[发明专利]一种利用电流实时监测炉渣泡沫化程度的实验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶炼技术，尤其涉及渣泡沫化检测方法，具体涉及利用电流实时监测炉渣泡沫化程度的实验装置及方法。

背景技术

冶金炉渣泡沫化现象的研究是与40年代后钢铁冶金工艺的发展密切联系。平炉炼钢工作者第一次认识到冶金炉渣泡沫化现象；LD转炉和顶底复吹转炉工艺的开发，促使人们对炉渣-金属液滴-气体三相乳化和炉渣-气体的泡沫化现象进行了深入研究；随着铁水预处理工艺的开发，铁水罐中也出现了炉渣泡沫化现象,以及超高功率电弧炉冶炼工艺中与长弧操作相匹配的泡沫渣均促使人们对泡沫渣现象进行研究；尤其在80年代中期，世界范围性地兴起对铁浴反应器中（熔融还原炼铁工艺）的泡沫渣进行研究，使研究达到高潮。

在高炉冶炼钒钛磁铁矿过程中，当配加普通矿减少到一定程度，会导致严重的炉内泡沫化问题，严重影响高炉顺行。自上世纪80年代开始，冶金工作者对高炉冶炼钒钛磁铁矿泡沫化问题进行了大量的研究。

根据相关资料，炉渣具有明显的离子导电性。过去研究炉渣泡沫化有低温模拟法、高温实验法。低温模拟法可以方便直观的监测泡沫化程度。但是高温实验中，如何表征炉渣的泡沫化程度一直是个很棘手的问题：有通过x光透视法来监测泡沫化的，但是这种方法成本很高、系统十分复杂；有通过电接触法来监测泡沫高度的，但这种方法不能实时记录发泡高度。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种方法简单、能实时检测炉渣泡沫动态、且监测结果可靠的炉渣泡沫化程度的检测装置及方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种利用电流实时监测炉渣泡沫化程度的实验装置，包括输气装置、反应装置、温度控制装置、电流检测装置和数据分析装置；所述反应装置具有反应空腔，所述反应空腔内设有盛放炉渣的坩埚，输气装置的出气口通过导气管与反应空腔连通；所述温度控制装置包括温度控制柜、热电偶和加热装置；所述加热装置设置在反应空腔外侧，热电偶的检测端设置在反应空腔内，热电偶的数据输出端与温度控制柜的信号输入端连接，温度控制柜的信号输入端与加热装置的控制信号输入端连接；所述电流检测装置包括耐高温导电棒，直流电源和电流表；耐高温导电棒的一端设置在坩埚内，另一端通过导线与直流电源连接构成闭合回路，电流表串联在该闭合回路中；所述数据分析装置通过电流表的读数反映坩埚内炉渣发泡的高度。

作为优化，所述反应装置为高温硅钼炉，所述热电偶的检测端设置在坩埚外侧的底部。

作为优化，所述电流检测装置中的直流电源包括整流单元、电压测量单元和电压输出单元，整流单元和电压输出单元依次连接，电压测量单元并联在电压输出单元的两端；所述耐高温导电棒与直流电源的电压输出单元连接形成闭合回路；所述直流电源的整流单元与交流电源连接。

作为优化，所述电流表为可编程数显电流表，其读数输出端与数据分析装置的数据输入端连接。

一种利用电流实时监测炉渣泡沫化程度的方法，应用上述的实验装置，检测的步骤包括：

S1：配置炉渣；

S2：向高温硅钼炉的反应空腔内通入保护气体以排除反应空腔内的所有空气，通过加热装置加热坩埚；

S3：当坩埚温度达到反应温度Q2时，取出坩埚并将步骤S1配置好的炉渣放入坩埚中，然后将坩埚放回反应空腔内，并迅速盖好高温硅钼炉，该过程中持续输入保护气体；

S4：通过加热装置继续给坩埚加热，确保坩埚的温度恒定在反应温度区间Q2-Q3，当温度控制柜获知的热电偶传输的温度信号值大于反应温度区间的温度上限Q3时，温度控制柜通过向加热装置发送停止指令，控制其停止加热；当温度控制柜获知的热电偶传输的温度信号值小于反应温度区间的温度下限Q2时，温度控制柜通过向加热装置发送加热指令，控制其加热；

S5：在时间间隔T下持续测量时间点t_j坩埚内炉渣的高度H_j和电流值I_j，j=1,2,3…N，j遍历其取值，得到一系列坩埚内炉渣的高度H_j和对应的电流值I_j；

S6：数据分析装置根据步骤S5得到的一系列坩埚内炉渣的高度H_j和对应的电流值I_j计算得到炉渣的发泡高度和电流值之间的线性关系式；