CN104990786B - 渣类材料快速熔融形成温度均匀液膜的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了渣类材料快速熔融形成温度均匀液膜的方法及装置，该方法采用铂铑热电偶测温同时作为加热元件，将有效成分为渣类材料的试样加热并熔融形成温度均匀、面积为0.5×1mm²左右液膜，使在线连续探测高温熔融态的高炉渣、炼钢精炼渣、保护渣等冶金渣类材料的微观结构信息成为可能。同时本发明还提供了快速熔融形成温度均匀液态渣膜的装置，可以通过测微器调整热电偶的位置，使渣样液膜处于球形空腔中心，在热电偶加热、球形空腔内表面的反射及壳体夹层的隔热保温协同作用下，使处于球形空腔球心处熔融态液膜温度均匀，检测射线从入射窗导入，从出射窗投射出去，即可实现对熔融态液膜的扫描探测。

Description

渣类材料快速熔融形成温度均匀液膜的方法及装置

技术领域

本发明涉及冶金渣类材料的熔融和检测技术领域，尤其是对高炉渣、炼钢精炼渣、保护渣及其它渣料的熔融和检测技术领域，具体涉及渣类材料快速形成温度均匀的熔融态液膜的方法及装置。

背景技术

在高温冶金过程中，熔融炉渣如高炉渣、炼钢精炼渣、保护渣及其它渣料起着致关重要的作用，其作用主要是通过控制炉渣的化学组成、温度及其在实际冶炼过程中的物理化学性质来实现的，而炉渣的化学组成、微观结构直接影响高温熔渣的物理化学性质。从构成熔渣的各物质间微观键合结构为基础进行研究，可以揭示熔融炉渣各种物理化学过程和宏观性质的本质，探明熔渣物理化学性质变化的规律，达到控制冶金反应过程的目的。因此分析熔融炉渣等渣类材料的物理化学性质及微观结构始终都是冶金科学与工程领域中的研究重点。

在目前的研究及分析中，由于冶金熔融渣的温度高，存在与现有光谱微结构分析匹配难度大等问题，一般难以直接检测。实践中，通常认为熔融渣淬冷玻璃态的结构与高温下熔融态的结构有相似之处，因此大多是通过常温光谱分析淬冷玻璃态的微结构推测熔渣在高温熔融态的结构及其与宏观理化性质的关联。

然而，利用淬冷玻璃态测得的只是某一非稳态的光谱，即使是同一种非晶态试样由于冷却速率不同都会呈现结构上的差异，因此淬冷玻璃态的结构并不能正确传递实际熔融态液渣的结构信息。

因此，只有在高温熔融态下对高炉渣、炼钢精炼渣、保护渣等冶金渣类材料进行检测和分析才能真正获得其准确的化学组成、微观结构，进而分析其物理化学性质。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供渣类材料快速形成温度均匀的熔融态液膜的方法及装置。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

渣类材料快速熔融形成温度均匀液膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将渣类材料的粉状物与酒精混合均匀形成糊状渣料作为试样；

2）用封闭式加热装置加热，该加热装置是热电偶构成的加热器，热电偶头部弯折形成W状，取试样置于热电偶的W头部处，封闭加热装置；

3）将热电偶两端分别固定在电极座的两个接线端子上，再将两个接线端子分别通过电缆线与温度控制系统连接；

4）启动温度控制系统使热电偶升温，使试样吸收热能，最终形成熔融态液膜，该熔融态液膜用于射线检测。

进一步地，所述热电偶是铂铑热电偶，该热电偶的两电极丝的直径均为0.5mm，两电极丝的间距为1mm。

进一步地，所述的熔融态液膜的宽度为1mm，厚度为0.5mm。

用于快速熔融形成温度均匀液膜的装置，其特征在于，包括内壳体、外壳体、加热用热电偶、电极座和密封塞；所述的内壳体安装在外壳体内，二者中间的空间形成壳体夹层，所述的内壳体有一球形空腔；所述的热电偶和电极座设置在球形空腔内，该电极座有接线端子的一端为电极端，位于球形空腔的球心正上方，另一端为固定端，连接在内壳体上；热电偶的头部弯折形成W状，热电偶的热端位于W头部中间顶点，糊状渣样放置于热电偶的W头部区域，热电偶两端分别固定在电极座的两个接线端子上，电缆线一端与接线端子相连，另一端依次穿过内壳体、壳体夹层并从外壳体穿出，用于连接温度控制系统；所述外壳体顶部开设有一个与球形内腔相通的圆孔作为装卸孔，用于装卸热电偶和放置试样；与装卸孔匹配的密封塞塞放在装卸孔中，用于密封球形内腔；所述外壳体上相背的两面各开有一个孔，两孔贯穿内壳体和壳体夹层的对应位置，形成两个中心轴线重合并通过球形空腔中心的通孔以作为入射窗和出射窗，所述入射窗和出射窗嵌有kapton膜。

进一步地，外壳体上部嵌有测微器，该测微器的上端为调节旋钮，设置在外壳体顶部，下端为微调端，穿过壳体夹层并延伸到内壳体中，并与电极座的固定端连接。

进一步地，入射窗的直径为3mm。

进一步地，出射窗的直径为熔融态液膜距其上嵌有的kapton膜中心垂直距离的1.4倍。

进一步地，所述密封塞的下表面为内凹的球形弧面，该球形弧面与球形空腔共同构成一个完整的球形内表面。

进一步地，入射窗、出射窗、两kapton膜中心、高温熔渣液膜的中心在一条直线上。

进一步地，所述的壳体夹层为真空空隙或充满保护气体，能够有效防止热能散失并阻断热能向外壳体传递。

与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、前景广阔。本发明提供的方法，能够将冶金渣类材料快速熔融并形成温度均匀的熔融态液膜，使在线连续探测分析高温熔融液体熔渣微观结构信息成为了可能。

2、为在高温熔融态下对高炉渣、炼钢精炼渣、保护渣等冶金渣类材料进行检测和分析成为可能。本发明提供的用于形成渣料熔融态液膜的装置可以从装置上嵌有kapton膜的检测窗导入检测射线，对处于球形空腔中心的高温渣料熔融态液膜进行扫描探测，解决由于冶金熔渣的温度高，存在与现有光谱微结构分析匹配难度大的问题。

3、设备利用率高。本发明的热电偶的热端是W头部中间顶点的铂铑热电偶，它可以形成热量较为集中的高温加热区域，促使渣样快速熔融，在W头顶上方形成的液膜温度均匀、稳定，且热电偶的热端处于熔融态液膜中，既可起到补热作用又可以准确反映液膜的温度。

4、节约能源，延长设备寿命。本发明提供的用于形成渣料熔融态液膜的装置可以使高温熔渣液膜向球形腔体内散失的辐射热通过球形空腔内表面反射汇集在处于球形空腔中心的熔渣液膜上，一方面实现高温熔渣液膜的温度均匀化，另一方面也降低热电偶同时作为加热元件需要的功率，特别是在接近于热电偶允许的使用温度范围内时，如1600℃，可使铂铑热电偶的寿命显著提高。

5、安全性较高。本发明提供的用于形成渣料熔融态液膜的装置在内壳体和外壳体中间是保护气体或真空空隙作为保温层，再加上球形内腔的热反射作用，使内部可形成1500℃~1600℃的高温熔融态液膜的同时，外壳仍与环境温度相当，保证了设备和操作人员安全。

附图说明

图1为本发明中装置的结构示意图；

图2为本发明中熔融态液膜示意图；

图3为本发明中热电偶连接安装示意图。

附图中：1-入射窗；2-内壳体；3-外壳体；4-测微器；5-密封塞；6-电极座；7-出射窗；8-球形空腔；9-壳体夹层；10-热电偶W头部；11-熔融态液膜；12-电缆线。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

渣类材料快速熔融形成温度均匀液膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将渣类材料的粉状物与酒精混合均匀形成糊状渣料作为试样；

2）通过封闭式加热装置加热试样，该加热装置是热电偶构成的加热器，热电偶的头部折成W状，取试样置于热电偶的W头部区域，封闭加热装置；

3）将热电偶两端分别固定在电极座的两个接线端子上，再将两个接线端子分别通过电缆线与温度控制系统连接；

4）启动温度控制系统使热电偶升温，使试样吸收热能，最终形成熔融态液膜，该熔融态液膜用于射线检测。

作为一种优选的实施方式，所述热电偶是铂铑热电偶，该热电偶的两电极丝的直径均为0.5mm，两电极丝的间距为1mm。

作为一种优选的实施方式，所述的熔融态液膜的宽度为1mm，厚度为0.5mm左右。

参见图1、图2，用于快速熔融形成温度均匀液膜的装置，包括内壳体2、外壳体3、加热用热电偶、电极座6和密封塞5；所述的内壳体2安装在外壳体3内，二者中间的空间形成壳体夹层9，所述的内壳体2有一球形空腔8；所述的热电偶和电极座6设置在球形空腔8内，该电极座6有接线端子的一端为电极端，位于球形空腔8的球心正上方，另一端为固定端，连接在内壳体2上；热电偶的头部弯折成W状，热电偶的热端位于W头部中间顶点，糊状渣样可放置于热电偶W头部10处，热电偶两端分别固定在电极座的两个接线端子上，电缆线12一端与接线端子相连，另一端依次穿过内壳体2、壳体夹层9并从外壳体3穿出，用于连接温度控制系统，其连接方式参照图3；所述外壳体3顶部开设有一个与球形内腔相通的圆孔作为装卸孔，用于装卸热电偶和放置试样；与装卸孔匹配的密封塞5塞放在装卸孔中，用于密封球形内腔8；所述外壳体3上相背的两面还各开有一个孔，两孔贯穿内壳体2和壳体夹层9的对应位置，形成两个中心轴线重合并通过球形空腔8中心的通孔以作为入射窗1和出射窗7，所述入射窗1和出射窗7嵌有kapton膜。

作为一种优选的实施方式，外壳体3上部嵌有测微器4，该测微器4的上端为调节旋钮，设置在外壳体3顶部，下端为微调端，穿过壳体夹层9并延伸到内壳体2中，并与电极座6的固定端连接。测微器4的使用可以对安装后的热电偶的位置时进行微调，使热电偶W头部10位于球形空腔8的球心正下方处。

作为一种优选的实施方式，入射窗1的直径为3mm。

作为一种优选的实施方式，出射窗7的直径为熔融态液膜11距其上嵌有的kapton膜中心垂直距离的1.4倍，以保证射线穿过液膜中心向外的投射的中心角为70°左右。

作为一种优选的实施方式，为了更好地防止热能散失，所述密封塞5的下表面设计成内凹的球形弧面，该球形弧面与球形空腔8共同构成一个完整的球形内表面。熔融态液膜11和热电偶W头部10散失的辐射热能可以通过球形空腔8内表面完全反射汇集在处于球心处的熔融态液膜11上。

作为一种优选的实施方式，入射窗1、出射窗7、两kapton膜中心、熔融态液膜11的中心在一条直线上，这样在检测射线穿过熔融态液膜11时的检测数据最准确。

作为一种优选的实施方式，所述的壳体夹层9为真空空隙或充满保护气体，能够有效地防止热能散失并阻断热能向外壳体3传递。

本发明使渣类材料快速熔融形成温度均匀液膜的具体操作步骤和工作原理是这样的：首先，根据实验要求液膜的宽度和厚度调整热电偶两丝的直径和间距，如宽度×厚度为1×0.5mm²的渣类材料熔融态液膜，可以采用直径为0.5mm铂铑热电偶，制作成头部呈W型头顶，热电偶的热端置于W头顶的中间，两热电偶内侧间距为1mm；然后，将热电偶两端分别固定在电极座6的两个接线端子上，通过测微器微4调热电偶的位置，使W头热电偶的热端处于球形空腔8中心的稍下方。将渣类材料的粉状颗粒与适量酒精混匀，再取适量糊状渣料置于装置的球形空腔8中的热电偶W头部10处，采用密封塞5封闭装置。再启动温度控制系统使电热偶丝按预定程序升温，同时给预先置于热电偶W头部10处的试样预热，直至熔融形成熔融态液膜11。本发明提供的热电偶W头部10具有高温加热区域集中，促使渣样快速熔融后，在热电偶W头部10上方形成熔融态液膜，在装置球形空腔8的内表面反射汇集的协同作用下，本发明形成的熔融态液膜11温度均匀、稳定、准确。本发明采用从装置外壳体3的入射窗1导入检测射线，再从装置的出射窗7投射出去，从而对处于球形空腔8球心处的熔融态液膜11进行扫描探测。同时由于热电偶头部呈W型，这样形成的液膜即使如图2竖直放置更加稳定，同时热电偶的热端处于液膜中间，可以准确反映液膜的温度，方便在线实时检测。

本发明专门针对在线实时探测高温熔融渣类材料的微结构信息，解决由于冶金熔渣的温度高，存在与现有光谱微结构分析匹配难度大的问题而设计，同时这种形成液膜的方法和装置也可以推广适用于其他类似新生产物的液膜形成和形态变化的观测。

本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (6)

1.用于快速熔融形成温度均匀液膜的装置，其特征在于，包括内壳体、外壳体、加热用热电偶、电极座和密封塞；

所述的内壳体安装在外壳体内，二者中间的空间形成壳体夹层，所述的内壳体有一球形空腔；

所述的热电偶和电极座设置在球形空腔内，该电极座有接线端子的一端为电极端，位于球形空腔的球心正上方，另一端为固定端，连接在内壳体上；热电偶的加热部位弯折形成W状，热电偶的热端位于W头部中间顶点，糊状渣样放置热电偶W头部处，热电偶两端分别固定在电极座的两个接线端子上，电缆线一端与接线端子相连，另一端依次穿过内壳体、壳体夹层并从外壳体穿出，用于连接温度控制系统；

所述外壳体顶部开设有一个与球形内腔相通的圆孔作为装卸孔，用于装卸热电偶和放置试样；与装卸孔匹配的密封塞塞放在装卸孔中，用于密封球形内腔；

所述外壳体上相背的两面各开有一个孔，两孔贯穿内壳体和壳体夹层的对应位置，形成两个中心轴线重合并通过球形空腔中心的通孔以作为入射窗和出射窗，所述入射窗和出射窗嵌有kapton膜；

所述外壳体上部嵌有测微器，该测微器的上端为调节旋钮，设置在外壳体顶部，下端为微调端，穿过壳体夹层并延伸到内壳体中，并与电极座的固定端连接。

2.根据权利要求1所述的用于快速熔融形成温度均匀液膜的装置，其特征在于，入射窗的直径为3mm。

3.根据权利要求1所述的用于快速熔融形成温度均匀液膜的装置，其特征在于，出射窗的直径为熔融态液膜距其上嵌有的kapton膜中心垂直距离的1.4倍。

4.根据权利要求1所述的用于快速熔融形成温度均匀液膜的装置，其特征在于，所述密封塞的下表面为内凹的球形弧面，该球形弧面与球形空腔共同构成一个完整的球形内表面。

5.根据权利要求1所述的用于快速熔融形成温度均匀液膜的装置，其特征在于，入射窗、出射窗、两kapton膜中心、高温熔渣液膜的中心在一条直线上。

6.根据权利要求1~5任一 所述的用于快速熔融形成温度均匀液膜的装置，其特征在于，所述的壳体夹层为真空空隙或充满保护气体，能够有效防止热能散失并阻断热能向外壳体传递。