一種測量熔渣硫容量和熔化特性綜合測量裝置的製作方法
2024-02-15 19:37:15 1
本發明涉及冶金過程測試儀器，具體涉及一種測量熔渣硫容量和熔化特性綜合裝置。
背景技術：
高溫熔渣的硫容量和熔化特性是高溫熔體非常重要的性質，對冶金過程中的脫硫，爐子順行和提高產品質量有重要影響。目前測量爐渣硫容量的實驗裝置主要包括準備氣氛裝置和水平加熱爐。而測熔體熔化特性的實驗裝置主要由水平加熱爐和獨立的視頻成像裝置。目前，這兩種測量裝置之間並沒有什麼聯繫，使用起來極為不便，因此需要一種可以同時用於完成兩種測量的裝置。
技術實現要素：
針對現有技術存在的上述問題，本發明的目的是提供一種可以同時用於熔渣硫容量和熔化特性測量的綜合測量裝置，極大地便利了冶金工作者。
為實現上述目的，本發明採用如下技術方案：一種測量熔渣硫容量和熔化特性綜合測量
裝置，其特徵在於：包括加熱爐、氣氛控制系統、溫度控制系統、熔體熔化特性測量系
統和控制顯示系統；
加熱爐：包括爐體、發熱體、送樣器和爐管；
所述爐體包括爐壁和爐蓋；所述爐壁為左側開口的U型結構，所述爐蓋設置在爐壁的左側，且與爐壁密封連接；所述爐蓋上具有用於安裝爐管的安裝孔；
所述爐壁內設有耐火材料、所述耐火材料在爐壁內圍成一個水平開口的爐腔；
所述爐管通過所述安裝孔水平設置在爐腔內，爐管的右端位於爐壁外側，且爐管的右端通過右側密封套密封；
所述右側密封套上具有出氣孔；
所述爐管的左側設有與其密封連通的連接管，所述連接管的左側通過蓋子密封；
所述蓋子上具有第一進氣孔；
所述發熱體用於給爐管加熱，且設置在爐管與耐火材料之間；
所述送樣器設置在爐管內，且可水平移動，所述送樣器上設有載體；
氣氛控制系統：包括多個氣瓶、氣體混合裝置、多條輸氣支路和輸氣幹路；
所述多個氣瓶內儲存有測量所需氣體；
所述多條輸氣支路的出氣口分別與氣體混合裝置進氣口連通，所述輸氣幹路的進氣端與氣體混合裝置的氣體出口連通，所述輸氣幹路的出氣端與第一進氣孔連通；
所述每個儲氣瓶的氣體出口與一條輸氣支路的進氣連通，每條輸氣支路上向遠離輸氣瓶的方向依次連接有減壓閥和氣體流量計；
溫度控制系統：包括熱電偶和溫控櫃；
所述熱電偶設置在載體上，熱電偶的數據輸出端與溫控櫃溫度輸入端連接，將所測溫度信號輸入溫度櫃，溫控櫃根據接收到的溫度信號控制發熱體的加熱溫度；
熔體熔化特性測量系統：包括用於照亮爐管的光源發射器和用於拍攝爐管內反應情況的視頻成像裝置；
所述光源發射器和視頻成像裝置分別設置在爐管的兩側；
控制顯示系統：包括顯示裝置和控制器；
所述溫控櫃的溫度信號輸出端與控制器溫度接收端連接，控制器的顯示信號輸出端與顯示裝置的顯示信號輸入端連接；所述每條支路上的氣體流量計的氣體流量信號輸出分別與控制器的流量信號輸入端連接；
所述控制器通過每條支路上的氣體流量計測量的氣體流量計算得到氧分壓和硫分壓並根據公式計算熔渣硫容量；
其中，CS表示熔渣硫容量，(％S)表示熔渣的硫含量，通過檢測獲得。
作為優化，所述爐壁包括外層和內層，所述外層和內層之間具有裝載冷卻水的空隙；
所述外層上具有注入和排出冷卻水的冷卻水管口。
作為優化，所述耐火材料包括自外而內設置的保溫石棉和耐火磚。
作為優化，所述爐管的左端與連接管的連接處設有左側密封套。
作為優化，所述蓋子上具有用於爐管內部的左側觀察口。
作為優化，所述右側密封套上具有用於觀察爐管內部的右側觀察口。
作為優化，還包括保溫罩，所述保溫罩將發熱體圍住。
作為優化，所述爐蓋上具有向爐腔內通入發熱體保護氣體的第二進氣孔。
作為優化，所述每條輸氣支路上設有淨化器，且所述淨化器位於減壓閥和氣體流量計之間。
作為優化，所述熔體熔化特性測量系統還包括計算機和印表機；
所述視頻成像裝置的視頻信號輸出通過圖案採集卡與計算機相連，所述計算機與印表機連接，通過印表機將接收的圖像列印。
相對於現有技術，本發明具有如下優點：
1、本裝置功能多樣，不僅可以測量熔渣的硫容量而且可以測量高溫熔體的熔化特性。
(1)測熔渣硫容量，本裝置性能優秀，採用石墨發熱體在惰性氣氛下發熱，其技術參數可以達到：最高工作溫度1800℃；長時間工作溫度：1750℃；2h內爐溫達到1700℃；控溫精度：士1℃；
(2)測熔體熔化特性，本裝置採用視頻成像、計算機自動圖像處理及試樣熔化溫度特性的判斷，可報出開始熔化溫度、半球點溫度、流淌溫度，以及熔化溫度，消除了人為因素對測試結果的影響。另外，還可對試樣全部測試過程進行圖像和數據的重放和瀏覽。再者測試結果的圖像和數據，選用高分辨的視頻成像和圖像處理技術，使熔化過程畫面更清晰，可存儲每個試樣熔化過程的全部圖像，大幅度的提高了測試精度。
2、本裝置具有操作簡單、數據可靠、自動化程度高，可以顯著節省人力和工作時間等優點，可以較為廣泛的用於冶金過程的測量和研究中。
附圖說明
圖1為本發明綜合測量裝置的結構圖。
圖2為本發明中加熱爐的結構圖。
圖中，爐體1-1、耐火材料1-2、保溫罩1-3、發熱體1-4、送樣器1-5、載體1-6、爐蓋1-7、連接管1-8、左側密封套1-9、右側密封套1-9』、蓋子1-10、觀察口1-11、右側觀察口1-11』、第一進氣孔1-12、第二進氣孔1-13、出氣孔1-14、冷卻水管口1-15、爐管1-17；
氣瓶2-1、減壓閥2-2、氣體流量計2-3、淨化器2-4、氣體混合裝置2-5；
溫度控制系統3；
光源發射器4-1、視頻成像裝置4-2；
控制顯示系統5；
操作臺6。
具體實施方式
下面對本發明作進一步詳細說明。
在本發明的描述中，需要理解的是，術語「左」、「右」、「水平」、「內」、「外」、等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
此外，術語「第一」、「第二」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有「第一」、「第二」的特徵可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特徵。在本發明的描述中，「多個」的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。
一種測量熔渣硫容量和熔化特性綜合測量裝置，包括加熱爐1、氣氛控制系統2、溫度控制系統3、熔體熔化特性測量系統和控制顯示系統5；
加熱爐1：包括爐體1-1、發熱體1-4、送樣器1-5和爐管1-17；
所述爐體1-1包括爐壁和爐蓋1-7；所述爐壁為左側開口的U型結構，所述爐蓋1-7設置在爐壁的左側，且與爐壁密封連接。
作為優化，所述爐壁包括外層和內層，所述外層和內層之間具有裝載冷卻水的空隙；所述外層上具有注入和排出冷卻水的冷卻水管口1-15。
所述爐蓋1-7上具有用於安裝爐管1-17的安裝孔；
作為優化，所述爐蓋1-7上具有向爐腔內通入發熱體保護氣體的第二進氣孔1-13。此處發熱體保護氣體為惰性氣體，其作用在於保護髮熱體在高溫時不被氧化而損壞。
所述爐壁內設有耐火材料1-2、所述耐火材料1-2在爐壁內圍成一個水平開口的爐腔。
作為優化，所述耐火材料1-6包括自外而內設置的保溫石棉和耐火磚，耐火磚形成爐腔，起著固定和隔熱作用。
所述爐管1-17通過所述安裝孔水平設置在爐腔內，爐管1-17的右端位於爐壁外側，且爐管1-17的右端通過右側密封套1-9』密封。
所述右側密封套1-9』上具有出氣孔1-14。
作為優化，所述右側密封套1-9』上還具有用於觀察爐管1-17內部的右側觀察口1-11』。
所述爐管1-17的左側設有與其密封連通的連接管1-8，所述連接管1-8的左側通過蓋子1-10密封；所述蓋子1-10上具有第一進氣孔1-12。
作為優化，所述爐管1-17的左端與連接管1-8的連接處設有左側密封套1-9。從而保證連接管1-8與爐管1-17的密封連接。
作為優化，所述蓋子1-10上具有用於爐管1-17內部的左側觀察口1-11。
所述發熱體1-4用於給爐管1-17加熱，且設置在爐管1-17與耐火材料1-2之間。
作為優化，最好還包括保溫罩1-3，所述保溫罩1-3將發熱體1-4圍住。從而儘可能地減少發熱體1-4發出的熱量的損失。
所述送樣器1-5設置在爐管1-17內，且可水平移動，所述送樣器1-5上設有載體1-6；
在測熔渣硫容量時使用裝鉑金舟的載體，在測熔體熔化特性時使用裝圓柱坩堝的載體。
氣氛控制系統2：包括多個氣瓶2-1、氣體混合裝置2-5、多條輸氣支路和輸氣幹路；
所述多個氣瓶2-1內儲存有測量所需氣體；
所述多條輸氣支路的出氣口分別與氣體混合裝置2-5進氣口連通，所述輸氣幹路的進氣端與氣體混合裝置2-5的氣體出口連通，所述輸氣幹路的出氣端與第一進氣孔1-12連通；
所述每個儲氣瓶的氣體出口與一條輸氣支路的進氣連通，每條輸氣支路上向遠離輸氣瓶的方向依次連接有減壓閥2-2和氣體流量計2-3。
作為優化，所述每條輸氣支路上設有淨化器2-4，且所述淨化器2-4位於減壓閥2-2和氣體流量計2-3之間。淨化器2-4的設置可以對氣瓶中的氣體進行乾燥和淨化，從而儘可能地減少氣體中雜質對測量結果的影響。
溫度控制系統3：包括熱電偶和溫控櫃；
所述熱電偶設置在載體1-6上，用於測量爐管1-17內的溫度熱電偶的數據輸出端與溫控櫃溫度輸入端連接，將所測溫度信號輸入溫度櫃，溫控櫃根據接收到的溫度信號控制發熱體1-4的加熱溫度。
熔體熔化特性測量系統：包括用於照亮爐管1-17的光源發射器4-1和用於拍攝爐管1-17內反應情況的視頻成像裝置4-2；視頻成像裝置4-2為高倍攝像機。
所述光源發射器4-1和視頻成像裝置4-2分別設置在爐管1-17的兩側；
作為優化，所述熔體熔化特性測量系統還包括計算機和印表機；所述視頻成像裝置4-2的視頻信號輸出通過圖案採集卡與計算機相連，所述計算機與印表機連接，通過印表機將接收的圖像列印。
控制顯示系統5；包括顯示裝置和控制器；
所述溫控櫃的溫度信號輸出端與控制器溫度接收端連接，控制器的顯示信號輸出端與顯示裝置的顯示信號輸入端連接；所述每條支路上的氣體流量計2-3的氣體流量信號輸出分別與控制器的流量信號輸入端連接；
所述控制器通過每條支路上的氣體流量計2-3測量的氣體流量計算得到氧分壓和硫分壓並根據公式計算熔渣硫容量；
其中，CS表示熔渣硫容量，(％S)表示熔渣的硫含量，通過檢測獲得。
具體地，將熔渣焙燒壓好樣放進高溫爐內在1673K(1000℃)保溫12h，然後，取樣檢測熔渣中的硫含量，檢測過程屬於現有技術，本申請中不再贅述。
一種測量熔渣硫容量和熔化特性綜合測量裝置，屬於冶金過程測試儀器，該實驗裝置不僅可以利用渣-氣平衡測量熔渣的硫容量，還可以測量熔體的熔化特性(開始熔化溫度、半球點溫度、流淌溫度)。為方便使用，最好將氣氛控制系統2、溫度控制系統3、熔體熔化特性測量系統和控制顯示系統5設置在操作臺6上，一方面方便測量，另一方面保證測量結果的準確性。
當測量熔渣的硫容量時，就用不上熔體熔化特性測量系統，主要由氣氛控制系統、高溫加熱爐、溫度控制系統、控制顯示系統組成。氣氛控制系統準備實驗所需的Ar、CO、CO2、SO2混合氣體，將配好的渣樣焙燒壓好樣放進高溫爐內在1673K(1000℃)保溫12h，然後，取樣檢測渣樣中的硫含量，最後計算出熔渣的硫容量。當測量熔體的熔化特性時，熔體熔化特性測量系統中視頻成像的高倍攝像頭對準爐內的樣品和另一端的光源發射器，攝像機視頻信號輸出通過圖像採集卡與計算機相連。
(1)當測量熔渣的硫容量時，多個儲氣瓶中分別裝入Ar、CO、CO2、SO2，經混合裝置2-5混合，得到混合氣體，將配好的渣樣焙燒壓好樣放進高溫爐內在1673K(1000℃)保溫12h，然後，取樣檢測渣樣中的硫含量；所述控制器通過每條支路上的氣體流量計(2-3)測量的氣體流量計算得到氧分壓和硫分壓並根據公式計算熔渣硫容量。
(2)當測量熔體的熔化特性時，熔體熔化特性測量系統中視頻成像的高倍攝像頭對準爐管1-17內的樣品和另一端的光源發射器4-1，攝像機視頻信號輸出到控制顯示系統(計算機)。測量過程中，設置每隔一段時間記錄一下數據直至結束，最後得到所測熔體的熔化特性結果。
最後說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。