[發明專利]高溫熔體密度的測量裝置及測量方法

無效

• 申請號: 201210586979.6
• 申請日: 2012-12-28
• 公開（公告）號: CN103076260A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 潘貽芳;袁章福;吳波;鞏文旭
• 申請（專利權）人: 天津鋼鐵集團有限公司
• 主分類號: G01N9/04
• 分類號: G01N9/04
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司 12101
• 代理人: 朱瑜

技術領域

本發明屬于本發明屬于熔體物理性質測量技術領域。特別涉及一種高溫熔體密度的測量裝置及測量方法，適用于精確在線測量熔體密度。

背景技術

密度是物質重要的物性參數，在各個基礎研究領域和應用領域中都廣泛的應用。在金屬的冶煉、無機材料等的制備中，密度也是冶金和材料熔體的一個重要性質，它是冶金和材料工程設計的基本參數，也影響到不同熔體間的分層和分離，以及生產中的許多動力學現象。由準確的密度值，還可以導出膨脹系數和偏摩爾體積等性質，因而它對熱力學函數的計算及探討熔體的結構都有價值。研究熔體密度以及對密度測定方法的探討，從理論和實踐上看，都有很重要的意義。但在高溫條件下測量觀察密度的實驗測試比較困難，也不易測準，至今為止，高溫熔體的密度數據仍然比較缺乏，有關高溫熔體熱物性的數據還需要廣大科技工作者在實驗和理論上進行更廣泛和深入的研究。

密度的測量方法很多，大致可以歸納為基于測定體積的方法；基于測定質量的方法和基于測定壓力的方法。基于測定體積的方法主要有膨脹計法和靜滴法；基于測定質量的方法主要有比重計法和阿基米德法；基于測定壓力的方法主要有壓力計法和氣泡最大壓力法。在這些測量密度的方法中，阿基米德法中直接法使測量對象在很大程度上受重錘材料的制約，間接法會造成很大的實驗誤差；比重計法常用于快速而粗略的測定，膨脹計法只適用于測定低溫熔鹽和易熔金屬，而壓力計法只僅適用于測定低溫熔鹽和低熔點金屬。??一般對液態金屬、熔鹽和爐渣體系，常用的是氣泡最大壓力法和靜滴法。

用氣泡最大壓力法可測量各種熔體等不易接近或需遠距離操作的液體表面張力。但該方法由于氣泡不斷生成可能擾動液面的平衡而影響測量精度、同時對試驗設備依賴過大。

靜滴法是根據在水平承載物上，自然形成的液滴形狀計算密度的方法。傳統的靜滴法使用水平基片或者普通坩鍋作為承載物，不容易得到熔融試樣適于測量的完美形狀，而且難以區分坩鍋與試樣的分界線，會導致較大誤差。另外，靜滴法要求試樣水平，傳統的高溫測量爐中也很難對進行位置調節，會影響到熔體的形狀，甚至會直接導致測量實驗的失敗。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明提供一種高溫熔體密度的測量裝置及測量方法，可以提高高溫下測量鋼鐵等金屬及爐渣等熔體密度的精度和準確度。

本發明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是：

一種高溫熔體密度的測量裝置，包括盛放熔體的坩鍋、耐高溫材料套管和可調節水平的送樣料舟，以及真空管式爐、圖像采集系統和計算機軟件處理系統，所述真空管式爐內設置有耐高溫套管，所述耐高溫套管內設置有送樣料舟，所述送樣料舟的槽口上設置有墊片，其中一端的墊片上設置有坩堝，另一端的墊片上設置水平儀。

所述坩鍋頂部為圓臺狀，內角設計為圓角狀，圓柱體內徑為2～20mm，外徑為4～40mm，總高度為3～15mm。

所述耐高溫套管由石英或氧化鋁耐高溫材料制成，內徑為30～50mm，長500～900mm。

所述送樣料舟為氧化鋁、石英耐高溫材料所制，為半圓柱形，底部為平面，內徑為2～8mm，外徑為4～10mm，上部開有4個槽口，槽口深度為2～5mm，寬度為4～45mm。

所述圖像采集系統為設置有CCD鏡頭的數碼相機，分辨率要求300～700萬象素，可調焦距為0.8～1.5m，所述CCD鏡頭加載有濾光片和濾波片。

所述計算機軟件處理系統為根據幾何原理以及計算V=V₁+V₂的方法而開發得到密度的軟件。

一種根據高溫熔體密度的測量裝置的高溫熔體密度的測量方法，包括如下步驟：

1）稱量一定質量的實驗樣品，制成圓柱狀的熔融試樣；

2）將放入熔融試樣的坩鍋放在墊片上，一起放入送樣料舟一側的槽口中，另一側槽口中放入墊片和水平儀，然后一起放入真空管式爐的耐高溫套管中；

3）觀察水平儀，通過調節送樣料舟使熔融試樣達到水平位置，調節水平后，取出水平儀；

4）對密封真空管式爐進行加熱，溫度達到測量溫度后，穩定15～25分鐘后通過圖像采集系統進行拍照取像，實驗結束后，再次稱量樣品的質量；

5）根據計算密度的方法，通過計算機軟件處理系統輸入熔體質量得到被測物的密度值，每個溫度點取5-10次像，取平均值作為該溫度下被測物的密度值，熔體密度計算方法可以表示為公式：