[发明专利]一种结晶器保护渣结晶温度的测量装置及其方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金领域，特别是涉及一种的结晶器保护渣结晶温度的测量装置及方法。

背景技术

保护渣作为连铸生产中重要的功能材料，其冶金性能直接影响着连铸生产的顺行和铸坯的表面质量。结晶温度，是指保护渣在冷却过程中晶体开始析出的温度，影响着铸坯与结晶器之间渣膜的分布和结构，是协调传热与润滑的重要参数。

目前测量保护渣结晶温度最主要的方法有：差热分析法（DTA）、高温显微镜法与黏温曲线法。其中DTA法最为常用，但对于某些结晶率较小的保护渣，由于结晶放出的热量少，差热分析天平检测不到放热峰，从而无法读出正确的数值。高温显微镜法为直接观测，准确度高，但是设备难寻，成本较高，不适合一般、大量的研究。黏温曲线法避开了直接测量，将黏度随温度的变化曲线的转折点作为结晶温度，成本较低，但是目前普遍认为该方法所测得的值应该是保护渣的液相线温度而非结晶温度。综上所述，开发一种适合于大量研究的、测量精度高、成本低的新型的保护渣结晶温度的检测手段很有必要。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种操作相对简单、成本低、精度高的结晶器保护渣结晶温度的测量装置及方法。

本发明的技术方案是：一种结晶器保护渣结晶温度的测量装置，该装置由直流电源U₀、电导电极、电阻炉、热电偶、数模转换器、数据采集器、电压表和保护电阻R₀构成；

其中，所述电导电极用于检测待测保护渣的电压值；

所述电压表设置电导电极的正负上，用于测量所述电导电极的电压；

所述直流电源U₀（用于为所述电导电极提供电源；

所述电阻炉用于放置待测保护渣，并加热待测保护渣；

所述热电偶安装在所述电阻炉的底部，用于实时采集待测保护渣的温度值；

所述数模转换器分别与所述电压表和所述热电偶连接，用于对所述电压表和所述热电偶采集到的数据进行转换，发送给所述数据采集设备；

所述数据采集器用于接收所述数模转换器转换的数据；

保护电阻R₀用于保护整个电路的防止电流过大损坏电路；所述保护电阻R₀设置在所述电导电极和所述直流电源U₀之间。

进一步，该装置还包括升降装置，所述升降装置由步进电机、悬臂、电极夹紧装置、支撑架和丝杠组成。所述进步电机和所述丝杠安装在所述支架上，所述悬臂安装在所述丝杠上，由所述进步电机驱动沿丝杠所述上下运动，所述悬臂上设有用于固定所述电导电极的电极夹紧装置。

本发明的另一目的是提供上述结晶器保护渣结晶温度的测量装置的测量方法，具体包括以下步骤：

步骤1，将待测保护渣脱碳处理后盛于钼坩锅内，并将其放入通有氩气保护的Si-Mo电阻炉中缓慢加热直到熔化温度以上，并恒温一段时间待保护渣完全熔化，将两根电导电极以一个固定的速度竖直插入液态保护渣中，其插入深度视所用坩埚的高度而定，插入过程不要触及坩埚侧壁与底部；

步步骤2，打开数据采集器的电源并调制好程序，然后打开直流电源U₀  ，电压表测量两根电导电极两端的电压U，同时令所述钼坩锅内的保护渣3以一定的速度开始降温，降温速度视渣系而定，热电偶实时采集所述钼坩锅内的保护渣的温度T，数据采集器通过数模转换器同步实时采集并记录；

最后，根据记录的数值，以                                                为纵坐标，以为横坐标，做出二者的关系图，并找到关系图中第一次出现不连续变化时所对应的温度，即为保护渣的结晶温度。

本发明的测量原理如下：

由于电导电极的电阻很小，因此可以忽略两根电导电极的电阻，即R_电极≈0Ω。此时，若U为两电导电极之间的电压，那么根据欧姆定律以及电阻定律可以得到电导率与两根电导电极之间的电压的关系式：

由此，本发明便可以把Arrhenius定律转换为关系式：