[發明專利]一種評價高爐爐缸熱面黏滯層物性的試驗系統及方法

有效

• 申請號: 202010762906.2
• 申請日: 2020-07-31
• 公開（公告）號: CN111929342B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 范筱玥;焦克新;張建良;宗燕兵;王翠;劉征建;王廣偉
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: G01N25/02
• 分類號: G01N25/02;G01N25/20;G01N25/16;G01N23/2251
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

本發明屬于鋼鐵冶金領域，涉及一種評價高爐爐缸熱面黏滯層物性的試驗系統及方法，該系統通過將冷卻裝置插入耐火材料試樣進行試驗，將耐火材料試樣同時置于渣鐵中用以模擬耐火材料試樣的實際服役狀況，利用冷卻水的冷卻控制黏滯層的形成過程，試驗后，測定黏滯層厚度、物相組成、氣孔率、導熱性能，熱膨脹系數等多種物性，分別研究爐渣、鐵水、溫度、接觸時間、耐火材料試樣種類對黏滯層的影響，綜合評價黏滯層的物性。通過本發明可以對高爐操作管理制度及耐火材料試樣的選取提供有效的指導性意見。此種方法填補了目前關于黏滯層試驗研究方法的空缺，能夠較好的模擬高爐內部實際情況，可以對爐缸熱面黏滯層的狀態做出更準確的評價。

技術領域

本發明屬于鋼鐵冶金領域，涉及一種評價高爐爐缸熱面黏滯層物性的試驗系統及方法。

技術背景

高爐作為冶煉行業最大的單體設備，其內部涉及復雜的氣固液多相交互反應，為保證礦石中金屬鐵的有效分離，高爐為物料提供了高溫高壓的反應環境，因此對高爐用耐火材料試樣的質量提出很高的要求。耐火材料試樣在高爐內不可避免的受到熔融的高溫熔體的沖刷、有害元素的入侵、熱應力的侵蝕等極為苛刻的環境影響，導致耐火材料試樣發生不可逆轉的破壞，從而大大影響了高爐的穩定順行。國內外利用數座高爐解剖結果對耐火材料試樣損毀機制進行研究后發現，在爐缸磚襯熱面形成較為穩定的“黏滯層”，能夠隔絕耐火材料試樣與高溫熔體的直接接觸，有效的保護運行過程中的耐火材料試樣。因此黏滯層的形成是延長耐火材料試樣使用壽命的關鍵性因素之一。

前人通過高爐解剖或破損調查，獲得黏滯層的實際試樣，通過對實際試樣的解析開展黏滯層物性的研究。黏滯層的物相組成較為復雜，主要成分有石墨碳、金屬鐵、渣相及鈦化物等，不同的黏滯層類別具有不同的形成特點和賦存條件。

但是此種方法存在主要問題在于：(1)無法控制單一變量開展研究，研究結果限制性較高，獲得的實驗結果較為單一，無法開展相關基礎性、連續性研究，尤其缺乏對于黏滯層在時空性演變過程的研究方法；(2)對于黏滯層物性的表征不夠全面，黏滯層礦相組成、氣孔率，導熱性能，熱膨脹系數等物性的相關評價仍有空缺；(3)獲取實際高爐中黏滯層的試樣難度較大，需要耗費大量資源財力。相較之下，設計實驗能夠有效的控制實驗規模和參數，針對性的開展研究，同時可以廣泛的選擇實驗原料，獲得大量的實驗研究對象進行全面的解析。因此急需一種通過實驗模擬高爐內部黏滯層的形成過程，從而對黏滯層的物性進行評價的試驗方法。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明針對目前研究黏滯層物性方法的空缺上，提出了一種評價高爐爐缸熱面黏滯層物性的試驗系統及方法。

本發明的技術方案是：一種評價高爐爐缸熱面黏滯層物性的試驗系統，所述試驗系統包括：

供氣裝置，用于提供惰性氣氛，防止實驗過程中材料被氧化；

管式爐，用于模擬被評價材料的使用環境；

復合坩堝，用于模擬評價材料在高爐爐缸內環境；

加熱裝置，用于模擬升溫過程；

冷卻裝置，用于模擬冷卻過程；

熱電偶，用于測量所述管式爐內部的溫度數據；

數據采集處理裝置，用于對實驗過程參數進行控制，并采用實驗相關數據。

進一步，所述試驗系統的具體結構為：所述供氣裝置與所述管式爐的進氣口連接，所述復合坩堝、加熱裝置和冷卻裝置均設置在所述管式爐的內部，且所述加熱裝置設置在所述復合坩堝的外側壁的四周，所述冷卻裝置的下端置于所述復合坩堝的內部，上端伸出所述管式爐與冷卻水系統連接，所述熱電偶設置在所述復合坩堝內部的底部；

所述數據采集處理裝置設置在所述管式爐的外側，并與所述熱電偶、加熱裝置和冷卻裝置控制連接。

進一步，所述供氣裝置包括氣瓶、進氣管和流量計；