[发明专利]一种模拟高炉炉缸凝铁层的实验装置

说明书

本发明属于高炉炼铁技术领域，具体涉及一种模拟高炉炉缸凝铁层的实验装置，其包括：加热套筒，加热套筒的顶部设置有进气口和排气口，在加热套筒内自下而上依次设置有底部耐火砖层、试样坩埚、连通试样坩埚的熔样漏斗以及顶部透气耐火砖层，顶部透气耐火砖层设置有进气通道，进气口、进气通道和熔样漏斗依次连通；热电偶，热电偶贯穿排气口和顶部透气耐火砖层并插入到熔样漏斗的漏斗壁中，热电偶电连接温度控制显示仪；以及，连通进气口的气瓶。通过该装置，加热实验装置使金属颗粒达到其熔点，在保护气体的高压下，金属会沿着熔样漏斗进入试样坩埚中，使得焦炭与焦炭之间及其焦炭孔隙内部均会充满金属，可以制备所需的凝铁层模拟样品。

技术领域

本发明属于高炉炼铁技术领域，具体涉及一种模拟高炉炉缸凝铁层的实验装置。

背景技术

高炉是炼铁生产的主要设备，随着高炉的大型化、长寿化发展，高炉的寿命是制约高炉发展的关键因素。在高炉恶劣的工作环境中，炉缸和炉底是最易发生破损的部位。炉底砖衬布置及其冷却条件已基本解决了炉底侵蚀的问题，因此炉缸区域炭砖的寿命决定了炉缸寿命。高炉炉缸长寿技术的核心是在高炉炉缸内衬表面形成稳定的凝铁层。

国内外的学者对凝铁层进行大量的研究，Akihiko SHINOTAKE在Tobata No.1高炉停炉中发现了凝铁层的存在，且肯定了凝铁层对高炉炉缸的保护作用。在武钢4号高炉停炉时，宋木森等人在检测时，粘结物渣相显微结构分析表明，结晶十分完整，表明渣相是长时间在高温下缓慢结晶形成的，而非停炉后凝结的，此时认为凝铁层是渣铁混合物，对凝铁层的组成没有清晰。国内外学者在高炉侵蚀模型的凝铁层区域的导热系数均假设为2-4w/(m.k)，认为凝铁层是由基本绝热的炉渣组成，均未针对高炉炉缸凝铁层的基本组成及其导热系数进行研究和分析。在讨论凝铁层导热系数问题时，凝铁层样品的制备成为一个难题。由于组成物质密度差达到5倍，因此，无法在完全模拟高炉炉缸温度和压力条件，将焦炭、铁进行均匀混合制备。因此，急需一种制备高炉炉缸凝铁层的模拟实验装置。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供了一种模拟高炉炉缸凝铁层的实验装置。

本发明所提供的技术方案如下：

一种模拟高炉炉缸凝铁层的实验装置，包括：

加热套筒，所述加热套筒的顶部设置有进气口和排气口，在所述加热套筒内自下而上依次设置有底部耐火砖层、试样坩埚、连通所述试样坩埚的熔样漏斗以及顶部透气耐火砖层，所述顶部透气耐火砖层设置有进气通道，所述进气口、所述进气通道和所述熔样漏斗依次连通；

热电偶，所述热电偶贯穿所述排气口和所述顶部透气耐火砖层并插入到所述熔样漏斗的漏斗壁中，所述热电偶在所述排气口处与所述加热套筒可拆卸的密封连接，所述热电偶电连接温度控制显示仪；

以及，连通所述进气口的气瓶。

在上述技术方案所提供的模拟高炉炉缸凝铁层的实验装置中，在上下保温材料层之间为实验核心区域，上下各设计有保温材料，可以保证恒温区的温度需求。此区域设置的试样坩埚用于盛满焦炭颗粒，熔样漏斗用于放置金属颗粒。在实验过程中，首先加热实验装置使金属颗粒达到其熔点，在保护气体的高压下，金属会沿着熔样漏斗进入试样坩埚中，使得焦炭与焦炭之间及其焦炭孔隙内部均会充满金属，以制备所需的凝铁层模拟样品。该技术方案同时解决了两种密度相差较大物质的均匀混合问题，有效避免了密度分层。温度显示仪与热电偶相连接以显示装置内部的实验温度。

上述技术方案中，试样坩埚的材质与实验金属和焦炭不润湿且不发生反应；上述熔样漏斗的材质与实验金属不发生润湿且不发生反应，熔点远高于实验金属熔点；漏斗孔径小于试样坩埚中焦炭的最小粒度，可以避免实验过程中焦炭上浮。例如，漏斗孔径设置为1～3mm。

进一步的，在所述热电偶的外壁设置有外螺纹螺母，所述排气口设置有内螺纹，所述外螺纹螺母与所述排气口螺纹连接。