熔融混合物相變區(qū)遷移特性測(cè)量裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及熔融混合物相變區(qū)迀移特性測(cè)量，具體涉及熔融混合物相變區(qū)迀移 特性測(cè)量裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在相變儲(chǔ)熱、金屬冶煉等諸多領(lǐng)域中均涉及到混合物（如：合金、高爐渣等）的相 變換熱?；旌衔锏南嘧儞Q熱過(guò)程具有如下特點(diǎn)：潛熱對(duì)換熱過(guò)程影響顯著、潛熱在特定的 溫度區(qū)間內(nèi)釋放。測(cè)量相變區(qū)的及其界面的迀移特性能更好的的研宄混合物的相變換熱過(guò) 程，對(duì)相變儲(chǔ)熱過(guò)程中縮短儲(chǔ)熱材料的儲(chǔ)、放熱時(shí)間提高儲(chǔ)熱系統(tǒng)的效率具有指導(dǎo)意義，同 時(shí)還能為金屬冶煉過(guò)程中控制金屬的冷卻速率提供幫助。
[0003] 探針?lè)?、電阻法是測(cè)量相界面迀移的常用方法，探針?lè)ㄊ遣捎靡桓?xì)長(zhǎng)的探測(cè)針 來(lái)探測(cè)固-液相界面的位置，電阻法采用固-液相導(dǎo)電率不同的原理測(cè)算出相界面的位置。 常用方法具有諸多不足：探針?lè)o(wú)法測(cè)量相變區(qū)的迀移特性，且測(cè)量時(shí)間間隔較長(zhǎng)；電阻 法只能用于測(cè)量導(dǎo)電的材料，在測(cè)量過(guò)程中材料收縮會(huì)造成材料斷裂使其電阻增大，從而 嚴(yán)重影響測(cè)量的精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供熔融混合物相變區(qū)迀移特性測(cè)量裝置和方 法。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的第一個(gè)技術(shù)方案是，熔融混合物相變區(qū)迀移特 性測(cè)量裝置，包括加熱系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、氣氛保護(hù)系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)和爐體和坩堝；其特點(diǎn)是：
[0006] 所述加熱系統(tǒng)包括加熱控制柜和加熱體；加熱控制柜用于對(duì)加熱體進(jìn)行加熱溫度 調(diào)節(jié)和控制；使物料內(nèi)部溫度均勻、恒定；
[0007] 所述冷卻系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)、流量計(jì)、節(jié)流閥和冷卻風(fēng)道；所述冷卻系統(tǒng)用于冷卻物 料；且冷卻工質(zhì)流量可調(diào)；
[0008] 所述測(cè)量系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集器、電腦、測(cè)溫?zé)犭娕己蜏y(cè)溫?zé)犭娕级?br>[0009] 所述爐體包括上蓋和底座，所述上蓋蓋在底座上，在底座的頂端設(shè)置有冷卻風(fēng)道； 坩堝放置在冷卻風(fēng)道上且置于上蓋的內(nèi)腔中；坩堝的外部設(shè)置有加熱體；所述上蓋的頂部 設(shè)置有通孔，測(cè)溫?zé)犭娕即┻^(guò)通孔對(duì)坩堝內(nèi)物料多個(gè)位置處的溫度進(jìn)行檢測(cè)；所述上蓋的 下部和上部分別設(shè)置有進(jìn)氣流道和出氣流道，進(jìn)氣流道用于將氣氛保護(hù)系統(tǒng)中的保護(hù)氣體 接入上蓋內(nèi)腔中，使測(cè)溫?zé)犭娕己哇釄宀槐谎趸?；出氣流道用于將保護(hù)氣體排出；所述上 蓋和底座內(nèi)均設(shè)置有多層保溫層；冷卻風(fēng)道中設(shè)置有測(cè)溫?zé)犭娕级?，用于測(cè)量冷卻風(fēng)道的 進(jìn)出口溫度；
[0010] 所述數(shù)據(jù)采集器采集熱電偶的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)及其對(duì)應(yīng)的測(cè)溫時(shí)間，傳送到電腦，電腦 對(duì)數(shù)據(jù)采集器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄和顯示。
[0011] 利用熔融混合物相變區(qū)迀移特性測(cè)量裝置進(jìn)行熔融混合物相變區(qū)迀移特性測(cè)量 的方法，其特征在于：包括如下
[0012] 步驟：
[0013] 第一步：測(cè)量試樣設(shè)置：將待測(cè)物料置于坩堝中；在測(cè)溫?zé)犭娕忌显O(shè)置多個(gè)熱電 偶測(cè)點(diǎn)；
[0014] 第二步：加熱待測(cè)物料
[0015] 通過(guò)加熱控制柜控制物料的加熱功率、升溫速率和最終溫度；加熱過(guò)程中先通入 氮?dú)鈱?duì)爐膛內(nèi)的氧氣進(jìn)行吹掃；當(dāng)物料溫度高于500°C時(shí)開(kāi)始間歇性通入氬氣，用于吹掃 加熱過(guò)程中產(chǎn)生的氣體，當(dāng)物料溫度高于1200°C時(shí)需持續(xù)通入氬氣；
[0016] 第三步：冷卻待測(cè)物料
[0017] 當(dāng)不同位置處熔融物料的溫度相等時(shí)停止加熱；停止通入氬氣，打開(kāi)風(fēng)機(jī)，將風(fēng)鼓 入冷卻風(fēng)道以使物料冷卻；改變風(fēng)機(jī)風(fēng)量，測(cè)量不同冷卻速率下相變區(qū)的迀移特性；
[0018] 步驟5:采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
[0019] 通過(guò)數(shù)據(jù)采集器采集所需數(shù)據(jù)并將其存儲(chǔ)在電腦中；
[0020] 步驟：6:處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
[0021] 通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的冷卻工質(zhì)流量、進(jìn)出口及冷卻壁面溫度可計(jì)算出冷卻壁面處的平 均換熱系數(shù)h，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的不同時(shí)刻物料內(nèi)部溫度場(chǎng)分布可以計(jì)算出軸向上的熱流密 度qi，相界面的位置x a(jP X b(i)隨時(shí)間的變化規(guī)律，相變區(qū)寬度X及位置隨時(shí)間的變化規(guī) 律；具體計(jì)算公式如下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 烙融混合物相變區(qū)遷移特性測(cè)量裝置，包括加熱系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、氣氛保護(hù)系統(tǒng)、測(cè) 量系統(tǒng)和爐體和相蝸；其特征在于： 所述加熱系統(tǒng)包括加熱控制柜（101)和加熱體（103);加熱控制柜（101)用于對(duì)加熱 體（103)進(jìn)行加熱溫度調(diào)節(jié)和控制； 所述冷卻系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)（201)和冷卻風(fēng)道（206);所述冷卻系統(tǒng)用于冷卻物料； 所述測(cè)量系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集器（402)、電腦（401)、測(cè)溫?zé)犭娕迹?05)和測(cè)溫?zé)犭娕级?(406)； 所述爐體包括上蓋巧01)和底座巧06)，所述上蓋巧01)蓋在底座（506)上，在底座 (506)的頂端設(shè)置有冷卻風(fēng)道（206);相蝸（505)放置在冷卻風(fēng)道（206)上且置于上蓋 (501)的內(nèi)腔中；相蝸巧05)的外部設(shè)置有加熱體（103);所述上蓋巧01)的頂部設(shè)置有通 孔巧09)，測(cè)溫?zé)犭娕迹?05)穿過(guò)通孔巧09)對(duì)相蝸內(nèi)物料多個(gè)位置處的溫度進(jìn)行檢測(cè)；所 述上蓋巧01)的下部和上部分別設(shè)置有進(jìn)氣流道（507)和出氣流道巧08)，進(jìn)氣流道巧07) 用于將氣氛保護(hù)系統(tǒng)中的保護(hù)氣體接入上蓋巧01)內(nèi)腔中，使測(cè)溫?zé)犭娕迹?05)和相蝸 (505)不被氧化；出氣流道（508)用于將保護(hù)氣體排出；所述上蓋（501)和底座巧06)內(nèi)均 設(shè)置有多層保溫層巧〇2、503);冷卻風(fēng)道（206)中設(shè)置有測(cè)溫?zé)犭娕级?06)，用于測(cè)量冷 卻風(fēng)道（206)的進(jìn)出口溫度； 所述數(shù)據(jù)采集器（402)采集熱電偶的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)及其對(duì)應(yīng)的測(cè)溫時(shí)間，傳送到電腦，電 腦（401)對(duì)數(shù)據(jù)采集器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄和顯示。
2. 利用權(quán)利要求1所述的烙融混合物相變區(qū)遷移特性測(cè)量裝置進(jìn)行烙融混合物相變 區(qū)遷移特性測(cè)量的方法，其特征在于：包括如下步驟： 第一步；測(cè)量試樣設(shè)置：將待測(cè)物料置于相蝸中；在測(cè)溫?zé)犭娕迹?05)上設(shè)置多個(gè)熱電 偶測(cè)點(diǎn)； 第二步；加熱待測(cè)物料 通過(guò)加熱控制柜（101)控制物料的加熱功率、升溫速率和最終溫度；加熱過(guò)程中先通 入氮?dú)鈱?duì)爐膛內(nèi)的氧氣進(jìn)行吹掃；當(dāng)物料溫度高于500°C時(shí)開(kāi)始間歇性通入氣氣，用于吹 掃加熱過(guò)程中產(chǎn)生的氣體，當(dāng)物料溫度高于1200°C時(shí)需持續(xù)通入氣氣； 第=步；冷卻待測(cè)物料 當(dāng)不同位置處烙融物料的溫度相等時(shí)停止加熱；停止通入氣氣，打開(kāi)風(fēng)機(jī)，將風(fēng)鼓入冷 卻風(fēng)道（206)W使物料冷卻；改變風(fēng)機(jī)風(fēng)量，測(cè)量不同冷卻速率下相變區(qū)的遷移特性； 第四步；采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 通過(guò)數(shù)據(jù)采集器（402)采集所需數(shù)據(jù)并將其存儲(chǔ)在電腦（401)中； 第五步；處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 通過(guò)測(cè)得的冷卻工質(zhì)流量、進(jìn)出口及冷卻壁面溫度，計(jì)算出冷卻壁面處的平均換熱系 數(shù)h，通過(guò)測(cè)得的不同時(shí)刻物料內(nèi)部溫度場(chǎng)分布可W計(jì)算出軸向上的熱流密度Qi，相界面的 位置x。^和XbW隨時(shí)間的變化規(guī)律，相變區(qū)寬度X及位置隨時(shí)間的變化規(guī)律；具體計(jì)算公 式如下：
式中，P為冷卻工質(zhì)氣體密度，Q為冷卻工質(zhì)氣體體積流量，Cp為冷卻工質(zhì)氣體的比熱 容，A為冷卻面的面積，thw、tDuw分別為某一時(shí)刻冷卻工質(zhì)的進(jìn)、出口溫度，t為冷卻壁面 溫度，tg、tb分別為相變起始溫度和終止溫度，t 為i時(shí)刻溫度處于t。附近的相鄰熱電 偶測(cè)點(diǎn)的溫度，Xi、Xw為該時(shí)刻對(duì)應(yīng)溫度下兩個(gè)熱電偶測(cè)點(diǎn)的位置，t'古W為i時(shí)刻溫度 處于tb附近的相鄰測(cè)溫?zé)犭娕紲y(cè)點(diǎn)的溫度，X'i、X'W為該時(shí)刻對(duì)應(yīng)溫度下的兩個(gè)測(cè)溫?zé)犭?偶測(cè)點(diǎn)的位置。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了熔融混合物相變區(qū)遷移特性測(cè)量裝置和方法；熔融混合物相變區(qū)遷移特性測(cè)量裝置，包括加熱系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、氣氛保護(hù)系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)和爐體和坩堝；其特點(diǎn)是：所述加熱系統(tǒng)包括加熱控制柜和加熱體；加熱控制柜用于對(duì)加熱體進(jìn)行加熱溫度調(diào)節(jié)和控制；所述冷卻系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)、流量計(jì)、節(jié)流閥和冷卻風(fēng)道；所述冷卻系統(tǒng)用于冷卻物料；所述測(cè)量系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集器、電腦、測(cè)溫?zé)犭娕己蜏y(cè)溫?zé)犭娕级?；所述爐體包括上蓋和底座，所述上蓋蓋在底座上，在底座的頂端設(shè)置有冷卻風(fēng)道；坩堝放置在冷卻風(fēng)道上且置于上蓋的內(nèi)腔中；坩堝的外部設(shè)置有加熱體；本發(fā)明能精確的追蹤相變區(qū)寬度及其外置隨時(shí)間的變化規(guī)律；可廣泛運(yùn)用于化工、環(huán)保等領(lǐng)域。
【IPC分類(lèi)】G01N25-02
【公開(kāi)號(hào)】CN104792812
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510187710
【發(fā)明人】王宏, 丁斌, 朱恂, 廖強(qiáng), 丁玉棟, 陳蓉, 李俊, 葉丁丁, 黃云, 付乾
【申請(qǐng)人】重慶大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年4月20日