一种观测含钛熔渣爬杆现象的装置及方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 高炉冶炼钒钛磁铁矿时，炉渣中的Ti02被还原成TiC (3140 ±90 °C )、 TiN(2950±50°C)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。
[0003] 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】
[0004] 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。
[0005] -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、it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。
[0006] 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。
[0007] 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：
[0008] 步骤I :按质量百分比称取配料，烘干后混合均勾，得渣样；
[0009] 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°C升至T 1,其中， 1\为 145(TC ~155(TC ;
[0010] 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 Os 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；
[0011] 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
[0012] 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。
[0013] 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。
[0014] 本发明的有益效果：
[0015] (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。
[0016] (2)本发明的装置通过高温电阻炉上的X射线窗口，能够让X射线低损耗的穿过高 温电阻炉及坩埚，同时保证高温电阻炉密封保温。
[0017] (3)本发明的装置采用的铅质保护房能够有效防止X射线辐射，保护工作人员。
[0018] (4)本发明的观测含钛熔渣爬杆现象的方法，能够观测熔渣液面变化情况，验证含 钛熔渣是否具有爬杆现象。
【附图说明】
[0019] 图1本发明观测含钛熔渣爬杆现象的装置结构示意图。图中：1、X射线发生装置； 2、X射线图像增强器；3、摄像机；4、高温电阻炉；5、第一 X射线窗口；6、第二X射线窗口；7 流变仪；8、数据采集系统；9、铅质保护房；10、流变仪的转杆；11、高温电阻炉的炉管；12、坩 埚；13、气体保护装置；14、X射线开关；
[0020] 图2本发明实施例中TiC = Owt %时熔渣的液面变化；
[0021] 图3本发明实施例中TiC = 8wt %时熔渣的液面变化。
【具体实施方式】
[0022] 本发明实施例中采用的X射线发生装置的曝光电压为OkV~150kV。
[0023] 本发明实施例中采用的X射线图像增强器材质为铝，厚度为0.5mm，成像面积为 74氺54mm〇
[0024] 本发明实施例中采用的高温电阻炉为二硅化钼电阻炉，最高工作温度为1600°C。
[0025] 本发明实施例中采用的转杆为刚玉材质，下端与钼质转头连接。
[0026] 本发明实施例中采用的坩埚为刚玉材质。
[0027] 本发明实施例中采用的X射线窗口的材质为铝板。
[0028] 本发明实施例中采用的铅质保护房厚度为20mm。
[0029] 本发明实施例中采用的流变仪的型号为Brookfield DV-III。
[0030] 本发明实施例中采用的数据采集系统的主要应用软件为Brookf ield application software程序和X光探伤静态抓图系统。
[0031] 本发明实施例中的气体保护装置采用的惰性气体为高纯氩气。
[0032] 实施例1
[0033] 观测含钛熔渣爬杆现象的装置结构如图1所示，包括X射线发生装置1、X射线图 像增强器2、摄像机3、高温电阻炉4、流变仪7、数据采集系统8、铅质保护房9、坩埚12、气体 保护装置13和X射线开关14 ;所述X射线发生装置1、X射线图像增强器2、摄像机3、高温 电阻炉4及流变仪7均设置在铅质保护房9内，所述坩埚12设置于高温电阻炉4