专利名称：高温状态下保护渣粘度电磁特性的测量装置及测量方法
技术领域：
本发明涉及一种高温状态下保护渣粘度电磁特性的测量装置及测量方法，属于冶金行业保护渣粘度电磁特性的测量技术领域。
背景技术：
连铸技术虽经过一个多世纪的发展取得了长足的进步，但并不完美，连铸坯生产还存在着诸如内部缺陷、形状缺陷和表面缺陷等各种各样的质量问题。软接触电磁连铸技术可有效消除铸坯表面振痕，改善铸坯表面质量。其基本原理是在具有切缝分瓣结构的结晶器上部布置感应线圈并通以交变电流，并与交变磁场相互作用产生电磁侧压力，减轻钢液对结晶器内壁的接触压力，从而实现钢坯的“软接触电磁连铸”。
结晶器保护渣是连铸过程中非常重要的功能材料，对连铸过程的顺利进行和铸坯表面质量起着重要作用。保护渣粘度是表征在一定温度和一定剪切力作用下熔渣流入铸坯与结晶器间隙能力的大小。是保护渣的重要物性之一，它直接影响到铸坯振痕的形成、渣膜的润滑作用及液渣吸收夹杂物的能力。保护渣具有合适的粘度，是保证保护渣熔渣能够顺利填入结晶器与铸坯间通道，渣膜具有适宜厚度并具有合理传热速度和润滑铸坯的关键。 保护渣在高频磁场作用下的粘度性能对于探明软接触电磁连铸保护渣冶金行为及对钢液凝固影响机理至关重要。
目前，各研究文献描述交流电场作用下保护渣性能主要集中在导电性能，结晶性能等方面，对于粘度特性还未见报道。可以预测，在高频交变电磁场作用下，作为电导体的结晶器内的保护渣一定会受到高频磁场力的作用，进而影响保护渣的流动，改变保护渣的粘度。因此，开发一种操作简单，测量准确，成本低廉且利于大量研究的高温状态下保护渣粘度电磁特性的测量装置及测量方法，是本领域亟待解决的问题。发明内容
本发明目的是提供一种高温状态下保护渣粘度电磁特性的测量装置及测量方法， 操作简单，测量准确，成本低廉且利于大量研究，可以研究高频磁场作用下保护渣的粘度特性，探明软接触电磁连铸保护渣冶金行为，解决背景技术中存在的上述问题。
本发明的技术方案是一种高温状态下保护渣粘度电磁特性的测量装置，由高频加热炉和粘度测试仪两部分组成，高频加热炉的炉体外环绕设置多匝水冷铜感应线圈，粘度测试仪包含同步电机、光电开关、悬丝、钥连接杆、石墨探头、石墨坩埚和微机控制系统， 同步电机的输出端依次连接悬丝、钥连接杆和石墨探头，悬丝的两端分别设置光电开关，微机控制系统分别控制连接同步电机和光电开关；将待测保护渣经脱碳处理后装入石墨坩埚，放入炉体内高频加热，采用内柱体旋转法进行高温状态下保护渣粘度电磁特性的测量。
所述的高频加热炉，配套设置高频电源柜、高频输出柜、控制仪表柜、热电偶及显示仪表，热电偶设置在炉体的底部，连接显示仪表，用于实时采集待测保护渣的温度值；控制仪表柜采用全集成数字电路，用于实时采集高频加热炉体的输出功率、震荡频率参数，并4具有手动调节功率功能。
所述的炉体外环绕设置4匝水冷铜感应线圈，起到加热炉和提供高频磁场的双重作用，待测保护渣放置于炉体内，加热并进行粘度测量；高频电源柜采用现代电力电子技术中广泛应用的IGBT电源，具有驱动功率小，开关速度快，又具有饱和压降低，输出容量大的优点；高频输出柜具有过流、过压、缺水、超温、缺相保护功能，使设备运行安全、可靠。
所述的同步电机转动,经悬丝、钥连接杆带动石墨探头做旋转运动。
所述的光电开关包含遮光板、光源和光电管，悬丝的两端分别设置上遮光板和下遮光板，上遮光板的两侧分别设置上光源和上光电管，下遮光板的两侧分别设置下光源和下光电管。
所述的石墨坩埚壁厚6. 5mm,即满足恒温需要，又满足升温需要。
本发明还设有升降机构，由步进电机、支撑架、悬臂和丝杠组成，步进电机和丝杠安装在支撑架上，悬臂固定于丝杠顶部，步进电机驱动丝杠上下移动，从而带动悬臂作上下运动。
还设有电气控制柜，具有控制主电源开关功能，同时还设有升降机构的方向选择、 点动启动、故障复位按钮，以及同步电机开关按钮；微机控制系统安装有一套粘度测试实验软件，设有定温测粘度和变温测粘度两种测试方式，同时，可在线测试并实时保存实验数据。
一种高温状态下保护渣粘度电磁特性的测量方法，采用上述测量装置进行测量， 包含如下步骤①将经脱碳处理后的待测保护渣装入石墨坩埚，并将其放入高频加热炉的炉体内，打开高频加热炉开关，调节频率到18kHz，炉子加热升温；②待高频加热炉的炉温升至200°C，开启冷却水；③标定粘度测试仪的常数#值和利用标准油进行测试，标定；④待保护渣完全熔化后，手动测定液面高度，并在旋转粘度计钥连接杆上标定下降位置；⑤粘度测定定温测粘度时，待高频加热炉的温度升至1250°C时调低功率，直到频率提高至20kHz处，待温度稳定到1300°C并保温15min后，将石墨探头降到熔化保护渣液面下方，启动定温测粘度程序，开始测量；变温测粘度时，将高频加热炉的温度升高至1200 0C后调低功率，使加热炉恒温15min，待保护渣全部熔化后，逐渐调高功率，改恒温为升温状态， 并将石墨探头降到熔化保护渣液面下方，启动变温测粘度程序，连续测定升温过程中粘度变化值；⑥测定完毕，保存数据报表，关闭粘度测试仪及高频加热炉；⑦取出石墨坩埚，待高频加热炉的温度降至200°C以下时，关闭冷却水。
⑧最后，根据数据报表，将保护渣在高频磁场作用下的粘度与传统旋转粘度计测定结果进行对比，得出1300°C高频磁场条件下保护渣粘度的电磁特性；或者，根据变温测粘度数据，以温度(O为横坐标，粘度(？)为纵坐标，做n-t曲线图，得出施加高频磁场后保护渣粘度的变化规律。
本发明的测量原理如下圆柱体在高温液态炉渣中以慢速度旋转，与层流性质的炉渣产生内摩擦力，导致悬丝5产生一个扭角0。当圆柱体在熔体中旋转平稳后，其扭角的大小将基本维持恒定。在悬丝弹性范围内扭角的大小与自身的角速度《、炉渣的粘度η有如下关系
权利要求
1.一种高温状态下保护渣粘度电磁特性的测量装置，其特征在于由高频加热炉和粘度测试仪两部分组成，高频加热炉的炉体(14)外环绕设置多匝水冷铜感应线圈，粘度测试仪包含同步电机(I)、光电开关、悬丝(4)、钥连接杆(10)、石墨探头(11)、和石墨坩埚(12) 微机控制系统(16)，同步电机的输出端依次连接悬丝、钥连接杆和石墨探头，悬丝的两端分别设置光电开关，微机控制系统分别控制连接同步电机和光电开关；将待测保护渣经脱碳处理后装入石墨坩埚(12)，并放入炉体(14)内高频加热，采用内柱体旋转法进行高温状态下保护渣粘度电磁特性的测量。
2.根据权利要求I或2所述的一种高温状态下保护渣粘度电磁特性的测量装置，其特征在于所述的高频加热炉，配套设置高频电源柜、高频输出柜、控制仪表柜、热电偶及显示仪表，热电偶(15)设置在炉体(14)的底部，连接显示仪表，用于实时采集待测保护渣的温度值；控制仪表柜采用全集成数字电路，用于实时采集高频加热炉体的输出功率、震荡频率参数，并具有手动调节功率功能。
3.根据权利要求I所述的一种高温状态下保护渣粘度电磁特性的测量装置，其特征在于所述的炉体外环绕设置4阻水冷铜感应线圈(13),炉膛高100mm,直径80mm,起到加热炉和提供高频磁场的双重作用，加热方式为感应加热，电源振荡频率为20KHz。
4.待测保护渣放置于炉体内，加热并进行粘度测量；高频电源柜采用IGBT电源，高频输出柜具有过流、过压、缺水、超温、缺相保护功能。
5.根据权利要求I或2所述的一种高温状态下保护渣粘度电磁特性的测量装置，其特征在于所述的同步电机转动，经悬丝、钥连接杆带动石墨探头做旋转运动；还设有升降机构，由步进电机、支撑架、悬臂和丝杠组成，步进电机和丝杠安装在支撑架上，悬臂固定于丝杠顶部，步进电机驱动丝杠上下移动，从而带动悬臂作上下运动；悬臂与石墨探头连接。
6.根据权利要求I或2所述的一种高温状态下保护渣粘度电磁特性的测量装置，其特征在于所述的石墨坩埚(12)壁厚为6. 5mm。
7.根据权利要求I所述的一种高温状态下保护渣粘度电磁特性的测量装置，其特征在于所述的光电开关包含遮光板、光源和光电管，悬丝的两端分别设置上遮光板(2)和下遮光板(3)，上遮光板的两侧分别设置上光源(5)和上光电管(6)，下遮光板的两侧分别设置下光源(7)和下光电管(8)。
8.根据权利要求I或2所述的一种高温状态下保护渣粘度电磁特性的测量装置，其特征在于还设有电气控制柜，具有控制主电源开关功能，同时还设有升降机构的方向选择、点动启动、故障复位按钮，以及同步电机开关按钮；微机控制系统安装有一套粘度测试实验软件，设有定温测粘度和变温测粘度两种测试方式，同时，可在线测试并实时保存实验数据。
9.一种高温状态下保护渣粘度电磁特性的测量方法，其特征在于采用权利要求I至8 所述的任意一种高温状态下保护渣粘度电磁特性的测量装置进行操作，包含如下步骤①将装好保护渣的石墨坩埚放入高频加热炉的炉体内，打开高频加热炉开关，调节频率到18kHz，炉子加热升温；②待高频加热炉的炉温升至200°C，开启冷却水；③标定粘度测试仪的常数#值和利用标准油进行测试，标定；④待保护渣完全熔化后，手动测定液面高度，并在旋转粘度计钥连接杆上标定下降位⑤粘度测定定温测粘度时，待高频加热炉的温度升至1250°C时调低功率，直到频率提高至20kHz处，待温度稳定到1300°C并保温15min后，将石墨探头降到熔化保护渣液面下方，启动定温测粘度程序，开始测量；变温测粘度时，将高频加热炉的温度升高至1200°C后调低功率，使加热炉恒温15min，待保护渣全部熔化后，逐渐调高功率，改恒温为升温状态， 并将石墨探头降到熔化保护渣液面下方，启动变温测粘度程序，连续测定升温过程中粘度变化值；⑥测定完毕，保存数据报表，关闭粘度测试计及高频加热炉，待加热炉温度降至200°C 以下时关闭冷却水；⑦最后，根据数据报表，将保护渣在高频磁场作用下的粘度与传统旋转粘度计测定结果进行对比，得出1300°C高频磁场条件下保护渣粘度的电磁特性；或者，根据变温测粘度数据，以温度(O为横坐标，粘度(7)为纵坐标，做n-t曲线图，从而得出施加高频磁场后保护渣粘度的变化规律。
全文摘要
本发明涉及一种高温状态下保护渣粘度电磁特性的测量装置及测量方法，属于冶金行业保护渣粘度电磁特性的测量技术领域。技术方案是高频加热炉的炉体外环绕设置多匝水冷铜感应线圈，其加热方式为感应加热，电源振荡频率为20KHz。粘度测试仪包含同步电机、光电开关、悬丝、钼连接杆、石墨探头、石墨坩埚和微机控制系统；将待测保护渣经脱碳处理后装入石墨坩埚并放入炉体内高频加热，采用内柱体旋转法进行高温状态下保护渣粘度电磁特性的测量。本发明有益效果为操作简单，测量准确，成本低廉且利于大量研究，可以研究高频磁场作用下保护渣的粘度特性，对于探明软接触电磁连铸保护渣冶金行为及对钢液凝固影响机理至关重要。
文档编号G01N11/14GK102914489SQ20121044335
公开日2013年2月6日 申请日期2012年11月8日 优先权日2012年11月8日
发明者朱立光, 王杏娟, 刘然, 张彩军, 陈伟 申请人:河北联合大学