[发明专利]模拟高炉炉缸炭砖表面凝铁层形成的实验装置及方法

说明书

本发明公开了一种模拟高炉炉缸炭砖表面凝铁层形成的实验装置及方法，该装置包括无氧化加热实验炉、炭砖试样和螺杆，所述炭砖试样呈坩埚状，所述炭砖试样置于所述无氧化加热实验炉内，所述炭砖试样的中部设置有能够容置铁水的容腔，上部设置有连通所述容腔的上口，下部内凹并与所述无氧化加热实验炉的底部之间形成冷却腔，所述无氧化加热实验炉的底部设置有用于向所述冷却腔内输入冷却用氮气的循环气管；所述螺杆的下部与所述上口螺纹连接，所述螺杆的顶部与所述无氧化加热实验炉的顶部抵接，所述螺杆上开设有用于向所述容腔内通入氩气的加压通道。本发明为高炉炉缸的状态监测和运行管理提供可靠依据。

技术领域

本发明涉及高炉维护技术领域，特别涉及一种模拟高炉炉缸炭砖表面凝铁层形成的实验装置及方法。

背景技术

在高炉运行过程中，炉缸中铁水在向炭砖渗透的同时，炭砖中的碳元素，不断向炉缸内的碳不饱和铁水析出，构成了炭砖熔损的主要形态。经过一段时间，靠近炭砖的铁水中的碳达到饱和，这时炭砖中的碳析出行为停止，铁-碳之间达到平衡。受炉外冷却装置稳定冷却的情况下，这种碳饱和铁水凝固并附着在炭砖的表面，形成一种特殊的结构体：凝铁层。

对凝铁层形成的环境条件作进一步研究后发现，凝铁层的形成，需要具备三个基本条件：(1)高温碳饱和铁水；(2)一定的铁水压力；(3)一定的冷却强度。常规实验条件下无法模拟凝铁层的形成。

长期以来，炼铁业界在高炉炉缸维护技术中所采用的各类监控技术(模型)，都是基于炉缸砖衬的原始材料物性建立的。但实际上，用后高炉炉缸炭砖砖衬不再是原始的结构和物性了，即由初始单一物性的炭砖，变为由包括完好层、脆化层、渗铁层等在内的多层不同物性物质组成的结构体，因此，基于单一物性建立的炉缸砖衬状态监控模型自然失效。近年来，尽管高炉相关的材料技术、监控技术等专项技术进步发展，但高炉炉缸烧穿事故不断出现，主要原因之一就是监控模型失效。

在持续跟踪炉缸炭砖砖衬的温度变化过程中我们发现，在炉缸炭砖的全生命周期中，炭砖体内的温度变化并不是随着炭砖厚度的减少而呈单边增加的，而是阶段性地出现温度降低，期间还表现有“增厚”过程。在用炭砖不可能再生，因此，我们有理由相信，在高炉炉役期内存在导致炉衬“增厚”的物质。国外业界有将这一物质定义为“skull”，国内多翻译为“凝铁层”。

进一步分析凝铁层存在的环境后认为，凝铁层以炉内碳饱和铁水为基本物料，以炉缸外侧高强度的冷却和炭砖砖衬高导热性能为基本条件，以一种结构体形式附着于炭砖工作表面。这种结构体有效降低了炉缸炭砖砖衬结构体内的温度，阻断了铁水对炭砖的继续熔蚀，从而实现了高炉炉缸结构的状态稳定和长期使用。因此，从这个意义上讲，凝铁层的存在和稳定，是高炉实现稳定生产和安全长寿的基本条件。但是，对于这种凝铁层的存在，国内业界还存有疑议，导致一些业者在高炉炉缸在炉役中后期的维护技术方向上产生路线偏差，最终导致高炉寿命缩短，提前大修，甚至发生炉缸烧穿等恶性事故。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种模拟高炉炉缸炭砖表面凝铁层形成的实验装置及方法，模拟高炉炉缸的基本环境状态，通过实验模拟的方法，直观揭示这种凝铁层的存在及其形成过程，进而研究其基本物性，为高炉维护制定正确的技术路线、最终实现高炉长寿提供一种可信的依据。

为实现上述目的，本发明的模拟高炉炉缸炭砖表面凝铁层形成的实验装置，包括无氧化加热实验炉、炭砖试样和螺杆，所述炭砖试样呈坩埚状，所述炭砖试样置于所述无氧化加热实验炉内，所述炭砖试样的中部设置有能够容置铁水的容腔，上部设置有连通所述容腔的上口，下部内凹并与所述无氧化加热实验炉的底部之间形成冷却腔，所述无氧化加热实验炉的底部设置有用于向所述冷却腔内输入冷却用氮气的循环气管；所述上口设置有内螺纹，所述螺杆设置有外螺纹，所述螺杆的下部与所述上口螺纹连接，所述螺杆的顶部与所述无氧化加热实验炉的顶部抵接，所述螺杆上开设有用于向所述容腔内通入氩气的加压通道。

优选地，所述无氧化加热实验炉的底部设有用于支撑所述炭砖试样并可调平的支撑垫。