[发明专利]一种动态观测模拟电渣重熔过程熔滴行为的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种动态观测模拟电渣重熔过程熔滴行为的装置及方法。

背景技术

电渣重熔过程中，电极熔化末端熔滴形成及滴落行为、熔滴形貌尺寸变化等不仅影响着金属液滴的表面更新还与渣金（液滴）界面处的热量传输密切相关，进而影响渣金界面的物理化学反应及金属熔滴中杂质元素的去除，对电渣钢锭的质量、成分和纯净度具有重要影响。然而，在工业生产实践条件下，由于熔炼体系处于高温、不透明的状态且有水冷结晶器的存在，直接观察电极末端熔滴形成和滴落行为显得不大可能，因此，运用透明的熔炼体系来物理模拟电渣重熔过程显得很有必要也很有意义。

有文献指出，伍德合金诸如粘度、密度等物理性能与铁水相似，而一定浓度的NaCl溶液则具有和电渣重熔用熔渣相似的电导率，因此可以被用来建立透明的熔炼体系对电渣重熔过程进行物理模拟。

文献“电渣重熔过程中渣池内的电弧放电现象”公开了一种电渣重熔示波照象线路图，分别以伍德合金、NaCl溶液及玻璃烧杯代替电渣重熔过程自耗电极、熔渣及结晶器，用示波照象记录了电流和声音的变化，发现其电流与声音的示波图，与采用相似装置进行的电渣重熔过程电流与声音示波图具有类似的特征（分别以滚珠钢为自耗电极、钢制结晶器及相应成分熔渣），说明二者过程具有一定的相似性。然而，由于电极熔化末端熔滴形成及滴落过程十分短暂，该方法提供的装置无法更清晰详细地对熔滴形成及滴落过程其形貌尺寸及熔池温度进行动态观测。

文献“The role played by the electric current on metal droplet formation in the ESR process”则采用相似装置，以伍德合金、NaCl溶液及玻璃烧杯分别代替自耗电极、熔渣及结晶器，来模拟电渣重熔过程，通过相应控制系统维持自耗电极（伍德合金棒）和另一极（Mo环）之间的距离为定值，该方法通过记录某时间段内总熔滴滴落数及总熔化合金重量来计算每个熔滴的平均重量；然而，由于伍德合金及NaCl溶液较大的密度差而导致滴落过程非常短暂、熔滴形状变化多端，因此通过该文献提供装置系统同样无法清晰详细地观测熔滴形成及滴落过程的动态变化行为，无法及对熔滴尺寸大小及熔池温度场进行观测。

发明内容

针对现有模拟电渣重熔过程观测熔滴形成、滴落行为及渣池温度分布技术存在的上述问题，本发明提供一种动态观测模拟电渣重熔过程的装置及方法，采用伍德合金圆棒、NaCl溶液和石英烧杯分别代替自耗电极、熔渣和结晶器，增加熔速控制系统，通过高速照相机和红外热成像仪获得动态影像，实现熔滴形成、滴落行为及渣池温度分布的观测控制。

本发明的动态观测模拟电渣重熔过程熔滴行为的装置包括石英烧杯、带有上横梁和下横梁的绝缘支架、调压器、红外热成像仪和高速照相机；石英烧杯和用于测量自耗电极插入导电溶液深度的刻度尺位于平台上；上横梁上悬挂有定滑轮装置，作为自耗电极的伍德合金圆棒悬挂在定滑轮的绳索上，或悬挂在动横梁上并且动横梁悬挂在定滑轮的绳索上；同时伍德合金圆棒通过镶嵌其内的导线与调压器连接，伍德合金圆棒的下部插入石英烧杯内部作为熔渣的导电溶液内；红外热成像仪和高速照相机放置在石英烧杯外并与伍德合金圆棒底端相对。

上述装置中，作为自耗电极的伍德合金圆棒为一个或成对的两组；当伍德合金圆棒为一个时，伍德合金圆棒悬挂在定滑轮的绳索上；当伍德合金圆棒为成对的两组时，伍德合金圆棒悬挂在动横梁上。

上述装置中，作为自耗电极的伍德合金圆棒为一个或成对的两组；当伍德合金圆棒为一个时，伍德合金圆棒通过导线与调压器的一极连接，石英烧杯内部设有钼片通过导线与调压器的另一极连接；当伍德合金圆棒为成对的两组时，每组伍德合金圆棒分别通过导线与调压器的两极连接。

上述装置中，下横梁上固定有温度计，温度计插入石英烧杯内部的导电溶液中。

上述装置中，伍德合金圆棒的顶端的中心部镶嵌有开口销，伍德合金圆棒通过开口销与定滑轮的绳索或动横梁连接在一起。

上述装置中，数显电压表与调压器并联，调压器与伍德合金圆棒连接的导线上设有数显电流表。

上述的调压器为接触式自耦调压器。

上述的红外热成像仪和高速照相机同时与一个计算机连接。

本发明的一种动态观测模拟电渣重熔过程熔滴行为的方法是采用上述装置，按以下步骤进行：