一種利用電流實時監(jiān)測爐渣泡沫化程度的實驗裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及冶煉技術(shù)，尤其涉及渣泡沫化檢測方法，具體涉及利用電流實時監(jiān)測爐渣泡沫化程度的實驗裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]冶金爐渣泡沫化現(xiàn)象的研宄是與40年代后鋼鐵冶金工藝的發(fā)展密切聯(lián)系。平爐煉鋼工作者第一次認(rèn)識到冶金爐渣泡沫化現(xiàn)象；LD轉(zhuǎn)爐和頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐工藝的開發(fā)，促使人們對爐渣-金屬液滴-氣體三相乳化和爐渣-氣體的泡沫化現(xiàn)象進行了深入研宄；隨著鐵水預(yù)處理工藝的開發(fā)，鐵水罐中也出現(xiàn)了爐渣泡沫化現(xiàn)象，以及超高功率電弧爐冶煉工藝中與長弧操作相匹配的泡沫渣均促使人們對泡沫渣現(xiàn)象進行研宄；尤其在80年代中期，世界范圍性地興起對鐵浴反應(yīng)器中(熔融還原煉鐵工藝)的泡沫渣進行研宄，使研宄達到高潮。
[0003]在高爐冶煉釩鈦磁鐵礦過程中，當(dāng)配加普通礦減少到一定程度，會導(dǎo)致嚴(yán)重的爐內(nèi)泡沫化問題，嚴(yán)重影響高爐順行。自上世紀(jì)80年代開始，冶金工作者對高爐冶煉釩鈦磁鐵礦泡沫化問題進行了大量的研宄。
[0004]根據(jù)相關(guān)資料，爐渣具有明顯的離子導(dǎo)電性。過去研宄爐渣泡沫化有低溫模擬法、高溫實驗法。低溫模擬法可以方便直觀的監(jiān)測泡沫化程度。但是高溫實驗中，如何表征爐渣的泡沫化程度一直是個很棘手的問題:有通過X光透視法來監(jiān)測泡沫化的，但是這種方法成本很高、系統(tǒng)十分復(fù)雜；有通過電接觸法來監(jiān)測泡沫高度的，但這種方法不能實時記錄發(fā)泡高度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種方法簡單、能實時檢測爐渣泡沫動態(tài)、且監(jiān)測結(jié)果可靠的爐渣泡沫化程度的檢測裝置及方法。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種利用電流實時監(jiān)測爐渣泡沫化程度的實驗裝置，包括輸氣裝置、反應(yīng)裝置、溫度控制裝置、電流檢測裝置和數(shù)據(jù)分析裝置；所述反應(yīng)裝置具有反應(yīng)空腔，所述反應(yīng)空腔內(nèi)設(shè)有盛放爐渣的坩禍，輸氣裝置的出氣口通過導(dǎo)氣管與反應(yīng)空腔連通；所述溫度控制裝置包括溫度控制柜、熱電偶和加熱裝置；所述加熱裝置設(shè)置在反應(yīng)空腔外側(cè)，熱電偶的檢測端設(shè)置在反應(yīng)空腔內(nèi)，熱電偶的數(shù)據(jù)輸出端與溫度控制柜的信號輸入端連接，溫度控制柜的信號輸入端與加熱裝置的控制信號輸入端連接；所述電流檢測裝置包括耐高溫導(dǎo)電棒，直流電源和電流表；耐高溫導(dǎo)電棒的一端設(shè)置在坩禍內(nèi)，另一端通過導(dǎo)線與直流電源連接構(gòu)成閉合回路，電流表串聯(lián)在該閉合回路中；所述數(shù)據(jù)分析裝置通過電流表的讀數(shù)反映坩禍內(nèi)爐渣發(fā)泡的高度。
[0007]作為優(yōu)化，所述反應(yīng)裝置為高溫硅鉬爐，所述熱電偶的檢測端設(shè)置在坩禍外側(cè)的底部。
[0008]作為優(yōu)化，所述電流檢測裝置中的直流電源包括整流單元、電壓測量單元和電壓輸出單元，整流單元和電壓輸出單元依次連接，電壓測量單元并聯(lián)在電壓輸出單元的兩端；所述耐高溫導(dǎo)電棒與直流電源的電壓輸出單元連接形成閉合回路；所述直流電源的整流單元與交流電源連接。
[0009]作為優(yōu)化，所述電流表為可編程數(shù)顯電流表，其讀數(shù)輸出端與數(shù)據(jù)分析裝置的數(shù)據(jù)輸入端連接。
[0010]一種利用電流實時監(jiān)測爐渣泡沫化程度的方法，應(yīng)用上述的實驗裝置，檢測的步驟包括:
51:配置爐渣；
52:向高溫硅鉬爐的反應(yīng)空腔內(nèi)通入保護氣體以排除反應(yīng)空腔內(nèi)的所有空氣，通過加熱裝置加熱坩禍；
53:當(dāng)坩禍溫度達到反應(yīng)溫度Q2時，取出坩禍并將步驟SI配置好的爐渣放入坩禍中，然后將坩禍放回反應(yīng)空腔內(nèi)，并迅速蓋好高溫硅鉬爐，該過程中持續(xù)輸入保護氣體；
54:通過加熱裝置繼續(xù)給坩禍加熱，確保坩禍的溫度恒定在反應(yīng)溫度區(qū)間Q2-Q3，當(dāng)溫度控制柜獲知的熱電偶傳輸?shù)臏囟刃盘栔荡笥诜磻?yīng)溫度區(qū)間的溫度上限Q3時，溫度控制柜通過向加熱裝置發(fā)送停止指令，控制其停止加熱；當(dāng)溫度控制柜獲知的熱電偶傳輸?shù)臏囟刃盘栔敌∮诜磻?yīng)溫度區(qū)間的溫度下限Q2時，溫度控制柜通過向加熱裝置發(fā)送加熱指令，控制其加熱；
55:在時間間隔T下持續(xù)測量時間點i/甘禍內(nèi)爐渣的高度電流值I」，j=l，2，3...N，j遍歷其取值，得到一系列坩禍內(nèi)爐渣的高度&和對應(yīng)的電流值If，
56:數(shù)據(jù)分析裝置根據(jù)步驟S5得到的一系列坩禍內(nèi)爐渣的高度4和對應(yīng)的電流值Ij計算得到爐渣的發(fā)泡高度和電流值之間的線性關(guān)系式；
57:根據(jù)步驟S6得到的線性關(guān)系式和電流表測量的電流值，可以實時得到坩禍內(nèi)爐渣的發(fā)泡高度。
[0011]作為優(yōu)化，所述步驟SI配置爐渣步驟包括:采用純化學(xué)試劑配置爐渣，其中五元渣系CaO-S12-MgO-Al2O3-T12與碳粉混合均勻后采用壓球機壓制成為A類球，草酸亞鐵單獨混合采用壓球機壓制為B類球。
[0012]作為優(yōu)化，在A類球壓制前，向五元渣系Ca0-Si02-Mg0-A1203_Ti02與碳粉的混合物中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的甲基纖維素作為粘結(jié)劑；在B類球壓制前，向草酸亞鐵中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的甲基纖維素作為粘結(jié)劑。
[0013]作為優(yōu)化，所述步驟S2中，先通過加熱裝置預(yù)熱高溫硅鉬爐，當(dāng)其反應(yīng)空腔內(nèi)的溫度達到Ql時，將坩禍放入反應(yīng)空腔內(nèi)預(yù)熱。
[0014]作為優(yōu)化，所述步驟S3中，溫度達到反應(yīng)溫度Q2時，取出坩禍并將配置好的A類球放入坩禍中，然后將坩禍放回高溫爐空腔內(nèi)，并迅速蓋好高溫硅鉬爐，該過程中持續(xù)輸入保護氣體；待坩禍內(nèi)A類球熔化完全后，將坩禍取出并迅速放入B類球，然后再將坩禍放回反應(yīng)空腔內(nèi)，并迅速蓋好高溫硅鉬爐，該過程中持續(xù)輸入保護氣體。
[0015]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
1、本發(fā)明提供的實驗裝置經(jīng)過常溫測試和高溫試驗，均能很靠性，很好的顯示爐渣泡沫化的整個動態(tài)過程，將其用于爐渣的發(fā)泡高度的測量具有很高的可靠性。
[0016]2、這種檢測爐渣泡沫化程度的方法具備操作簡單、成本低廉、數(shù)據(jù)可靠、實時監(jiān)測等優(yōu)點，可以較為廣泛的用于爐渣泡沫化的測量和研宄。
【附圖說明】
[0017]圖1-本發(fā)明實驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為圖1中A處的放大圖。
[0019]圖3a，3b和3c分別為耐高溫導(dǎo)電棒三種設(shè)置方式。
[0020]圖4a，4b和4c分別為圖3a，3b和3c對應(yīng)的俯視圖。
[0021]圖中，輸氣裝置1、爐渣2、耐高溫導(dǎo)電棒3、坩禍4、固定支架5、高溫硅鉬爐6、導(dǎo)氣管7、熱電偶8、直流電源模塊9、交流電源10、導(dǎo)線11、數(shù)據(jù)分析裝置12、溫度控制柜13、電流表14。
【具體實施方式】
[0022]下面對本發(fā)明作進一步詳細(xì)說明。
[0023]實施例1:參見圖1和圖2，一種利用電流實時監(jiān)測爐渣泡沫化程度的實驗裝置，包括輸氣裝置1、反應(yīng)裝置、溫度控制裝置、電流檢測裝置和數(shù)據(jù)分析裝置。
[0024]所述反應(yīng)裝置具有反應(yīng)空腔，反應(yīng)空腔內(nèi)設(shè)有盛放爐渣的坩禍4，輸氣裝置I的出氣口通過導(dǎo)氣管7與反應(yīng)空腔連通；輸氣裝置I內(nèi)裝有反應(yīng)保護氣體，即惰性氣體，具體實施時，輸氣裝置I可以采用壓縮氣瓶，其內(nèi)裝有具有一定壓力的惰性氣體，從而便于氣體進入反應(yīng)空腔。
[0025]反應(yīng)裝置最好為高溫硅鉬爐6，其反應(yīng)空腔內(nèi)設(shè)有坩禍4，耐高溫導(dǎo)電棒3的下端設(shè)置在坩禍4內(nèi)；采用高溫硅鉬爐，其恒溫帶長度較寬，其爐溫可升到1700°C，幾乎可以達到研宄爐渣泡沫化程度所需的足夠?qū)挼臏囟确秶?，能較好地展現(xiàn)爐渣泡沫高度變化，并且高溫爐可方便地通氣體以保證足夠多樣的模擬條件，從而提高該實驗裝置的適用性。