一種測定含鈦熔渣電流變特性的裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于含鈦熔渣的非牛頓性質領域，特別涉及一種測定含鈦熔渣電流變特性 的裝置及方法。
【背景技術】
[0002] 我國的釩鈦磁鐵礦資源豐富，高爐冶煉釩鈦磁鐵礦技術也相對成熟，攀鋼等企業(yè) 已經實現(xiàn)了高鈦冶煉的穩(wěn)定生產。含鈦高爐渣與常規(guī)高爐渣的區(qū)別在于：常規(guī)的四元熔渣 系（CaO-SiO 2-Al2O3-MgO)通常為牛頓流體，對于五元（CaO-SiO2-Al 2O3-MgO-TiO2)高鈦熔渣， 高爐中的還原性氣氛將熔渣中TiO 2還原成TiC (3140 ±90°C )、TiN (2950 ±50°C )以及其固 溶體Ti (C，N)，這些高熔點固相使得熔渣表現(xiàn)為非牛頓流體。TiC、TiN以及其固溶體Ti (C， N)的生成給高爐冶煉釩鈦磁鐵礦帶來了一系列生產問題，如渣中帶鐵，爐渣粘稠，泡沫渣 等。在實際生產中，攀鋼等企業(yè)只能通過配加普通礦來稀釋熔渣中TiO 2。實際上，為了實現(xiàn) 全釩鈦高爐穩(wěn)定冶煉，對于含鈦熔渣有很多問題需要深入探討研究。目前對于含鈦熔渣的 性質學者做了一系列的研究，關于含鈦熔渣的增稠機理、液相溫度、泡沫渣等問題已基本達 成共識，但在以往研究過程中，通常將含鈦熔渣視為牛頓流體，以固定剪切速率進行粘度測 量或以固相率為自變量的函數(shù)模型來預測粘度等，這些研究方法和結果對認識含鈦熔渣起 到了重要作用。近年來，學者們開始意識到含鈦熔渣為非牛頓流體，如非牛頓流體中常見的 剪切稀化現(xiàn)象已經被驗證。但仍有很多非牛頓流體典型現(xiàn)象，受到高溫等條件限制，少見相 關報道，這些研究瓶頸阻礙了人們對于高鈦熔渣的深層次認識，從而限制了高爐冶煉釩鈦 磁鐵礦的技術發(fā)展。
[0003] 電流變特性是非牛頓流體一種特有的性質，是指外加電場的作用導致分散系的結 構和流變性質（包括粘度、屈服應力、剪切模量等）發(fā)生變化。實際上，國內外對于電流變 特性的現(xiàn)象、機理已經有了一系列研究成果，研究表明：電流變液一般為兩相懸浮液，由可 在電場下極化的介電微粒、有良好絕緣性能的基礎液以及增加介電微粒表面活性和液體穩(wěn) 定性的添加劑組成。電流變液在未加電場或電場強度不高時，表現(xiàn)為牛頓流體的性質，隨著 電場強度的增強，液體的剪切應力或者表觀粘度急劇變化。關于電流變特性的機理可以總 結為：電流變液體在電場作用下，介電微粒開始按電場方向有序排列，形成鏈狀結構，增大 了液體的粘度。

【發(fā)明內容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種測定含鈦熔渣電流變特性的裝置及方 法，根據(jù)高溫限制含鈦熔渣的電流變特性研究的情況，通過本發(fā)明測定含鈦熔渣電流變特 性的裝置及方法，可以驗證含鈦熔渣是否具有電流變特性，以及熔渣成分、熔渣溫度對電流 變特性的影響。
[0005] -種測定含鈦熔渣電流變特性的裝置，包括鉬質電極、電極保護管、高溫電阻爐、 流變儀、直流電源、坩堝、氣體保護裝置和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；氣體保護裝置與高溫電阻爐的爐 管相連通，高溫電阻爐的爐管內設置坩堝；鉬質電極在高溫電阻爐的爐管與坩堝之間放置， 鉬質電極為正鉬質電極和負質鉬電極，鉬質電極的下端與坩堝底部對齊，鉬質電極的上端 位置高于高溫電阻爐的爐口，正鉬質電極與直流電源的正極相連，負鉬質電極與直流電源 的負極相連；電極保護管套在鉬質電極外；流變儀位于高溫電阻爐的爐管上方，流變儀的 轉桿與高溫電阻爐爐管同軸設置；流變儀與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連。
[0006] 電極保護管套在鉬質電極外，用于保護鉬質電極不被氧化；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于收 集流變儀測得的數(shù)據(jù)。
[0007] 本發(fā)明的含鈦熔渣中TiO2質量百分比范圍為：0· 01~35%。
[0008] 本發(fā)明的測定含鈦熔渣電流變特性的方法，采用上述裝置按以下步驟進行：
[0009] 步驟1 :按質量百分比稱取配料，烘干后混合均勻；
[0010] 步驟2 :將渣樣放入坩堝后，一起放入高溫電阻爐中，打開氣體保護裝置對爐管內 進行氣體保護，將流變儀的轉桿插入渣樣，打開高溫電阻爐，溫度從室溫25°C升至T 1,其中， 1\為 145(TC ~155(TC ;
[0011] 步驟3 :打開流變儀測量渣樣粘度，等待渣樣粘度穩(wěn)定；
[0012] 步驟4 :打開直流電源，電壓以0. 5V~200V的步長從OV增加至A，其中，0V< A< IkV 增加過程中實時測定不同電壓條件下渣樣粘度；電壓達到A后，再以0. 5V~200V的步長降 低至0V，降低過程中實時測定不同電壓條件下渣樣粘度；
[0013] 步驟5 :關閉直流電源，開始降溫，待達到指定溫度T2，重復步驟4 ;直至溫度降至 T3，重復步驟4后，關閉電源和氣體保護裝置，并取出流變儀的轉桿；其中1~3為1440°C~ 1350。。，T 3 < T2 < V
[0014] 其中，氣體保護裝置采用惰性氣體保護。
[0015] 對于含鈦熔渣來說，驗證熔渣是否具有電流變特性有很大困難，1500°C左右高 溫的條件下，外加電場一直無法實現(xiàn)，主要技術障礙是沒有耐高溫、耐氧化的電極能夠在 1500°C左右高溫條件下長時間穩(wěn)定工作，在實踐中，我們嘗試過采用鉑電極，但是常溫下性 質穩(wěn)定的鉑，在高溫時同樣會被污染，且鉑價格昂貴，不適合大量采用。相反，鉬的價格相對 低廉的多，且加工性能好，熔點也較高，但是在800°C左右易氧化。眾所周知，在爐管內，從坩 堝底部到爐口，溫度逐漸降低，必然存在一個區(qū)域為800°C左右，這就使得鉬質電極常常從 某一位置斷掉，導致實驗失敗，若能解決鉬被氧化的問題，對于探索高溫電流變性，就有很 大幫助作用。
[0016] 本發(fā)明的有益效果：
[0017] (1)本發(fā)明采用鉬質電極熔點為26KTC且價格低廉，能夠達到電極溫度要求且降 低經濟投入。
[0018] ⑵本發(fā)明采用電極保護管為剛玉材質，熔點為2050Γ，套在鉬質電極外側，鉬在 初期氧化后，產物氧化鉬能夠將剛玉管與電極之間的空隙封死，有效的阻止了鉬電極與氣 體接觸，極大的減少鉬質電極消耗。
[0019] (3)本發(fā)明的測定含鈦熔渣的電流變特性的裝置及方法，能夠測定含鈦熔渣的粘 度、剪切應力隨電場變化情況，驗證含鈦熔渣是否具有電流變特性。
[0020] (4)本發(fā)明的測定含鈦熔渣電流變特性的方法，采取電壓先升后降的方法，這一測 量過程能夠排除恒溫時間、剪切變稀等對熔渣粘度的影響。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明實施例的測定含鈦熔渣電流變特性的裝置結構示意圖；其中，1為正 鉬質電極，2為負鉬質電極，3為電極保護管，4為坩堝，5為高溫電阻爐，6為流變儀，7為直 流電源，8為氣體保護裝置，9為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，10為高溫電阻爐的爐管，11為流變儀的轉 桿；
[0022] 圖2為本發(fā)明實施例的鉬質電極主視圖、側視圖、俯視圖；
[0023] 圖3為本發(fā)明實施例1中TiC = Owt%時粘度隨電壓變化曲線圖；
[0024] 圖4為本發(fā)明實施例2中TiC = 8wt%時粘度隨電壓變化曲線圖；
[0025] 圖5為本發(fā)明實施例3中TiC = 8wt%時粘度隨電壓變化曲線圖。
【具體實施方式】
[0026] 本發(fā)明實施例中采用的高溫電阻爐為二硅化鉬電阻爐，最大工作溫度為1600°C。
[0027] 本發(fā)明實施例中采用的轉桿為剛玉材質，下端與鉬質轉頭連接。
[0028] 本發(fā)明實施例中采用的坩堝為剛玉材質。
[0029] 本發(fā)明實施例中采用的流變儀的型號為Brookfield DV-III。
[0030] 本發(fā)明實施例中采用直流電源的量程OV~lkV。
[0031] 本發(fā)明實施例中采用的含鈦渣系為攀鋼實際生產中的CaO-SiO2-Al 2O3-MgO-TiO2 五元渣系；
[0032] 本發(fā)明實施例中采用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要應用程序為Brookf ield application software 程序。
[0033] 本實施發(fā)明例中采用的惰性氣體為高純氬氣。
[0034] 實施例1
[0035] 測定含鈦熔渣電流變特性的裝置結構如圖1所示，包括正鉬質電極1，負鉬質電極 2,電極保護管3,坩堝4,高溫電阻爐5,流變儀6,直流電源7,氣體保護裝置8,數(shù)據(jù)采集系 統(tǒng)9,高溫電阻爐的爐管10和流變儀的轉桿11 ;氣體保護裝置8與高溫電阻爐的爐管10相 連通，高溫電阻爐3的爐管內設置坩堝9 ;鉬質電極1在高溫電阻爐2的爐管與坩堝9之間 放置，鉬質電極為正鉬質電極1和負質鉬電極2,鉬質電極的下端與坩堝4底部對齊，鉬質電 極的上端位置高于高溫電阻爐2的爐口，正鉬質電