[发明专利]一种测定冶金渣熔化温度区间及熔化行为的方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金渣类材料检查技术领域，特别是提供了一种测量冶金渣熔化温度区间及熔化行为的方法；适用于冶金领域内如高炉渣、转炉渣、保护渣以及其他冶金类渣料的研究。

背景技术

在冶金过程中，冶炼时要求炉渣具有良好的冶金物化性能，例如高炉低温炼铁技术要求高炉渣在较低温下具有良好的流动性，以实现节能减碳；电炉冶炼要求炉渣具有良好的导电能力，有利于选择合适的供电参数，降低电耗；高速连铸要求保护渣具有较低的熔化温度，以保证液渣的足够供给，生产出优质的钢材。因此，炉渣的高温物化特性对冶金过程的顺利进行和产品的质量具有重要的影响。

研究渣的高温特性对金属冶炼进行配料优化，以及对控制液态炼钢、炼铁过程中的冶金反应具有指导意义，所以人们对炉渣的高温特性开展了大量的工作。而对于熔化温度区间及熔化行为的测定，是研究炉渣的高温特性的首要前提。例如转炉炼钢，如果炉渣的熔化温度高，炉渣粘度太大，动力学条件不好，不利于钢的冶炼(如脱磷、脱硫等)；相反，炉渣的熔化温度低，炉渣的粘度小，吹炼时炉渣会严重冲刷侵蚀炉衬降低炉衬的使用寿命，因而在炉况条件许可的情况下，应尽可能地降低炉渣的熔化温度(所谓熔化温度是指固态物质完全转变为均匀液相时的温度)。熔化温度既可以通过相图来确定，也可以通过实验来测定，但是由于实际炉渣组分的复杂性，现有的熔渣相图数量有限，而且绝大多数都是低组元相图，因此一般只能作为参考。此外，炉渣熔点的测定也是比较困难，因为炉渣它并不像纯物质那样具有固定的熔点，而是由多种化合物组成的混合物，它的熔化过程是在一个温度区间内完成。

通常炉渣熔化温度的测定方法可以归纳为两大类：一类是直接测量法，包括钢液熔渣法和试样变形法。所谓钢液熔渣法，即在感应炉内将炉渣投入到一定温度和一定表面积的钢液上，观察并记录渣样开始熔化以及完全熔化时所对应的温度，并同时通过记录熔渣层厚度随时间变化的关系来确定熔化速度。尽管该方法接近渣的实际使用情况，但是由于测定条件的稳定性太差以及测定成本过高，很难应用。试样变形法是通过测定试样变形量与温度的关系来进行表征的，定义试样高度降为原来高度的1/2呈半球形时的温度为半球点温度，即炉渣的熔化温度；定义试样高度降为原来高度的1/4呈半球形时的温度为炉渣的流动温度。这种方法包括LZ-III型炉渣熔化特性测定仪、GXA型熔点仪和RDS-04全自动炉渣熔点熔速测定仪等，均是通过在各种加热炉中加热渣柱，同时借助光学系统将试样的形状投影到屏幕上进行炉渣半球点温度的测定，这种方法不但测量精度不高，而且测量时间长，效率低；另一类是间接测定法，如：RTW-熔体物性综合测定仪等，它是通过测量渣样的粘度随温度变化的关系，再根据粘度-温度曲线进行绘图处理，从而获得渣样的熔化性温度，此外，还有采用差热分析仪测量炉渣在升温过程中的DTA或DSC曲线来分析渣样的熔化温度。这类方法测量精度也不高，而且无法观察到渣样熔化的整个具体过程。

由于测定炉渣熔化温度的传统方法存在诸多的不足，目前，中国专利(申请号为200510046072.0)公布了一种连铸保护渣熔化温度的测定方法，根据保护渣在熔化过程中导电电压随温度的变化曲线来确定熔化温度，虽然测量的精度相比半球点法提高了，但是不能实时原位地观察到炉渣的具体熔化行为。中国专利(申请号为201110402527.3)公布了一种渣类材料熔化行为及熔点测定的方法，虽然这种方法采用高温共聚焦显微镜，通过实时观察到的渣类材料熔化的特征图像来表征和反映炉渣类材料的熔化行为以及确定熔点，虽然直观、可靠，但是对渣类材料装样过程要求苛刻，而且观察时需要不断地调整显微镜的焦距，此外由于坩埚媒介的存在，读取的熔化温度与渣样的实际熔化温度存在偏差。因此，开发研究出一种既能直接准确测定炉渣熔化的实际温度又能够实时地观察到炉渣在整个过程中的具体熔化行为的方法对于表征炉渣的高温熔化特性具有极其重要的作用和实际意义。