一种熔渣超声处理装置的利记博彩app

本实用新型属于熔渣物性控制领域，具体涉及到一种熔渣超声处理装置。

背景技术：

在现代钢铁工业中，连铸具有节约能源、成材率高等优势，世界上绝大数商品钢材通过连铸工艺生产。作为最重要的辅助材料之一，结晶器保护渣对于连铸生产的顺行和连铸坯的质量控制具有重要作用。在浇铸过程中，结晶器保护渣在钢水热量的作用下熔化并在钢水液面上形成液渣层，可起到防止钢水氧化和增氮的作用，更重要的是，熔融保护渣流入凝固坯壳与结晶器壁间的空隙(壳壁间隙)而起到润滑和控制传热的作用，有利于连铸坯表面质量的均一、稳定控制。

为适应钢材质量要求不断提高的需要，对连铸坯洁净度、表面和内部质量的要求越来越严格。钢中非金属夹杂物，特别是大颗粒非金属夹杂物的存在，不仅恶化了钢材的力学性能，且对钢材的表面质量具有不利影响，尤其对于汽车板用钢、管线钢和轴承钢等精品钢材品种，严重制约了成材率和经济效益的提高。结晶器是连铸坯的凝固开始区域，非金属相一旦进入钢水再次去除的机率很低，将以夹杂的形式永久存在于钢中，特别是浇铸过程结晶器保护渣的卷入成为钢中大颗粒非金属夹杂物的重要来源之一。

黏度作为熔渣的重要物理性质之一，对结晶器卷渣具有重要影响，结晶器保护渣黏度越大，其抗剪切能力越强，卷渣越不易发生；黏度不仅对卷渣具有重要影响，对于其在壳壁间隙的流入行为也具有重要影响，进而影响其润滑功能及连铸坯表面质量。保护渣黏度越小，其流动性越好，越易于流入壳壁间隙而保证润滑效果。

从上述分析可知，欲抑制结晶器卷渣，黏度高的结晶器保护渣是有利的，而欲保证其润滑效果，黏度低的结晶器保护渣是有利的，也就是说，抑制卷渣和保障润滑二者对保护渣黏度的要求是矛盾的。但二者的行为区域是分离的，保护渣流入主要发生在弯月面附近，而卷渣通常发生在水平液面区域，这为解决这一矛盾提供了前提条件：采用抑制卷渣能力强的结晶器保护渣，其熔化后在结晶器钢水液面上部呈现较高的黏度，而在结晶器弯月面及其以下区域，通过输入某种外来能量的扰动，使结晶器保护渣的黏度降低，从而促进其在壳壁间隙的流入行为。

超声波具有方向性好，穿透能力强，易于获得集中能量的特点，当超声波在介质中传播时，与介质相互作用，会产生机械效应、空化效应等一系列物理化学效应。例如在有机大分 子聚合物降解领域，超声波得到广泛应用。超声场下聚合物降解主要归功于超声的空化效应，在足够强度超声波的作用下，溶液中高低压高频交替产生，在低压相位，大量微气泡产生，在高压相位，微气泡崩溃，产生高速液体射流及高强度剪切力。例如在水溶液中，微气泡崩溃可产生达5000K的高温和20MPa的高压。在空化效应作用下，聚合物链状或网状结构中的C-C健或C-N键断裂而生成分子量较小的结构单元，表现为分子量降低并趋向于极限值，分子量分布范围变窄，黏度永久性降低，即发生了降解行为。

结晶器保护渣通常是基于CaO-SiO2体系并添加作为熔剂的碱金属氧化物(Na2O)和氟化物(CaF2)制备而成的。从本质上看，熔融结晶器保护渣属于一种硅酸盐熔体，其黏度和表面张力等物理性质决定于其熔体结构。在硅酸盐熔体中，SiO₂提供Si⁴⁺阳离子形成硅氧四面体并通过桥氧(BO)形成网状或链状结构；随着渣中SiO₂含量的升高，NBO/T值减小，熔体聚合程度升高，黏度升高。而Si-O键的离解能为478±13.4kJ·mol^-1(298K)，低于C-C键(601.9±19.3kJ·mol^-1，298K)和，和C-N键(524.5±4.2kJ·mol^-1，298K)的离解能。那么可以预测，在足够强度的超声波作用下，Si-O键同样也可以发生断裂而生成聚合程度较低的硅氧四面体结构单元，进而导致结晶器保护渣的黏度降低。

本实用新型就是基于上述设想，建立了熔渣超生处理系统，并利用该系统实现了对熔渣黏度的控制，本实用新型首次将超生处理引入到熔渣处理领域，并成功降低了熔渣黏度，这具有重要的科学意义，另外，该实用新型在冶金领域具有潜在的应用价值。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种熔渣超声处理装置。

本实用新型的熔渣超声处理装置，包括超声系统、加热及控温系统、黏度测定系统和计算机控制系统；

所述的超声系统，包括超声波振动组件和超声波驱动电源；超声波振动组件包括冷却风扇、保护壳、换能器、变幅杆、工具头、密闭法兰和固定法兰；所述的换能器设置在保护壳内部，换能器与变幅杆的一端相连，变幅杆通过密闭法兰固定在保护壳上且穿过密闭法兰，变幅杆的另一端穿过固定法兰与工具头相连，保护壳上设置有冷却风扇；超声波驱动电源通过电缆与超声波振动组件的换能器相连；

所述的加热及控温系统为高温炉；高温炉组成包括炉体、控温系统和水冷系统，控温系统控制炉体的温度，水冷系统设置在炉体外围，对炉体进行降温；

所述的超声系统的变幅杆与工具头部分穿过高温炉炉管底部，伸入至高温炉内部且与炉管之间存在缝隙，工具头位于高温炉的恒温带内；超声系统通过法兰和螺栓固定在高温炉底部可随炉体上下移动；

所述的黏度测定系统，包括钼转头、Al₂O₃转杆、扭矩传感器和计算机控制系统；所述的钼转头与Al₂O₃转杆相连，Al₂O₃转杆与扭矩传感器相连；

所述的计算机控制系统，分别与高温炉的控温系统和黏度测定系统的扭矩传感器相连；用来控制高温炉的温度和对黏度数据进行采集。

其中：

所述的超声系统的超声处理频率为10～30kHz，超声施加功率为50～2000W，根据超声功率不同，工具头输入熔渣熔体的振幅为1～30μm。

所述的保护壳为铝合金保护壳。

所述的变幅杆的材质为高温合金，最高使用温度为1300℃。

所述的工具头的材质为高温合金，最高使用温度为1300℃；所述的工具头顶端为一体式的中空圆筒结构，作为盛放熔渣的容器，超声波从圆筒底面直接导入熔渣，可有效保障熔渣中超声效应的产生。

所述的变幅杆和工具头采用螺纹旋接，保证高温状态下超声波的有效传导。

所述的超声波振动组件用于产生超声波振动，并将此振动能量向工具头中的熔体中发射。

所述的超声波驱动电源，包括整流电路，振荡电路，放大电路，反馈电路，跟踪电路、保护电路，匹配电路和显示仪表；超声波发生器用于产生高频高功率电流，驱动超声波振动部件；

所述的高温炉，采用二硅化钼棒作为发热元件，控温系统采用可控硅自动控温仪，测温用PtRH30/PtRH6S双铂铑热电偶，控温精度为±3℃；刚玉炉管尺寸为Φ50mm×Φ70mm×H700mm。

所述的超声系统通过法兰和螺栓固定在高温炉底部可随炉体上下移动，以实现黏度测定。

所述的黏度测定系统采用旋转法测定熔渣黏度。

采用熔渣超声处理装置，降低熔渣黏度的方法，具体如下：

(1)将渣料加入工具头的中空圆筒内；

(2)通过高温炉加热，使中空圆筒内渣料至完全融化，连续降温或保持恒温；

(3)当熔渣采用连续降温时，启动超声系统，同时启动黏度测定系统，实时监测熔渣黏度，当黏度≥10Pa·s时停止测定；其中，超声处理频率为10～30kHz，超声施加功率为50～2000W；

当熔渣采用保持恒温时，启动超声系统5～30min后，关闭超声系统，启动黏度测定系统，实时监测熔渣黏度直到黏度值稳定；其中，超声处理频率为10～30kHz，超声施加功率为50～2000W。

所述(1)中，渣料为含硅渣料、含氟渣料或工业生产用结晶器保护渣中的一种。

所述(2)中，加热温度根据所处理渣的熔化温度确定，不超过1300℃。

所述(2)中，启动超声系统后，工具头输入熔渣熔体的振幅为1～30μm。

本实用新型的熔渣超声处理装置，具有以下特点：

(1)本实用新型装置，工具头顶端设计为一体式的中空圆筒形状作为盛放熔渣的容器，超声波从圆筒底面直接导入熔渣，可有效保障熔渣中超声效应的产生；变幅杆和工具头采用螺纹旋接，保证了高温状态下超声波的有效传导；

(2)由于熔渣温度较高，本实用新型装置，可在高温状态下持续稳定工作；

(3)本实用新型方法，在不改变熔渣成分的条件下，利用超声降低了熔渣的黏度。

附图说明

图1本实用新型实施例的熔渣超声处理装置结构示意图；其中，1-计算机控制系统；2-可控硅自动控温仪；3-传动马达；4-超声波驱动电源；5-换能器；6-变幅杆；7-高温炉；8-工具头；9-钼转头；10-Al₂O₃转杆；11-扭矩传感器；

图2本实用新型实施例的熔渣超声处理装置的超声系统的结构示意图；其中，12-冷却风扇；13-电缆；14-换能器；15-铝合金保护壳；16-密封法兰；17-固定法兰；

图3本实用新型实施例2和对比例1的降温熔渣黏度的测试曲线；

图4本实用新型实施例3和对比例2的恒温熔渣黏度的测试曲线；

图5本实用新型实施例4和对比例3的降温熔渣黏度的测试曲线；

图6本实用新型实施例5和对比例4的恒温熔渣黏度的测试曲线。

具体实施方式

以下实施例中：

人工配制1号渣料，成分按质量百分比为：20.27％CaO，34.45％SiO₂，40.20％NaF，5.08％MgO；

人工配制2号渣料，不含有氟，成分按质量百分比为：57.37％SiO₂，32.88％Na₂O，9.75％Li₂O；

3号工业生产用结晶器保护渣，其成分按质量百分比为：31.37％CaO，34.86％SiO₂，9.80％Al₂O₃，10.89％Na₂O，6.54％F。

实施例1

一种熔渣超声处理装置，如图1所示，包括超声系统、加热及控温系统、黏度测定系统和计算机控制系统1；

所述的超声系统，如图2所示，包括超声波振动组件和超声波驱动电源；超声波振动组件包括冷却风扇12、铝合金保护壳15、换能器14、变幅杆6、工具头8、密闭法兰16和固 定法兰17；所述的换能器14设置在保护壳15内部，换能器14与变幅杆6的一端相连，变幅杆6通过密闭法兰16密闭在铝合金保护壳15上且穿过密闭法兰16，变幅杆6的另一端穿过固定法兰17与工具头8相连，铝合金保护壳15上设置有冷却风扇12；超声波驱动电源4通过电缆13与超声波振动组件的换能器14相连；

所述的超声系统的超声处理频率为10～30kHz，超声施加功率为50～2000W，根据超声功率不同，工具头输入熔渣熔体的振幅为1～30μm。

所述的加热及控温系统为高温炉7；高温炉7组成包括炉体、控温系统和水冷系统，控温系统控制炉体的温度，水冷系统设置在炉体外围，对炉体进行降温。

所述的超声系统的变幅杆6与工具头8部分穿过高温炉7炉管底部，伸入至高温炉7内部且与炉管之间存在缝隙，工具8位于高温炉7的恒温带内；超声系统通过法兰和螺栓固定在高温炉底部可随炉体上下移动；

所述的黏度测定系统，包括钼转头9、Al₂O₃转杆10、扭矩传感器11和计算机控制系统1；所述的钼转头9与Al₂O₃转杆10相连，Al₂O₃转杆10与扭矩传感器11相连；

所述的计算机控制系统，分别与高温炉的控温系统和黏度测定系统的扭矩传感器相连；用来控制高温炉的温度和对黏度数据进行采集。

其中：

所述的变幅杆6的材质为高温合金，最高使用温度为1300℃。

所述的工具头8的材质为高温合金，最高使用温度为1300℃；所述的工具头8顶端为一体式的中空圆筒结构，作为盛放熔渣的容器，超声波从圆筒底面直接导入熔渣，可有效保障熔渣中超声效应的产生。

所述的变幅杆6和工具头8采用螺纹旋接，保证高温状态下超声波的有效传导。

所述的超声波驱动电源，包括整流电路，振荡电路，放大电路，反馈电路，跟踪电路、保护电路，匹配电路和显示仪表超声波发生器用于产生高频高功率电流，驱动超声波振动部件；

所述的高温炉7，采用二硅化钼棒作为发热元件，控温系统采用可控硅自动控温仪，测温用PtRH30/PtRH6S双铂铑热电偶，控温精度为±3℃；刚玉炉管尺寸为Φ50mm×Φ70mm×H700mm。

所述的超声系统通过法兰和螺栓固定在高温炉底部可随炉体上下移动，以实现黏度测定。

实施例2

实施例2-1：采用实施例1的熔渣超声处理装置，降低熔渣黏度的方法，具体如下：

(1)将1号渣料加入工具头的中空圆筒内；

(2)通过高温炉加热至1000℃，使中空圆筒内渣料至完全融化，以3℃·min^-1的速度连续降温；

(3)启动超声系统，同时启动黏度测定系统，实时监测熔渣黏度，当黏度≥10Pa·s时停止测定；其中，超声处理频率为20kHz，超声施加功率分别为1000W；

实施例2-2：装置和操作完全同实施例2-1，不同之处为超声施加功率为1800W；

对比例1：装置和操作完全同实施例2-1，不同之处为超声施加功率为0W；

熔渣降温黏度的测试结果如图3所示，可见，随着温度的降低，黏度逐渐升高，在高温区域，施加超声功率越高，黏度曲线越低；三条降温黏度曲线均存在明显的黏度转折点，随着施加超声功率的提高，转折点温度逐渐降低，也可以说在表观上降低了熔渣结晶温度。

实施例3

实施例3-1：采用实施例1的熔渣超声处理装置，降低熔渣黏度的方法，具体如下：

(1)将1号渣料加入工具头的中空圆筒内；

(2)通过高温炉加热至950℃，使中空圆筒内渣料至完全融化，保持恒温；

(3)启动超声系统10min后，关闭超声系统，启动黏度测定系统，实时监测熔渣黏度直到黏度值稳定；其中，超声处理频率为20kHz，超声施加功率分别为1000W，

实施例3-2：装置和操作完全同实施例3-1，不同之处为超声施加功率为1800W；

对比例2：装置和操作完全同实施例3-1，不同之处为超声施加功率为0W；

熔渣恒温黏度测定结果如附图4所示，超声停止施加时刻，熔渣黏度明显低于未经超声处理的熔渣，随着时间的延长，熔渣黏度逐渐升高；1000W和1800W超声处理的效果相近，约经历了3min，黏度逐渐由约0.60Pa·s回复到未施加超声状态的0.66Pa·s。

实施例4

实施例4-1：采用实施例1的熔渣超声处理装置，降低熔渣黏度的方法，具体如下：

(1)将2号渣料加入工具头的中空圆筒内；

(2)通过高温炉加热至1010℃，使中空圆筒内渣料至完全融化，以3℃·min^-1的速度连续降温；

(3)启动超声系统，同时启动黏度测定系统，实时监测熔渣黏度，当黏度≥10Pa·s时停止测定；其中，超声处理频率为20kHz，超声施加功率分别为1000W；

实施例4-2：装置和操作完全同实施例4-1，不同之处为超声施加功率为1800W；

对比例3：装置和操作完全同实施例4-1，不同之处为超声施加功率为0W；

熔渣降温黏度的测试结果如附图5所示，该熔渣不存在明显的黏度转折点，随着温度的降低，黏度逐渐升高，在高温区域，施加超声功率越高，黏度曲线越低。

实施例5

实施例5-1：采用实施例1的熔渣超声处理装置，降低熔渣黏度的方法，具体如下：

(1)将2号渣料加入工具头的中空圆筒内；

(2)通过高温炉加热至1010℃，使中空圆筒内渣料至完全融化，保持恒温；

(3)启动超声系统10min后，关闭超声系统，启动黏度测定系统，实时监测熔渣黏度直到黏度值稳定；其中，超声处理频率为20kHz，超声施加功率为1000W，

实施例5-2：装置和操作完全同实施例5-1，不同之处为超声施加功率为1800W；

对比例4：装置和操作完全同实施例5-1，不同之处为超声施加功率为：0W；

熔渣恒温黏度测定结果如图6所示，超声停止施加时刻，熔渣黏度明显低于未经超声处理的熔渣，随着时间的延长，熔渣黏度逐渐升高。1000W超声处理时，约经历45s，黏度从约2.92Pa·s回复到未施加超声状态的3.25Pa·s；在1800W超声处理条件下，约经历了45s，黏度逐渐由约2.32Pa·s回复到未施加超声状态的3.18Pa.s。

实施例6

采用实施例1的熔渣超声处理装置，降低熔渣黏度的方法，具体如下：

(1)将3号工业生产用结晶器保护渣加入工具头的中空圆筒内；

(2)通过高温炉加热至1200℃，使中空圆筒内渣料至完全融化，保持恒温；

(3)启动超声系统10min后，关闭超声系统，启动黏度测定系统，实时监测熔渣黏度直到黏度值稳定；其中，超声处理频率为20kHz，超声施加功率为1000W，

熔渣恒温测结果表明，超声停止施加后，熔渣黏度逐渐升高，约经历2min，黏度逐渐由约0.32Pa·s回复到未施加超声状态的0.28Pa·s。