[发明专利]一种评价耐火材料抗铁水侵蚀性能的试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种评价耐火材料抗铁水侵蚀性能的试验装置及方法，该方法包括BTML‑1700℃高温反应管式炉、坩埚、气瓶、热电偶、进气管、搅拌机、SRS13A精密温度控制仪等。一方面将焦炭小颗粒置于铁水上方，以此来模拟高炉炉缸内部焦炭随着铁水环流对耐火材料的渗透和磨损作用；另一方面将耐火材料试样制成坩埚状，配备搅拌机，通过调节不同的搅拌速度和搅拌时间，衡量耐火材料对不同铁水环流环境的适应性，同时引入内径变化率、渗透深度更多、更准确的评价指标。本发明与高炉炉缸实际工况更加接近，考虑了高炉内复杂的各项因素，更能够准确的对耐火材料的抗铁水侵蚀性能进行评价，为优化高炉操作和提高耐火材料质量提供有益参考。

技术领域

本发明属于耐火材料领域，具体涉及一种评价耐火材料抗铁水侵蚀性能的试验装置及方法。

技术背景

高炉长寿是高炉高效冶炼的重要物质基础之一，目前，随着现代高炉冶炼强度的不断提高、原燃料的下降及有害元素的增加，使得高炉冶炼条件越发苛刻。实践表明，影响现代高炉一代炉役寿命的薄弱环节集中在炉腰、炉腹和炉缸、炉底部位。随着铜冷却壁的使用，限制高炉长寿的关键部位转移至炉缸炉底。针对高炉炉缸炉底的工作环境，铁水环流对炉缸的破坏是主要原因。铁水对炭砖的侵蚀主要是由于高温铁水与炭砖长期接触，会使炭砖中的含碳物向铁水中溶解，一般认为只要铁水中碳不饱和，铁水对炭砖的侵蚀就不会停止。铁水侵蚀主要包括铁水溶蚀、渗透及环流，高炉周期性出铁，导致铁液在炉缸内部不断循环流动，铁水沿着表面孔隙渗透到炭砖内部，加剧了内衬的损毁过程。因此，在符合高炉实际工况的基础下，开发出一种更准确评价耐火材料抗铁水侵蚀的方法尤为重要。

目前，中钢集团起草了国家标准GB/T 24201-2009，即《高炉炭块抗铁水熔蚀性试验方法》。该试验方法是从炭砖中心打孔，然后用粘接剂将炭砖固定在反应炉上方的支架上，等反应炉升温到1425℃时，将试样放入铁水中浸泡40min，在水中冷却后取下试样，将试样表面的铁珠去除，称量试样计算反应前后质量变化率。但是该方法有如下缺点：(1)该试验方法是在静态条件进行的，仅仅将耐火材料试样在铁水中进行浸泡，不能反映高炉内部铁水环流对耐火材料的动态侵蚀。(2)在高炉铁口中心线以下部位，炉缸充满了铁水和焦炭，因此铁水必然会夹带着焦炭对耐火材料产生共同作用。该实验方法没有考虑到铁水对耐火材料侵蚀的同时，焦炭也会对耐火材料进行磨损和渗透作用。(3)该试验方法的表征手法太少，试验过程中，由于炭砖的多孔隙的材料，铁水会沿着孔隙进入耐火材料内部，测量反应后耐火材料的质量变化率是不够全面的，我们可以增加耐火材料内径的变化率、渗透深度及微观形貌进行表征。因此，急需一种切实符合高炉炉缸工作环境，运用多种手段综合评价耐火材料抗铁水侵蚀性能的试验方法。

发明内容

基于目前测定耐火材料抗铁水侵蚀性能的方法的不足，本发明提供了一种模拟高炉实际情况的条件下评价耐火材料抗铁水侵蚀性能的方法及试验装置。

一种评价耐火材料抗铁水侵蚀性能的试验装置，所述装置包括气瓶；进气管；转子流量计；搅拌机；炉盖；刚玉炉管；刚玉棒；钼丝线圈；坩埚；热电偶；FP93表；电压表；电流表；指示灯；操作键和导线，所述的气瓶用于贮藏高纯氩气，通过进气管、转子流量计与管式炉相连，转子流量计接在气瓶与管式炉中间，用于对气体进行控流，所述的搅拌机下部连接刚玉棒；所述炉盖中间钻有一小孔，小孔中间透过刚玉棒，并伸入到坩埚中，所述的钼丝线圈是管式炉的加热元件，分布在刚玉炉管周围，所述管式炉底部放有热电偶，用于测量炉内实际温度，并反映在FP93表上，所述FP93表右侧分别为电压表和电流表，用于监测实验过程中的电压和电流，所述FP93表、电压表和电流表下面分别为指示灯，反映操作键的状态，控制台下部通过导线与管式炉相连接，实验所用SRS13A精密温度控制仪包含FP93表、电压表、电流表、指示灯、操作键、导线；

进一步地，所述试验装置配备高压气瓶，向炉内供应高纯氩气，维持实验过程中惰性气氛，防止耐火材料被氧化，实验过程中通高纯氩气进行保护，通过进气管进入炉内；

进一步地，所述进气管和刚玉炉管中间还连接了一个转子流量计，用于便捷的调节气体流量；