[发明专利]一种评价高炉炉缸热面黏滞层物性的试验系统及方法

说明书

本发明属于钢铁冶金领域，涉及一种评价高炉炉缸热面黏滞层物性的试验系统及方法，该系统通过将冷却装置插入耐火材料试样进行试验，将耐火材料试样同时置于渣铁中用以模拟耐火材料试样的实际服役状况，利用冷却水的冷却控制黏滞层的形成过程，试验后，测定黏滞层厚度、物相组成、气孔率、导热性能，热膨胀系数等多种物性，分别研究炉渣、铁水、温度、接触时间、耐火材料试样种类对黏滞层的影响，综合评价黏滞层的物性。通过本发明可以对高炉操作管理制度及耐火材料试样的选取提供有效的指导性意见。此种方法填补了目前关于黏滞层试验研究方法的空缺，能够较好的模拟高炉内部实际情况，可以对炉缸热面黏滞层的状态做出更准确的评价。

技术领域

本发明属于钢铁冶金领域，涉及一种评价高炉炉缸热面黏滞层物性的试验系统及方法。

技术背景

高炉作为冶炼行业最大的单体设备，其内部涉及复杂的气固液多相交互反应，为保证矿石中金属铁的有效分离，高炉为物料提供了高温高压的反应环境，因此对高炉用耐火材料试样的质量提出很高的要求。耐火材料试样在高炉内不可避免的受到熔融的高温熔体的冲刷、有害元素的入侵、热应力的侵蚀等极为苛刻的环境影响，导致耐火材料试样发生不可逆转的破坏，从而大大影响了高炉的稳定顺行。国内外利用数座高炉解剖结果对耐火材料试样损毁机制进行研究后发现，在炉缸砖衬热面形成较为稳定的“黏滞层”，能够隔绝耐火材料试样与高温熔体的直接接触，有效的保护运行过程中的耐火材料试样。因此黏滞层的形成是延长耐火材料试样使用寿命的关键性因素之一。

前人通过高炉解剖或破损调查，获得黏滞层的实际试样，通过对实际试样的解析开展黏滞层物性的研究。黏滞层的物相组成较为复杂，主要成分有石墨碳、金属铁、渣相及钛化物等，不同的黏滞层类别具有不同的形成特点和赋存条件。

但是此种方法存在主要问题在于：(1)无法控制单一变量开展研究，研究结果限制性较高，获得的实验结果较为单一，无法开展相关基础性、连续性研究，尤其缺乏对于黏滞层在时空性演变过程的研究方法；(2)对于黏滞层物性的表征不够全面，黏滞层矿相组成、气孔率，导热性能，热膨胀系数等物性的相关评价仍有空缺；(3)获取实际高炉中黏滞层的试样难度较大，需要耗费大量资源财力。相较之下，设计实验能够有效的控制实验规模和参数，针对性的开展研究，同时可以广泛的选择实验原料，获得大量的实验研究对象进行全面的解析。因此急需一种通过实验模拟高炉内部黏滞层的形成过程，从而对黏滞层的物性进行评价的试验方法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明针对目前研究黏滞层物性方法的空缺上，提出了一种评价高炉炉缸热面黏滞层物性的试验系统及方法。

本发明的技术方案是：一种评价高炉炉缸热面黏滞层物性的试验系统，所述试验系统包括：

供气装置，用于提供惰性气氛，防止实验过程中材料被氧化；

管式炉，用于模拟被评价材料的使用环境；

复合坩埚，用于模拟评价材料在高炉炉缸内环境；

加热装置，用于模拟升温过程；

冷却装置，用于模拟冷却过程；

热电偶，用于测量所述管式炉内部的温度数据；

数据采集处理装置，用于对实验过程参数进行控制，并采用实验相关数据。

进一步，所述试验系统的具体结构为：所述供气装置与所述管式炉的进气口连接，所述复合坩埚、加热装置和冷却装置均设置在所述管式炉的内部，且所述加热装置设置在所述复合坩埚的外侧壁的四周，所述冷却装置的下端置于所述复合坩埚的内部，上端伸出所述管式炉与冷却水系统连接，所述热电偶设置在所述复合坩埚内部的底部；

所述数据采集处理装置设置在所述管式炉的外侧，并与所述热电偶、加热装置和冷却装置控制连接。

进一步，所述供气装置包括气瓶、进气管和流量计；