一種測定冶金渣熔化溫度區(qū)間及熔化行為的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種測定冶金渣熔化溫度區(qū)間及熔化行為的方法，屬于冶金類材料檢測【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明利用熱電偶既能夠直接加熱渣樣又能夠同時直接測量渣樣溫度的雙重功能，根據(jù)渣樣在熔化過程中需要吸收熱量的特點，通過熱電偶實際采集到的渣樣溫度偏離設(shè)置升溫曲線的目標溫度而產(chǎn)生吸收峰的原理來確定冶金渣樣的具體熔化溫度區(qū)間，而后在已經(jīng)確定的冶金渣樣熔化溫度區(qū)間所對應(yīng)的時間范圍內(nèi)，截取利用成像系統(tǒng)同步觀察和記錄冶金渣樣在加熱過程中變化的特征視頻圖像來表征其熔化過程中的具體變化行為。本發(fā)明具有操作簡單、方便，測量結(jié)果直觀、準確，檢測速度快，適用范圍廣的優(yōu)點，可作為準確有效評價不同冶金渣樣高溫特性的新型重要檢測手段。
【專利說明】一種測定冶金渣熔化溫度區(qū)間及熔化行為的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于冶金渣類材料檢查【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是提供了一種測量冶金渣熔化溫度區(qū)間及熔化行為的方法；適用于冶金領(lǐng)域內(nèi)如高爐渣、轉(zhuǎn)爐渣、保護渣以及其他冶金類渣料的研究。

【背景技術(shù)】
[0002]在冶金過程中，冶煉時要求爐渣具有良好的冶金物化性能，例如高爐低溫煉鐵技術(shù)要求高爐渣在較低溫下具有良好的流動性，以實現(xiàn)節(jié)能減碳；電爐冶煉要求爐渣具有良好的導(dǎo)電能力，有利于選擇合適的供電參數(shù)，降低電耗；高速連鑄要求保護渣具有較低的熔化溫度，以保證液渣的足夠供給，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的鋼材。因此，爐渣的高溫物化特性對冶金過程的順利進行和產(chǎn)品的質(zhì)量具有重要的影響。
[0003]研究渣的高溫特性對金屬冶煉進行配料優(yōu)化，以及對控制液態(tài)煉鋼、煉鐵過程中的冶金反應(yīng)具有指導(dǎo)意義，所以人們對爐渣的高溫特性開展了大量的工作。而對于熔化溫度區(qū)間及熔化行為的測定，是研究爐渣的高溫特性的首要前提。例如轉(zhuǎn)爐煉鋼，如果爐渣的熔化溫度高，爐渣粘度太大，動力學條件不好，不利于鋼的冶煉(如脫磷、脫硫等)；相反，爐渣的熔化溫度低，爐渣的粘度小，吹煉時爐渣會嚴重沖刷侵蝕爐襯降低爐襯的使用壽命，因而在爐況條件許可的情況下，應(yīng)盡可能地降低爐渣的熔化溫度(所謂熔化溫度是指固態(tài)物質(zhì)完全轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆蛞合鄷r的溫度)。熔化溫度既可以通過相圖來確定，也可以通過實驗來測定，但是由于實際爐渣組分的復(fù)雜性，現(xiàn)有的熔渣相圖數(shù)量有限，而且絕大多數(shù)都是低組元相圖，因此一般只能作為參考。此外，爐渣熔點的測定也是比較困難，因為爐渣它并不像純物質(zhì)那樣具有固定的熔點，而是由多種化合物組成的混合物，它的熔化過程是在一個溫度區(qū)間內(nèi)完成。
[0004]通常爐渣熔化溫度的測定方法可以歸納為兩大類:一類是直接測量法，包括鋼液熔渣法和試樣變形法。所謂鋼液熔渣法，即在感應(yīng)爐內(nèi)將爐渣投入到一定溫度和一定表面積的鋼液上，觀察并記錄渣樣開始熔化以及完全熔化時所對應(yīng)的溫度，并同時通過記錄熔渣層厚度隨時間變化的關(guān)系來確定熔化速度。盡管該方法接近渣的實際使用情況，但是由于測定條件的穩(wěn)定性太差以及測定成本過高，很難應(yīng)用。試樣變形法是通過測定試樣變形量與溫度的關(guān)系來進行表征的，定義試樣高度降為原來高度的1/2呈半球形時的溫度為半球點溫度，即爐渣的熔化溫度；定義試樣高度降為原來高度的1/4呈半球形時的溫度為爐渣的流動溫度。這種方法包括LZ-1II型爐渣熔化特性測定儀、GXA型熔點儀和RDS-04全自動爐渣熔點熔速測定儀等，均是通過在各種加熱爐中加熱渣柱，同時借助光學系統(tǒng)將試樣的形狀投影到屏幕上進行爐渣半球點溫度的測定，這種方法不但測量精度不高，而且測量時間長，效率低；另一類是間接測定法，如:RTW-熔體物性綜合測定儀等，它是通過測量渣樣的粘度隨溫度變化的關(guān)系，再根據(jù)粘度-溫度曲線進行繪圖處理，從而獲得渣樣的熔化性溫度，此外，還有采用差熱分析儀測量爐渣在升溫過程中的DTA或DSC曲線來分析渣樣的熔化溫度。這類方法測量精度也不高，而且無法觀察到渣樣熔化的整個具體過程。
[0005]由于測定爐渣熔化溫度的傳統(tǒng)方法存在諸多的不足，目前，中國專利(申請?zhí)枮?00510046072.0)公布了一種連鑄保護渣熔化溫度的測定方法，根據(jù)保護渣在熔化過程中導(dǎo)電電壓隨溫度的變化曲線來確定熔化溫度，雖然測量的精度相比半球點法提高了，但是不能實時原位地觀察到爐渣的具體熔化行為。中國專利(申請?zhí)枮?01110402527.3)公布了一種渣類材料熔化行為及熔點測定的方法，雖然這種方法采用高溫共聚焦顯微鏡，通過實時觀察到的渣類材料熔化的特征圖像來表征和反映爐渣類材料的熔化行為以及確定熔點，雖然直觀、可靠，但是對渣類材料裝樣過程要求苛刻，而且觀察時需要不斷地調(diào)整顯微鏡的焦距，此外由于坩堝媒介的存在，讀取的熔化溫度與渣樣的實際熔化溫度存在偏差。因此，開發(fā)研究出一種既能直接準確測定爐渣熔化的實際溫度又能夠?qū)崟r地觀察到爐渣在整個過程中的具體熔化行為的方法對于表征爐渣的高溫熔化特性具有極其重要的作用和實際意義。
[0006]熱電偶測試系統(tǒng)的最大特點在于它采用既能夠直接加熱樣品又能夠同時直接測量樣品溫度的B分度熱電偶作為核心元件。該系統(tǒng)由B分度熱電偶、成像裝置、反應(yīng)室和中央處理器等四個部分構(gòu)成，其中中央處理器包括數(shù)據(jù)采集裝置與圖像記錄裝置。由CXD視頻捕獲器、顯微鏡和電視顯示屏構(gòu)成成像裝置，位于反應(yīng)室的頂部，為了高溫時成像更清晰，在反應(yīng)室的頂部還裝有一個濾鏡，可過濾掉樣品在高溫時的部分強紅外光。該反應(yīng)室采用透明石英玻璃制成的腔體，兩側(cè)對稱設(shè)有兩個導(dǎo)管，可密閉也可以敞開，彎成U型后的B分度熱電偶作為加熱測溫元件插裝在反應(yīng)室的導(dǎo)管中，通過加熱控制裝置，即PID溫度控制器控制熱電偶的升溫速率或降溫速率來加熱或冷卻樣品，通過數(shù)據(jù)采集裝置可以采集加熱樣品熱電偶的實際溫度，通過圖像記錄裝置可以觀察和記錄樣品反應(yīng)過程的變化圖像，并可實時顯示在電視屏幕上，此外，實驗結(jié)束后溫度數(shù)據(jù)和視頻文件可以存儲在中央處理器中便于調(diào)用保存。
[0007]該熱電偶測試系統(tǒng)目前主要用于研究連鑄結(jié)晶器中保護渣的結(jié)晶行為，包括連續(xù)降溫過程中的結(jié)晶行為以及熔融等溫過程中的結(jié)晶行為，以此來表征保護渣結(jié)晶性能的優(yōu)劣，它主要在于通過觀察和分析采集到的視頻圖像來表征保護渣結(jié)晶性能的具體參數(shù)。由于連鑄結(jié)晶器中的保護渣是由多種化合物組成的復(fù)雜體系，其結(jié)晶過程是一個非平衡的動態(tài)過程，需要在一個溫度區(qū)間內(nèi)完成，以開始出現(xiàn)晶體時的溫度稱為初始結(jié)晶溫度，以完全轉(zhuǎn)變?yōu)榫w時的溫度稱為結(jié)晶終止溫度。眾所周知，結(jié)晶過程是一個由不太規(guī)則排列的液相轉(zhuǎn)變成為有規(guī)則排列的固態(tài)的過程，與熔化過程相反，盡管在這個過程當中會隨著晶體的析出釋放出相應(yīng)的結(jié)晶潛熱，但是這個過程首先要發(fā)生形核，相對比較遲緩和平靜，尤其是等溫結(jié)晶過程中這種情形特別明顯，它不會像熔化過程那樣發(fā)生劇烈的反應(yīng)，此外，對于連續(xù)降溫過程而言，降溫速度對連鑄保護渣的結(jié)晶過程影響很大，當降溫速度過大時，不會析出晶體，還來不及釋放結(jié)晶潛熱就直接轉(zhuǎn)變成為玻璃，即使測溫熱電偶實時采集了保護渣樣的實際溫度，也不能根據(jù)冷卻溫度曲線來明確判斷出熔渣的初始結(jié)晶溫度以及結(jié)晶終止溫度，造成無法測定，因而利用熱電偶測試系統(tǒng)研究連鑄結(jié)晶器中保護渣的結(jié)晶行為時，都是根據(jù)記錄的視頻圖像來分析保護渣的結(jié)晶性能參數(shù)，而不是通過熱電偶直接采集到的溫度數(shù)值來進行表征。
[0008]盡管熱電偶測試系統(tǒng)能夠?qū)B鑄保護渣的結(jié)晶行為進行測定，但由于冶金渣是一個由多種化合物組成復(fù)雜體系，其在溶化過程以及結(jié)晶過程所進行的反應(yīng)是存在本質(zhì)區(qū)別的，而伴隨溶化過程以及結(jié)晶過程的熱效應(yīng)也是完全不相同的，在結(jié)晶過程，其熱效應(yīng)的實質(zhì)是一個緩慢的釋放潛熱的過程；而熔化過程是一個劇烈的吸收熱量的過程。同時結(jié)晶過程得到的結(jié)晶產(chǎn)物不再是原始渣樣組成中的單一化合物，而是原始渣樣組成中二元、三元甚至是多元組分反應(yīng)形成的復(fù)雜化合物。所以熔化過程絕不是結(jié)晶過程的逆過程；因此不能夠簡單地根據(jù)結(jié)晶過程中的初始結(jié)晶溫度和終止結(jié)晶溫度來作為判斷保護渣的熔化溫度區(qū)間。
[0009]總之，到目前為止，還沒有人采用熱電偶測試系統(tǒng)對冶金渣熔化溫度區(qū)間及熔化行為做過詳細的研究。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于提供一種測定冶金渣熔化溫度區(qū)間及熔化行為的方法，該方法特點突出，優(yōu)勢明顯，應(yīng)用前景廣泛，可為學術(shù)科研和生產(chǎn)實際提供可靠、直觀的理論依據(jù)和技術(shù)支持。
[0011]本發(fā)明所用熱電偶系統(tǒng)由B分度熱電偶、成像裝置、反應(yīng)室和中央處理器等四個部分構(gòu)成，其中中央處理器包括數(shù)據(jù)采集裝置與圖像記錄裝置。由CCD視頻捕獲器、顯微鏡和電視顯示屏構(gòu)成成像裝置，位于反應(yīng)室的頂部，為了高溫時成像更清晰，在反應(yīng)室的頂部還裝有一個濾鏡，可過濾掉樣品在高溫時的部分強紅外光。該反應(yīng)室采用透明石英玻璃制成的腔體，兩側(cè)對稱設(shè)有兩個導(dǎo)管，可密閉也可以敞開，彎成U型后的B分度熱電偶作為加熱測溫元件插裝在反應(yīng)室的導(dǎo)管中，通過加熱控制裝置，即PID溫度控制器控制熱電偶的升溫速率或降溫速率來加熱或冷卻樣品，通過數(shù)據(jù)采集裝置可以采集加熱樣品熱電偶的實際溫度，通過圖像記錄裝置可以觀察和記錄樣品反應(yīng)過程的變化圖像，并可實時顯示在電視屏幕上，此外，實驗結(jié)束后溫度數(shù)據(jù)和視頻文件可以存儲在中央處理器中便于調(diào)用保存。
[0012]本發(fā)明一種測定冶金渣熔化溫度區(qū)間及熔化行為的方法，包括下述步驟:
[0013]步驟一
[0014]采用熱電偶測試系統(tǒng)作為檢測系統(tǒng)，并設(shè)定熱電偶測試系統(tǒng)中熱電偶絲的標準升溫速率；所述熱電偶測試系統(tǒng)包括熱電偶絲、成像裝置、反應(yīng)室和中央處理器；所述中中央處理器包括數(shù)據(jù)采集裝置與圖像記錄裝置；所述成像裝置由視頻捕獲器、顯微鏡和電視顯示屏構(gòu)成；所述熱電偶絲為U型熱電偶絲；
[0015]步驟二
[0016]將待測渣樣裝載在熱電偶絲上后置于反應(yīng)室內(nèi)，開啟成像裝置并調(diào)節(jié)顯微鏡的焦距，直到可以清晰觀察到待測渣樣，然后按標準升溫速率進行升溫，并同步讀取、記錄熱電偶絲的實際溫度以及待測渣樣的視頻圖像；當熱電偶絲的實際溫度開始偏離該時刻標準升溫速率所對應(yīng)的目標溫度時，則認為該時刻熱電偶絲的實際溫度為待測渣的初始熔化溫度，繼續(xù)加熱，當熱電偶絲的實際溫度回歸到該時刻標準升溫速率所對應(yīng)的目標溫度時，則認為該時刻熱電偶絲的實際溫度為待測渣的完全熔化溫度；然后根據(jù)待測渣樣的初始熔化溫度和完全熔化溫度來確定待測渣樣的具體熔化溫度區(qū)間。
[0017]在實際應(yīng)用過程中，可根據(jù)熱電偶絲的標準升溫速率制備出該標準升溫速率所對應(yīng)的目標溫度與時間的關(guān)系圖。在該關(guān)系圖中的時間與與裝樣后的升溫時間同步。即該關(guān)系圖中的時間即為裝樣后進行升溫測定的時間。
[0018]本發(fā)明一種測定冶金渣熔化溫度區(qū)間及熔化行為的方法，所述標準升溫速率為I°C /min ?1800°C /min,優(yōu)選為 800°C /min ?1000°C /min ;進一步優(yōu)選為 900°C /min。
[0019]本發(fā)明一種測定冶金渣熔化溫度區(qū)間及熔化行為的方法，待測渣樣為玻璃態(tài)渣樣；其粒徑< 100目。
[0020]所述待測渣樣的制備方法為:按渣樣的各組分配取原料后混合均勻，然后將混合粉末置于石墨坩堝中，加熱溶化，并在1450°C?160(TC加熱保溫8?15min后水淬，干燥、破碎，得到粒徑彡100目的待測渣樣。
[0021]本發(fā)明一種測定冶金渣熔化溫度區(qū)間及熔化行為的方法，所述熱電偶絲為直徑0.5mm，彎成間距為2.5mm?3.0mm的U型B分度熱電偶。
[0022]本發(fā)明一種測定冶金渣熔化溫度區(qū)間及熔化行為的方法，將待測渣樣裝載在熱電偶測試系統(tǒng)的熱電偶絲上，是通過下述方案實現(xiàn)的:
[0023]將熱電偶絲加熱到500°C?600°C后，通過粘取的方式，將待測渣樣附著在熱電偶絲的U型端上，然后將該熱電偶插回反應(yīng)室后，將熱電偶絲以及反應(yīng)室的溫度降至室溫。在實際操作過程中，一般是取約5g待測渣樣置于表面皿中，然后將500°C?600°C的熱電偶絲輕輕放置在待測渣樣上，轉(zhuǎn)動熱電偶絲，使其粘附約500mg待測渣樣。
[0024]待反應(yīng)室內(nèi)裝有待測渣樣的熱電偶絲降至室溫后，開啟成像裝置并調(diào)節(jié)顯微鏡的焦距，直到可以清晰觀察到待測渣樣，然后按標準升溫速率進行升溫，并同步讀取、記錄熱電偶絲的實際溫度以及待測渣樣的視頻圖像。
[0025]本發(fā)明一種測定冶金渣熔化溫度區(qū)間及熔化行為的方法，步驟二中渣樣的熔化行為通過截取熔化溫度區(qū)間內(nèi)同步捕獲到的特征視頻圖像來表征，所述特征視頻圖像包括初始熔化時的視頻圖像，熔化過程中固相團簇聚集圖像、熔化過程中液相包裹固相的視頻圖像，以及完全熔化時的視頻圖像。
[0026]原理及優(yōu)勢
[0027]本發(fā)明首次公開了采用熱電偶系統(tǒng)來測量冶金渣熔化溫度區(qū)間及熔化行為的方法。利用了熱電偶既能夠直接加熱樣品又能夠同時直接測量樣品的實際溫度的雙重功能。通過設(shè)定熱電偶的標準升溫速率，并根據(jù)該標準升溫速率制備出了目標溫度與時間的關(guān)系圖；同時巧妙的將該關(guān)系圖中時間定義為測試時間，這使得，在檢測過程中，能夠?qū)崟r的將熱電偶的實際溫度與目標溫度進行對比，一旦發(fā)現(xiàn)偏移則可認定該溫度為待測渣料的初始熔化溫度，在隨后的加熱過程中，一旦發(fā)現(xiàn)熱電偶的實際溫度回歸到目標溫度，則可認定該溫度為待測渣料的完全熔化溫度。
[0028]本發(fā)明在實驗前，根據(jù)生產(chǎn)冶煉過程中造渣原料的實際受熱情況，將熱電偶加熱渣樣時的升溫速率合理選擇設(shè)置為900°C /min，升溫速率過高或過小，測定的結(jié)果不利于指導(dǎo)生產(chǎn)實踐。通過加熱控制裝置PID溫度控制器來控制熱電偶溫度的輸出，由此可以根據(jù)設(shè)定的標準升溫速率以及測定時間可以計算出相應(yīng)時間點所對應(yīng)的目標溫度，此外中央處理器中的數(shù)據(jù)采集裝置可以同時直接采集到加熱熱電偶的實際溫度并進行保存。由于渣樣的熔化過程是一個吸收熱量很明顯的過程，那么渣樣在熔化的時候自然會從加熱熱電偶上吸收熱量，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集裝置采集到的熱電偶的實際溫度會低于設(shè)置升溫速率所對應(yīng)的目標溫度，這種情形會直到整個熔化過程結(jié)束為止，其中初始熔化溫度以采集到的實際溫度開始低于設(shè)置升溫速率所對應(yīng)的目標溫度為標志，完全熔化溫度以采集到的實際溫度剛好回歸設(shè)置升溫速率所對應(yīng)的目標溫度為標志，也就是說，通過熱電偶吸熱峰的起始點來確定冶金渣初始熔化和完全熔化時所對應(yīng)的溫度數(shù)值，即可準確獲得冶金渣樣的熔化溫度區(qū)間。此外，由于本發(fā)明在實驗測定時，還采用了由CCD視頻捕獲器、顯微鏡和電視顯示屏構(gòu)成的成像裝置，在采集渣樣溫度數(shù)據(jù)的同時，通過成像裝置同步記錄并保存了渣樣在加熱過程所發(fā)生變化的視頻圖像，它能夠?qū)崟r連續(xù)地捕捉渣樣在熔化過程的動態(tài)變化，因而根據(jù)上述已經(jīng)確定的熔化溫度區(qū)間范圍內(nèi)所對應(yīng)的時間段，截取同步捕獲到的最能夠反映渣樣從初始熔化時開始到完全熔化時結(jié)束的整個熔化過程中的特征視頻圖像來表征渣樣的具體熔化行為，包括冶金渣樣初始熔化時的特征圖像，完全熔化時的特征圖像，以及熔化過程中的關(guān)于固液相之間變化的特征圖像。
[0029]本發(fā)明的優(yōu)勢:
[0030]1.數(shù)據(jù)真實、可靠。本方法在測定渣樣的熔化溫度區(qū)間及熔化行為時，由于渣樣是與熱電偶直接接觸的，中間不存在其他介質(zhì)或媒介如坩堝等，測量的溫度是渣樣的實際溫度，相比以往的測定方法，結(jié)果更加真實、可靠。
[0031]2.結(jié)果形象、直觀。本方法在測定渣樣的熔化溫度區(qū)間及熔化行為時，采用視頻捕捉器，能夠?qū)崟r、原位、連續(xù)地在線觀察和記錄渣樣在整個加熱過程中的動態(tài)熔化行為，可以通過截取同步視頻圖像來表征相應(yīng)的熔化狀態(tài)，既形象，又直觀，一目了然。
[0032]3.操作簡單、方便。本方法在測定渣樣的熔化溫度區(qū)間及熔化行為時，通過手動模式控制熱電偶的溫度，直接進行粘渣裝樣，無需像高溫共聚焦顯微鏡方法那樣要求嚴苛，大大簡化了裝樣過程，操作起來更加方便實用。
[0033]4.檢測速度快。本方法在測定渣樣的熔化溫度區(qū)間及熔化行為時，由于升溫速率為900°C /min，接近冶煉過程中渣料熔化的實際情況，而且比傳統(tǒng)測量方法采用加熱爐加熱的方式要快得到多，測定一個渣樣的時間僅僅只需要幾分鐘的時間，大大提高了檢測的速度。
[0034]5.適用范圍廣。本方法在測定渣樣的熔化溫度區(qū)間及熔化行為時，由于采用的加熱測溫元件是直徑為0.5mm的B分度的鉬銠合金熱電偶，最高溫度可達1600°C，遠高于冶金渣類的熔化溫度，因而本方法可以測定包括高爐渣、鐵水預(yù)處理渣、轉(zhuǎn)爐渣、保護渣以及其他冶金渣類等的熔化溫度區(qū)間及熔化行為。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]附圖1為熱電偶測試系統(tǒng)；
[0036]附圖2為渣樣的制備過程示意圖；
[0037]附圖3為實施例1所設(shè)定的標準升溫曲線以及達到設(shè)定溫度后的降溫曲線；
[0038]附圖4為判斷實施例1中鐵水預(yù)處理脫磷渣熔化溫度區(qū)間的示意圖；
[0039]附圖5為表征實施例1中鐵水預(yù)處理脫磷渣熔化行為的示意圖；
[0040]附圖6為實施例2中所設(shè)定的標準升溫曲線以及達到設(shè)定溫度后的降溫曲線；
[0041]附圖7為實施例2判斷保護渣熔化溫度區(qū)間的示意圖；
[0042]附圖8為表征實施例2連鑄保護渣熔化行為的示意圖。
[0043]圖1中，1為成像裝置,2為反應(yīng)室,3為U型B分度熱電偶,4為加熱控制裝置,5為中央處理器，6為濾鏡，7為導(dǎo)管，8為通孔。從圖1中可以看出熱電偶測試系統(tǒng)的組成。
[0044]圖2中，Al為渣樣的各組分組成的混合物，A2為研磨裝置，A3為石墨坩堝，A4為感應(yīng)加熱爐，A5為水淬容器，A6為干燥箱，A7為表面皿。從圖2中可以看出，按設(shè)計的組分配取渣樣的各組分后，進行初步研磨，然后裝入石墨坩堝中在感應(yīng)加熱爐加熱后，水淬、干燥，再次研磨至粒徑< 100目，得到待測渣樣，然后將待測渣樣裝入表面皿中備用。
[0045]從圖3中可以看出實施例1中，研究鐵水預(yù)處理脫磷渣的溶化行為時，其設(shè)定的標準升溫曲線的斜率為900°C /min,當溫度達到1600°C后，按1800°C /min的降溫速率進行降溫。
[0046]從圖4明顯可以觀察到熱電偶實際測量的溫度與設(shè)置的目標溫度出現(xiàn)偏差，其值低于設(shè)置的目標溫度，這是因為渣樣的熔化過程是一個吸熱的過程，需要從外界獲得熱量，導(dǎo)致熱電偶測得的溫度降低。當實際測量的溫度與設(shè)置的目標溫度一致時，表明渣樣完全熔化成均一的液相，不再吸收熱量。當前所測定鐵水預(yù)處理脫磷渣的初始熔化溫度為1417°C，完全熔化溫度為1501°C，即熔化溫度區(qū)間為1417°C?1501°C。
[0047]從圖5中可以看出，在加熱過程中，脫磷渣渣樣在1400°C以下幾乎沒有明顯的變化，當升到1400°C以上時，渣樣不同部位先后開始收縮移動，然后靠近熱電偶的附近出現(xiàn)液相，隨著溫度的繼續(xù)升高，液相不斷擴展，固相發(fā)生團簇聚集現(xiàn)象，當固相逐漸熔化成液相減少到一定程度時，團聚的固相被液相完全濕潤包圍，然后固相逐漸熔化消失直到形成熔融的均相液態(tài)渣，在脫磷渣熔化的整個過程中，觀察到團聚的固相在熔化過程中會發(fā)生移動、旋轉(zhuǎn)等現(xiàn)象，很少觀察到液相中有氣泡生成的現(xiàn)象。當前圖5中的A截取的是鐵水預(yù)處理脫磷渣初始熔化(即熔化溫度為1417°C )時對應(yīng)的狀態(tài)圖，圖5中的B截取的是液相形成固相團簇聚集的狀態(tài)圖，圖5中的C截取的是團簇聚集的固相被液相濕潤包圍的狀態(tài)圖，圖5中的D截取的是鐵水預(yù)處理脫磷渣完全熔化(即熔化溫度為1501°C )時呈熔融的均相液態(tài)渣時的狀態(tài)圖。其中A — B — C — D共同反映鐵水預(yù)處理脫磷渣渣樣在熔化過程中的典型動態(tài)行為。
[0048]從圖6中可以看出實施例2中，研究連鑄保護渣的溶化行為時，其設(shè)定的標準升溫曲線的斜率為900°C /min,當溫度達到1600°C后，按900°C /min的降溫速率進行降溫。
[0049]從圖7中可以觀察到熱電偶實際測量的溫度數(shù)值低于設(shè)置的目標溫度，這是由保護渣渣樣熔化引起的，因為保護渣熔化過程是一個吸熱的過程，需要外界給予熱量才能熔化，由此導(dǎo)致熱電偶測得的溫度數(shù)值低于設(shè)置的目標溫度。當熔化結(jié)束后，不需要再吸收熱量，此時熱電偶測量的溫度與設(shè)置的目標溫度一致。當前所測定連鑄保護渣的初始熔化溫度為1044°C，完全熔化溫度為1154°C，即熔化溫度區(qū)間為1044°C?1154°C。
[0050]圖8中A反映初始熔化時的狀態(tài)，B反映熔化過程固相團簇聚集的現(xiàn)象，C反映團聚固相被液相包裹的現(xiàn)象，D反映完全熔化時的狀態(tài)，A-B-C-D共同反映連鑄保護渣渣樣的熔化行為。從圖8可以看出，在加熱過程中，連鑄保護渣渣樣在1000°C以下基本無變化，當升到1000°C以上時，靠近熱電偶有些部位的渣樣開始出現(xiàn)移動，隨著溫度的繼續(xù)升高，渣樣開始收縮變形，然后靠近熱電偶處生成液相，此時固相開始發(fā)生團簇聚集現(xiàn)象，隨著液相逐漸擴展，團聚的固相在熔化過程中發(fā)生遷移、旋轉(zhuǎn)，同時液相中產(chǎn)生很多細小的氣泡迅速移動到表面后破裂消失，相比鐵水預(yù)處理脫磷渣而言，團聚的固相熔化速度較快，到達一定程度以后，被液相完全包裹，然后迅速熔化直到消失殆盡，表現(xiàn)為連鑄保護渣完全熔化。當前圖8中的A截取的是連鑄保護渣初始熔化(即熔化溫度為1044°C )時對應(yīng)的狀態(tài)圖，圖8中的B截取的是連鑄保護渣液相形成固相團簇聚集的狀態(tài)圖，圖8中的C截取的是連鑄保護渣團簇聚集的固相被液相濕潤包裹的狀態(tài)圖，圖8中的D截取的是連鑄保護渣完全熔化(即熔化溫度為1154°C)時呈單一液相的狀態(tài)圖。其中A —B —C —D共同反映連鑄保護渣渣樣在熔化過程中的典型動態(tài)行為。

【具體實施方式】
[0051]下面結(jié)合實例，選擇鐵水預(yù)處理脫磷渣和連鑄保護渣兩種不同渣樣類型，通過對兩種渣樣的熔化溫度區(qū)間和熔化行為進行在線實時測定和觀察，詳細說明在升溫過程中，渣樣從固相開始向液相轉(zhuǎn)化的初始熔化溫度、完全轉(zhuǎn)變成均一液相時的熔化溫度，即熔化溫度區(qū)間以及這一過程中渣樣熔化的動態(tài)行為。
[0052]實施例1
[0053]鐵水預(yù)處理脫磷渣熔化溫度區(qū)間的準確測定及熔化行為的觀察。
[0054]本發(fā)明在鐵水預(yù)處理脫磷渣熔化溫度區(qū)間的測定及熔化行為的觀察中得到應(yīng)用，具體步驟如下:
[0055](I)制備脫磷渣渣樣:將鐵水預(yù)處理脫磷渣渣料在研缽中混勻后置于石墨坩堝，在感應(yīng)爐中加熱到1550°C左右熔化并保溫1min進行水淬，干燥之后研磨制成< 100目的粉末渣。
[0056](2)裝載粉末樣品測定:通過手動模式，將熱電偶加熱到約580°C，輕粘約500mg脫磷渣渣樣后抖掉未粘穩(wěn)的粉末渣，并將該熱電偶插回反應(yīng)室備用，把溫度降到室溫后將手動模式轉(zhuǎn)換成自動模式；然后根據(jù)熔化過程中的溫度制度(圖3)設(shè)置升降溫速率和最高溫度，同時開啟顯微鏡和電視顯示屏，通過調(diào)節(jié)顯微鏡的焦距，直到可以清晰觀察到熱電偶尖端的渣樣，開始加熱測定，并同步開啟渣樣溫度數(shù)據(jù)采集器和記錄渣樣在加熱過程所發(fā)生變化的視頻圖像捕捉器，結(jié)束后一并保存待用。
[0057](3)分析溫度數(shù)據(jù):根據(jù)溫度數(shù)據(jù)采集器采集到的直接加熱脫磷渣熱電偶的歷史溫度數(shù)據(jù)，依據(jù)物質(zhì)熔化過程中需要吸收熱量從而產(chǎn)生吸收峰的原理來準確測定脫磷渣渣樣的熔化溫度區(qū)間。
[0058](4)處理視頻圖像:通過調(diào)用實驗結(jié)束后保存的視頻文件，根據(jù)渣樣熔化溫度區(qū)間的結(jié)果，截取同步捕獲到的最能夠反映渣樣從初始熔化時開始到完全熔化時結(jié)束的整個熔化過程中的特征視頻圖像來表征脫磷渣渣樣的具體熔化行為。
[0059]當前采用的鐵水預(yù)處理脫磷渣中主要含有O、Ca、S1、Fe和P等元素，實驗結(jié)果分析如下:
[0060]圖4為判斷鐵水預(yù)處理脫磷渣熔化溫度區(qū)間的示意圖。從圖4明顯可以觀察到熱電偶實際測量的溫度與設(shè)置的目標溫度出現(xiàn)偏差，其值低于設(shè)置的目標溫度，這是因為渣樣的熔化過程是一個吸熱的過程，需要從外界獲得熱量，導(dǎo)致熱電偶測得的溫度降低。當實際測量的溫度與設(shè)置的目標溫度一致時，表明渣樣完全熔化成均一的液相，不再吸收熱量。當前所測定鐵水預(yù)處理脫磷渣的初始熔化溫度為1417°C，完全熔化溫度為1501°C，即熔化溫度區(qū)間為1417。。?1501。。。
[0061]圖5為表征鐵水預(yù)處理脫磷渣熔化行為的示意圖。在加熱過程中，脫磷渣渣樣在1400°C以下幾乎沒有明顯的變化，當升到1400°C以上時，渣樣不同部位先后開始收縮移動，然后靠近熱電偶的附近出現(xiàn)液相，隨著溫度的繼續(xù)升高，液相不斷擴展，固相發(fā)生團簇聚集現(xiàn)象，當固相逐漸熔化成液相減少到一定程度時，團聚的固相被液相完全濕潤包圍，然后固相逐漸熔化消失直到形成熔融的均相液態(tài)渣，在脫磷渣熔化的整個過程中，觀察到團聚的固相在熔化過程中會發(fā)生移動、旋轉(zhuǎn)等現(xiàn)象，很少觀察到液相中有氣泡生成的現(xiàn)象。當前圖5中的A截取的是鐵水預(yù)處理脫磷渣初始熔化(即熔化溫度為1417°C )時對應(yīng)的狀態(tài)圖，圖5中的B截取的是液相形成固相團簇聚集的狀態(tài)圖，圖5中的C截取的是團簇聚集的固相被液相濕潤包圍的狀態(tài)圖，圖5中的D截取的是鐵水預(yù)處理脫磷渣完全熔化(即熔化溫度為1501°C)時呈熔融的均相液態(tài)渣時的狀態(tài)圖。其中A —B —C —D共同反映鐵水預(yù)處理脫磷渣渣樣在熔化過程中的典型動態(tài)行為。
[0062]實施例2
[0063]連鑄保護渣熔化溫度區(qū)間的準確測定及熔化行為的觀察。
[0064]本發(fā)明在連鑄保護渣熔化溫度區(qū)間的測定及熔化行為的觀察中得到應(yīng)用，具體步驟如下:
[0065](I)制備保護渣渣樣:將連鑄保護渣渣料在研缽中混勻后置于石墨坩堝，在感應(yīng)爐中加熱到1500°C左右熔化并保溫1min進行水淬，干燥之后研磨制成< 100目的粉末渣。
[0066](2)裝備粉末樣品:通過手動模式，將熱電偶加熱到約520°C，輕粘約500mg保護渣渣樣后抖掉未粘穩(wěn)的粉末渣，并將該熱電偶插回反應(yīng)室備用，把溫度降到室溫后將手動模式轉(zhuǎn)換成自動模式；然后根據(jù)熔化過程中的溫度制度(圖6)設(shè)置升降溫速率和最高溫度，同時開啟顯微鏡和電視顯示屏，通過調(diào)節(jié)顯微鏡的焦距，直到可以清晰觀察到熱電偶尖端的渣樣，開始加熱測定，并同步開啟渣樣溫度數(shù)據(jù)采集器和記錄渣樣在加熱過程所發(fā)生變化的視頻圖像捕捉器，結(jié)束后一并保存待用。
[0067](3)分析溫度數(shù)據(jù):根據(jù)溫度數(shù)據(jù)采集器采集到的直接加熱保護渣熱電偶的歷史溫度數(shù)據(jù)，依據(jù)物質(zhì)熔化過程中需要吸收熱量從而產(chǎn)生吸收峰的原理來準確測定保護渣渣樣的熔化溫度區(qū)間。
[0068](4)處理視頻圖像:通過調(diào)用實驗結(jié)束后保存的視頻文件，根據(jù)渣樣熔化溫度區(qū)間的結(jié)果，截取同步捕獲到的最能夠反映渣樣從初始熔化時開始到完全熔化時結(jié)束的整個熔化過程中的特征視頻圖像來表征保護渣渣樣的具體熔化行為。
[0069]當前連鑄保護渣中主要含有O、Ca、Al、S1、F和Na等元素，實驗結(jié)果分析如下:
[0070]圖7為判斷連鑄保護渣熔化溫度區(qū)間的示意圖。從圖7明顯可以觀察到熱電偶實際測量的溫度數(shù)值低于設(shè)置的目標溫度，這是由保護渣渣樣熔化引起的，因為保護渣熔化過程是一個吸熱的過程，需要外界給予熱量才能熔化，由此導(dǎo)致熱電偶測得的溫度數(shù)值低于設(shè)置的目標溫度。當熔化結(jié)束后，不需要再吸收熱量，此時熱電偶測量的溫度與設(shè)置的目標溫度一致。當前所測定連鑄保護渣的初始熔化溫度為1044°C，完全熔化溫度為1154°C，即熔化溫度區(qū)間為1044°C?1154°C。
[0071]圖8為表征連鑄保護渣熔化行為的示意圖。在加熱過程中，連鑄保護渣渣樣在1000°C以下基本無變化，當升到1000°c以上時，靠近熱電偶有些部位的渣樣開始出現(xiàn)移動，隨著溫度的繼續(xù)升高，渣樣開始收縮變形，然后靠近熱電偶處生成液相，此時固相開始發(fā)生團簇聚集現(xiàn)象，隨著液相逐漸擴展，團聚的固相在熔化過程中發(fā)生遷移、旋轉(zhuǎn)，同時液相中產(chǎn)生很多細小的氣泡迅速移動到表面后破裂消失，相比鐵水預(yù)處理脫磷渣而言，團聚的固相熔化速度較快，到達一定程度以后，被液相完全包裹，然后迅速熔化直到消失殆盡，表現(xiàn)為連鑄保護渣完全熔化。當前圖8中的A截取的是連鑄保護渣初始熔化(即熔化溫度為10440C )時對應(yīng)的狀態(tài)圖，圖8中的B截取的是連鑄保護渣液相形成固相團簇聚集的狀態(tài)圖，圖8中的C截取的是連鑄保護渣團簇聚集的固相被液相濕潤包裹的狀態(tài)圖，圖8中的D截取的是連鑄保護渣完全熔化(即熔化溫度為1154°C )時呈單一液相的狀態(tài)圖。其中A-B-C-D共同反映連鑄保護渣渣樣在熔化過程中的典型動態(tài)行為。
【權(quán)利要求】
1.一種測定冶金渣熔化溫度區(qū)間及熔化行為的方法，其特征在于包括下述步驟: 步驟一 采用熱電偶測試系統(tǒng)作為檢測系統(tǒng)，并設(shè)定熱電偶測試系統(tǒng)中熱電偶絲的標準升溫速率；所述熱電偶測試系統(tǒng)包括熱電偶絲、成像裝置、反應(yīng)室和中央處理器；所述中中央處理器包括數(shù)據(jù)采集裝置與圖像記錄裝置；所述成像裝置由視頻捕獲器、顯微鏡和電視顯示屏構(gòu)成；所述熱電偶絲為U型熱電偶絲； 步驟二 將待測渣樣裝載在熱電偶絲上后置于反應(yīng)室內(nèi)，開啟成像裝置并調(diào)節(jié)顯微鏡的焦距，直到可以清晰觀察到待測渣樣，然后按標準升溫速率進行升溫，并同步讀取、記錄熱電偶絲的實際溫度以及待測渣樣的視頻圖像；當熱電偶絲的實際溫度開始偏離該時刻標準升溫速率所對應(yīng)的目標溫度時，則認為該時刻熱電偶絲的實際溫度為待測渣的初始熔化溫度，繼續(xù)加熱，當熱電偶絲的實際溫度回歸到該時刻標準升溫速率所對應(yīng)的目標溫度時，則認為該時刻熱電偶絲的實際溫度為待測渣的完全熔化溫度；然后根據(jù)待測渣樣的初始熔化溫度和完全熔化溫度來確定待測渣樣的具體熔化溫度區(qū)間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測定冶金渣熔化溫度區(qū)間及熔化行為的方法，其特征在于:所述標準升溫速率為1°C /min?1800°C /min。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種測定冶金渣熔化溫度區(qū)間及熔化行為的方法，其特征在于:所述標準升溫速率為800°C /min?1000°C /min。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種測定冶金渣熔化溫度區(qū)間及熔化行為的方法，其特征在于:所述標準升溫速率為900°C /min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測定冶金渣熔化溫度區(qū)間及熔化行為的方法，其特征在于:待測渣樣為干燥的玻璃態(tài)渣樣；其粒徑< 100目。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測定冶金渣熔化溫度區(qū)間及熔化行為的方法，其特征在于:所述熱電偶絲是直徑為0.5mm、彎成間距為2.5mm?3.0mm的U型B分度熱電偶。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測定冶金渣熔化溫度區(qū)間及熔化行為的方法，其特征在于:所述熱電偶絲的最高加熱溫度為1600°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測定冶金渣熔化溫度區(qū)間及熔化行為的方法，其特征在于:步驟二中渣樣的熔化行為通過截取熔化溫度區(qū)間內(nèi)同步捕獲到的特征視頻圖像來表征，所述特征視頻圖像包括初始熔化時的視頻圖像，熔化過程中固相團簇聚集圖像、熔化過程中液相包裹固相的視頻圖像，以及完全熔化時的視頻圖像。
【文檔編號】G01N25/02GK104407007SQ201410782800
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月16日
【發(fā)明者】王萬林, 周樂君, 謝森林, 江斌斌, 張海輝, 趙歡 申請人:中南大學