[发明专利]一种观测含钛熔渣爬杆现象的装置及方法

说明书

技术领域

本发明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及方法。

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。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种观测含钛熔渣爬杆现象的装置及方法；通过本发明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。

本发明的观测含钛熔渣爬杆现象的方法，是采用上述装置，按以下步骤进行：

步骤1：按质量百分比称取配料，烘干后混合均匀，得渣样；

步骤2：将渣样放入坩埚后，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T₁，其中，T₁为1450℃～1550℃；

步骤3：打开X射线开关，调节曝光电压至画面清晰；打开流变仪，调节剪切速率从0s^-1到56s^-1的范围内任意取点观察，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T₂，重复步骤3；直至温度降至T₃，重复步骤3后，关闭X射线开关、气体保护装置和流变仪，并取出流变仪的转杆；其中T₃为1440℃～1350℃，T₃＜T₂＜T₁。

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。

本发明的有益效果：

(1)本发明的装置采用X射线在横向透射的条件下，能够实时监控熔渣液面变化。