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技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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：

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术属于粒子示踪剂制作
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
1.专利技术要解决的技术问题本专利技术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。采用本专利技术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，本专利技术提供的技术方案为：其一，本专利技术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，本专利技术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：(1)称量M1g的已知聚苯乙烯塑料粒子，置于水浴装置中加热至80-100℃，待其颗粒变大上浮到水面，收集并烘干；(2)称量M2g的红色石蜡，置于坩埚中加热熔化；(3)将处理好的聚苯乙烯塑料粒子倒入存放石蜡的坩埚中，搅拌至混合均匀；(4)将聚苯乙烯塑料粒子与石蜡混合物倒入温水中并搅拌均匀，混合物均匀分散在水面上，将上述混合物直接捏成与待模拟夹杂物的形状和尺寸相同的粒子示踪剂即可。更进一步的，所述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：其中，ρ夹杂物为待测夹杂物的密度，ρ石蜡为所用石蜡原料的密度，ρ1为所用聚苯乙烯塑料粒子经水浴加热处理后的密度。更进一步的，步骤(1)中聚苯乙烯塑料粒子在水浴中的加热时间为10-15分钟。更进一步的，步骤(1)中经水浴加热后所得聚苯乙烯塑料粒子的直径为1-2mm，收集得到的聚苯乙烯塑料粒子的密度ρ1＝0.138-0.145g/cm3。更进一步的，步骤(2)中的坩埚采用陶瓷坩埚，且红色石蜡在坩埚中的加热时间为1-2分钟。更进一步的，步骤(4)中聚苯乙烯塑料粒子与石蜡混合物倒入的温水温度为40-50℃，搅拌时间为1分钟。其三，本专利技术的粒子示踪剂的应用，将本专利技术的粒子示踪剂应用于钢液中夹杂物行为的水模拟实验中，其中聚苯乙烯塑料粒子的质量M1与石蜡的质量M2的配比按照下式进行计算：其中，ρ夹杂物为待测夹杂物的密度，ρ石蜡为所用石蜡原料的密度，ρ1为所用聚苯乙烯塑料粒子经水浴加热处理后的密度。3.有益效果采用本专利技术提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：(1)本专利技术的一种模拟钢液中夹杂物的粒子示踪剂，由聚苯乙烯塑料粒子和红色石蜡混合制作而成，通过对聚苯乙烯塑料粒子和石蜡的混合比例进行调节，可以模拟不同类型、形状和尺寸夹杂物的行为，由于考虑了夹杂物密度的影响，因此其能够更加真实和精确地反映和模拟出夹杂物的流动行为，为实际生产中夹杂物的控制提供了更加可靠的指导依据。(2)本专利技术的一种模拟钢液中夹杂物的粒子示踪剂的制作方法，以聚苯乙烯塑料粒子和石蜡为原料，将聚苯乙烯塑料粒子置于水浴中使其加热长大，然后将其与熔融石蜡搅拌混合均匀，通过对聚苯乙烯塑料粒子进行水浴加热一方面使聚苯乙烯塑料粒子的密度发生变化，从而使其能够与石蜡混合制备得到满足不同密度和大小夹杂物模拟需要的示踪剂，另一方面有利于保证聚苯乙烯塑料粒子与石蜡混合的均匀性，从而提高模拟结果的准确性，并便于模拟实验的观察。(3)本专利技术的一种模拟钢液中夹杂物的粒子示踪剂的制作方法，选用聚苯乙烯塑料粒子和石蜡为原料，其成型性相对较好，能够根据需要制备得到不同形状和尺寸的粒子示踪剂，且所得粒子示踪剂对水流运动的跟随性好，对光的散射特性好，有利于摄像机捕捉，性质稳定，不易沉淀和污染流场，形状和大小能切实模拟实际钢液中不同密度的夹杂物。(4)本专利技术的一种模拟钢液中夹杂物的粒子示踪剂的制作方法，通过将聚苯乙烯塑料粒子与石蜡混合物倒入温水中搅拌均匀，并对温水的温度进行严格控制，从而可以有效保证所得混合物的成型性，便于制作成不同形状的粒子示踪剂，并保证其应用效果。(5)将本专利技术的粒子示踪剂应用于钢液中夹杂物的水模拟实验中，根据需要选择不同质量配比聚苯乙烯塑料粒子与石蜡制作而成的粒子示踪剂，从而能够满足不同密度和尺寸夹杂物的模拟需求，由于将密度考虑进来，其模拟结果更加贴近于实际生产。具体实施方式在水力学模拟实验中常常需要用粒子示踪剂来动态模拟夹杂物等在冶金反应容器内的流动行为，目前使用较多的粒子示踪剂大多为聚苯乙烯类、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，但这些粒子示踪剂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，现有技术中采用粒子示踪剂对夹杂物的流动行为进行模拟时，通常都没有考虑到夹杂物密度的影响，因此通常都是直接采用上述固定密度的粒子示踪剂对不同类型、密度、形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟钢液中夹杂物的粒子示踪剂，其特征在于：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：

【技术特征摘要】
1.一种模拟钢液中夹杂物的粒子示踪剂，其特征在于：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：2.根据权利要求1所述的一种模拟钢液中夹杂物的粒子示踪剂，其特征在于：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ρ石蜡为0.85g/cm3。3.一种如权利要求1或2所述的模拟钢液中夹杂物的粒子示踪剂的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)称量M1g的已知聚苯乙烯塑料粒子，置于水浴装置中加热至80-100℃，待其颗粒变大上浮到水面，收集并烘干；(2)称量M2g的红色石蜡，置于坩埚中加热熔化；(3)将处理好的聚苯乙烯塑料粒子倒入存放石蜡的坩埚中，搅拌至混合均匀；(4)将聚苯乙烯塑料粒子与石蜡混合物倒入温水中并搅拌均匀，混合物均匀分散在水面上，将上述混合物直接捏成与待模拟夹杂物的形状和尺寸相同的粒子示踪剂即可。4.根据权利要求3所述的粒子示踪剂的制作方法，其特征在于：所述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：其中，ρ夹杂物为待测夹杂物的密度，ρ...

【专利技术属性】
技术研发人员：周俐，朱李艳，张闯，谢一夔，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34