一種動(dòng)態(tài)觀測(cè)模擬電渣重熔過程熔滴行為的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種動(dòng)態(tài)觀測(cè)模擬電渣重熔過程熔滴行為的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電渣重熔過程中，電極熔化末端熔滴形成及滴落行為、熔滴形貌尺寸變化等不僅影響著金屬液滴的表面更新還與渣金(液滴)界面處的熱量傳輸密切相關(guān)，進(jìn)而影響渣金界面的物理化學(xué)反應(yīng)及金屬恪滴中雜質(zhì)元素的去除，對(duì)電澄鋼錠的質(zhì)量、成分和純凈度具有重要影響。然而，在工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐條件下，由于熔煉體系處于高溫、不透明的狀態(tài)且有水冷結(jié)晶器的存在，直接觀察電極末端熔滴形成和滴落行為顯得不大可能，因此，運(yùn)用透明的熔煉體系來物理模擬電渣重熔過程顯得很有必要也很有意義。
[0003]有文獻(xiàn)指出，伍德合金諸如粘度、密度等物理性能與鐵水相似，而一定濃度的NaCl溶液則具有和電渣重熔用熔渣相似的電導(dǎo)率，因此可以被用來建立透明的熔煉體系對(duì)電渣重熔過程進(jìn)行物理模擬。
[0004]文獻(xiàn)“電渣重熔過程中渣池內(nèi)的電弧放電現(xiàn)象”公開了一種電渣重熔示波照象線路圖，分別以伍德合金、NaCl溶液及玻璃燒杯代替電渣重熔過程自耗電極、熔渣及結(jié)晶器，用示波照象記錄了電流和聲音的變化，發(fā)現(xiàn)其電流與聲音的示波圖，與采用相似裝置進(jìn)行的電渣重熔過程電流與聲音示波圖具有類似的特征(分別以滾珠鋼為自耗電極、鋼制結(jié)晶器及相應(yīng)成分熔渣)，說明二者過程具有一定的相似性。然而，由于電極熔化末端熔滴形成及滴落過程十分短暫，該方法提供的裝置無法更清晰詳細(xì)地對(duì)熔滴形成及滴落過程其形貌尺寸及熔池溫度進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀測(cè)。
[0005]文獻(xiàn)“The role played by the electric current on metal droplet format1nin the ESR process”則采用相似裝置，以伍德合金、NaCl溶液及玻璃燒杯分別代替自耗電極、熔渣及結(jié)晶器，來模擬電渣重熔過程，通過相應(yīng)控制系統(tǒng)維持自耗電極(伍德合金棒)和另一極(Mo環(huán))之間的距離為定值，該方法通過記錄某時(shí)間段內(nèi)總?cè)鄣蔚温鋽?shù)及總?cè)刍辖鹬亓縼碛?jì)算每個(gè)熔滴的平均重量；然而，由于伍德合金及NaCl溶液較大的密度差而導(dǎo)致滴落過程非常短暫、熔滴形狀變化多端，因此通過該文獻(xiàn)提供裝置系統(tǒng)同樣無法清晰詳細(xì)地觀測(cè)熔滴形成及滴落過程的動(dòng)態(tài)變化行為，無法及對(duì)熔滴尺寸大小及熔池溫度場(chǎng)進(jìn)行觀測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有模擬電渣重熔過程觀測(cè)熔滴形成、滴落行為及渣池溫度分布技術(shù)存在的上述問題，本實(shí)用新型提供一種動(dòng)態(tài)觀測(cè)模擬電渣重熔過程的裝置及方法，采用伍德合金圓棒、NaCl溶液和石英燒杯分別代替自耗電極、熔渣和結(jié)晶器，增加熔速控制系統(tǒng)，通過高速照相機(jī)和紅外熱成像儀獲得動(dòng)態(tài)影像，實(shí)現(xiàn)熔滴形成、滴落行為及渣池溫度分布的觀測(cè)控制。
[0007]本實(shí)用新型的動(dòng)態(tài)觀測(cè)模擬電渣重熔過程熔滴行為的裝置包括石英燒杯、帶有上橫梁和下橫梁的絕緣支架、調(diào)壓器、紅外熱成像儀和高速照相機(jī)；石英燒杯和用于測(cè)量自耗電極插入導(dǎo)電溶液深度的刻度尺位于平臺(tái)上；上橫梁上懸掛有定滑輪裝置，作為自耗電極的伍德合金圓棒懸掛在定滑輪的繩索上，或懸掛在動(dòng)橫梁上并且動(dòng)橫梁懸掛在定滑輪的繩索上；同時(shí)伍德合金圓棒通過鑲嵌其內(nèi)的導(dǎo)線與調(diào)壓器連接，伍德合金圓棒的下部插入石英燒杯內(nèi)部作為熔渣的導(dǎo)電溶液內(nèi)；紅外熱成像儀和高速照相機(jī)放置在石英燒杯外并與伍德合金圓棒底端相對(duì)。
[0008]上述裝置中，作為自耗電極的伍德合金圓棒為一個(gè)或成對(duì)的兩組；當(dāng)伍德合金圓棒為一個(gè)時(shí)，伍德合金圓棒懸掛在定滑輪的繩索上；當(dāng)伍德合金圓棒為成對(duì)的兩組時(shí)，伍德合金圓棒懸掛在動(dòng)橫梁上。
[0009]上述裝置中，作為自耗電極的伍德合金圓棒為一個(gè)或成對(duì)的兩組；當(dāng)伍德合金圓棒為一個(gè)時(shí)，伍德合金圓棒通過導(dǎo)線與調(diào)壓器的一極連接，石英燒杯內(nèi)部設(shè)有鉬片通過導(dǎo)線與調(diào)壓器的另一極連接；當(dāng)伍德合金圓棒為成對(duì)的兩組時(shí)，每組伍德合金圓棒分別通過導(dǎo)線與調(diào)壓器的兩極連接。
[0010]上述裝置中，下橫梁上固定有溫度計(jì)，溫度計(jì)插入石英燒杯內(nèi)部的導(dǎo)電溶液中。
[0011]上述裝置中，伍德合金圓棒的頂端的中心部鑲嵌有開口銷，伍德合金圓棒通過開口銷與定滑輪的繩索或動(dòng)橫梁連接在一起。
[0012]上述裝置中，數(shù)顯電壓表與調(diào)壓器并聯(lián)，調(diào)壓器與伍德合金圓棒連接的導(dǎo)線上設(shè)有數(shù)顯電流表。
[0013]上述的調(diào)壓器為接觸式自耦調(diào)壓器。
[0014]上述的紅外熱成像儀和高速照相機(jī)同時(shí)與一個(gè)計(jì)算機(jī)連接。
[0015]采用上述裝置進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀測(cè)模擬電渣重熔過程熔滴行為的方法按以下步驟進(jìn)行:
[0016]1、通過定滑輪裝置及刻度尺對(duì)伍德合金圓棒插入導(dǎo)電溶液的深度進(jìn)行調(diào)節(jié)；通過調(diào)壓器向伍德合金圓棒和導(dǎo)電溶液施加電流；其中當(dāng)石英燒杯中有一個(gè)伍德合金圓棒時(shí)，伍德合金圓棒、導(dǎo)電溶液、鉬片和調(diào)壓器構(gòu)成通電回路；當(dāng)石英燒杯中有成對(duì)的兩組伍德合金圓棒時(shí)，兩組伍德合金圓棒、導(dǎo)電溶液和調(diào)壓器構(gòu)成通電回路；其中伍德合金圓棒的尺寸與石英燒杯的尺寸之間的關(guān)系根據(jù)電渣重熔過程中直徑充填比的要求設(shè)置；
[0017]2、在施加電流過程中，伍德合金圓棒底端開始形成熔滴進(jìn)而開始滴落；
[0018]3、當(dāng)熔滴形成和滴落過程穩(wěn)定時(shí)，通過高速照相機(jī)對(duì)熔滴的滴落過程進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)拍攝，同時(shí)對(duì)通電回路中的電流和電壓變化進(jìn)行記錄；用樣勺截取電極末端滴落的熔滴，然后稱重；
[0019]4、通過紅外熱成像儀實(shí)時(shí)觀測(cè)熔滴形成及滴落過程中的渣池溫度分布，并與溫度計(jì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)照。
[0020]上述方法中，隨著伍德合金圓棒的底端逐漸熔化，根據(jù)刻度尺的示數(shù)，通過定滑輪裝置調(diào)節(jié)下橫梁的高度，進(jìn)而調(diào)節(jié)伍德合金圓棒插入導(dǎo)電溶液的深度，使伍德合金圓棒的熔化速度恒定。
[0021 ] 上述的直徑充填比為伍德合金圓棒與石英燒杯的直徑比，模擬自耗電極與結(jié)晶器之間的直徑比。
[0022]上述方法中，當(dāng)石英燒杯中有一個(gè)伍德合金圓棒時(shí)，著重研宄不同直徑充填比、電極插入導(dǎo)電溶液深度和熔煉電壓工藝參數(shù)；當(dāng)石英燒杯中有成對(duì)的兩組伍德合金圓棒時(shí)，著重對(duì)電極間距、電極插入導(dǎo)電溶液深度和熔煉電壓條件下，電極熔化末端熔滴形成、滴落狀態(tài)及渣池溫度分布的影響進(jìn)行觀測(cè)及分析。
[0023]上述方法中，采用的高速照相機(jī)的幀率為200幀每秒；
[0024]上述方法中，熔滴形成和滴落過程穩(wěn)定是指:當(dāng)熔煉電壓、直徑充填比一定時(shí)，緩慢連續(xù)調(diào)節(jié)電極插入導(dǎo)電溶液深度，在熔滴滴落過程中通電回路內(nèi)電流值波動(dòng)在±10%范圍內(nèi)并保持1min以上。
[0025]上述方法中，采用導(dǎo)電溶液為NaCl溶液，濃度為0.1221 mol/L，電導(dǎo)率為1.47Sm、
[0026]本實(shí)用新型是一種利用透明的熔煉體系實(shí)現(xiàn)對(duì)電渣重熔過程的物理模擬并具備在線動(dòng)態(tài)觀測(cè)電渣重熔過程熔滴形成、滴落行為及渣池區(qū)溫度分布的裝置及實(shí)現(xiàn)此種觀測(cè)控制的方法；所采用NaCl溶液的電導(dǎo)率與電渣過程常用渣系電導(dǎo)率相近，通過利用高速照相機(jī)對(duì)電極末端熔滴形成、滴落行為及對(duì)應(yīng)回路電流、電壓變化的拍攝，不僅可以清晰詳細(xì)地觀察電極熔化末端熔滴形成及滴落過程其形貌尺寸變化，同時(shí)也將有利于建立此過程回路電參數(shù)與熔滴滴落現(xiàn)象的對(duì)應(yīng)關(guān)系；通過紅外熱成像儀對(duì)電極熔化末端熔滴滴落過程的渣池區(qū)溫度分布的在線實(shí)時(shí)觀測(cè)。
[0027]由于電極末端熔滴形成、滴落穿過渣池及進(jìn)入金屬熔池等過程中鋼渣接觸面積會(huì)對(duì)渣鋼間的反應(yīng)產(chǎn)生一定影響，本實(shí)用新型通過對(duì)不同直徑充填比、熔煉電壓、電極插入導(dǎo)電溶液深度條件下的熔滴尺寸、滴落頻率及渣池溫度場(chǎng)觀測(cè)、記錄，可以有效地獲得為渣鋼間反應(yīng)提供良好反應(yīng)動(dòng)力學(xué)條件的試驗(yàn)參數(shù)，在強(qiáng)化冶金反應(yīng)的同時(shí)還將有力地促進(jìn)有害雜質(zhì)元素和非金屬夾雜物的排除；另外，由于渣池溫度場(chǎng)的分布將極大地影響金屬熔池的溫度分布；因此，本實(shí)用新型對(duì)不同因素條件下的渣池溫度場(chǎng)觀察將有利于我們獲取有利于重熔鋼錠獲得良好結(jié)晶組織的試驗(yàn)參數(shù)；總之，通過本實(shí)用新型中對(duì)熔滴末端熔滴行為的觀測(cè)可以為實(shí)際電渣重熔工業(yè)生產(chǎn)提供有力參考。
【附圖說明】
[0028]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1的動(dòng)態(tài)觀測(cè)模擬電渣重熔過程熔滴行為的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例2的動(dòng)態(tài)觀測(cè)模擬電渣重熔過程熔滴行為的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖中，1、定滑輪裝置，2、絕緣支架，3、溫度計(jì)，4、石英燒杯，5、紅外熱成像儀，6、計(jì)算機(jī)，7、支撐臺(tái)，8、冷卻銅板，9、導(dǎo)電溶液，10、高速照相機(jī)，11、刻度尺，12、數(shù)顯電流表，13、調(diào)壓器，14、數(shù)顯電壓表，15、鉬片，16、單個(gè)自耗電極，17、第一自耗電極，18、第二自耗電極，19、開口銷，20、下橫梁，21、上橫梁，22、動(dòng)橫梁；
[0031]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例2的動(dòng)態(tài)觀測(cè)模擬電渣重熔過程熔滴行為的裝置局部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例1中通過高速照相機(jī)觀測(cè)的熔滴滴落過程示意圖；圖中a到g為熔滴滴落各步驟；
[0033]圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例1中通過紅外熱成像儀觀測(cè)的溫度場(chǎng)分布示意圖；圖中，Tl、T2、丁3、了4的溫度分別為85°〇、80°〇、77°〇、75°〇
[0034]圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例2中通過紅外熱成像儀觀測(cè)的溫度場(chǎng)分布示意圖；圖中，Τ5、Τ6、Τ7、丁8、了9的溫度分別為87°〇、83°〇、80°〇、76°〇、73°〇。
[0035]圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例中熔滴的當(dāng)量直徑隨充填比的變化曲線圖；
[0036]圖8為本實(shí)用新型實(shí)施例中熔滴滴重隨電流密度的變化曲線圖。
【具體實(shí)施方式】