[发明专利]一种测定夹杂物在冶金用炉渣中溶解速率的装置及方法

摘要

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种测定夹杂物在冶金用炉渣中溶解速率的装置及方法。本发明方法是通过在测定过程中外加电场，使熔融状态下的渣系在电场下进行运动，通过模拟实际生产中钢中夹杂物与熔融渣系的反应，增加了实验的拟合度，是实验结果更加精确。本发明方法能够直观、准确、快速地测定出典型夹杂物在特定渣系中的溶解速率，从而为炼钢过程渣系的设计及优化提供重要的参考依据。

主权项

采用测定夹杂物在冶金用炉渣中溶解速率的装置测定夹杂物在冶金用炉渣中溶解速率的方法，所述测定夹杂物在冶金用炉渣中溶解速率的装置包括电加热炉和坩埚，所述的电加热炉由炉体、炉管和炉盖组成，炉管内放置有坩埚，坩埚下方的炉管空间填充有耐火材料，炉管的顶部设置有耐火砖套，底部设置有下法兰；漏斗从耐火砖套插入炉管内的坩埚正上方，充气管一端与气瓶相连，另一端从耐火砖套插入炉管内，两个电极从耐火砖套插入坩埚内，电极另一端通过导线与电源相连，测温热电偶从下法兰插入炉管内，其特征在于所述方法按照以下步骤进行：(1)通过充气管向电加热炉炉管内通入惰性气体并保持流通，在惰性气氛条件下通过漏斗向坩埚中加入冶金用炉渣，将冶金用炉渣渣料加热至1550～1600℃，保温10～15min使液态熔渣成分充分均匀化；(2)称量刚玉棒或镁铝尖晶石棒质量为m1，其直径为D，半径R＝D/2，单位mm，将刚玉棒或镁铝尖晶石棒插入液态熔渣中，插入深度为H，通过电源向两电极通电，并与液态熔渣构成通电回路，模拟电渣冶金过程，刚玉棒或镁铝尖晶石棒在熔渣中进行匀速旋转，发生溶解反应，反应总时间为T；(3)取出刚玉棒或镁铝尖晶石棒，冷却至室温后，用稀盐酸浸泡刚玉棒或镁铝尖晶石棒表面熔渣，浸泡24小时后，取出刚玉棒或镁铝尖晶石棒，用细砂纸将刚玉棒或镁铝尖晶石棒表面熔渣打磨掉，再次称量刚玉棒或镁铝尖晶石的质量m2，溶解反应前后刚玉棒或镁铝尖晶石棒所减少的质量为Δm，Δm＝m1‑m2；(4)夹杂物颗粒在相应渣系成分下的溶解速率计算公式为：其中：K为夹杂物颗粒的溶解速率，单位为g/(mm2·min)；△m为刚玉棒或镁铝尖晶石棒溶解反应前后的质量差，单位g；为刚玉棒或镁铝尖晶石棒与熔渣的平均接触面积，单位mm2；T为刚玉棒或镁铝尖晶石棒在熔渣中的总溶解时间，单位为min；所述的是根据刚玉棒或镁铝尖晶石棒与熔渣的实际接触面积A求出，具体步骤是：刚玉棒或镁铝尖晶石棒与熔渣的实际接触面积A是随时间t变化的函数，根据A随时间变化的曲线得到：而刚玉棒或镁铝尖晶石棒与熔渣在某一时刻的实际接触面积A等于这一时刻，该刚玉棒或镁铝尖晶石棒在熔渣中底面的面积A底和该刚玉棒或镁铝尖晶石棒插入熔渣中的部分的侧面面积A侧之和，即：A(t)＝A底(t)+A侧(t)，其中：A侧＝2πrhA底＝πr2所述的r和h分别是刚玉棒或镁铝尖晶石棒在熔渣中溶解过程中的半径和长度，它们仍是时间的函数，单位为mm；代入式②中得到：进一步假定刚玉棒在任意垂直于刚玉棒轴线的方向上溶解速率都处于稳态且相等，设定b是刚玉棒初始半径和溶解后半径的差值，单位mm，则：其中：D是刚玉棒溶解前直径，单位mm，d是刚玉棒溶解后直径，单位mm；用b/T表征刚玉棒半径减少的速率，得到刚玉棒溶解过程中半径r随时间的变化式：同时假定刚玉棒在平行于轴线的方向上的溶解速率等于垂直方向上的溶解速率，得刚玉棒溶解部分长度随时间的变化式：H是刚玉棒插入熔渣中的溶解部分初始长度，单位mm；将④和⑤式代入③式求出平均接触面积再代入①式可以得到如下公式：即，刚玉棒在熔渣中的溶解速率随时间变化的曲线K‑T。