[發明專利]一種模擬高爐風口小套和結晶器表面熔損的裝置及方法

有效

• 申請號: 202110273169.4
• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN113049429B
• 公開（公告）日: 2023-02-17
• 發明（設計）人: 祝凱;李丹;章超;王瑞東;白丹;張玉文;魯雄剛
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01N3/56
• 分類號: G01N3/56;G01N13/00;C23C24/10;C21B7/16;B22D11/059
• 代理公司: 上海劍秋知識產權代理有限公司 31382
• 代理人: 應風曄

本發明公開了一種模擬高爐風口小套和結晶器表面熔損的裝置和方法，通過對紫銅表面或等離子熔覆工藝在銅表面所制備的鈷基合金熔覆層進行液態渣、鐵熔損能力試驗，來檢驗紫銅或熔覆層的潤濕性及抗液態渣、鐵熔損能力。

技術領域

本發明涉及高爐風口小套及結晶器表面熔損，尤其涉及一種模擬高爐風口小套和結晶器表面熔損的裝置及方法。

背景技術

銅具有良好的導熱性、導電性，良好的耐腐蝕性，在大氣、海水和某些非氧化性酸、堿、鹽溶液及多種有機酸中耐蝕性好。但硬度低，耐磨性差，導致其在很多方面的應用受到了限制。純銅由于其良好的導熱性，目前在高爐風口小套和連鑄結晶器的應用最多。

高爐承擔著將鐵礦石還原成鐵水的任務，是整個鋼鐵生產過程中的重要組成部分。高爐風口小套安裝于距爐缸上沿約500mm的爐墻中，前端400-600mm凸出到爐內。

高爐風口小套的作用是向高爐內吹送熱風和煤粉，其工作環境十分惡劣。前端于2000℃以上的高爐爐鋼內，受到約1500℃鐵水和循環運動高溫物料的沖刷，風口孔內通過900℃-1300℃的熱風，內壁受到煤粉的高速磨損，這些不利因素均加速了風口的破壞。伸入高爐風口的外表面要經受自上而下滴落的液態渣、鐵的侵蝕以及紅熱焦炭的磨損。由于高爐風口屬于連續工作而且無法在使用中檢修更換的設備，一旦破損，通常需要臨時休風更換，從而給生鐵產量、質量和焦比等帶來了不利的影響。

目前國內高爐風口小套的材料主要還是采用純銅進行制造，原因在于純銅的散熱能力好，可提高小套的壽命。目前所使用的高爐風口小套使用壽命短，平均僅為幾個月到一年，因此高爐風口小套經常需要進行更換，而小套的更換會給高爐的工藝操作帶來極大的困難，也增加了人工的工作強度。我國高爐僅因頻繁更換風口休風就導致生鐵每年少產上百萬噸，減少產值近十億元。

結晶器是連鑄生產的核心設備，在連鑄中起到使液態鋼水凝固成固態坯殼的作用，是重要導熱冷卻部件。由于銅及銅合金具有優良的導熱性及耐腐蝕性，被廣泛地應用于連鑄生產的結晶器。在工作時其一側與表面包覆有保護渣，溫度為1530℃-1570℃的液態鋼水接觸，另一側與30℃-40℃的冷卻水接觸，在這種高溫液態鋼水與低溫循環冷卻水共同作用的極端服役條件下，承受著高溫氧化、化學腐蝕、表面磨損、熱疲勞等。其運作的可靠性直接影響到連鑄生產率及鑄坯的質量。據推算連鑄結晶器年消耗約為1.5-2元/噸鋼，國內粗鋼產量以8億噸計則全國鋼鐵企業銅結晶器年消耗在12億元以上。結晶器對設備的使用壽命與可靠性產生了重要影響，隨著高效連鑄工藝的不斷發展，我們對結晶器的性能提出了要求，良好導熱性及耐腐蝕性、高熱強度等成了評判結晶器好壞的標準。

目前廣泛采用電鍍、熱噴涂等方法提高銅的耐磨性，但涂層與基體為機械結合，使用過程中易失效。而采用等離子熔覆技術在銅表面制備的熔覆層與基體為冶金結合。鈷基合金由于其具有較好的高溫耐磨性、抗腐蝕和抗氧化性較好，因此是良好的熔覆材料。通過在銅表面進行等離子熔覆耐磨層，極大地擴展了銅的應用前景。現如今主要分析熔覆層與基體的結合情況以及熔覆層的高溫耐磨性，針對熔覆層是否能夠承受高溫液態的渣、鐵仍是值得探究的地方，如何設計來研究所制備的熔覆層抗液態渣、鐵熔損能力是值得我們關注的。

發明內容

本發明的目的是提供一種模擬高爐風口小套和結晶器表面熔損的裝置，利用耐熔損性能的裝置模擬高爐風口小套和結晶器的實際工作狀態，并獲得高溫液態的渣、鐵與銅(或者熔覆層)表面的接觸、反應試樣，并對試樣表面的潤濕性及渣鐵熔損進行檢測。為研究高爐風口小套和結晶器的抗液態渣、鐵熔損能力開辟了一條新途徑。

本發明在第一方面提供了一種模擬高爐風口小套和結晶器表面熔損的裝置，包括渣鐵加熱裝置、渣鐵容器、渣鐵溫控閥門、銅基體加熱裝置、溫度監控裝置、冷卻水系統和氣氛系統；其中：

渣鐵加熱裝置用于將渣鐵容器中的渣、鐵加熱熔化，當渣、鐵被加熱至設定溫度時，則渣鐵溫控閥門打開，使得渣鐵容器中的渣、鐵滴落至待檢測的銅基體或銅基體的熔覆層上；