一种评价高炉炉缸热面黏滞层性状的试验系统技术方案

本实用新型专利技术属于钢铁冶金领域，涉及一种评价高炉炉缸热面黏滞层性状的试验系统，所述试验系统包括：供气装置、管式炉、复合坩埚、加热装置、冷却装置、热电偶和数据采集处理装置；该系统通过将冷却装置插入耐火材料试样中进行试验，再将耐火材料试样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，热膨胀系数等多种性状，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，综合评价黏滞层的性状。该装置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。

【技术实现步骤摘要】
一种评价高炉炉缸热面黏滞层性状的试验系统
本技术属于钢铁冶金领域，涉及一种评价高炉炉缸热面黏滞层性状的试验系统。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性状的研究。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)对于黏滞层性状的表征不够全面，黏滞层矿相组成、气孔率，导热性能，热膨胀系数等性状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，从而对黏滞层的性状进行评价的试验方法。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本技术针对目前研究黏滞层性状方法的空缺上，提出了一种评价高炉炉缸热面黏滞层性状的试验系统。本技术的技术方案是：一种评价高炉炉缸热面黏滞层性状的试验系统，其特征在于，所述试验系统包括：供气装置、管式炉、复合坩埚、加热装置、冷却装置、热电偶和数据采集处理装置；其中，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，所述冷却装置的下部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；其中，所述气瓶通过进气管与所述管式炉的进气口连接，且所述管路上设有用于调节气体流量的流量计。进一步，所述复合坩埚包括第一坩埚和第二坩埚，其中，所述第二坩埚设置在所述第一坩埚内部，所述第二坩埚内设有炉渣和熔融铁水放置区。进一步，所述第一坩埚为石墨坩埚；所述第二坩埚为MgO坩埚。进一步，所述加热装置包括若干U型加热单元，若干所述U型加热单元沿着所述管式炉的内壁的圆周方向均匀分布；进一步，所述U型加热单元的材质为钼。进一步，所述冷却装置为U型冷却管，U型冷却管的外径为9-10mm，内径为5-8mm。进一步，所述U型冷却管的材质为铜。进一步，所述数据采集处理装置为SRS13A精密温度控制仪。进一步，所述管式炉为BLMT-1700℃管式炉，且管式炉的炉膛材质为刚玉，所述管式炉的顶部设有排气口。本技术的有益效果是：由于采用上述技术方案，本技术具有结构简单，试样方便，采集数据精度高，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。附图说明图1为本技术的一种评价高炉炉缸热面黏滞层性状的试验系统的结构示意图。图2为本技术的一种评价高炉炉缸热面黏滞层性状的试验系统的复合坩埚的结构示意图。图中：1.气瓶；2.流量计；3.进气管；4.进出水管；5.排气口；6.管式炉；7.加热装置；8.冷却装置；9.复合坩埚；91.耐火材料试样；92.炉渣；93.第二坩埚；94.导热层(高导热石墨粉)；95.第一坩埚；96.熔融铁水；10.热电偶；11.导线；12.FP93表；13.电压表；14电流表；15.指示灯。具体实施方案以下结合附图对本技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本技术，并非用于限定本技术的范围。如图1-图2所示，本技术一种评价高炉炉缸热面黏滞层性状的试验系统，所述试验系统包括：供气装置、管式炉6、复合坩埚9、加热装置7、冷却装置8、热电偶10和数据采集处理装置；其中，所述供气装置与所述管式炉6的进气口连接，所述复合坩埚9、加热装置7和冷却装置8均设置在所述管式炉6的内部，且所述加热装置7设置在所述复合坩埚9的外侧壁的四周，所述冷却装置8的下部置于所述复合坩埚9的内部，上端伸出所述管式炉6与冷却水系统连接，所述热电偶10设置在所述复合坩埚9内部的底部；所述数据采集处理装置设置在所述管式炉6的外侧，并与所述热电偶10、加热装置7和冷却装置8控制连接。所述供气装置包括气瓶1、进气管3和流量计2；其中，所述气瓶1通过进气管3与所述管式炉6的进气口连接，且所述进气管3上设有用于调节气体流量的流量计2。所述复合坩埚9包括第一坩埚95和第二坩埚93，其中，所述第二坩埚93设置在所述第一坩埚95内部，所述第二坩埚93内设有用于放置炉渣92和熔融铁水96的放置区。所述第一坩埚95为石墨坩埚；所述第二坩埚93为MgO坩埚。所述加热装置7包括若干U型加热单元，若干所述U型加热单元沿着所述管式炉的内壁的圆周方向均匀分布；所述U型加热单元的材质为钼棒。所述冷却装置8为U型冷却管，U型冷却管的外径为9-10mm，内径为5-8mm。所述U型冷却管的材质为铜。所述数据采集处理装置为SRS13A精密温度控制仪。所述管式炉6为BLMT-1700℃管式炉，且管式炉的炉膛材质为刚玉，所述管式炉的顶部设有排气口5。本技术的工作原理是：试样制备：耐火材料试样91制备成柱状，选取铜管作为冷却装置8，将冷却装置8插入柱状的耐火材料试样91内部，使冷却装置8的中轴与柱状的耐火材料试样91中轴重合，同时冷却装置8底部部距离柱状的耐火材料试样91底部至少15mm，并用高导热石墨粉94填充柱状的耐火材料试样91与冷却装置8的空隙并压实，用粘结剂粘合固定，干燥，得到试样，对试样的直径进行测定，备用；对试样进行SEM-EDS、导热系数检测、气孔率分析；参照高炉铁水和炉渣的实际成分，依据试验要求，按照0.25～0.50的渣铁比合成渣样和铁样，干燥备用；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种评价高炉炉缸热面黏滞层性状的试验系统，其特征在于，所述试验系统包括：供气装置、管式炉、复合坩埚、加热装置、冷却装置、热电偶和数据采集处理装置；/n其中，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，所述冷却装置的下部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；/n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。/n

【技术特征摘要】
1.一种评价高炉炉缸热面黏滞层性状的试验系统，其特征在于，所述试验系统包括：供气装置、管式炉、复合坩埚、加热装置、冷却装置、热电偶和数据采集处理装置；
其中，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，所述冷却装置的下部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。


2.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于，所述供气装置包括气瓶、进气管和流量计；
其中，所述气瓶通过进气管与所述管式炉的进气口连接，且所述进气管上设有用于调节气体流量的流量计，所述气瓶内存储惰性气体。


3.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于，所述复合坩埚包括第一坩埚和第二坩埚，
其中，所述第二坩埚设置在所述第一坩埚内部，所述第二坩埚内设有...

【专利技术属性】
技术研发人员：范筱玥，焦克新，张建良，宗燕兵，王翠，刘征建，王广伟，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：新型
国别省市：北京;11