專利名稱：在線測量保護渣熔體黏度的裝置及方法
技術領域：
本發明屬于熔體物理性質測量領域。特別提供了一種在線測量保護渣熔體黏度的裝置及方法。適用于精確測量保護渣黏度。
背景技術：
連鑄用保護渣對改善連鑄坯質量具有明顯的效果。保護渣能實現良好的絕熱保溫、防止鋼水氧化、吸附夾雜、改善傳熱和潤滑鑄坯的作用。而黏度是高溫熔體的重要物性參數，是影響其反應特征的主要因素之一。黏度對保護渣能否充分發揮其在鋼水澆注、凝固過程中的冶金作用以及在結晶器內發生的冶金行為包括液渣流入和消耗、潤滑、夾雜物吸收等產生重要影響。所以，為了確保保護渣在澆鑄中的良好性能，就必須高度重視黏度等特性的研究和優化。
現在對于保護渣黏度主要還是用旋轉柱體法來測定，該方法利用黏度頭在被測熔體中旋轉相對于在空氣中旋轉存在一延遲時間，根據該時間計算出熔體黏度。
但是該方法存在以下缺陷(1)對儀器設備精度要求較高，實際難以達到，造成測量誤差較大；(2)黏度頭在高溫下易被氧化，造成測試成本較大。
發明內容
高溫熔體流動性和黏度存在一定關系，如式(1)所示η=K·σ·tL2·ρ2·cosθ]]>式中η——熔體黏度K——盛放熔體的容器常數σ——熔體的表面張力t——體流動時間L——熔體流動長度ρ——熔體密度θ——熔體和容器表面的潤濕角本發明的目的在于提供一種新型測量保護渣黏度的裝置及方法，具體涉及圖像在線測量保護渣黏度，按此工藝可以在保證實驗成功率的基礎上，提高測量的精度和準確度。本發明的內容如下在線測試保護渣黏度的裝置包括盛放熔體的瓷舟1，擱置瓷舟的斜臺2，耐高溫材料套管3，以及高溫熔樣系統4和圖像采集系統5。
所述瓷舟1可為氧化鋁、石英、碳化硅之一的耐高溫材料所制，設計為長方體狀，長為60～80mm，寬為8～12mm，深為8～12mm，瓷舟中盛放質量為3～5克的待測試樣，實驗前加工為圓柱體。
所述斜臺2為耐火磚制成，設計為傾斜角30～60度的斜坡狀，長為80～150mm，寬20～30mm，高20～25mm，用于擱置瓷舟1。
所述耐高溫材料套管3為石英、氧化鋁之一的耐高溫材料制成，內徑為30～50mm，長500～900mm，套管內部裝有斜臺2。
所述高溫熔樣系統4為管式爐，控溫范圍為20～1600℃，內部裝有耐高溫套管3。
所述圖像采集系統5為裝有CCD鏡頭的數碼相機，分辨率為300～700萬象素，可調焦距為0.8～1.5m；所述CCD鏡頭加載了濾光片和濾波片。
在線測量保護渣黏度的方法將管式爐加熱到被測物質熔點以上100～250℃，將待測試樣以及已知黏度的標準樣品分別加入到爐內置于斜臺上的兩個相同尺寸的瓷舟中，在此溫度下恒定5～20分鐘。隨著樣品的融化，用照相機觀察瓷舟內樣品聚集狀態的變化，對其融化后的流動現象進行實時記錄，每隔1～3分鐘照相一次。通過計算機處理記錄圖片得到其在1～3分鐘內的流動長度，在每段設定時間內都能得到待測試樣以及標準樣品的兩組數據，代入式(1)得到兩個方程，聯立方程可計算出黏度值。
本發明的優點在于使用本發明提供的在線測量高溫熔體黏度的裝置，通過設置斜臺以及圖像采集系統的配合可以實時觀察瓷舟內高溫熔體的流動特征。本裝置操作簡便可靠，試驗測試可重復性大，實驗方法簡單易懂，以及對熔體黏度計算方法的改進，提高了測量的精度和準確度，因此是一種精確度高的在線測量高溫熔體黏度的裝置及其方法。
圖1是本發明裝置示意圖。其中，1瓷舟，2斜臺，3耐高溫材料套管，4高溫熔樣系統，5圖像采集系統。
具體實施例方式
實施例一保護渣1黏度的測量某廠商生產的型號為GS1218/L的保護渣主要成分為SiO234.6％，Al2O34.03％，Fe2O30.61％，CaO 26.51％，MgO 4.49％，K2O 0.58％，Na2O 13.68％，F-8.85％，H2O 0.30％，C固3.86％，熔點為1072℃。
分別稱量3.55g保護渣以及標準試樣制成圓柱體，放入尺寸相同的兩個瓷舟(95％Al2O3，長70mm，寬10mm，深9mm)中。將盛有保護渣的瓷舟放到斜臺(長100mm，寬30mm，高20mm，傾斜角為30度)上，將斜臺放入管式爐中的氧化鋁套管(99.8％Al2O3，內徑42mm，長700mm)中心位置，通保護氣體氬氣。升溫到1200℃，穩定5分鐘，對熔融保護渣進行拍照，每隔1分鐘拍照一次，一個溫度點取6組數據。實驗結束后，用計算軟件對實驗照片進行分析。每兩相鄰數據可得到關于保護渣以及標準樣的兩個方程，聯立可解出一組黏度以及容器常數K值；6個測量點共有5組相鄰數據，可解出五組黏度以及K值，取平均值得到最終的黏度數值。
實施例二保護渣2黏度的測量某廠商生產的型號為GBW01704的保護渣主要成分為SiO230.25％，Al2O36.59％，Fe2O31.84％，CaO 36.21％，MgO 1.70％，K2O 0.50％，Na2O 4.25％，F-7.60％，H2O 0.30％，C固3.56％，熔點為1185℃。
分別稱量4.00g保護渣以及標準試樣制成圓柱體，分別放入尺寸相同的兩個瓷舟(95％Al2O3，長70mm，寬10mm，深9mm)中。將盛有保護渣的瓷舟放到斜臺(長100mm，寬30mm，高20mm，傾斜角為30度)上，將斜臺放入管式爐中的氧化鋁套管(99.8％Al2O3，內徑42mm，長700mm)中心位置，通保護氣體氬氣。升溫到1400℃，穩定7分鐘，對熔融保護渣進行拍照，每隔1分鐘拍照一次，一個溫度點取6組數據。實驗結束后，用計算軟件對實驗照片進行分析。每兩相鄰數據可得到關于保護渣以及標準樣的兩個方程，聯立可解出一組黏度以及容器常數K值；6個測量點共有5組相鄰數據，可解出五組黏度以及K值，取平均值得到最終的黏度數值。
權利要求
1.一種在線測量保護渣熔體黏度的裝置，其特征在于該裝置包括瓷舟(1)、斜臺(2)，耐高溫材料套管(3)，以及高溫熔樣系統(4)和圖像采集系統(5)。
2.按照權利要求1所述的裝置，其特征在于所述瓷舟(1)用于盛放熔體，斜臺(2)用于擱置瓷舟，將置有瓷舟(1)的斜臺(2)放入耐高溫密封套管(3)內，再將套管(3)放入高溫熔樣系統(4)內。
3.按照權利要求1所述的裝置，其特征在于盛放熔體的瓷舟(1)由氧化鋁、氮化硅和石英之一的耐高溫材料制成，設計為長方體狀，長為60～80mm，寬為8～12mm，深為8～12mm，瓷舟(1)中放入質量為3～5克的待測試樣，實驗前加工為圓柱體。
4.按照權利要求1所述的裝置，其特征在于擱置瓷舟的斜臺(2)為耐火磚制成，設計為傾斜角30～60度的斜坡狀，長為80～150mm，寬為20～30mm，高為20～25mm。
5.按照權利要求1所述的裝置，其特征在于所述高溫熔樣系統(4)為管式爐，控溫范圍為20～1600℃，圖像采集系統(5)為裝有CCD鏡頭的數碼相機，分辨率為300～700萬象素，可調焦距為0.8～1.5m，所述CCD鏡頭加載了濾光片和濾波片。
6.一種使用權利要求1所述裝置進行在線測量保護渣熔體黏度的方法，其特征在于將管式爐加熱到被測物質熔點以上100～250℃，將待測試樣以及已知黏度的標準樣品分別加入到爐內置于斜臺上的兩個相同尺寸的瓷舟中，在此溫度下恒定5～20分鐘，隨著樣品的融化，用照相機觀察瓷舟內樣品聚集狀態的變化，對其融化后的流動現象進行實時記錄，每隔1～3分鐘照相一次，通過計算機處理記錄圖片得到其在1～3分鐘內的流動長度，在每段設定時間內都能得到待測試樣以及標準樣品的兩組數據，通過方程可計算出黏度值。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于所述熔體黏度計算方法表示為公式(1)，η=K·σ·tL2·ρ2·cosθ---(1)]]>式中η——熔體黏度；K——盛放熔體的容器常數；σ——熔體的表面張力；t——熔體流動時間；L——熔體流動長度；ρ——熔體密度；θ——熔體和容器表面的潤濕角。
全文摘要
本發明提供了一種在線測量保護渣熔體黏度的裝置及其方法，屬于熔體物理性質測量領域。解決了用旋轉柱體法來測定黏度值時因存在延遲時間產生誤差加大的問題。試驗裝置包括盛放熔體的瓷舟(1)，擱置瓷舟的斜臺(2)，耐高溫材料套管(3)，以及高溫熔樣系統(4)和圖像采集系統(5)。試驗樣品在高溫熔融狀態的清晰流動圖像由帶有長焦距CCD鏡頭的高象素數碼相機在線攝得，直接傳輸到計算機中，通過計算機圖像處理計算得到試驗樣品該溫度下的黏度值。優點在于大大提高了實驗精度，實驗誤差可以控制在±0.3％以內；整個實驗自動化程度高，操作簡便可靠，具有很高的測試精度；實驗測試可重復性大。
文檔編號G01N21/84GK1800817SQ200510130729
公開日2006年7月12日 申請日期2005年12月23日 優先權日2005年12月23日
發明者袁章福, 楊肖, 潘貽芳, 關璐, 鄧志勇, 楊玉敏 申請人:中國科學院過程工程研究所