本發(fā)明涉及材料物理性能的測試，特別是一種對煉鐵煉鋼高溫熔渣基礎(chǔ)性能進(jìn)行測試的方法、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。在煉鐵過程中，高爐熔渣可以在有效還原合金元素的同時控制生鐵的化學(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，熔渣在水口處起到潤滑與控制傳熱的作用。目前，人們對于熔渣性能的研究還尚不夠全面。一些學(xué)者力圖通過建立黑箱模型、結(jié)構(gòu)特征參數(shù)模型、熱力學(xué)模型及分子動力學(xué)模型來解析熔渣的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)；也有一些學(xué)者力圖通過直接或間接的測試來表征解析熔渣的性質(zhì)。近年來，隨著測試設(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試熔體特性的方法對高溫熔渣進(jìn)行研究，但直接針對熔渣的高溫在線測試裝置并不多見。熔渣的熔化溫度、潤濕性和表面張力是高溫熔渣的主要基礎(chǔ)性能，對這三項基礎(chǔ)性能，目前的測試方法是采用常規(guī)加熱裝置將試樣置于大氣環(huán)境下連續(xù)加熱熔化，通過人工觀測熔渣的熔化過程，用溫度測試裝置測試不同熔化狀態(tài)下的溫度，計算出熔渣不同溫度下的潤濕性和表面張力，通過對同一試樣多次測試得到的測試數(shù)據(jù)取平均值或優(yōu)選值作為最終測試結(jié)果。該方法存在的缺點是：1、熔渣熔化過程采取人工觀測(或借助輔助工具觀測)，受人為因素影響測試準(zhǔn)確度難以保證。2、測試操作繁瑣，工作效率低。3、測試過程中，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，無法滿足多種復(fù)雜氣體條件下的測試。技術(shù)實現(xiàn)要素：針對上述現(xiàn)有測試方法存在的缺點，本發(fā)明的目的是提供一種高溫熔渣基礎(chǔ)性能測試方法、使用該方法的裝置及該裝置的使用方法，使測試高溫熔渣基礎(chǔ)性能實現(xiàn)自動化；能夠模擬熔渣所處不同氣體環(huán)境；且測試結(jié)果準(zhǔn)確可靠。為實現(xiàn)這一目的，本發(fā)明提供的高溫熔渣基礎(chǔ)性能測試方法是，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，實時觀測試樣的熔化過程，通過在線測試分析系統(tǒng)得到熔渣熔化特征溫度和不同溫度下的潤濕角及表面張力數(shù)據(jù)。用上述方法測試高溫熔渣基礎(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的管道，管道的上端有密封蓋；在爐體的兩側(cè)壁上對應(yīng)所述電加熱裝置開設(shè)相互對應(yīng)的激光發(fā)射窗口和觀測窗口，激光發(fā)射窗口和觀測窗口分別由濾光片封閉，在爐體的外側(cè)對應(yīng)激光發(fā)射窗口設(shè)有激光源，對應(yīng)觀測窗口設(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；爐體上部通過抽真空管與真空泵相接。上述測試高溫熔渣基礎(chǔ)性能的裝置的使用方法，包括以下步驟：步驟1、根據(jù)測試目的及測試條件選擇基板將待測試熔渣壓制成規(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供試樣托桿通過的管道伸出后，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，確保試樣水平和無損壞后，將試樣托桿勻速緩慢下降到電加熱裝置中的測試區(qū)，通過調(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，用真空泵對爐內(nèi)抽真空；步驟3、按所需模擬現(xiàn)場氣體的成分及其含量通過氣瓶和氣體控制柜配制測試用模擬氣體，用氣體流量閥控制模擬氣體的流量向爐內(nèi)充氣，并對氣體成分和流量進(jìn)行實時監(jiān)測；同時由程序控制系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的多段式加熱熔化溫度曲線對熔渣進(jìn)行升溫加熱；步驟4、測試過程中，由CMOS高速攝像機(jī)在線抓取試樣熔化過程的照片，由顯示器加以顯示；試樣的熔化特征溫度通過程序控制數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)中的在線測試分析系統(tǒng)模塊實時測出，潤濕角和表面張力通過在線抓取照片后經(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試后的試樣(可供后續(xù)分析或處理)，將測試數(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)性能測試，采用高速攝像機(jī)以激光為背景在線抓取熔渣熔化過程照片，熔渣開始熔化溫度、半球點溫度和完全流動溫度可自動分析得出，潤濕角和表面張力通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)得到，自動化程度高，測試結(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)雜條件下的測試。3、測試過程由計算機(jī)全程記錄的同時也可對過程中的某一時刻進(jìn)行實時圖像抓取，方便后期或者他人對相關(guān)測試數(shù)據(jù)的收集整理和驗證。附圖說明圖1為本發(fā)明高溫熔渣基礎(chǔ)性能測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方式以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。如圖1所示，本發(fā)明高溫熔渣基礎(chǔ)性能測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)射窗口和觀測窗口相對應(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)壁上對應(yīng)電加熱裝置的中心部位開設(shè)相互對應(yīng)的激光發(fā)射窗口21和觀測窗口22，兩窗口分別由濾光片4密封，在爐體的外側(cè)對應(yīng)激光發(fā)射窗口設(shè)置激光源11，對應(yīng)觀測窗口設(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；爐體上部通過抽真空管19與真空泵20相接。以下為用上述裝置測試高溫熔渣基礎(chǔ)性能的實施例。該實施例選取的測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。通過測試實驗確定該高溫熔渣高溫下的熔化溫度、潤濕角及表面張力三項基礎(chǔ)性能。測試過程如下：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供試樣托桿通過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，確保試樣水平和無損壞后，將試樣托桿勻速緩慢下降到電加熱裝置中的測試區(qū)，通過調(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，用真空泵對爐內(nèi)抽真空后開始測試。3、本測試的氣體環(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；同時通過程序控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的多段式升溫制度對試樣進(jìn)行加熱升溫熔化。本實施例設(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、測試過程中，試樣的熔化特征溫度通過在線測試分析系統(tǒng)模塊實時測出，其結(jié)果如表1所示；其潤濕角和表面張力通過在線抓取照片后經(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試后試樣產(chǎn)物，留待后續(xù)分析或處理，將測試數(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溫度溶化區(qū)間溫度(℃)135213601374138331表2熔渣潤濕角和表面張力溫度(℃)135013551360136513701375138013851390潤濕角(°)11152384127142142表面張力(mN/m)17347589113231487562563當(dāng)前第1頁1 2 3