一种激光导热仪冶金炉渣试样的制样装置

本技术属于冶金，具体涉及一种激光导热仪冶金炉渣试样的制样装置。

背景技术：

1、冶金炉渣是火法冶炼过程中以高温熔融态排放的固体废弃物，主要包括钢渣、铜渣、铅渣、锡渣等。以铜渣为例，通常情况下，每生产1吨铜会产生大约2.2～5吨冶炼铜渣。2021年我国共生产精炼铜1048.70万吨，较2020年同比增长4.61％。铜渣出炉温度为1150～1300℃，比热容为1.254kj/(kg·k)，熔化热为420kj/kg，铜渣含有的热力学能可达1.86～1.99gj/t，具有可观的余热回收价值。目前主要的冶金炉渣余热回收技术有干法造粒流化床或移动床余热回收技术等，而冶金炉渣的热扩散系数、导热系数、比热容等热力学参数对于余热回收过程的理论分析、工艺计算、工程设计等不可或缺，对于强化传热过程，提高余热回收效率，从而实现冶金行业碳达峰，碳中和目标具有非常重要的意义。

2、激光闪射法是导热测试领域广泛应用的一种方法，用于精确测量材料的热扩散系数并计算导热系数。激光闪射法具有快速、非破坏性、非接触式的特点。其原理为使用激光脉冲加热试样下表面，并通过红外检测器测量试样上表面温度变化，从而得出热扩散系数，结合试样的密度值和比热容，可得到材料的导热系数，计算公式为λ(t)＝α(t)·cp(t)·ρ(t)，其中λ代表导热系数，α代表热扩散系数，cp代表比热容，ρ代表密度，t代表温度。激光导热仪具有高精度、高重复性、测量快速、试样支架种类丰富等突出优点，其测量温度范围为-125℃～2800℃，试样适应面极广，包括陶瓷、玻璃、金属、熔融物、粉末、液体、纤维等，因此在导热测试领域得到了广泛应用。

3、使用激光导热仪进行测试需要制备符合试样支架尺寸要求的试样，目前，激光导热仪配备了直径或边长6～25.4mm的圆形试样支架和方形试样支架，试样厚度0.01～6mm。针对冶金炉渣材料，通常制成厚度1～2mm的试样来获得较好的测试结果。冶金炉渣室温下为不规则块状或碎颗粒状，硬度较高，莫氏硬度达6～7度，质地较脆，相对于易于加工成型的金属等材质，铜渣由于硬度高，易碎，以及试样较薄，因此不适合进行切割、磨削等冷态加工。此外，熔渣粘度高，表面张力大，接触角大，在模具内聚集成滴状，不易铺展，即便采用铸造压制成型，由于试样厚度薄，试样与模具温差大，冷却时极易出现冷裂，造成试样成品率低。目前，激光导热仪冶金炉渣试样的制样装置及制样方法还未见报道。

技术实现思路

1、针对冶金炉渣室温下硬度高，质地脆，不适于切割，磨削等冷态加工，高温铸造粘度高，接触角大，铺展性差，冷却时易出现冷裂等问题，本实用新型提供了一种激光导热仪冶金炉渣试样的制样装置，该装置由导热性好、耐高温的石墨材料制成，结构简单，加工方便，成本较低，可重复使用，可高效、便捷地制得符合要求的试样，从而得到准确的测试结果。

2、为了达到上述发明的目的，本实用新型是这样实现的：

3、一种激光导热仪冶金炉渣试样的制样装置，包括基座，顶盖和支架；所述基座设有轴孔i；所述顶盖设有轴孔ii和轴孔ⅲ；所述支架设有轴孔ⅳ；所述基座与顶盖之间通过主轴连接；所述顶盖和支架之间通过副轴连接；所述顶盖绕主轴自由转动，所述支架绕副轴自由转动；所述基座上设有试样成型槽；所述试样成型槽四周开设了溢流道；所述基座中前端设有与支架契合的卡槽和控制支架转动的导向斜面；所述基座前端设有牵引环。

4、作为进一步技术改进，以上所述试样成型槽横截面为圆形或正方形，其直径或边长6～25.4mm，槽深度1～2mm。

5、作为进一步技术改进，以上所述溢流道宽度为3mm，深度为3mm。

6、作为进一步技术改进，以上所述导向斜面与水平面夹角为30°。

7、作为进一步技术改进，以上所述支架一端横截面形状为半径3mm的半圆。

8、作为进一步技术改进，以上所述卡槽横截面形状为半径3mm的半圆的一部分与该半圆的圆切线的组合，所述卡槽与支架端面契合。

9、作为进一步技术改进，以上所述主轴的一端与基座一侧的轴孔i为过盈配合，所述副轴的一端与顶盖一侧的轴孔ⅲ为过盈配合。

10、作为进一步技术改进，以上所述基座、顶盖、支架、主轴和副轴全部由高纯石墨材料制成；所述高纯石墨材料等级为4级。

11、本实用新型具有的优点及有益效果：

12、本实用新型提供了一种激光导热仪冶金炉渣试样的制样装置，该装置主体由基座，顶盖以及支架构成，基座上开设了两个试样成型槽，单次可生产两片相同试样，制样效率高，试样成型槽四周开设了溢流道，可有效防止过量熔渣溢出污染炉膛。基座中前端开设了与支架契合的卡槽和控制支架转动的导向斜面，可通过一步简单操作，实现顶盖自动闭合和试样压制成型。该装置整体结构简单，全部由高纯石墨材料制成，易于加工，成本较低，可重复使用。该制样装置使冶金炉渣颗粒在高温熔融态下成型，避免了其冷态切削打磨时易碎、铸造时熔渣粘度高，表面张力大，不易在模具内铺展，冷却时产生冷裂的问题。制得的试样外形规整，精度较高，可获得准确的测试结果。

技术特征：

1.一种激光导热仪冶金炉渣试样的制样装置，包括基座(1)，顶盖(2)和支架(3)；其特征在于：所述基座(1)设有轴孔ⅰ(9)；所述顶盖(2)设有轴孔ⅱ(10)和轴孔ⅲ(11)；所述支架(3)设有轴孔ⅳ(12)；所述基座(1)与顶盖(2)之间通过主轴(13)连接；所述顶盖(2)和支架(3)之间通过副轴(14)连接；所述顶盖(2)绕主轴(13)自由转动，所述支架(3)绕副轴(14)自由转动；所述基座(1)上设有试样成型槽(4)；所述试样成型槽(4)四周开设了溢流道(5)；所述基座(1)中前端设有与支架(3)契合的卡槽(6)和控制支架(3)转动的导向斜面(7)；所述基座(1)前端设有牵引环(8)。

2.根据权利要求1所述的激光导热仪冶金炉渣试样的制样装置，其特征在于：所述试样成型槽(4)横截面为圆形或正方形，其直径或边长6～25.4mm，槽深度1～2mm。

3.根据权利要求1所述的激光导热仪冶金炉渣试样的制样装置，其特征在于：所述溢流道(5)宽度为3mm，深度为3mm。

4.根据权利要求1所述的激光导热仪冶金炉渣试样的制样装置，其特征在于：所述导向斜面(7)与水平面夹角为30°。

5.根据权利要求1所述的激光导热仪冶金炉渣试样的制样装置，其特征在于：所述支架(3)一端横截面形状为半径3mm的半圆。

6.根据权利要求1所述的激光导热仪冶金炉渣试样的制样装置，其特征在于：所述卡槽(6)横截面形状为半径3mm的半圆的一部分与该半圆的圆切线的组合，所述卡槽(6)与支架(3)端面契合。

7.根据权利要求1所述的激光导热仪冶金炉渣试样的制样装置，其特征在于：所述主轴(13)的一端与基座(1)一侧的轴孔ⅰ(9)为过盈配合，所述副轴(14)的一端与顶盖(2)一侧的轴孔ⅲ(11)为过盈配合。

8.根据权利要求1所述的激光导热仪冶金炉渣试样的制样装置，其特征在于：所述基座(1)、顶盖(2)、支架(3)、主轴(13)和副轴(14)全部由高纯石墨材料制成；所述高纯石墨材料等级为4级。

技术总结
本技术公开了一种激光导热仪冶金炉渣试样的制样装置，目的在于提供一种符合激光导热仪冶金炉渣试样测试要求的制样装置，解决该试样制作困难的问题，有效提高试样制作精度，减小检测结果误差。该装置由高纯石墨制成，具有良好的导热和耐高温性能。该装置包括基座、顶盖、支架、试样成型槽、溢流道、卡槽、牵引环、导向斜面以及连接轴。本技术具有制样便捷、高效、低成本的特点，制得的试样规整、均匀、检测效果良好。

技术研发人员：胡建杭,曹文博,于勇,匡彪,杨成
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：20230116
技术公布日：2024/2/1