CN205209992U - 一种观测含钛熔渣爬杆现象的装置 - Google Patents
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Abstract
一种观测含钛熔渣爬杆现象的装置，属于含钛熔渣的非牛顿性质领域。装置包括X射线发生装置、X射线图像增强器、摄像机、高温电阻炉、流变仪、数据采集系统、铅质保护房、坩埚、气体保护装置和X射线开关。本实用新型的装置采用X射线在横向透射，实时监控熔渣页面变化；让X射线低损耗的穿过高温电阻炉及坩埚，同时保证高温电阻炉密封保温；采用的铅质保护房能够有效防止X射线辐射，保护工作人员。本实用新型装置的使用方法通过观测熔渣液面变化情况，验证含钛熔渣是否具有爬杆现象。
Description
技术领域
本实用新型属于含钛熔渣的非牛顿性质领域，特别涉及一种观测含钛熔渣爬杆现象的装置。
背景技术
高炉冶炼钒钛磁铁矿时，炉渣中的TiO2被还原成TiC(3140±90℃)、TiN(2950±50℃)以及其固溶体Ti(C，N)，给高炉生产带来一系列技术难题，如炉渣增稠、铁损大、泡沫渣等。近年来，关于含钛熔渣的物理化学性质学者们做了一系列的研究，如含钛熔渣的易增稠、泡沫渣等问题，已经取得了一系列的研究成果。但为了研究方便，上述研究过程通常将含钛熔渣视为牛顿流体，实际上，因为TiC、TiN以及其固溶体Ti(C，N)的存在，含钛熔渣表现为非牛顿流体，遗憾的是受高温等条件的限制，关于含钛熔渣非牛顿性质的报道少之又少。
Weissenberg在1944年提出了非牛顿流体爬杆现象，在一只有粘弹性流体的烧杯里，插入实验杆，旋转实验杆时，对于牛顿流体，由于离心的作用，液面将呈凹形，而粘弹性流体，却向中心运动，并且沿杆向上爬，即所谓的爬杆现象。在粘弹性流体中，由于液体具有弹性，在液体中间剪切速率最大，产生的张力也最大，迫使液体向中心移动，因此液体就有了爬杆现象，实际上，爬杆现象是验证流体是否具有法向应力差的直观现象。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种观测含钛熔渣爬杆现象的装置；通过本实用新型的观测装置和方法可以验证含钛熔渣是否具有爬杆现象。
一种观测含钛熔渣爬杆现象的装置，包括X射线发生装置、X射线图像增强器、摄像机、高温电阻炉、流变仪、数据采集系统、铅质保护房、坩埚、气体保护装置和X射线开关；所述X射线发生装置、X射线图像增强器、摄像机、高温电阻炉及流变仪均设置在铅质保护房内，所述坩埚设置于高温电阻炉内，所述流变仪设置于坩埚上方，且流变仪的转杆与高温电阻炉同轴设置；在所述高温电阻炉的侧壁上开设有2个X射线窗口，分别为第一X射线窗口和第二X射线窗口，且第一X射线窗口与第二X射线窗口相对设置；所述X射线发生装置与第一X射线窗口位于同一侧且同轴设置，X射线发生装置的射线方向与高温电阻炉的炉管的轴线垂直；所述X射线图像增强器、摄像机与第二X射线窗口位于同一侧且三者同轴设置；所述摄像机位于X射线图像增强器内部；所述X射线发生装置的射线依次穿过第一X射线窗口、坩埚及第二X射线窗口并照射在X射线图像增强器上；所述X射线开关穿过铅质保护房与X射线发生装置相连接，所述气体保护装置穿过铅质保护房与高温电阻炉相连接，所述数据采集系统穿过铅质保护房与流变仪和摄像机相连接。
所述的摄像机用于拍摄X射线增强器上的图像；所述的数据采集系统用于收集流变仪和摄像机测得数据；所述的铅质保护房用于防止X射线泄漏。
其中，所述的含钛熔渣中TiO2质量百分比范围为：0.01～35％；气体保护装置采用惰性气体保护。
对于含钛熔渣来说，以往的研究通常将摄像头垂直观测熔渣的液面，这种办法显然无法观测到轴向的液面变化。若采用X射线透射的方法，同样有很多问题需要解决，如高温电阻炉多为不锈钢材质，在X射线穿过高温电阻炉后，X射线有很大的损失，为了让高温电阻炉中的加热棒避开X射线，加热棒不能环绕炉管均匀分布等。同时，在采用大功率X射线时，还要考虑X射线辐射伤害问题。
本实用新型的有益效果：
(1)本实用新型的装置采用X射线在横向透射的条件下，能够实时监控熔渣液面变化。
(2)本实用新型的装置通过高温电阻炉上的X射线窗口，能够让X射线低损耗的穿过高温电阻炉及坩埚，同时保证高温电阻炉密封保温。
(3)本实用新型的装置采用的铅质保护房能够有效防止X射线辐射，保护工作人员。
(4)本实用新型的观测含钛熔渣爬杆现象的方法，能够观测熔渣液面变化情况，验证含钛熔渣是否具有爬杆现象。
附图说明
图1本实用新型观测含钛熔渣爬杆现象的装置结构示意图。图中：1、X射线发生装置；2、X射线图像增强器；3、摄像机；4、高温电阻炉；5、第一X射线窗口；6、第二X射线窗口；7流变仪；8、数据采集系统；9、铅质保护房；10、流变仪的转杆；11、高温电阻炉的炉管；12、坩埚；13、气体保护装置；14、X射线开关；
图2本实用新型实施例中TiC＝0wt％时熔渣的液面变化；
图3本实用新型实施例中TiC＝8wt％时熔渣的液面变化。
具体实施方式
本实用新型实施例中采用的X射线发生装置的曝光电压为0kV～150kV。
本实用新型实施例中采用的X射线图像增强器材质为铝，厚度为0.5mm，成像面积为74*54mm。
本实用新型实施例中采用的高温电阻炉为二硅化钼电阻炉，最高工作温度为1600℃。
本实用新型实施例中采用的转杆为刚玉材质，下端与钼质转头连接。
本实用新型实施例中采用的坩埚为刚玉材质。
本实用新型实施例中采用的X射线窗口的材质为铝板。
本实用新型实施例中采用的铅质保护房厚度为20mm。
本实用新型实施例中采用的流变仪的型号为BrookfieldDV-III。
本实用新型实施例中采用的数据采集系统的主要应用软件为Brookfieldapplicationsoftware程序和X光探伤静态抓图系统。
本实用新型实施例中的气体保护装置采用的惰性气体为高纯氩气。
实施例1
观测含钛熔渣爬杆现象的装置结构如图1所示，包括X射线发生装置1、X射线图像增强器2、摄像机3、高温电阻炉4、流变仪7、数据采集系统8、铅质保护房9、坩埚12、气体保护装置13和X射线开关14；所述X射线发生装置1、X射线图像增强器2、摄像机3、高温电阻炉4及流变仪7均设置在铅质保护房9内，所述坩埚12设置于高温电阻炉4内，所述流变仪7设置于坩埚12上方，且流变仪7的转杆10与高温电阻炉4同轴设置；在所述高温电阻炉4的侧壁上开设有2个X射线窗口，分别为第一X射线窗口5和第二X射线窗口6，且第一X射线窗口5与第二X射线窗口6相对设置，第一X射线窗口5、第二X射线窗口6与高温电阻炉之间通过螺丝相连；所述X射线发生装置1与第一X射线窗口5位于同一侧且同轴设置，X射线发生装置1的射线方向与高温电阻炉4的炉管的轴线垂直；所述X射线图像增强器2、摄像机3与第二X射线窗口6位于同一侧且三者同轴设置；所述摄像机3位于X射线图像增强器2内部；所述X射线发生装置1的射线依次垂直穿过第一X射线窗口5、坩埚12及第二x射线窗口6并照射在X射线图像增强器2上；X射线图像增强器2的中垂线与X射线发生装置1发射的射线方向重合；所述X射线开关14穿过铅质保护房9与X射线发生装置1相连接，所述气体保护装置13穿过铅质保护房9与高温电阻炉4相连接，所述数据采集系统8穿过铅质保护房9与流变仪7和摄像机3相连接；X射线图像增强器2接收到影像经过摄像机3拍摄、传递到数据采集系统7。
观测含钛熔渣爬杆现象的方法，采用上述装置，按以下步骤进行：
步骤1：按表1质量百分比称取配料，烘干后混合均匀，得渣样；
表1
步骤2：将140g渣样放入坩埚后，一起放入高温电阻炉中，打开气体保护装置通入氩气，对炉管内进行气体保护，将流变仪的转杆插入渣样，打开高温电阻炉，温度从室温25℃升至1500℃；
步骤3：打开X射线开关，调节曝光电压为120kV，画面清晰后；打开流变仪，剪切速率分别为0s-1、5.6s-1、11.2s-1、16.8s-1条件下，观测不同剪切速率时坩埚内熔渣液面变化情况；
步骤4：关闭X射线开关，开始降温，待达到指定温度1475℃，重复步骤3；每次降温25℃，重复步骤3；直至温度降至1350℃，重复步骤3后，关闭X射线开关和气体保护装置和流变仪，并取出流变仪的转杆。
图2为TiC＝0wt％时含钛熔渣的液面随转杆旋转时的变化情况。由图2可知在本实施例的条件下，不同转速下熔渣液面没有变化，即没有出现爬杆现象。
实施例2
观测还含钛熔渣爬杆现象的方法，采用实施例1的装置，按以下步骤进行：
步骤1，：按表2质量百分比称取配料，烘干后混合均匀，得渣样；
表2
步骤2：将140g渣样放入坩埚后，一起放入高温电阻炉中，打开气体保护装置通入氩气，对炉管内进行气体保护，将流变仪的转杆插入渣样，打开高温电阻炉，温度从室温25℃升至1500℃；
步骤3：打开X射线开关，调节曝光电压为120kV，画面清晰后；打开流变仪，剪切速率分别为0s-1、5.6s-1、11.2s-1、16.8s-1条件下，观测不同剪切速率时坩埚内熔渣液面变化情况；
步骤4：关闭X射线开关，开始降温，待达到指定温度1475℃，重复步骤3；每次降温25℃，重复步骤3；直至温度降至1350℃，重复步骤3后，关闭X射线开关和气体保护装置和流变仪，并取出流变仪的转杆。
图3为TiC＝8wt％时含钛熔渣的液面随转杆旋转时的变化情况。由图3可知在本实施例的条件下，不同转速下熔渣液面没有变化，即没有出现爬杆现象。可以得出结论：本实施例条件下熔渣不具有粘弹流体的爬杆现象。
Claims (1)
1.一种观测含钛熔渣爬杆现象的装置，其特征在于，包括X射线发生装置、X射线图像增强器、摄像机、高温电阻炉、流变仪、数据采集系统、铅质保护房、坩埚、气体保护装置和X射线开关；所述X射线发生装置、X射线图像增强器、摄像机、高温电阻炉及流变仪均设置在铅质保护房内，所述坩埚设置于高温电阻炉内，所述流变仪设置于坩埚上方，且流变仪的转杆与高温电阻炉同轴设置；在所述高温电阻炉的侧壁上开设有2个X射线窗口，分别为第一X射线窗口和第二X射线窗口，且第一X射线窗口与第二X射线窗口相对设置；所述X射线发生装置与第一X射线窗口位于同一侧且同轴设置，X射线发生装置的射线方向与高温电阻炉的炉管的轴线垂直；所述X射线图像增强器、摄像机与第二X射线窗口位于同一侧且三者同轴设置；所述摄像机位于X射线图像增强器内部；所述X射线发生装置的射线依次穿过第一X射线窗口、坩埚及第二X射线窗口并照射在X射线图像增强器上；所述X射线开关穿过铅质保护房与X射线发生装置相连接，所述气体保护装置穿过铅质保护房与高温电阻炉相连接，所述数据采集系统穿过铅质保护房与流变仪和摄像机相连接。
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| CN201520798587.5U CN205209992U (zh) | 2015-10-14 | 2015-10-14 | 一种观测含钛熔渣爬杆现象的装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105136827A (zh) * | 2015-10-14 | 2015-12-09 | 东北大学 | 一种观测含钛熔渣爬杆现象的装置及方法 |
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2015
- 2015-10-14 CN CN201520798587.5U patent/CN205209992U/zh not_active Withdrawn - After Issue
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