本發(fā)明涉及材料物理性能的測(cè)試，特別是一種對(duì)煉鐵煉鋼高溫熔渣基礎(chǔ)性能進(jìn)行測(cè)試的方法、裝置及裝置的使用方法。
背景技術(shù)：
：熔渣是冶金過(guò)程中形成的除金屬熔體外的另一種以氧化物為主體的多元復(fù)合物。在煉鐵過(guò)程中，高爐熔渣可以在有效還原合金元素的同時(shí)控制生鐵的化學(xué)成分；由于爐渣附著在高爐爐襯上，使得爐渣對(duì)爐襯起到一定的保護(hù)作用；另外，正是由于高爐熔渣的形成才使得高爐內(nèi)出現(xiàn)了軟熔帶和滴落帶，控制渣的成分及性質(zhì)可以有效地控制軟熔帶和滴落帶的區(qū)間及溫度，進(jìn)而有效控制高爐的冶煉強(qiáng)度及能力。在煉鋼過(guò)程中，熔渣覆蓋在鋼液表面，可以有效地將液態(tài)金屬與空氣中的氧氣隔離，防止金屬的二次氧化，并防止其他有害氣體進(jìn)入金屬熔體中；熔渣可利用自身的理化特性來(lái)吸附甚至脫除金屬熔體內(nèi)的有害元素和夾雜物；由于在冶煉的金屬熔體表面有熔渣的存在，可減少冶煉過(guò)程中金屬熔體的熱損失，確保冶煉溫度；在傾倒或澆注金屬熔體時(shí)，熔渣在水口處起到潤(rùn)滑與控制傳熱的作用。目前，人們對(duì)于熔渣性能的研究還尚不夠全面。一些學(xué)者力圖通過(guò)建立黑箱模型、結(jié)構(gòu)特征參數(shù)模型、熱力學(xué)模型及分子動(dòng)力學(xué)模型來(lái)解析熔渣的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)；也有一些學(xué)者力圖通過(guò)直接或間接的測(cè)試來(lái)表征解析熔渣的性質(zhì)。近年來(lái)，隨著測(cè)試設(shè)備和成像技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們開始采用高溫在線測(cè)試熔體特性的方法對(duì)高溫熔渣進(jìn)行研究，但直接針對(duì)熔渣的高溫在線測(cè)試裝置并不多見(jiàn)。熔渣的熔化溫度、潤(rùn)濕性和表面張力是高溫熔渣的主要基礎(chǔ)性能，對(duì)這三項(xiàng)基礎(chǔ)性能，目前的測(cè)試方法是采用常規(guī)加熱裝置將試樣置于大氣環(huán)境下連續(xù)加熱熔化，通過(guò)人工觀測(cè)熔渣的熔化過(guò)程，用溫度測(cè)試裝置測(cè)試不同熔化狀態(tài)下的溫度，計(jì)算出熔渣不同溫度下的潤(rùn)濕性和表面張力，通過(guò)對(duì)同一試樣多次測(cè)試得到的測(cè)試數(shù)據(jù)取平均值或優(yōu)選值作為最終測(cè)試結(jié)果。該方法存在的缺點(diǎn)是：1、熔渣熔化過(guò)程采取人工觀測(cè)(或借助輔助工具觀測(cè))，受人為因素影響測(cè)試準(zhǔn)確度難以保證。2、測(cè)試操作繁瑣，工作效率低。3、測(cè)試過(guò)程中，加熱裝置及試樣均暴露在大氣環(huán)境中，不能模擬熔渣所處的復(fù)雜氣體環(huán)境，無(wú)法滿足多種復(fù)雜氣體條件下的測(cè)試。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)上述現(xiàn)有測(cè)試方法存在的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種高溫熔渣基礎(chǔ)性能測(cè)試方法、使用該方法的裝置及該裝置的使用方法，使測(cè)試高溫熔渣基礎(chǔ)性能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；能夠模擬熔渣所處不同氣體環(huán)境；且測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確可靠。為實(shí)現(xiàn)這一目的，本發(fā)明提供的高溫熔渣基礎(chǔ)性能測(cè)試方法是，將熔渣試樣在模擬氣體環(huán)境下進(jìn)行分段式加熱熔化；利用CMOS高速攝像機(jī)以激光為背景光，實(shí)時(shí)觀測(cè)試樣的熔化過(guò)程，通過(guò)在線測(cè)試分析系統(tǒng)得到熔渣熔化特征溫度和不同溫度下的潤(rùn)濕角及表面張力數(shù)據(jù)。用上述方法測(cè)試高溫熔渣基礎(chǔ)性能的裝置，包括爐體；在爐體內(nèi)有電加熱裝置，電加熱裝置中設(shè)有高溫?zé)犭娕?，電加熱裝置的外部有保溫層；保溫層和電加熱裝置的左右兩側(cè)壁上分別開有透光孔；在爐體的下部安裝有可垂直穿越所述爐體、電加熱裝置和保溫層，并可升降的試樣托桿，在爐體的上部安裝有供試樣托桿伸出爐體通過(guò)的管道，管道的上端有密封蓋；在爐體的兩側(cè)壁上對(duì)應(yīng)所述電加熱裝置開設(shè)相互對(duì)應(yīng)的激光發(fā)射窗口和觀測(cè)窗口，激光發(fā)射窗口和觀測(cè)窗口分別由濾光片封閉，在爐體的外側(cè)對(duì)應(yīng)激光發(fā)射窗口設(shè)有激光源，對(duì)應(yīng)觀測(cè)窗口設(shè)有CMOS高速攝像機(jī)，CMOS高速攝像機(jī)和所述高溫?zé)犭娕挤謩e與程序控制數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)相接；爐體下部通過(guò)進(jìn)氣管道、氣體流量閥和氣體控制柜與氣瓶相接；爐體上部通過(guò)抽真空管與真空泵相接。上述測(cè)試高溫熔渣基礎(chǔ)性能的裝置的使用方法，包括以下步驟：步驟1、根據(jù)測(cè)試目的及測(cè)試條件選擇基板將待測(cè)試熔渣壓制成規(guī)定形狀的試樣；步驟2、將裝置的密封蓋開啟，使試樣托桿上升，試樣托桿的上端通過(guò)供試樣托桿通過(guò)的管道伸出后，把試樣置于所述基板上，與基板一起放置在試樣托桿的上端，確保試樣水平和無(wú)損壞后，將試樣托桿勻速緩慢下降到電加熱裝置中的測(cè)試區(qū)，通過(guò)調(diào)整激光源、試樣托桿和CMOS高速攝像機(jī)三者的位置，使其與保溫層和電加熱裝置左右兩側(cè)壁上的透光孔處于同一水平線上，然后關(guān)閉密封蓋，用真空泵對(duì)爐內(nèi)抽真空；步驟3、按所需模擬現(xiàn)場(chǎng)氣體的成分及其含量通過(guò)氣瓶和氣體控制柜配制測(cè)試用模擬氣體，用氣體流量閥控制模擬氣體的流量向爐內(nèi)充氣，并對(duì)氣體成分和流量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；同時(shí)由程序控制系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的多段式加熱熔化溫度曲線對(duì)熔渣進(jìn)行升溫加熱；步驟4、測(cè)試過(guò)程中，由CMOS高速攝像機(jī)在線抓取試樣熔化過(guò)程的照片，由顯示器加以顯示；試樣的熔化特征溫度通過(guò)程序控制數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)中的在線測(cè)試分析系統(tǒng)模塊實(shí)時(shí)測(cè)出，潤(rùn)濕角和表面張力通過(guò)在線抓取照片后經(jīng)數(shù)據(jù)處理模塊處理后獲得；步驟5、測(cè)試結(jié)束后停止加熱，關(guān)閉模擬氣體，待爐內(nèi)溫度冷卻至室溫后開啟密封蓋，將試樣托桿上升，其上端伸出爐體后取出測(cè)試后的試樣(可供后續(xù)分析或處理)，將測(cè)試數(shù)據(jù)和記錄視頻加以保存。與現(xiàn)有高溫熔渣基礎(chǔ)性能測(cè)試方法和裝置相比較，本發(fā)明的有益效果是：1、利用本發(fā)明裝置進(jìn)行高溫熔渣基礎(chǔ)性能測(cè)試，采用高速攝像機(jī)以激光為背景在線抓取熔渣熔化過(guò)程照片，熔渣開始熔化溫度、半球點(diǎn)溫度和完全流動(dòng)溫度可自動(dòng)分析得出，潤(rùn)濕角和表面張力通過(guò)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)得到，自動(dòng)化程度高，測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確可靠。2、利用本發(fā)明裝置可模擬多種復(fù)雜氣體環(huán)境，滿足多種復(fù)雜條件下的測(cè)試。3、測(cè)試過(guò)程由計(jì)算機(jī)全程記錄的同時(shí)也可對(duì)過(guò)程中的某一時(shí)刻進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像抓取，方便后期或者他人對(duì)相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)的收集整理和驗(yàn)證。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明高溫熔渣基礎(chǔ)性能測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1所示，本發(fā)明高溫熔渣基礎(chǔ)性能測(cè)試裝置有一方形爐體1；在爐體內(nèi)中心部位安裝多段式控溫電加熱裝置3，將高溫?zé)犭娕?置于電加熱裝置中，再電加熱裝置的外部設(shè)置保溫層2，在保溫層和電加熱裝置的左右兩側(cè)壁上開設(shè)與下述激光發(fā)射窗口和觀測(cè)窗口相對(duì)應(yīng)的保溫層透光孔18和電加熱裝置透光孔23；在爐體的下部安裝可垂直穿越所述爐體、電加熱裝置和保溫層，并可上下升降的圓柱形試樣托桿10，試樣托桿由耐高溫的剛玉制成，其穿越的爐體下部砌筑耐火磚(未圖示)，爐體的上部安裝供試樣托桿上升伸出爐體的管道7(管道內(nèi)經(jīng)稍大于試樣托桿的直徑)，管道的上端加可開啟的密封蓋6；在爐體的兩側(cè)壁上對(duì)應(yīng)電加熱裝置的中心部位開設(shè)相互對(duì)應(yīng)的激光發(fā)射窗口21和觀測(cè)窗口22，兩窗口分別由濾光片4密封，在爐體的外側(cè)對(duì)應(yīng)激光發(fā)射窗口設(shè)置激光源11，對(duì)應(yīng)觀測(cè)窗口設(shè)置CMOS高速攝像機(jī)12，CMOS高速攝像機(jī)和所述熱電偶分別與程序控制數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)13相接；爐體下部通過(guò)進(jìn)氣管道17、氣體流量閥15和氣體控制柜16與裝有不同氣體的氣瓶14相接；爐體上部通過(guò)抽真空管19與真空泵20相接。以下為用上述裝置測(cè)試高溫熔渣基礎(chǔ)性能的實(shí)施例。該實(shí)施例選取的測(cè)試用高溫熔渣為精煉渣，其成份按重量為：MgO10％，SiO210％，CaO1.43％，Al2O328.57％，鈣鋁比為1.8。通過(guò)測(cè)試實(shí)驗(yàn)確定該高溫熔渣高溫下的熔化溫度、潤(rùn)濕角及表面張力三項(xiàng)基礎(chǔ)性能。測(cè)試過(guò)程如下：1、根據(jù)精煉渣的成分，用所需成分的分析純，按配比進(jìn)行配料；用研缽使配料充分混勻，然后通過(guò)模具和液壓器將其壓制成高度約為1cm的圓柱形試樣8，基板9選取高純氧化鋁基板。2、開啟裝置的密封蓋，將試樣托桿上升，試樣托桿的上端通過(guò)供試樣托桿通過(guò)的管道伸出管道口后，將試樣置于所述基板上，與基板一起放置在試樣托桿的上端正中央，確保試樣水平和無(wú)損壞后，將試樣托桿勻速緩慢下降到電加熱裝置中的測(cè)試區(qū)，通過(guò)調(diào)整激光源、試樣托桿和CMOS高速攝像機(jī)三者的位置，使其與保溫層和電加熱裝置左右兩側(cè)壁上的透光孔均處于同一水平線上，然后關(guān)閉密封蓋，用真空泵對(duì)爐內(nèi)抽真空后開始測(cè)試。3、本測(cè)試的氣體環(huán)境為氮?dú)?，用氣體流量閥控制氮?dú)獾牧髁繛?L/min向爐內(nèi)充氣；同時(shí)通過(guò)程序控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的多段式升溫制度對(duì)試樣進(jìn)行加熱升溫熔化。本實(shí)施例設(shè)定的升溫制度為：第一段，由室溫升至1200℃，升溫速率為15℃/min；第二段，在1200℃下恒溫10min；第三段，由1200℃升至1500℃，升溫速率為5℃/min。4、測(cè)試過(guò)程中，試樣的熔化特征溫度通過(guò)在線測(cè)試分析系統(tǒng)模塊實(shí)時(shí)測(cè)出，其結(jié)果如表1所示；其潤(rùn)濕角和表面張力通過(guò)在線抓取照片后經(jīng)數(shù)據(jù)處理模塊處理后獲得，其結(jié)果如表2所示。5、測(cè)試結(jié)束后停止加熱，關(guān)閉氮?dú)鈿怏w，待爐內(nèi)溫度冷卻至室溫后開啟密封蓋，使試樣托桿上升，上端伸出管道口后取出測(cè)試后試樣產(chǎn)物，留待后續(xù)分析或處理，將測(cè)試數(shù)據(jù)和記錄視頻加以保存。表1熔渣熔化特征溫度熔化特征變形溫度軟化溫度半球溫度流動(dòng)溫度溶化區(qū)間溫度(℃)135213601374138331表2熔渣潤(rùn)濕角和表面張力溫度(℃)135013551360136513701375138013851390潤(rùn)濕角(°)11152384127142142表面張力(mN/m)17347589113231487562563當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3