一种高温熔体表面张力测量装置及测量方法与流程

本发明属于一种测量装置，具体涉及一种高温熔体表面张力测量装置及测量方法。

背景技术：

1、熔体表面张力是促使熔体表面收缩的力，是熔体的一项非常重要的参数；熔体的表面性质及界面性质，对熔体之间发生反应和分离起着主导作用，是研究熔体界面反应动力学的基础。

2、熔体表面张力的测量方法很多，总体上可分为动态法和静态法；动态法主要有毛细管波法和振荡射流法；通常在熔液表面张力随时间变化较快时需要用动态法测量，现阶段动态法测量表面张力还不完善，测量误差较大，实际应用很少；静态法主要有毛细管上升法、最大气泡法、拉筒法、静滴法和电磁悬浮法等；静态法用于测量常温或低于200°c下的液体表面张力容易进行，但对于液态金属、炉渣、熔盐和熔锍等高温熔体，增加了测量的难度和复杂度，常用的高温熔体表面张力测量方法主要有最大气泡法、拉筒法、静滴法和电磁悬浮法。

3、现有的最大气泡法和拉筒法实验设备简单，实验数据处理方便，但实验误差较大；电磁悬浮法实验条件过于苛刻而较难于实现，只有在微重力条件下可以明显提高实验精度；静滴法的实验精度较高，但计算表面张力数据处理过程需要熔体密度值参数；总之目前测量高温熔体表面张力的方法都存在一定的不足。

技术实现思路

1、针对现存的上述问题，本发明的目的是提供了一种高温熔体表面张力测量装置及测量方法。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种高温熔体表面张力测量装置，测量装置具有高温熔化部分，所述的高温熔化部分具有炉体，所述的为双层结构；所述的炉体内部设置有隔热炉衬及加热棒，炉体的炉壁上固定有控温热电偶；所述炉体的中间设置有刚玉密封套管，所述的刚玉密封套管由固定于炉体底部的密封法兰托住、并由密封圈密封；所述的刚玉密封套管内设置盛样坩埚和坩埚支撑柱；所述的盛样坩埚放置在坩埚支撑柱上；所述的密封法兰上固定有测温热电偶固定，保护气体由进气管道进入刚玉密封套管内，从而保护盛样坩埚和拉筒；

4、所述拉筒与吊杆连接，悬挂于下挂式高精度天平下挂钩上；所述的下挂式高精度天平放置于冷却固定座上；所述的下挂式高精度天平、挂钩、冷却固定座、拉筒及吊杆，构成高精度测量系统；

5、所述的炉体与滚珠丝杠连接在一起，由伺服控制器与计算机处理系统联合控制滚珠丝杠进行动作，炉体便沿着固定在立柱上的直线导轨进行上下移动；

6、 所述的计算机处理系统包括计算机主机，工控软件和显示器； 所述计算机主机主要和高精度测量系统、高温熔化部分、伺服控制器连接通讯，控制整个测量装置的运行。

7、一种测量高温熔体表面张力测量方法，步骤如下：

8、s1：调整称重系统位置，使其处于起始位置；

9、s2：将拉筒及吊杆悬挂于天平下挂钩上；

10、s3：启动称重系统、伺服控制器、计算机；

11、s4：配置实验参数：如拉起速度、拉筒半径r、拉线半径r；启动升温系统，开始给炉腔加热；

12、s5：当炉腔温度达到实验温度，并保温设定时间后，将称重系统旋转于炉体正上方，开始进行高温熔体表面张力的测量；

13、s6:配置拉筒下沿距离烧杯底部距离l1、被测液体深度l2，浸入液体深度l3，则称重平台下降距离为l=l1-l2+l3；

14、s7：开始熔液表面张力测定，炉体上升到l距离，此时拉筒浸入被测液体中l3距离，并稳定设定时间；

15、s8：点击“开始拉起”，控制软件自动清零拉筒及吊杆的质量，由于拉筒壁厚非常小，可忽略其浮力；炉体开始按照拉起速度缓缓下降，拉筒被拉起，软件实时记录熔液对拉筒的阻力f阻；

16、s9：当f阻 达到最大时，拉筒拉力将达到最大值，软件自动记录最大力f阻max；

17、s10：根据公式σ=f阻max*9.8/(3.14 * (r + r))计算熔液的表面张力σ。软件自动保存结果，炉体自动下降到起始位置。

18、本发明提供的一种高温熔体表面张力测量装置及测量方法，相对于现有技术，本发明具有如下优点 ：

19、1、盛样坩埚放置于坩埚支撑柱上，坩埚支撑柱与盛样坩埚一起由刚玉密封套管罩住密封在炉体内部，这样盛样坩埚就不易氧化。刚玉密封套管外部四周布置加热棒，热量均匀地传递到盛样坩埚内，使得试样受热均匀。

20、2、该测量方法采用拉筒法，使拉筒的壁厚无限小，在拉起过程中忽略拉筒浮力影响，增加试验的稳定性。

21、3、采用高精度称重系统，天平量程在-50mg~200mg，精度0.00001mg，测量精度大大提高。

22、4、高温熔体表面张力测量过程中拉筒的拉起速度可自由设定，可更为广泛的用于高温熔体表面张力的测量和研究。

技术特征：

1.一种高温熔体表面张力测量装置，其特征在于：测量装置具有高温熔化部分，所述的高温熔化部分具有炉体，所述的为双层结构；所述的炉体内部设置有隔热炉衬及加热棒，炉体的炉壁上固定有控温热电偶；所述炉体的中间设置有刚玉密封套管，所述的刚玉密封套管由固定于炉体底部的密封法兰托住、并由密封圈密封；所述的刚玉密封套管内设置盛样坩埚和坩埚支撑柱；所述的盛样坩埚放置在坩埚支撑柱上；所述的密封法兰上固定有测温热电偶固定，保护气体由进气管道进入刚玉密封套管内，从而保护盛样坩埚和拉筒；

2.利用权利要求1所述的一种高温熔体表面张力测量装置进行张力测量的方法，步骤如下：

技术总结
本发明公布了一种高温熔体表面张力测量装置及试验方法，高温熔体表面张力测量装置包括高温熔化部分，高精度测量系统、丝杠升降系统和计算机处理显示系统；特别是盛样坩埚放置于坩埚支撑柱上，坩埚支撑柱与盛样坩埚一起由刚玉密封套管罩住密封在炉体内部与外界空气隔开，这样盛样坩埚就不易氧化。刚玉密封套管外部四周布置加热棒，热量均匀地传递到盛样坩埚内，使得拉筒受热均匀。测量方法采用采用拉筒法进行高温熔体表面张力测量，使拉筒的壁厚无限小，在拉起过程中忽略拉筒浮力影响，试验的精度和稳定性大大提高。高温熔体表面张力测量过程中拉筒的拉起速度可自由设定，可更为广泛的用于高温熔体表面张力的测量和研究。

技术研发人员：李晓睿,董殿敏,刘克,王波,邵昕,章健
受保护的技术使用者：中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12