实际情况任意添加），针对不同牌号的铁水以及各厂的实际情况选择恰当的检测线，可使检测结果更准确。

                             南京诺金高速分析仪器厂

一、铁水共晶度的测量方法

通过测量铁水的凝固温度曲线，当初晶温度与共晶温度取得一致时，可将该铁水确认为共晶度Sc＝1的共晶铁水。当初晶温度高于共晶温度时，根据初晶与共晶的温度差即可计算出Sc<1的铁水共晶度。当共晶凝固从再辉开始时，即可将铁水判定为Sc>1的过共晶。

采用热分析法可准确测量亚共晶、共晶铁水的共晶度。由于铸铁生产中没有过共晶铁水的需求，所以没人研究用热分析仪量化过共晶铁水的共晶度。用热分析方法定性识别铁水的过共晶失误，可以满足铸铁生产过程共晶度控制的需求。

二、铁水共晶度的控制方法

铁水的共晶度目标应以浇注时刻为基点进行设定，在控制原铁水共晶度时必须球化、孕育处理过程　的共晶度增量。球化、孕育导致共晶度升高，是从两个方向进行的：

球化剂和孕育剂加入使铁水融入了大量的石墨化成分，造成铁水的CE提高，降低了铁水的液相线温度。

球化剂和孕育剂的加入使铁水产生大量的形核核心，铁水由介稳定态向稳定态转变，提高了铁水的固相线温度。

共晶度升高的幅度与球化剂和孕育剂的种类、成分含量、加入量有关。由于各公司使用的球化剂和孕育剂不尽相同，所以首先要测量自家使用的球化剂和孕育剂造成的共晶度增量。在控制原铁水共晶度时，预留球化和孕育过程的共晶度增量，才不致发生铁水球化、孕育处理后的共晶度失控问题。改变球化剂、孕育剂的品种、成分含量、加入量时，要相应变更原铁水预留的共晶度增量。铁水的球化和孕育处理方法改为喂丝法后，特别要注意共晶度增量的减小，带来铁水缩孔率增大的问题。

NJ-TG4型炉前铁水质量管理仪碳硅锰分析仪用于炉前快速测定灰铸铁和球墨铸铁铁水的碳当量（CEL）、碳含量（C%）、硅含量（Si%）、锰含量（Mn%）；预测普通灰铸铁的抗拉强度等。非专业人员经简单培训即可操作；设有多条检测线（即材质或产品名称，用户可根据本公司的实际情况任意添加），针对不同牌号的铁水以及各厂的实际情况选择恰当的检测线，可使检测结果更准确。

需要冻干的产品，一般是预先配制成水的溶液或悬浊液，因此它的冰点与水就不相同了，水在0℃时结冰，而海水却要在低于0℃的温度才结冰，因为海水也是多种物质的水溶液。实验指出溶液的冰点将低于溶媒的冰点。
      另外，溶液的结冰过程与纯液体也不一样，纯液体如水在0℃时结冰，水的温度并不下降，直到全部水结冰之后温度才下降，这说明纯液体有一个固定的结冰点。而溶液却不一样，它不是在某一固定温度完全凝结成固体，而是在某一温度时，晶体开始析出，随着温度的下降，晶体的数量不断增加，直到Z后，溶液才全部凝结。这样，溶液并不是在某一固定温度时凝结。而是在某一温度范围内凝结，当冷却时开始析出晶体的温度称为溶液的冰点。而溶液全部凝结的温度叫做溶液的凝固点。因为凝固点就是融化的开始点（既熔点），对于溶液来说也就是溶质和溶媒共同熔化的点。所以又叫做共熔点。可见溶液的冰点与共熔点是不相同的。共熔点才是溶液真正全部凝成固体的温度。
       显然共熔点的概念对于冷冻干燥是重要的，因为冻干产品可能有盐类、糖类、明胶、蛋白质、血球、组织、病毒、细菌等等的物质。因此它是一个复杂的液体，它的冻结过程肯定也是一个复杂的过程，与溶液相似，也有一个真正全部凝结成固体的温度。即共熔点。由于冷冻干燥是在真空状态下进行。只有产品全部冻结后才能在真空下进行升华，否则有部分液体存在时，在真空下不仅会迅速蒸发，造成液体的浓缩使冻干产品的体积缩小；而且溶解在水中的气体在真空下会迅速冒出来，造成象液体沸腾的样子，使冻干产品鼓泡，甚至冒出瓶外。这是我们所不希望的。为此冻干产品在升华开始时必须要冷到共熔点以下的温度，使冻干产品真正全部冻结。
      在冻结过程中，从外表的观察来确定产品是否完全冻结成固体是不可能的；靠测量温度也无法确定产品内部的结构状态。而随着产品结构发生变化时电性能的变化是极为有用的，特别是在冻结是电阻率的测量能使我们知道冻结是在进行还是已经完成了，全部冻结后电阻率将非常大，因此溶液是离子导电。冻结是离子将固定不能运动，因此电阻率明显增大。而有少量液体存在时电阻率将显着下降。因此测量产品的电阻率将能确定产品的共熔点。
       正规的共熔点测量法是将一对白金电极浸入液体产品之中，并在产品中插一温度计，把它们冷却到-40℃以下的低温，然后将冻结产品慢慢升温。用惠斯顿电桥来测量其电阻，当发生电阻突然降低时，这时的温度即为产品的共熔点。电桥要用交流电供电，因为直流电会发生电解作用，整个过程由仪表记录。
      也可用简单的方法来测量，用二根适当粗细而又互相绝缘的铜丝插入盛放产品的容器中，作为电极。在铜电极附近插入一支温度计，插入深度与电极差不多，把它们一起放入冻干箱内的观察窗孔附近，并用适当方法把它们固定好，然后与其它产品一起预冻，这时我们用万用表不断地测量在降温过程中的电阻数值，根据电阻数值的变化来确定共熔点。
      把电极引线通过一个开关与万用表相连，可以不分正负极。如果冻干箱没有电线引出接头，则可以用二根细导线从箱门缝处引出，在电线附近涂些真空密封蜡，这样不致于影响真空度。
      待温度计降至0℃之后即开始测量并作记录。把万用表的转换开关放在测量电阻的Z（×1K或×10K）。由于万用表内使用的是直流电，为了防止电解作用，在每次测量完之后要把开关立即关掉，把每一次测量的温度和电阻数值一一记录下来。开始时电阻值很小，以后逐步。到某一温度时电阻突然增大，几乎是无穷大，这时的温度值便是共熔点数值。

      用这种方法测量的共熔点有一定的误差，因为铜电极处多少有些电解作用。万用表对于高阻值没有电桥灵敏；另外，冻结过程与熔化过程电阻的变化情况并不完全相同，但所测之值仍有实用参考价值。

（来源：四环福瑞科仪科技发展(北京)有限公司）

需要冻干的产品，一般是预先配制成水的溶液或悬浊液，因此它的冰点与水就不相同了，水在0℃时结冰，而海水却要在低于0℃的温度才能结冰，因为海水也是多种物质的水溶液。实验指出，溶液的冰点将低于溶媒的冰点。

另外，溶液的结冰过程与纯液体也不一样，纯液体如水在0℃时结冰，水的温度并不下降，直到全部水结冰之后温度才下降，这说明纯液体有一个固定的结冰点。而溶液却不一样，它不是在某一固定温度完全凝结成固体，而是在某一温度时，晶体开始析出，随着温度的下降，晶体的数量不断增加，直到最后，溶液才全部凝结。这样，溶液并不是在某一固定温度时凝结。而是在某一温度范围内凝结。当冷却时开始析出晶体的温度称为溶液的冰点。而溶液全部凝结的温度叫做溶液的凝固点。凝固点就是融化的开始点（即熔点），对于溶液来说也就是溶质和溶媒共同熔化的点。所以又叫做共熔点或共晶点。可见溶液的冰点与共熔点是不相同的。共熔点才是溶液真正全部凝成固体的温度。

显然共熔点的概念对于冷冻干燥是重要的。因为冻干产品可能有盐类、糖类、明胶、蛋白质、血球、组织、病毒、细菌等等的物质。因此它是一个复杂的液体，它的冻结过程肯定也是一个复杂的过程，与溶液相似，也有一个真正全部凝结成固体的温度，即共熔点。由于冷冻干燥是在真空状态下进行的。只有产品全部冻结后才能在真空下进行升华干燥，否则有部分液体存在时，在真空下不仅会迅速蒸发，造成液体的浓缩使冻干产品的体积缩小；而且溶解在水中的气体在真空下会迅速冒出来，造成象液体沸腾的样子，使冻干产品鼓泡、甚至冒出瓶外。这是我们所不希望的。为此冻干产品在升华开始时必须要制冷到共熔点以下的温度，使冻干产品真正全部冻结。

在冻结过程中，从外表的观察来确定产品是否完全冻结成固体是不可能的；靠测量温度也无法确定产品内部的结构状态。而随着产品结构发生变化时电性能的变化是极为有用的，特别是在冻结时电阻率的测量能使我们知道冻结是在进行还是已经完成了，全部冻结后电阻率将非常大，因此溶液是离子导电。冻结时离子将固定不能运动，因此电阻率明显增大。而有少量液体存在时电阻率将显著下降。因此测量产品的电阻率将能确定产品的共熔点。

正规的共熔点测量法是将一对白金电极浸入液体产品之中，并在产品中插一支温度计，把它们冷却到-40℃以下的低温，然后将冻结产品慢慢升温。用惠斯顿电桥来测量其电阻，当发生电阻突然降低时，这时的温度即为产品的共熔点。电桥要用交流电供电，因为直流电会发生电解作用，整个过程由仪表记录。

也可用简单的方法来测量，用二根适当粗细而又互相绝缘的铜丝插入盛放产品的容器中，作为电极。在铜电极附近插入一支温度计，插入深度与电极差不多，把它们一起放入冻干箱内的观察窗孔附近，并用适当方法把它们固定好，然后与其他产品一起预冻，这时我们用万用表不断地测量在降温过程中的电阻数值，根据电阻数值的变化来确定共熔点。

四环福瑞科仪科技发展（北京）有限公司法人由原北京四环科学仪器厂有 限公司技术研发和管理负责人担任，是为客户提供专业真空冷冻干燥设备及解 决方案的服务供应商。我们秉承“以客户为中心，追求最高的客户满意度”的 服务理念，个性服务、创新设计、高效处理、可靠保障，可根据用户需求提供 和设计单个或多个符合 GMP 相关标准的冻干设备配套系统，如负压和无菌隔 离器、自动进出料及外置 CIP 等系统。 我们以共赢发展为本，技术服务为根，在臻于完善中与众不同，在持续发 展中追求卓越。

授权生产企业：四环科仪科技发展河北有限责任公司

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四环福瑞科仪科技发展（北京）有限公司

共晶点测试仪使用说明书

冷冻干燥技术是将含水物料预先冻结后在真空状态下进行升华而获得干燥物料的方法，干燥后物料原有的化学、生物特性基本不变，易于长期保存，是一种优良的干燥方法，被广泛应用于食品、生物制品、医药、化工、材料制备等各个领域。而在冷冻干燥过程中，物料的共晶点和共熔点是冻干工艺中最为重要的2个参数。物料的共晶点是指物料中的水分全部冻结时的温度。物料的共熔点是指完全冻结的物料，当温度升至某一值时，物料内部的冰晶开始熔化时的温度。由于冷冻干燥是在真空状态下进行，只有产品全部冻结后才能在真空下进行升华，否则有部分液体存在时，在真空下不仅会迅速蒸发，造成冻干产品鼓泡，因此冻干产品升华时物料预冻温度要低于物料共晶点5～10℃，保证物料完全冻结，同时在干燥时加热温度不能高于物料的共熔点，否则在物料内部将会产生气泡或充气膨胀，出现融化和干缩现象，影响冻干制品的质量。

本仪器适用于液态物料的共晶点和共熔点测试。

一、主要特点：

1. 智能化自动判断物料共晶点和共熔点。

2. 采用两行式液晶显示屏，直接显示物料的共晶点和共熔点。

3. 实时显示当前物料温度。

4. 性能稳定、可靠，操作简单。

二、使用条件

1. 正常工作条件：环境温度：5℃～30℃

相对湿度≤85%

电源电压：AC（220V±22）V  （50±1）Hz

工作环境应通风良好，没有导电尘埃、爆炸性、腐蚀性气体及强电磁场干扰。

2. 运输贮存条件：环境温度：≤30℃

相对湿度：≤85%

贮存环境应通风良好，无腐蚀性气体。

三、系统构成

共晶点测试仪的实物外观如图1所示，测量探头及其支座如图2所示。

图1 共晶点测试仪的实物图

图2 共晶点测试仪探头示意图

1. 电源插座及开关

为共晶点测试仪的电源线接口及开关，打到“开”位置，系统上电，即开始正常工作，随着物料的冷冻或升温测试仪自动测量判断共晶点或共融点；打到“关”位置，系统掉电，设备停止运行。

2. LCD显示屏

LCD显示屏实时显示物料的当前温度以及共晶点和共熔点。其显示的Tnow为温度探头测量得到的当前温度，第二行显示的为测量得到的共晶点和共熔点，其中Tj为共晶点，Tr为共熔点，单位均为℃。

3. 测量探头及支座

共晶点测试仪的温度探头采用加长的Pt1000温度探头，阻抗探头采用特殊定制的不锈钢探针。为了实现探头的固定以及确保其相对位置，探头支座采用聚四氟乙烯材料加工装配而成，探头测量高度可通过高度调节旋钮进行调节，以适应不同高度的西林瓶和物料液面。

4. 探头接口

用于测量探头与测试仪主体连接，开始测量前，请确保探头插头与测试仪主体可靠对接。

四、操作步骤

1. 将待测试的物料装入西林瓶中，调节支架高度，使共晶点测试仪的探头能浸入物料液面下，再锁紧调节螺钉。

2. 将测试仪探头、支架以及装有物料的西林瓶放入冻干机内，关闭冻干机门。

3. 将共晶点测试仪的电源插头连接上220V交流电源插座中。

4. 打开电源开关，共晶点测试仪即自动进入共晶点共熔点测定程序。此时开启冻干机进行相应冷冻与加热操作即可。

五、注意事项

1. 请按规程先放置好待测物料后再打开测试仪开关。

2. 本系统的实时温度显示在+100℃及以上只显示“+HH.H℃”，-100℃及以下显示-LL.L℃，在-100℃至+100℃之间显示实际温度。系统在未测得共晶点或共熔点时，共晶点和共熔点温度显示为Tj=*****Tr=*****。

3. 测试仪内部电源为AC220V电源，非专业人员不要打开测试仪外壳，以免发生电击危险。

4. 请妥善保管测量探头及支座，不要对探头进行弯折或拆卸，以免造成不必要的损坏。

六、可能出现的故障及排除方法

可能出现的故障见表1。

表1 可能出现的故障及排除方法

对本机可能出现的任何故障，我公司均提供技术咨询和服务，必要时派专业维修人员上门处置。

本机自用户购买之日起，保修期限为一年。在此期限内，正确操作使用过程中发生机器故障，由我公司无偿提供各种技术服务；超过此期限，我公司可提供免费技术咨询和有偿维修服务，费用由我公司售后服务部门与用户商定。

冷冻干燥技术是将含水物料预先冻结后在真空状态下进行升华而获得干燥物料的方法，干燥后物料原有的化学、生物特性基本不变，易于长期保存，是一种优良的干燥方法，被广泛应用于食品、生物制品、医药、化工、材料制备等各个领域。而在冷冻干燥过程中，物料的共晶点和共熔点是冻干工艺中重要的2个参数。物料的共晶点是指物料中的水分全部冻结时的温度。物料的共熔点是指完全冻结的物料，当温度升至某一值时，物料内部的冰晶开始熔化时的温度。由于冷冻干燥是在真空状态下进行，只有产品全部冻结后才能在真空下进行升华，否则有部分液体存在时，在真空下不仅会迅速蒸发，造成冻干产品鼓泡，因此冻干产品升华时物料预冻温度要低于物料共晶点5～10℃，保证物料完全冻结，同时在干燥时加热温度不能高于物料的共熔点，否则在物料内部将会产生气泡或充气膨胀，出现融化和干缩现象，影响冻干制品的质量。

北京四环福瑞冻干技术适用于液态物料的共晶点和共熔点测试。

一、共熔点测试

需要冻干的产品，一般是预先配制成水的溶液或悬浊液，因此它的冰点与水就不相同了，水在0℃时结冰，而海水却要在低于0℃的温度才结冰，因为海水也是多种物质的水溶液。实验指出溶液的冰点将低于溶媒的冰点。
   另外，溶液的结冰过程与纯液体也不一样，纯液体如水在0℃时结冰，水的温度并不下降，直到全部水结冰之后温度才下降，这说明纯液体有一个固定的结冰点。而溶液却不一样，它不是在某一固定温度完全凝结成固体，而是在某一温度时，晶体开始析出，随着温度的下降，晶体的数量不断增加，直到Z后，溶液才全部凝结。这样，溶液并不是在某一固定温度时凝结。而是在某一温度范围内凝结，当冷却时开始析出晶体的温度称为溶液的冰点。而溶液全部凝结的温度叫做溶液的凝固点。因为凝固点就是融化的开始点（既熔点），对于溶液来说也就是溶质和溶媒共同熔化的点，所以又叫做共熔点。共熔点才是溶液真正全部凝成固体的温度。
    共熔点的概念对于冷冻干燥是重要的，因为冻干产品可能有盐类、糖类、明胶、蛋白质、血球、组织、病毒、细菌等等的物质。由于冷冻干燥是在真空状态下进行，只有产品全部冻结后才能在真空下进行升华，否则有部分液体存在时，在真空下不仅会迅速蒸发，造成液体的浓缩使冻干产品的体积缩小；而且溶解在水中的气体在真空下会迅速冒出来，造成象液体沸腾的样子，使冻干产品鼓泡，甚至冒出瓶外。为此冻干产品在升华开始时必须要冷到共熔点以下的温度，使冻干产品真正全部冻结。
二、共晶点测试

共晶点是指物料中水分完全冻结成冰晶时的温度。在升华过程中，物料温度应维持在低于而又接近共融点的温度。也指物料中游离水分完全冻结成冰晶时的温度。在溶液的冻干过程中，非常有必要知道溶液的共晶点，因为这将有助于控制预冻和升华过程。在真空冷冻干燥过程中Z关键的条件就是控制物料温度保持在共晶点温度以下10-15℃，从而保证物料不熔化，维持微孔结构和理化性质保持完好不变。

在冻干过程中，物料预冻的Z终温度以其共晶点为依据，干燥加热时物料的温度以其共熔点为依据。物料的共晶点是指物料中的水分全部冻结时的温度。为保证物料完全冻结，预冻温度要比物料的共晶点低5-10℃。若预冻温度过低，则增加能耗和生产成本；若预冻温度高于共晶点，则不能保证物料中的水分完全冻结，物料内部水分将不能完全以冰的形式升华，导致物料在干燥过程中发生收缩和失形等问题。另外，未冻结的水分中所含溶质，在干燥过程中可能随内部水分向物料表面迁移，出现冻干制品表面硬化现象。物料共熔点是指完全冻结的物料，当温度升至某一值时，物料内部的冰晶开始熔化时的温度。干燥时加热温度不能高于物料的共熔点，否则在物料内部将会产生气泡或充气膨胀，影响冻干制品的质量。

常规测定共晶点/共熔点的方法是电阻法，故准确地测定物料的共晶点与共熔点，对冷冻干燥工艺的制定和冻干过程的优化控制就显得尤为重要。

三、测试仪的主要特点

1. 智能化自动判断物料共晶点和共熔点。

2. 采用两行式液晶显示屏，直接显示物料的共晶点和共熔点。

3. 实时显示当前物料温度。

4. 性能稳定、可靠，操作简单。

四、使用条件

1. 正常工作条件：环境温度：5℃～30℃

相对湿度≤85%

电源电压：AC（220V±22）V  （50±1）Hz

工作环境应通风良好，没有导电尘埃、爆炸性、腐蚀性气体及强电磁场干扰。

2. 运输贮存条件：环境温度：≤30℃

相对湿度：≤85%

贮存环境应通风良好，无腐蚀性气体。

五、操作步骤

1、共熔点测量法

1）将一对白金电极浸入液体产品之中，并在产品中插一温度计，把它们冷却到-40℃以下的低温，然后将冻结产品慢慢升温。

2）用惠斯顿电桥来测量其电阻，当发生电阻突然降低时，这时的温度即为产品的共熔点。电桥要用交流电供电，因为直流电会发生电解作用，整个过程由仪表记录。

2、共晶点测试仪测量方法

1）将待测试的物料装入西林瓶中，调节支架高度，使共晶点测试仪的探头能浸入物料液面下，再锁紧调节螺钉。

2）将测试仪探头、支架以及装有物料的西林瓶放入冻干机内，关闭冻干机门。

3）将共晶点测试仪的电源插头连接上220V交流电源插座中。

4）打开电源开关，共晶点测试仪即自动进入共晶点共熔点测定程序。此时开启冻干机进行相应冷冻与加热操作即可。