[发明专利]一种渣类材料结晶行为及结晶温度测定的方法

说明书

技术领域

本发明属于检测技术领域，特别是提供了一种渣类材料结晶行为及结晶温度测定的方法。适用于高炉渣、保护渣、转炉渣以及其它渣料的研究。

背景技术

当今，为了节约能源、降低成本，国内外钢铁企业普遍采用高速连铸技术。连铸结晶器保护渣的主要功能是可以润滑铸坯并控制铸坯传热，对连铸工艺的顺行和铸坯表面质量具有重要影响。而连铸保护渣的结晶温度、结晶体比例等结晶性能是表征保护渣润滑和传热功能最重要的指标，尤其是结晶温度，是表征熔渣在结晶器内行为的重要性能指标，不但影响结晶器与铸坯之间渣膜的分布和结构，还会影响结晶器和铸坯之间传热与润滑。

结晶温度升高，结晶器与铸坯之间的摩擦力增大，结晶器内传热速率减小，粘结漏钢率增大，还会由于包晶反应产生的体积收缩所引起的应力剧烈释放而导致铸坯产生表面裂纹。因此，对结晶温度的准确测定，可为研究连铸保护渣的结晶性能，以及为研究高速连铸条件下结晶器内的充分润滑与均匀传热提供理论依据，同时对渣的结晶性能进行优化设计和模型预测具有重要指导意义。

结晶温度是指物质原子由不太规则排列的液态转变成为有规则排列的固态时的温度。由于炉渣是由多种化合物组成的混合物，其结晶过程是非平衡过程，必须在快速冷却至理论结晶温度之下，才开始结晶，其结晶过程在一个温度区间进行，主要包括形核和晶核长大。目前，研究结晶温度的方法主要有：黏度法、差热分析法(DTA或DSC)，以及高温显微镜法等。

黏度法是采用熔体降温过程中粘度-温度关系曲线法测试其转折点温度，用示差扫描量热法(DSC)测定炉渣结晶温度，由于许多研究者对此测量法获得的结果是否即为结晶温度尚有争议，因此，差热分析法(DTA或DSC)测定结晶温度较为常用。差热分析法是采用差热分析仪(DTA、DSC或STA等)，根据热分析曲线，得到开始析出结晶相时的温度，即为连铸保护渣的结晶温度，由于渣的结晶在过冷条件下才能发生，而且是在一个温度范围内完成，因而结晶放热峰相应地有外推起始温度、峰顶温度以及终止温度，此法测得的结晶温度是指外推起始温度，可见，其测量结果的准确度也有不足之处。而传统的高温显微镜法，主要借助光学系统把试样形状投影到屏幕上，不断观察屏幕上试样的高度变为原来的1/2测得熔化温度，通过观察炉渣试样液面转变为固态测得结晶温度，由于设备的清晰度不高，无法观察到形核以及晶核长大最终变为固态的结晶过程，即无法准确获得晶体开始析出的结晶温度。由上可知，这些研究方法的准确度都不够高，而且多用于研究保护渣结晶温度，对电渣结晶温度很少涉及，为此，开发研究更为准确测试结晶温度的方法十分必要。

高温共焦激光显微镜的光学系统物像共轭，只有物镜焦平面上的点经针孔空间滤波才能形成光点图像，在高速率扫描获得高质量图像的同时，对样品的热破坏降至最低，同时还提供了慢扫描功能来提高灵敏度。此外，激光光源单色性好，成像聚焦后焦深小，纵向分辨率高，可对样品无损地作不同深度的层扫描和荧光强度测量，不同焦平面的光学切片经三维重建后得到样品的三维立体结构。因此，可实现材料在降温过程中由液相到晶体析出，直至最终完全转化为固态的原位动态观察。可见，借助高温共焦激光显微镜不但可以准确测定渣的结晶温度，而且可以对降温过程中晶体的初始析出、析出物种类、数量，以及晶体如何形核、长大等结晶变化行为进行研究。

由于多数的渣没有金属光泽，在显微镜下无法成像，根本无法观察到渣的形貌，也就无法进一步观察其熔化行为与结晶行为。因此，渣的制样是首要解决的难题。通过对渣类样品的制样方法不断摸索与改进，成功实现了渣样在升温过程熔化行为的原位观察以及熔点的准确测定。

然而，渣柱破碎成碎块虽然能够实现渣的初始熔化温度和完全熔化温度的测定，首次突破了渣类试样在高温激光显微镜下熔点的成功测定，而敞口式高温加热搅拌所得玻璃态渣，经破碎、研磨成渣粉的熔点测定试验使熔化行为的观察更为清晰，结果更为准确。但结晶温度测定试验中，由于冷速较快，有时甚至还未找到晶体析出的清晰视场，结晶过程就很快结束，渣样完全变为固态。

经反复实验摸索，发现成分均匀的粉状玻璃态渣的成功制备虽是准确测定渣的熔点和结晶温度的先决条件，但取样数量和冷却速度等参数优化，以及装样位置、粉样成型处理等方法的摸索、改进，才能完全实现渣料在降温过程晶体析出、形核及长大等结晶行为的原位观察以及结晶温度的准确测定。

发明内容