CN103323483A

CN103323483A - 双丝法熔化和结晶性能测试方法

Info

Publication number: CN103323483A
Application number: CN2013102935502A
Authority: CN
Inventors: 施金良; 吴云君; 贾碧; 马琼; 许弟建; 张亚军; 王华斌
Original assignee: Chongqing University of Science and Technology
Current assignee: Chongqing University of Science and Technology
Priority date: 2013-07-12
Filing date: 2013-07-12
Publication date: 2013-09-25

Abstract

本发明提供了双丝法熔化和结晶性能测试方法，1）在加热炉内设置两根热电偶丝，在两根热电偶丝之间设置待熔化的物料，每根热电偶丝通过控制装置与加热电源连接作为加热电阻丝，产生热量；在加热炉上方设置摄像头用以采集物料加热的图像并输送到计算机处理装置；在两根热电偶丝之间形成设定的温度差值；2）每根热电偶丝同时作为测温探头，与测温装置相连接；在控制装置控制下，将该热电偶丝的温度信号输送到测温装置和计算机处理装置中。本发明的测试方法，两根热电偶丝分别独立测温和控温，使被测试样处在一个温度差下，模拟连铸结晶器壁和铸坯之间的温度场，测定物料在结晶壁与铸坯之间的熔化、结晶情况；还能在线观测物料熔化和结晶的全过程。

Description

双丝法熔化和结晶性能测试方法

技术领域

本发明涉及一种钢铁冶炼中相关组分的熔化和结晶性能测定的测试方法，尤其是双丝法熔化和结晶性能测试方法。

背景技术

在钢铁冶炼行业中，高炉炉渣、钢渣和连铸保护渣作为钢铁冶炼过程产生的物质组分，或向钢水中添加的保护组分，其能直接影响钢水的物理、化学性能指标，直接决定钢水质量的高低等；如，高炉炉渣、钢渣和保护渣的开始熔化温度、熔化温度区间、结晶温度和结晶率等，都是重要的物理性能指标，对于提高产品质量、节约能源都有着重要的意义。

连铸保护渣结晶行为的控制对于减少铸坯表面缺陷和保证铸坯的顺行具有重要意义。在连铸生产中，连铸保护渣在高温钢液作用下熔化成熔渣，渗入在结晶壁与铸坯之间，由于铸坯与结晶器之间存在较大的温度差，熔化后的渣夜会析出晶体，为此需要研究不同温度场差下保护渣结晶过程。

目前，对结晶温度测定最常采用差热分析法，对结晶过程和结晶率测定常采用单丝法，但上述方法还存在以下问题：

1、不能模拟结晶壁和钢坯之间的温度差，测量结果与真实环境存在差异；

2、不能测量不同温度场差下，渣样的结晶和传热情况。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明的主要目的在于克服现有技术的不能在线观测物料在不同温度下熔化、凝固及结晶的过程，尤其是不能模拟炼钢生产中结晶壁和钢坯之间的温度差等不足，提供一种双丝法熔化和结晶性能测试方法。

本发明的技术方案如下：双丝法熔化和结晶性能测试方法，其特征在于：1）在加热炉内设置两根热电偶丝，两根热电偶丝之间的间距满足工艺要

求；在两根热电偶丝之间设置待熔化的物料，每根热电偶丝经控制装置与加热电源连接作为加热电阻丝，产生热量；在加热炉上方设置摄像头用以采集物料从初始加热，直至全部熔化的整个过程的图像；或者在加热炉上方设置显微镜，物料的图像经显微镜放大后，再被摄像头采集；摄像头将采集的图像输送到计算机处理装置，进行储存和处理；

控制装置根据设定程序，分别控制每根热电偶丝的加热温度，在两根热电偶丝之间形成设定的温度差值；

2）每根热电偶丝同时作为测温探头，与测温装置相连接；在控制装置控

制下，将该热电偶丝的温度信号输送到测温装置，测温装置再将温度信号输送到计算机处理装置中，进行储存和处理。

进一步的特征是：所述的温度差值，大于或等于零。

还采集熔化后的物料在停止加热后结晶过程的图像。

相对于现有技术，本发明的双丝法熔化和结晶性能测试方法，具有以下有益效果：

1、本发明采用双丝法测试，将两根热电偶丝分别独立测温和控温，可使放置在两根热电偶丝热接点之间的被测试样处在一个温度差下，模拟连铸结晶器壁和铸坯之间的温度场，测定连铸保护渣等物料在结晶壁与铸坯之间的熔化、结晶情况，为物料性能研究提供了一种新的手段；

2、利用图像识别技术，可计算被测物在不同温度差下的结晶面积；

3、本发明将传统热电偶丝即当加热元件又当测温元件，并利用显微镜放大后，通过摄像头采集物料熔化和结晶过程图像，实现在线观测物料熔化和结晶的全过程；

4、设备功耗低、测试效率高，测试结果准确度较高。

附图说明

图1是本发明双丝法熔化和结晶性能测试方法结构示意图；

图2是本发明检测装置控制结构示意图；

图3是本发明性能检测装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

本发明双丝法熔化和结晶性能测试方法，如图1、2所示，其特征在于：

1、在加热炉内设置两根热电偶丝，两根热电偶丝之间的间距满足工艺要求，而且可用人手调节；在两根热电偶丝之间设置待熔化的物料，每根热电偶丝经控制装置与加热电源连接作为加热电阻丝，产生热量；在加热炉上方设置摄像头用以采集物料从初始加热，直至全部熔化的整个过程的图像；或者在加热炉上方设置显微镜，物料的图像经显微镜放大后，再被摄像头采集；摄像头将采集的图像输送到计算机处理装置，进行储存和处理；

控制装置根据设定程序，具体可采用PWM调制方式，分别控制每根热电偶丝的加热温度，在两根热电偶丝之间形成设定的温度差值；该温度差值，大于或等于零，最小可以为零，即两根热电偶丝之间的温度相等，也可以达到几十度、甚至上百度，根据工艺要求进行调整。

2、每根热电偶丝同时作为测温探头，与测温装置相连接；在控制装置控

在断电后，该根热电偶丝暂时不通电、不产生热量了，其就可以作为测温探头，与测温装置相连接，将该热电偶丝的温度信号输送到测温装置。

本发明，将传统热电偶丝，如铂铑热电偶丝等，既当加热元件又当测温元件，或者轮流当加热元件或测温元件，并利用显微镜放大后，通过摄像头采集物料熔化和结晶过程图像，实现在线观测物料熔化和结晶的全过程。本发明将被测试样放置在两根热电偶丝热接点之间，由于两根热电偶丝之间有温度差，被测试样处在一个温度差下，模拟连铸结晶器壁和铸坯之间的温度场，为物料性能研究提供了一种新的手段。

本发明的测量装置，如图1所示，主要由加热炉（微型电炉）、控制装置（控制箱）、显微镜、摄像头（包括图像采集卡）和计算机处理装置（上位机）组成；两根热电偶丝设置在微型电炉中，相互之间的距离满足工艺要求；待熔化的物料设置在两根热电偶丝之间，两根热电偶丝即当加热元件（加热电阻丝）又当测温元件（测温探头），由控制装置进行温度控制和温度信号采集，通过RS232通讯传递给计算机处理装置（上位机），上位机通过采集卡和摄像头采集加热炉内待熔化的物料随着温度的升高的图像，或采集经过显微镜放大后的图像，可以将图像放大很多倍，如放大40-80倍；在上位机的电脑屏幕上实时显示出更清晰的图像，并按照用户设定方式进行图像保存，通过保存后的图像可离线分析和计算物料结晶率。控制装置采用智能控制算法，控温精度高。热电偶丝作为加热元件，在控制装置控制下，通电后发热，加热待熔化的物料，如高炉炉渣、钢渣和连铸保护渣或其他的高炉炉料，由于热电偶丝的熔点高于待熔化的物料的熔点，故加热到熔点温度后，待熔化的物料就开始熔化、直至全部熔化，整个过程都能直观地显示出来；而且，通过控制装置的控制，还能在物料熔化后及时断电停止加热，使熔化的物料在冷却中逐步结晶，能观察其结晶过程的图像。

如图2中，本发明热电偶丝加热与测温驱动工作原理

为使热电偶丝的加热和温度的测量能进行，两根热电偶丝即当加热元件又当测温元件，可分别独立测温和控温。除了采用现有技术的控制装置和控制线路，本发明提供专门设计硬件驱动电路如图2所示，电路中使用MOS管作为功率元件，当MOS导通时热电偶丝通电加热，MOS截止时进行温度测量，由控制装置的单片机产生PWM信号进行控制。由于热电偶丝断电时间较短，从连续的意义上讲，加热与测量是同时进行的。

另外，本发明涉及的控制***及其软件，满足本发明的加热控制和温度检测等基本功能；主要包括：1）***下位机软件：基于单片机软件设计，主要通过智能控制算法进行温度控制，控温精度高；对温度信号进行采集和数字滤波；接收上位机指令并将温度等信号传输给上位机，此外还具备显示、参数设置，手、自动控制等功能，具有良好的交互操作性。

2）***上位机软件：基于Windows操作***下的编程，主要对测试参数进行设定，如设定温度曲线，图片捕捉方式等；曲线绘制；查看历史数据等，具有良好的人机交互界面。

图3所示，将两根热电偶丝2设置在加热炉1内，调整其之间的距离；在两根热电偶丝2之间设置待熔化的物料；在加热炉1上面设置摄像头3，正对加热炉1，采集加热炉1内的图像；或者，先设置一个显微镜4，摄像头3正对显微镜4，采集经显微镜4放大处理后的图像；摄像头3带有采集卡6，将采集的图像输入计算机处理装置8内，进行处理和存储。热电偶丝2经过控制器5与电源连接，在控制器控制下通电发热；同时，热电偶丝2作为测温探头，与测温装置7连接，在控制器5作用下，测温装置7与计算机处理装置8连接，或通过控制器5与计算机处理装置8连接，将热电偶丝2采集的温度信号输入计算机处理装置8内，进行处理和储存。控制器5可以采用单独的控制方式，也可以与计算机处理装置8连接，受计算机处理装置8发出的控制信号产生动作。

需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.双丝法熔化和结晶性能测试方法，其特征在于：

1）在加热炉内设置两根热电偶丝，两根热电偶丝之间的间距根据工艺需要进行调整；在两根热电偶丝之间设置待熔化的物料，每根热电偶丝通过控制装置与加热电源连接作为加热电阻丝，产生热量；在加热炉上方设置摄像头用以采集物料从初始加热，直至全部熔化的整个过程的图像；或者在加热炉上方设置显微镜，物料的图像经显微镜放大后，再被摄像头采集；摄像头将采集的图像输送到计算机处理装置，进行储存和处理；

2.根据权利要求1所述双丝法熔化和结晶性能测试方法，其特征在于：所述的温度差值，大于或等于零。

3.根据权利要1或2所述双丝法熔化和结晶性能测试方法，其特征在于：还采集熔化后的物料在停止加热后结晶过程的图像。