[发明专利]高温熔体密度的测量装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明属于本发明属于熔体物理性质测量技术领域。特别涉及一种高温熔体密度的测量装置及测量方法，适用于精确在线测量熔体密度。

背景技术

密度是物质重要的物性参数，在各个基础研究领域和应用领域中都广泛的应用。在金属的冶炼、无机材料等的制备中，密度也是冶金和材料熔体的一个重要性质，它是冶金和材料工程设计的基本参数，也影响到不同熔体间的分层和分离，以及生产中的许多动力学现象。由准确的密度值，还可以导出膨胀系数和偏摩尔体积等性质，因而它对热力学函数的计算及探讨熔体的结构都有价值。研究熔体密度以及对密度测定方法的探讨，从理论和实践上看，都有很重要的意义。但在高温条件下测量观察密度的实验测试比较困难，也不易测准，至今为止，高温熔体的密度数据仍然比较缺乏，有关高温熔体热物性的数据还需要广大科技工作者在实验和理论上进行更广泛和深入的研究。

密度的测量方法很多，大致可以归纳为基于测定体积的方法；基于测定质量的方法和基于测定压力的方法。基于测定体积的方法主要有膨胀计法和静滴法；基于测定质量的方法主要有比重计法和阿基米德法；基于测定压力的方法主要有压力计法和气泡最大压力法。在这些测量密度的方法中，阿基米德法中直接法使测量对象在很大程度上受重锤材料的制约，间接法会造成很大的实验误差；比重计法常用于快速而粗略的测定，膨胀计法只适用于测定低温熔盐和易熔金属，而压力计法只仅适用于测定低温熔盐和低熔点金属。  一般对液态金属、熔盐和炉渣体系，常用的是气泡最大压力法和静滴法。

用气泡最大压力法可测量各种熔体等不易接近或需远距离操作的液体表面张力。但该方法由于气泡不断生成可能扰动液面的平衡而影响测量精度、同时对试验设备依赖过大。

静滴法是根据在水平承载物上，自然形成的液滴形状计算密度的方法。传统的静滴法使用水平基片或者普通坩锅作为承载物，不容易得到熔融试样适于测量的完美形状，而且难以区分坩锅与试样的分界线，会导致较大误差。另外，静滴法要求试样水平，传统的高温测量炉中也很难对进行位置调节，会影响到熔体的形状，甚至会直接导致测量实验的失败。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供一种高温熔体密度的测量装置及测量方法，可以提高高温下测量钢铁等金属及炉渣等熔体密度的精度和准确度。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种高温熔体密度的测量装置，包括盛放熔体的坩锅、耐高温材料套管和可调节水平的送样料舟，以及真空管式炉、图像采集系统和计算机软件处理系统，所述真空管式炉内设置有耐高温套管，所述耐高温套管内设置有送样料舟，所述送样料舟的槽口上设置有垫片，其中一端的垫片上设置有坩埚，另一端的垫片上设置水平仪。

所述坩锅顶部为圆台状，内角设计为圆角状，圆柱体内径为2～20mm，外径为4～40mm，总高度为3～15mm。

所述耐高温套管由石英或氧化铝耐高温材料制成，内径为30～50mm，长500～900mm。

所述送样料舟为氧化铝、石英耐高温材料所制，为半圆柱形，底部为平面，内径为2～8mm，外径为4～10mm，上部开有4个槽口，槽口深度为2～5mm，宽度为4～45mm。

所述图像采集系统为设置有CCD镜头的数码相机，分辨率要求300～700万象素，可调焦距为0.8～1.5m，所述CCD镜头加载有滤光片和滤波片。

所述计算机软件处理系统为根据几何原理以及计算V=V₁+V₂的方法而开发得到密度的软件。

一种根据高温熔体密度的测量装置的高温熔体密度的测量方法，包括如下步骤：

1）称量一定质量的实验样品，制成圆柱状的熔融试样；

2）将放入熔融试样的坩锅放在垫片上，一起放入送样料舟一侧的槽口中，另一侧槽口中放入垫片和水平仪，然后一起放入真空管式炉的耐高温套管中；

3）观察水平仪，通过调节送样料舟使熔融试样达到水平位置，调节水平后，取出水平仪；

4）对密封真空管式炉进行加热，温度达到测量温度后，稳定15～25分钟后通过图像采集系统进行拍照取像，实验结束后，再次称量样品的质量；

5）根据计算密度的方法，通过计算机软件处理系统输入熔体质量得到被测物的密度值，每个温度点取5-10次像，取平均值作为该温度下被测物的密度值，熔体密度计算方法可以表示为公式：