在线测量保护渣熔体黏度的装置及方法[发明专利]

[12]发明专利申请公开说明书

[21]申请号200510130729.1

[51]Int.CI.

G01N 11/00 (2006.01)G01N 21/84 (2006.01)

[43]公开日2006年7月12日[22]申请日2005.12.23[21]申请号200510130729.1

[71]申请人中国科学院过程工程研究所

地址100080北京市海淀区中关村北二条1号[72]发明人袁章福 杨肖 潘贻芳 关璐 邓志勇 杨

玉敏

[11]公开号CN 1800817A

权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页

[]发明名称

在线测量保护渣熔体黏度的装置及方法

[57]摘要

本发明提供了一种在线测量保护渣熔体黏度的装置及其方法，属于熔体物理性质测量领域。解决了用旋转柱体法来测定黏度值时因存在延迟时间产生误差加大的问题。试验装置包括：盛放熔体的瓷舟(1)，搁置瓷舟的斜台(2)，耐高温材料套管(3)，以及高温熔样系统(4)和图像采集系统(5)。试验样品在高温熔融状态的清晰流动图像由带有长焦距CCD镜头的高象素数码相机在线摄得，直接传输到计算机中，通过计算机图像处理计算得到试验样品该温度下的黏度值。优点在于：大大提高了实验精度，实验误差可以控制在±0.3％以内；整个实验自动化程度高，操作简便可靠，具有很高的测试精度；实验测试可重复性大。

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权 利 要 求 书

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1.一种在线测量保护渣熔体黏度的装置，其特征在于：该装置包括：瓷舟(1)、斜台(2)，耐高温材料套管(3)，以及高温熔样系统(4)和图像采集系统(5)。

2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：所述瓷舟(1)用于盛放熔体，斜台(2)用于搁置瓷舟，将置有瓷舟(1)的斜台(2)放入耐高温密封套管(3)内，再将套管(3)放入高温熔样系统(4)内。

3.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：盛放熔体的瓷舟(1)由氧化铝、氮化硅和石英之一的耐高温材料制成，设计为长方体状，长为60～80mm，宽为8～12mm，深为8～12mm，瓷舟(1)中放入质量为3～5克的待测试样，实验前加工为圆柱体。

4.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：搁置瓷舟的斜台(2)为耐火砖制成，设计为倾斜角30～60度的斜坡状，长为80～150mm，宽为20～30mm，高为20～25mm。

5.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：所述高温熔样系统(4)为管式炉，控温范围为20～1600℃，图像采集系统(5)为装有CCD镜头的数码相机，分辨率为300～700万象素，可调焦距为0.8～1.5m，所述CCD镜头加载了滤光片和滤波片。

6.一种使用权利要求1所述装置进行在线测量保护渣熔体黏度的方法，其特征在于：将管式炉加热到被测物质熔点以上100～250℃，将待测试样以及已知黏度的标准样品分别加入到炉内置于斜台上的两个相同尺寸的瓷舟中，在此温度下恒定5～20分钟，随着样品的融化，用照相机观察瓷舟内样品聚集状态的变化，对其融化后的流动现象进行实时记录，每隔1～3分钟照相一次，通过计算机处理记录图片得到其在1～3分钟内的流动长度，在每段设定时间内都能得到待测试样以及标准样品的两组数据，通过方程可计算出黏度值。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述熔体黏度计算方法表示为公式(1)，

式中η——熔体黏度；K——盛放熔体的容器常数；σ——熔体的表面张力；t——熔体流动时间；L——熔体流动长度；ρ——熔体密度；θ——熔体和容器表面的润湿角。

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说 明 书

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在线测量保护渣熔体黏度的装置及方法

技术领域

本发明属于熔体物理性质测量领域。特别提供了一种在线测量保护渣熔体黏度的装置及方法。适用于精确测量保护渣黏度。 技术背景

连铸用保护渣对改善连铸坯质量具有明显的效果。保护渣能实现良好的绝热保温、防止钢水氧化、吸附夹杂、改善传热和润滑铸坯的作用。而黏度是高温熔体的重要物性参数，是影响其反应特征的主要因素之一。黏度对保护渣能否充分发挥其在钢水浇注、凝固过程中的冶金作用以及在结晶器内发生的冶金行为包括液渣流入和消耗、润滑、夹杂物吸收等产生重要影响。所以，为了确保保护渣在浇铸中的良好性能，就必须高度重视黏度等特性的研究和优化。

现在对于保护渣黏度主要还是用旋转柱体法来测定，该方法利用黏度头在被测熔体中旋转相对于在空气中旋转存在一延迟时间，根据该时间计算出熔体黏度。

但是该方法存在以下缺陷：(1)对仪器设备精度要求较高，实际难以达到，造成测量误差较大；(2)黏度头在高温下易被氧化，造成测试成本较大。 发明内容

高温熔体流动性和黏度存在一定关系，如式(1)所示：

式中η——熔体黏度

    K——盛放熔体的容器常数     σ——熔体的表面张力     t——体流动时间     L——熔体流动长度     ρ——熔体密度

    θ——熔体和容器表面的润湿角

本发明的目的在于提供一种新型测量保护渣黏度的装置及方法，具体涉

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及图像在线测量保护渣黏度，按此工艺可以在保证实验成功率的基础上，提高测量的精度和准确度。本发明的内容如下：

在线测试保护渣黏度的装置包括：盛放熔体的瓷舟1，搁置瓷舟的斜台2，耐高温材料套管3，以及高温熔样系统4和图像采集系统5。 所述瓷舟1可为氧化铝、石英、碳化硅之一的耐高温材料所制，设计为长方体状，长为60～80mm，宽为8～12mm，深为8～12mm，瓷舟中盛放质量为3～5克的待测试样，实验前加工为圆柱体。

所述斜台2为耐火砖制成，设计为倾斜角30～60度的斜坡状，长为80～150mm，宽20～30mm，高20～25mm，用于搁置瓷舟1。

所述耐高温材料套管3为石英、氧化铝之一的耐高温材料制成，内径为30～50mm，长500～900mm，套管内部装有斜台2。

所述高温熔样系统4为管式炉，控温范围为20～1600℃，内部装有耐高温套管3。

所述图像采集系统5为装有CCD镜头的数码相机，分辨率为300～700万象素，可调焦距为0.8～1.5m；所述CCD镜头加载了滤光片和滤波片。 在线测量保护渣黏度的方法：将管式炉加热到被测物质熔点以上100～250℃，将待测试样以及已知黏度的标准样品分别加入到炉内置于斜台上的两个相同尺寸的瓷舟中，在此温度下恒定5～20分钟。随着样品的融化，用照相机观察瓷舟内样品聚集状态的变化，对其融化后的流动现象进行实时记录，每隔1～3分钟照相一次。通过计算机处理记录图片得到其在1～3分钟内的流动长度，在每段设定时间内都能得到待测试样以及标准样品的两组数据，代入式(1)得到两个方程，联立方程可计算出黏度值。

本发明的优点在于：使用本发明提供的在线测量高温熔体黏度的装置，通过设置斜台以及图像采集系统的配合可以实时观察瓷舟内高温熔体的流动特征。本装置操作简便可靠，试验测试可重复性大，实验方法简单易懂，以及对熔体黏度计算方法的改进，提高了测量的精度和准确度，因此是一种精确度高的在线测量高温熔体黏度的装置及其方法。 附图说明

图1是本发明装置示意图。其中，1瓷舟，2斜台，3耐高温材料套管，4高温熔样系统，5图像采集系统。

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具体实施方式

实施例一：保护渣1黏度的测量

某厂商生产的型号为GS1218/L的保护渣主要成分为：SiO2 34.6％，Al2O34.03％，Fe2O3 0.61％，CaO 26.51％，MgO 4.49％，K2O 0.58％，Na2O 13.68％，F

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8.85％，H2O 0.30％，C固 3.86％，熔点为1072℃。

分别称量3.55g保护渣以及标准试样制成圆柱体，放入尺寸相同的两个瓷舟(95％Al2O3，长70mm，宽10mm，深9mm)中。将盛有保护渣的瓷舟放到斜台(长100mm，宽30mm，高20mm，倾斜角为30度)上，将斜台放入管式炉中的氧化铝套管(99.8％Al2O3，内径42mm，长700mm)中心位置，通保护气体氩气。升温到1200℃，稳定5分钟，对熔融保护渣进行拍照，每隔1分钟拍照一次，一个温度点取6组数据。实验结束后，用计算软件对实验照片进行分析。每两相邻数据可得到关于保护渣以及标准样的两个方程，联立可解出一组黏度以及容器常数K值；6个测量点共有5组相邻数据，可解出五组黏度以及K值，取平均值得到最终的黏度数值。 实施例二：保护渣2黏度的测量

某厂商生产的型号为GBW01704的保护渣主要成分为：SiO2 30.25％，Al2O3 6.59％，Fe2O3 1.84％，CaO 36.21％，MgO 1.70％，K2O 0.50％，Na2O 4.25％，

F7.60％，H2O 0.30％，C固 3.56％，熔点为1185℃。

分别称量4.00g保护渣以及标准试样制成圆柱体，分别放入尺寸相同的两个瓷舟(95％Al2O3，长70mm，宽10mm，深9mm)中。将盛有保护渣的瓷舟放到斜台(长100mm，宽30mm，高20mm，倾斜角为30度)上，将斜台放入管式炉中的氧化铝套管(99.8％Al2O3，内径42mm，长700mm)中心位置，通保护气体氩气。升温到1400℃，稳定7分钟，对熔融保护渣进行拍照，每隔1分钟拍照一次，一个温度点取6组数据。实验结束后，用计算软件对实验照片进行分析。每两相邻数据可得到关于保护渣以及标准样的两个方程，联立可解出一组黏度以及容器常数K值；6个测量点共有5组相邻数据，可解出五组黏度以及K值，取平均值得到最终的黏度数值。

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说 明 书 附 图

图1

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