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1、(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201420663453.8(22)申请日 2014.11.10G01N 21/84(2006.01) G01J 5/00(2006.01) G01R 19/00(2006.01)(73)专利权人 东北大学 地址 110819 辽宁省沈阳市和平区文化路 3 号巷 11 号(72)发明人 董艳伍 姜周华 曹玉龙 侯栋 曹海波 谢周尊(74)专利代理机构 沈阳东大知识产权代理有限 公司 21109 代理人 梁焱(54) 实用新型名称 一种动态观测模拟电渣重熔过程熔滴行为的 装置(57) 摘要一种动态观测模拟电渣重熔过程熔滴行为的 装置， 属于
2、冶金技术领域， 包括石英烧杯、 绝缘支 架、 调压器、 红外热成像仪和高速照相机 ； 石英烧 杯和刻度尺位于平台上 ； 上横梁上悬挂定滑轮装 置， 伍德合金圆棒悬挂在绳索或动横梁上 ； 伍德 合金圆棒与调压器连接， 下部插入导电溶液内 ； 红外热成像仪和高速照相机与伍德合金圆棒底端 相对。本实用新型的装置可以清晰详细地观察电 极熔化末端熔滴形成及滴落过程其形貌尺寸变 化。(51)Int.Cl.(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利 (19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利权利要求书1页 说明书6页 附图7页(10)授权公告号 CN 204287055 U (45)授权公告日
3、 2015.04.22CN 204287055 U1/1 页21.一种动态观测模拟电渣重熔过程熔滴行为的装置， 其特征在于包括石英烧杯、 带有 上横梁和下横梁的绝缘支架、 调压器、 红外热成像仪和高速照相机 ； 石英烧杯和用于测量自 耗电极插入导电溶液深度的刻度尺位于平台上 ； 上横梁上悬挂有定滑轮装置， 作为自耗电 极的伍德合金圆棒悬挂在定滑轮的绳索上， 或悬挂在动横梁上并且动横梁悬挂在定滑轮的 绳索上 ； 同时伍德合金圆棒通过镶嵌其内的导线与调压器连接， 伍德合金圆棒的下部插入 石英烧杯内部作为熔渣的导电溶液内 ； 红外热成像仪和高速照相机放置在石英烧杯外并与 伍德合金圆棒底端相对。 2.
4、根据权利要求 1 所述的一种动态观测模拟电渣重熔过程熔滴行为的装置， 其特征在 于所述的作为自耗电极的伍德合金圆棒为一个或成对的两组 ； 当伍德合金圆棒为一个时， 伍德合金圆棒悬挂在定滑轮的绳索上 ； 当伍德合金圆棒为成对的两组时， 伍德合金圆棒悬 挂在动横梁上。 3.根据权利要求 1 所述的一种动态观测模拟电渣重熔过程熔滴行为的装置， 其特征在 于所述的作为自耗电极的伍德合金圆棒为一个或成对的两组 ； 当伍德合金圆棒为一个时， 伍德合金圆棒通过导线与调压器的一极连接， 石英烧杯内部设有钼片通过导线与调压器的 另一极连接 ； 当伍德合金圆棒为成对的两组时， 每组伍德合金圆棒分别通过导线与调压器
5、 的两极连接。 4.根据权利要求 1 所述的一种动态观测模拟电渣重熔过程熔滴行为的装置， 其特征在 于所述的下横梁上固定有温度计， 温度计插入石英烧杯内部的导电溶液中。 5.根据权利要求 1 所述的一种动态观测模拟电渣重熔过程熔滴行为的装置， 其特征在 于所述的伍德合金圆棒的顶端的中心部镶嵌有开口销， 伍德合金圆棒通过开口销与定滑轮 的绳索或动横梁连接在一起。 6.根据权利要求 1 所述的一种动态观测模拟电渣重熔过程熔滴行为的装置， 其特征 在于所述的调压器与数显电压表并联， 调压器与伍德合金圆棒连接的导线上设有数显电流 表。权 利 要 求 书CN 204287055 U21/6 页3一种动态
6、观测模拟电渣重熔过程熔滴行为的装置技术领域0001 本实用新型属于冶金技术领域， 特别涉及一种动态观测模拟电渣重熔过程熔滴行为的装置。背景技术0002 电渣重熔过程中， 电极熔化末端熔滴形成及滴落行为、 熔滴形貌尺寸变化等不仅影响着金属液滴的表面更新还与渣金 （液滴） 界面处的热量传输密切相关， 进而影响渣金界 面的物理化学反应及金属熔滴中杂质元素的去除， 对电渣钢锭的质量、 成分和纯净度具有 重要影响。然而， 在工业生产实践条件下， 由于熔炼体系处于高温、 不透明的状态且有水冷 结晶器的存在， 直接观察电极末端熔滴形成和滴落行为显得不大可能， 因此， 运用透明的熔 炼体系来物理模拟电渣重熔过
7、程显得很有必要也很有意义。0003 有文献指出， 伍德合金诸如粘度、 密度等物理性能与铁水相似， 而一定浓度的 NaCl溶液则具有和电渣重熔用熔渣相似的电导率， 因此可以被用来建立透明的熔炼体系对电渣 重熔过程进行物理模拟。0004 文献 “电渣重熔过程中渣池内的电弧放电现象” 公开了一种电渣重熔示波照象线路图， 分别以伍德合金、 NaCl 溶液及玻璃烧杯代替电渣重熔过程自耗电极、 熔渣及结晶器， 用示波照象记录了电流和声音的变化， 发现其电流与声音的示波图， 与采用相似装置进行 的电渣重熔过程电流与声音示波图具有类似的特征 （分别以滚珠钢为自耗电极、 钢制结晶 器及相应成分熔渣） ， 说明二
8、者过程具有一定的相似性。然而， 由于电极熔化末端熔滴形成 及滴落过程十分短暂， 该方法提供的装置无法更清晰详细地对熔滴形成及滴落过程其形貌 尺寸及熔池温度进行动态观测。0005 文献 “The role played by the electric current on metal droplet formation in the ESR process” 则采用相似装置， 以伍德合金、 NaCl 溶液及玻璃烧杯分别代替自耗 电极、 熔渣及结晶器， 来模拟电渣重熔过程， 通过相应控制系统维持自耗电极 （伍德合金棒） 和另一极 （Mo环） 之间的距离为定值， 该方法通过记录某时间段内总熔滴滴落数
9、及总熔化合 金重量来计算每个熔滴的平均重量 ； 然而， 由于伍德合金及 NaCl 溶液较大的密度差而导致 滴落过程非常短暂、 熔滴形状变化多端， 因此通过该文献提供装置系统同样无法清晰详细 地观测熔滴形成及滴落过程的动态变化行为， 无法及对熔滴尺寸大小及熔池温度场进行观 测。发明内容0006 针对现有模拟电渣重熔过程观测熔滴形成、 滴落行为及渣池温度分布技术存在的上述问题， 本实用新型提供一种动态观测模拟电渣重熔过程的装置及方法， 采用伍德合金 圆棒、 NaCl 溶液和石英烧杯分别代替自耗电极、 熔渣和结晶器， 增加熔速控制系统， 通过高 速照相机和红外热成像仪获得动态影像， 实现熔滴形成、
10、滴落行为及渣池温度分布的观测 控制。说 明 书CN 204287055 U32/6 页40007 本实用新型的动态观测模拟电渣重熔过程熔滴行为的装置包括石英烧杯、 带有上横梁和下横梁的绝缘支架、 调压器、 红外热成像仪和高速照相机 ； 石英烧杯和用于测量自耗 电极插入导电溶液深度的刻度尺位于平台上 ； 上横梁上悬挂有定滑轮装置， 作为自耗电极 的伍德合金圆棒悬挂在定滑轮的绳索上， 或悬挂在动横梁上并且动横梁悬挂在定滑轮的绳 索上 ； 同时伍德合金圆棒通过镶嵌其内的导线与调压器连接， 伍德合金圆棒的下部插入石 英烧杯内部作为熔渣的导电溶液内 ； 红外热成像仪和高速照相机放置在石英烧杯外并与伍 德
11、合金圆棒底端相对。0008 上述装置中， 作为自耗电极的伍德合金圆棒为一个或成对的两组 ； 当伍德合金圆棒为一个时， 伍德合金圆棒悬挂在定滑轮的绳索上 ； 当伍德合金圆棒为成对的两组时， 伍德 合金圆棒悬挂在动横梁上。0009 上述装置中， 作为自耗电极的伍德合金圆棒为一个或成对的两组 ； 当伍德合金圆棒为一个时， 伍德合金圆棒通过导线与调压器的一极连接， 石英烧杯内部设有钼片通过导 线与调压器的另一极连接 ； 当伍德合金圆棒为成对的两组时， 每组伍德合金圆棒分别通过 导线与调压器的两极连接。0010 上述装置中， 下横梁上固定有温度计， 温度计插入石英烧杯内部的导电溶液中。0011 上述装置
12、中， 伍德合金圆棒的顶端的中心部镶嵌有开口销， 伍德合金圆棒通过开口销与定滑轮的绳索或动横梁连接在一起。0012 上述装置中， 数显电压表与调压器并联， 调压器与伍德合金圆棒连接的导线上设有数显电流表。0013 上述的调压器为接触式自耦调压器。0014 上述的红外热成像仪和高速照相机同时与一个计算机连接。0015 采用上述装置进行动态观测模拟电渣重熔过程熔滴行为的方法按以下步骤进行 ：0016 1、 通过定滑轮装置及刻度尺对伍德合金圆棒插入导电溶液的深度进行调节 ； 通过调压器向伍德合金圆棒和导电溶液施加电流 ； 其中当石英烧杯中有一个伍德合金圆棒时， 伍德合金圆棒、 导电溶液、 钼片和调压器
13、构成通电回路 ； 当石英烧杯中有成对的两组伍德合 金圆棒时， 两组伍德合金圆棒、 导电溶液和调压器构成通电回路 ； 其中伍德合金圆棒的尺寸 与石英烧杯的尺寸之间的关系根据电渣重熔过程中直径充填比的要求设置 ；0017 2、 在施加电流过程中， 伍德合金圆棒底端开始形成熔滴进而开始滴落 ；0018 3、 当熔滴形成和滴落过程稳定时， 通过高速照相机对熔滴的滴落过程进行实时动态拍摄， 同时对通电回路中的电流和电压变化进行记录 ； 用样勺截取电极末端滴落的熔滴， 然后称重 ；0019 4、 通过红外热成像仪实时观测熔滴形成及滴落过程中的渣池温度分布， 并与温度计测量结果进行对照。0020 上述方法中
14、， 随着伍德合金圆棒的底端逐渐熔化， 根据刻度尺的示数， 通过定滑轮装置调节下横梁的高度， 进而调节伍德合金圆棒插入导电溶液的深度， 使伍德合金圆棒的 熔化速度恒定。0021 上述的直径充填比为伍德合金圆棒与石英烧杯的直径比， 模拟自耗电极与结晶器之间的直径比。说 明 书CN 204287055 U43/6 页50022 上述方法中， 当石英烧杯中有一个伍德合金圆棒时， 着重研究不同直径充填比、 电极插入导电溶液深度和熔炼电压工艺参数 ； 当石英烧杯中有成对的两组伍德合金圆棒时， 着重对电极间距、 电极插入导电溶液深度和熔炼电压条件下， 电极熔化末端熔滴形成、 滴落 状态及渣池温度分布的影响进
15、行观测及分析。0023 上述方法中， 采用的高速照相机的帧率为 200 帧每秒 ；0024 上述方法中， 熔滴形成和滴落过程稳定是指 ： 当熔炼电压、 直径充填比一定时， 缓慢连续调节电极插入导电溶液深度， 在熔滴滴落过程中通电回路内电流值波动在 10% 范 围内并保持 10min 以上。0025 上述方法中， 采用导电溶液为 NaCl 溶液， 浓度为 0.1221 mol/L， 电导率为 1.47 Sm-1。0026 本实用新型是一种利用透明的熔炼体系实现对电渣重熔过程的物理模拟并具备在线动态观测电渣重熔过程熔滴形成、 滴落行为及渣池区温度分布的装置及实现此种观测 控制的方法 ； 所采用 N
16、aCl 溶液的电导率与电渣过程常用渣系电导率相近， 通过利用高速照 相机对电极末端熔滴形成、 滴落行为及对应回路电流、 电压变化的拍摄， 不仅可以清晰详细 地观察电极熔化末端熔滴形成及滴落过程其形貌尺寸变化， 同时也将有利于建立此过程回 路电参数与熔滴滴落现象的对应关系 ； 通过红外热成像仪对电极熔化末端熔滴滴落过程的 渣池区温度分布的在线实时观测。0027 由于电极末端熔滴形成、 滴落穿过渣池及进入金属熔池等过程中钢渣接触面积会对渣钢间的反应产生一定影响， 本实用新型通过对不同直径充填比、 熔炼电压、 电极插入导 电溶液深度条件下的熔滴尺寸、 滴落频率及渣池温度场观测、 记录， 可以有效地获得为渣钢 间反应提供良好反应动力学条件的试验参数， 在强化冶金反应的同时还将有力地促进有害 杂质元素和非金属夹杂物的排除 ； 另外， 由于渣池温度场的分布将极大地影响金属熔池的 温度分布 ； 因此， 本实用新型对不同因素条件下的渣
