[发明专利]一种模拟钢液中夹杂物的粒子示踪剂及其制作方法和应用

说明书

本发明公开了一种模拟钢液中夹杂物的粒子示踪剂及其制作方法和应用，属于粒子示踪剂制作技术领域。本发明的一种模拟钢液中夹杂物的粒子示踪剂，该示踪剂由聚苯乙烯塑料粒子和红色石蜡混合制作而成，且聚苯乙烯塑料粒子的质量M1与石蜡的质量M2的配比满足以下关系式：本发明通过将水浴加热后的聚苯乙烯塑料粒子与熔化的石蜡混合均匀后置于温水中进行搅拌，然后可以根据需要捏成所需形状、密度和尺寸的粒子示踪剂。采用本发明的方法制作所得示踪剂可以更加精确地模拟夹杂物的流动行为，且能够制作得到不同密度的粒子示踪剂，从而满足不同物理模型实验的要求。

技术领域

本发明属于粒子示踪剂制作技术领域，更具体地说，涉及一种模拟钢液中夹杂物的粒子示踪剂及其制作方法。

背景技术

随着现代科技的进步和现代工业的发展，对钢的质量要求也越来越高，钢中夹杂物(主要是氧化物夹杂)的存在会严重影响钢材质量，随着洁净钢和纯净钢概念的提出，更是对钢中夹杂物的控制提出了更加苛刻的要求。钢中的夹杂物能降低钢的塑性，韧性和疲劳寿命，使钢的加工性能变坏，同时还会对钢材表面光洁度和焊接性能产生直接影响。因此，研究钢中夹杂物的行为就具有重要的意义。

目前，对冶金反应器内夹杂物行为的研究主要是采用数学和物理模拟的方法对中间包等反应器内的流场进行优化。直接研究夹杂物行为的工作中，数学模拟研究较多，物理模拟研究较少，且目前物理模拟研究采用的夹杂物模型大多为油、乳状液滴以及塑料粒子，油和乳状液滴与水混合后分离困难且不易收集，因此不能定量的分析夹杂物在中间包等反应器内的流动行为。塑料粒子分为聚苯乙烯类、不脆胶(HIPS)、改性聚苯乙烯类(ABS等)、聚丙烯类(PP)，聚乙烯类(LDPE)和改性聚乙烯类(EVA)等，虽然能通过收集定量分析夹杂物的流动行为，但这些粒子均为高分子化合物，成分比较单一，密度偏大容易沉淀到流体底部，而且在水的粘滞力下塑料粒子容易在流场中某区域聚集，不利于显示夹杂物的流动行为。此外，现有市售和实验室制备所得粒子示踪剂通常为固定密度的粒子，无法适用于不同类型夹杂物模拟的需要。

因此，研究制作出一种可以精确模拟且定量分析冶金反应器内不同夹杂物行为的粒子示踪剂对于钢中夹杂物的研究具有重要的意义。经检索，中国专利申请号为200710021720.6的申请案公开了一种实体模型表面流场图像测试的高性能示踪粒子及制作方法，该申请案的示踪粒子呈椭圆流线形状，示踪粒子的长轴宽度是示踪粒子短轴高度的3倍，该示踪粒子制作方法的步骤分为，采用ABS材料或pp材料与天然石膏混合调制成密度与实验流体相近；用模具压制，将ABS材料或pp材料与天然石膏混合，然后采用搅拌机调制均匀，注入模具内压制而成，利用流线形设计，示踪粒子长轴宽度为短轴高度的3倍。该申请案制作所得示踪粒子适合应用于模型沙为塑料和粉煤灰的动床实验中，其水流跟随性好，不易搁浅和聚集，但其并不适用于冶金反应器内夹杂物行为的模拟研究。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有粒子示踪剂难以满足冶金反应器内不同夹杂物行为模拟需要的不足，提供了一种模拟钢液中夹杂物的粒子示踪剂及其制作方法和应用。采用本发明的方法制作所得示踪剂可以更加精确地模拟夹杂物的流动行为，且能够制作得到不同密度的粒子示踪剂，从而满足不同物理模型实验的要求。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

其一，本发明的一种模拟钢液中夹杂物的粒子示踪剂，该示踪剂由聚苯乙烯塑料粒子和红色石蜡混合制作而成，且聚苯乙烯塑料粒子的质量M1与石蜡的质量M2的配比满足以下关系式：

更进一步的，所述聚苯乙烯塑料粒子的密度为0.95-1.05g/cm³，红色石蜡的密度为0.85g/cm³。

其二，本发明的一种模拟钢液中夹杂物的粒子示踪剂的制作方法，包括以下步骤：