專利名稱：高溫狀態(tài)下保護(hù)渣粘度電磁特性的測量裝置及測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高溫狀態(tài)下保護(hù)渣粘度電磁特性的測量裝置及測量方法，屬于冶金行業(yè)保護(hù)渣粘度電磁特性的測量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
連鑄技術(shù)雖經(jīng)過一個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展取得了長足的進(jìn)步，但并不完美，連鑄坯生產(chǎn)還存在著諸如內(nèi)部缺陷、形狀缺陷和表面缺陷等各種各樣的質(zhì)量問題。軟接觸電磁連鑄技術(shù)可有效消除鑄坯表面振痕，改善鑄坯表面質(zhì)量。其基本原理是在具有切縫分瓣結(jié)構(gòu)的結(jié)晶器上部布置感應(yīng)線圈并通以交變電流，并與交變磁場相互作用產(chǎn)生電磁側(cè)壓力，減輕鋼液對結(jié)晶器內(nèi)壁的接觸壓力，從而實(shí)現(xiàn)鋼坯的“軟接觸電磁連鑄”。
結(jié)晶器保護(hù)渣是連鑄過程中非常重要的功能材料，對連鑄過程的順利進(jìn)行和鑄坯表面質(zhì)量起著重要作用。保護(hù)渣粘度是表征在一定溫度和一定剪切力作用下熔渣流入鑄坯與結(jié)晶器間隙能力的大小。是保護(hù)渣的重要物性之一，它直接影響到鑄坯振痕的形成、渣膜的潤滑作用及液渣吸收夾雜物的能力。保護(hù)渣具有合適的粘度，是保證保護(hù)渣熔渣能夠順利填入結(jié)晶器與鑄坯間通道，渣膜具有適宜厚度并具有合理傳熱速度和潤滑鑄坯的關(guān)鍵。 保護(hù)渣在高頻磁場作用下的粘度性能對于探明軟接觸電磁連鑄保護(hù)渣冶金行為及對鋼液凝固影響機(jī)理至關(guān)重要。
目前，各研究文獻(xiàn)描述交流電場作用下保護(hù)渣性能主要集中在導(dǎo)電性能，結(jié)晶性能等方面，對于粘度特性還未見報(bào)道?？梢灶A(yù)測，在高頻交變電磁場作用下，作為電導(dǎo)體的結(jié)晶器內(nèi)的保護(hù)渣一定會(huì)受到高頻磁場力的作用，進(jìn)而影響保護(hù)渣的流動(dòng)，改變保護(hù)渣的粘度。因此，開發(fā)一種操作簡單，測量準(zhǔn)確，成本低廉且利于大量研究的高溫狀態(tài)下保護(hù)渣粘度電磁特性的測量裝置及測量方法，是本領(lǐng)域亟待解決的問題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種高溫狀態(tài)下保護(hù)渣粘度電磁特性的測量裝置及測量方法， 操作簡單，測量準(zhǔn)確，成本低廉且利于大量研究，可以研究高頻磁場作用下保護(hù)渣的粘度特性，探明軟接觸電磁連鑄保護(hù)渣冶金行為，解決背景技術(shù)中存在的上述問題。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種高溫狀態(tài)下保護(hù)渣粘度電磁特性的測量裝置，由高頻加熱爐和粘度測試儀兩部分組成，高頻加熱爐的爐體外環(huán)繞設(shè)置多匝水冷銅感應(yīng)線圈，粘度測試儀包含同步電機(jī)、光電開關(guān)、懸絲、鑰連接桿、石墨探頭、石墨坩堝和微機(jī)控制系統(tǒng)， 同步電機(jī)的輸出端依次連接懸絲、鑰連接桿和石墨探頭，懸絲的兩端分別設(shè)置光電開關(guān)，微機(jī)控制系統(tǒng)分別控制連接同步電機(jī)和光電開關(guān)；將待測保護(hù)渣經(jīng)脫碳處理后裝入石墨坩堝，放入爐體內(nèi)高頻加熱，采用內(nèi)柱體旋轉(zhuǎn)法進(jìn)行高溫狀態(tài)下保護(hù)渣粘度電磁特性的測量。
所述的高頻加熱爐，配套設(shè)置高頻電源柜、高頻輸出柜、控制儀表柜、熱電偶及顯示儀表，熱電偶設(shè)置在爐體的底部，連接顯示儀表，用于實(shí)時(shí)采集待測保護(hù)渣的溫度值；控制儀表柜采用全集成數(shù)字電路，用于實(shí)時(shí)采集高頻加熱爐體的輸出功率、震蕩頻率參數(shù)，并4具有手動(dòng)調(diào)節(jié)功率功能。
所述的爐體外環(huán)繞設(shè)置4匝水冷銅感應(yīng)線圈，起到加熱爐和提供高頻磁場的雙重作用，待測保護(hù)渣放置于爐體內(nèi)，加熱并進(jìn)行粘度測量；高頻電源柜采用現(xiàn)代電力電子技術(shù)中廣泛應(yīng)用的IGBT電源，具有驅(qū)動(dòng)功率小，開關(guān)速度快，又具有飽和壓降低，輸出容量大的優(yōu)點(diǎn)；高頻輸出柜具有過流、過壓、缺水、超溫、缺相保護(hù)功能，使設(shè)備運(yùn)行安全、可靠。
所述的同步電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),經(jīng)懸絲、鑰連接桿帶動(dòng)石墨探頭做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
所述的光電開關(guān)包含遮光板、光源和光電管，懸絲的兩端分別設(shè)置上遮光板和下遮光板，上遮光板的兩側(cè)分別設(shè)置上光源和上光電管，下遮光板的兩側(cè)分別設(shè)置下光源和下光電管。
所述的石墨坩堝壁厚6. 5mm,即滿足恒溫需要，又滿足升溫需要。
本發(fā)明還設(shè)有升降機(jī)構(gòu)，由步進(jìn)電機(jī)、支撐架、懸臂和絲杠組成，步進(jìn)電機(jī)和絲杠安裝在支撐架上，懸臂固定于絲杠頂部，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠上下移動(dòng)，從而帶動(dòng)懸臂作上下運(yùn)動(dòng)。
還設(shè)有電氣控制柜，具有控制主電源開關(guān)功能，同時(shí)還設(shè)有升降機(jī)構(gòu)的方向選擇、 點(diǎn)動(dòng)啟動(dòng)、故障復(fù)位按鈕，以及同步電機(jī)開關(guān)按鈕；微機(jī)控制系統(tǒng)安裝有一套粘度測試實(shí)驗(yàn)軟件，設(shè)有定溫測粘度和變溫測粘度兩種測試方式，同時(shí)，可在線測試并實(shí)時(shí)保存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
一種高溫狀態(tài)下保護(hù)渣粘度電磁特性的測量方法，采用上述測量裝置進(jìn)行測量， 包含如下步驟①將經(jīng)脫碳處理后的待測保護(hù)渣裝入石墨坩堝，并將其放入高頻加熱爐的爐體內(nèi)，打開高頻加熱爐開關(guān)，調(diào)節(jié)頻率到18kHz，爐子加熱升溫；②待高頻加熱爐的爐溫升至200°C，開啟冷卻水；③標(biāo)定粘度測試儀的常數(shù)#值和利用標(biāo)準(zhǔn)油進(jìn)行測試，標(biāo)定；④待保護(hù)渣完全熔化后，手動(dòng)測定液面高度，并在旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)鑰連接桿上標(biāo)定下降位置；⑤粘度測定定溫測粘度時(shí)，待高頻加熱爐的溫度升至1250°C時(shí)調(diào)低功率，直到頻率提高至20kHz處，待溫度穩(wěn)定到1300°C并保溫15min后，將石墨探頭降到熔化保護(hù)渣液面下方，啟動(dòng)定溫測粘度程序，開始測量；變溫測粘度時(shí)，將高頻加熱爐的溫度升高至1200 0C后調(diào)低功率，使加熱爐恒溫15min，待保護(hù)渣全部熔化后，逐漸調(diào)高功率，改恒溫為升溫狀態(tài)， 并將石墨探頭降到熔化保護(hù)渣液面下方，啟動(dòng)變溫測粘度程序，連續(xù)測定升溫過程中粘度變化值；⑥測定完畢，保存數(shù)據(jù)報(bào)表，關(guān)閉粘度測試儀及高頻加熱爐；⑦取出石墨坩堝，待高頻加熱爐的溫度降至200°C以下時(shí)，關(guān)閉冷卻水。
⑧最后，根據(jù)數(shù)據(jù)報(bào)表，將保護(hù)渣在高頻磁場作用下的粘度與傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測定結(jié)果進(jìn)行對比，得出1300°C高頻磁場條件下保護(hù)渣粘度的電磁特性；或者，根據(jù)變溫測粘度數(shù)據(jù)，以溫度(O為橫坐標(biāo)，粘度(？)為縱坐標(biāo)，做n-t曲線圖，得出施加高頻磁場后保護(hù)渣粘度的變化規(guī)律。
本發(fā)明的測量原理如下圓柱體在高溫液態(tài)爐渣中以慢速度旋轉(zhuǎn)，與層流性質(zhì)的爐渣產(chǎn)生內(nèi)摩擦力，導(dǎo)致懸絲5產(chǎn)生一個(gè)扭角0。當(dāng)圓柱體在熔體中旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)后，其扭角的大小將基本維持恒定。在懸絲彈性范圍內(nèi)扭角的大小與自身的角速度《、爐渣的粘度η有如下關(guān)系
權(quán)利要求
1.一種高溫狀態(tài)下保護(hù)渣粘度電磁特性的測量裝置，其特征在于由高頻加熱爐和粘度測試儀兩部分組成，高頻加熱爐的爐體(14)外環(huán)繞設(shè)置多匝水冷銅感應(yīng)線圈，粘度測試儀包含同步電機(jī)(I)、光電開關(guān)、懸絲(4)、鑰連接桿(10)、石墨探頭(11)、和石墨坩堝(12) 微機(jī)控制系統(tǒng)(16)，同步電機(jī)的輸出端依次連接懸絲、鑰連接桿和石墨探頭，懸絲的兩端分別設(shè)置光電開關(guān)，微機(jī)控制系統(tǒng)分別控制連接同步電機(jī)和光電開關(guān)；將待測保護(hù)渣經(jīng)脫碳處理后裝入石墨坩堝(12)，并放入爐體(14)內(nèi)高頻加熱，采用內(nèi)柱體旋轉(zhuǎn)法進(jìn)行高溫狀態(tài)下保護(hù)渣粘度電磁特性的測量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種高溫狀態(tài)下保護(hù)渣粘度電磁特性的測量裝置，其特征在于所述的高頻加熱爐，配套設(shè)置高頻電源柜、高頻輸出柜、控制儀表柜、熱電偶及顯示儀表，熱電偶(15)設(shè)置在爐體(14)的底部，連接顯示儀表，用于實(shí)時(shí)采集待測保護(hù)渣的溫度值；控制儀表柜采用全集成數(shù)字電路，用于實(shí)時(shí)采集高頻加熱爐體的輸出功率、震蕩頻率參數(shù)，并具有手動(dòng)調(diào)節(jié)功率功能。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高溫狀態(tài)下保護(hù)渣粘度電磁特性的測量裝置，其特征在于所述的爐體外環(huán)繞設(shè)置4阻水冷銅感應(yīng)線圈(13),爐膛高100mm,直徑80mm,起到加熱爐和提供高頻磁場的雙重作用，加熱方式為感應(yīng)加熱，電源振蕩頻率為20KHz。
4.待測保護(hù)渣放置于爐體內(nèi)，加熱并進(jìn)行粘度測量；高頻電源柜采用IGBT電源，高頻輸出柜具有過流、過壓、缺水、超溫、缺相保護(hù)功能。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種高溫狀態(tài)下保護(hù)渣粘度電磁特性的測量裝置，其特征在于所述的同步電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)懸絲、鑰連接桿帶動(dòng)石墨探頭做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；還設(shè)有升降機(jī)構(gòu)，由步進(jìn)電機(jī)、支撐架、懸臂和絲杠組成，步進(jìn)電機(jī)和絲杠安裝在支撐架上，懸臂固定于絲杠頂部，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠上下移動(dòng)，從而帶動(dòng)懸臂作上下運(yùn)動(dòng)；懸臂與石墨探頭連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種高溫狀態(tài)下保護(hù)渣粘度電磁特性的測量裝置，其特征在于所述的石墨坩堝(12)壁厚為6. 5mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高溫狀態(tài)下保護(hù)渣粘度電磁特性的測量裝置，其特征在于所述的光電開關(guān)包含遮光板、光源和光電管，懸絲的兩端分別設(shè)置上遮光板(2)和下遮光板(3)，上遮光板的兩側(cè)分別設(shè)置上光源(5)和上光電管(6)，下遮光板的兩側(cè)分別設(shè)置下光源(7)和下光電管(8)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種高溫狀態(tài)下保護(hù)渣粘度電磁特性的測量裝置，其特征在于還設(shè)有電氣控制柜，具有控制主電源開關(guān)功能，同時(shí)還設(shè)有升降機(jī)構(gòu)的方向選擇、點(diǎn)動(dòng)啟動(dòng)、故障復(fù)位按鈕，以及同步電機(jī)開關(guān)按鈕；微機(jī)控制系統(tǒng)安裝有一套粘度測試實(shí)驗(yàn)軟件，設(shè)有定溫測粘度和變溫測粘度兩種測試方式，同時(shí)，可在線測試并實(shí)時(shí)保存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
9.一種高溫狀態(tài)下保護(hù)渣粘度電磁特性的測量方法，其特征在于采用權(quán)利要求I至8 所述的任意一種高溫狀態(tài)下保護(hù)渣粘度電磁特性的測量裝置進(jìn)行操作，包含如下步驟①將裝好保護(hù)渣的石墨坩堝放入高頻加熱爐的爐體內(nèi)，打開高頻加熱爐開關(guān)，調(diào)節(jié)頻率到18kHz，爐子加熱升溫；②待高頻加熱爐的爐溫升至200°C，開啟冷卻水；③標(biāo)定粘度測試儀的常數(shù)#值和利用標(biāo)準(zhǔn)油進(jìn)行測試，標(biāo)定；④待保護(hù)渣完全熔化后，手動(dòng)測定液面高度，并在旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)鑰連接桿上標(biāo)定下降位⑤粘度測定定溫測粘度時(shí)，待高頻加熱爐的溫度升至1250°C時(shí)調(diào)低功率，直到頻率提高至20kHz處，待溫度穩(wěn)定到1300°C并保溫15min后，將石墨探頭降到熔化保護(hù)渣液面下方，啟動(dòng)定溫測粘度程序，開始測量；變溫測粘度時(shí)，將高頻加熱爐的溫度升高至1200°C后調(diào)低功率，使加熱爐恒溫15min，待保護(hù)渣全部熔化后，逐漸調(diào)高功率，改恒溫為升溫狀態(tài)， 并將石墨探頭降到熔化保護(hù)渣液面下方，啟動(dòng)變溫測粘度程序，連續(xù)測定升溫過程中粘度變化值；⑥測定完畢，保存數(shù)據(jù)報(bào)表，關(guān)閉粘度測試計(jì)及高頻加熱爐，待加熱爐溫度降至200°C 以下時(shí)關(guān)閉冷卻水；⑦最后，根據(jù)數(shù)據(jù)報(bào)表，將保護(hù)渣在高頻磁場作用下的粘度與傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測定結(jié)果進(jìn)行對比，得出1300°C高頻磁場條件下保護(hù)渣粘度的電磁特性；或者，根據(jù)變溫測粘度數(shù)據(jù)，以溫度(O為橫坐標(biāo)，粘度(7)為縱坐標(biāo)，做n-t曲線圖，從而得出施加高頻磁場后保護(hù)渣粘度的變化規(guī)律。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高溫狀態(tài)下保護(hù)渣粘度電磁特性的測量裝置及測量方法，屬于冶金行業(yè)保護(hù)渣粘度電磁特性的測量技術(shù)領(lǐng)域。技術(shù)方案是高頻加熱爐的爐體外環(huán)繞設(shè)置多匝水冷銅感應(yīng)線圈，其加熱方式為感應(yīng)加熱，電源振蕩頻率為20KHz。粘度測試儀包含同步電機(jī)、光電開關(guān)、懸絲、鉬連接桿、石墨探頭、石墨坩堝和微機(jī)控制系統(tǒng)；將待測保護(hù)渣經(jīng)脫碳處理后裝入石墨坩堝并放入爐體內(nèi)高頻加熱，采用內(nèi)柱體旋轉(zhuǎn)法進(jìn)行高溫狀態(tài)下保護(hù)渣粘度電磁特性的測量。本發(fā)明有益效果為操作簡單，測量準(zhǔn)確，成本低廉且利于大量研究，可以研究高頻磁場作用下保護(hù)渣的粘度特性，對于探明軟接觸電磁連鑄保護(hù)渣冶金行為及對鋼液凝固影響機(jī)理至關(guān)重要。
文檔編號G01N11/14GK102914489SQ20121044335
公開日2013年2月6日 申請日期2012年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月8日
發(fā)明者朱立光, 王杏娟, 劉然, 張彩軍, 陳偉 申請人:河北聯(lián)合大學(xué)