[发明专利]一种模拟高炉风口小套和结晶器表面熔损的装置及方法

说明书

本发明公开了一种模拟高炉风口小套和结晶器表面熔损的装置和方法，通过对紫铜表面或等离子熔覆工艺在铜表面所制备的钴基合金熔覆层进行液态渣、铁熔损能力试验，来检验紫铜或熔覆层的润湿性及抗液态渣、铁熔损能力。

技术领域

本发明涉及高炉风口小套及结晶器表面熔损，尤其涉及一种模拟高炉风口小套和结晶器表面熔损的装置及方法。

背景技术

铜具有良好的导热性、导电性，良好的耐腐蚀性，在大气、海水和某些非氧化性酸、碱、盐溶液及多种有机酸中耐蚀性好。但硬度低，耐磨性差，导致其在很多方面的应用受到了限制。纯铜由于其良好的导热性，目前在高炉风口小套和连铸结晶器的应用最多。

高炉承担着将铁矿石还原成铁水的任务，是整个钢铁生产过程中的重要组成部分。高炉风口小套安装于距炉缸上沿约500mm的炉墙中，前端400-600mm凸出到炉内。

高炉风口小套的作用是向高炉内吹送热风和煤粉，其工作环境十分恶劣。前端于2000℃以上的高炉炉钢内，受到约1500℃铁水和循环运动高温物料的冲刷，风口孔内通过900℃-1300℃的热风，内壁受到煤粉的高速磨损，这些不利因素均加速了风口的破坏。伸入高炉风口的外表面要经受自上而下滴落的液态渣、铁的侵蚀以及红热焦炭的磨损。由于高炉风口属于连续工作而且无法在使用中检修更换的设备，一旦破损，通常需要临时休风更换，从而给生铁产量、质量和焦比等带来了不利的影响。

目前国内高炉风口小套的材料主要还是采用纯铜进行制造，原因在于纯铜的散热能力好，可提高小套的寿命。目前所使用的高炉风口小套使用寿命短，平均仅为几个月到一年，因此高炉风口小套经常需要进行更换，而小套的更换会给高炉的工艺操作带来极大的困难，也增加了人工的工作强度。我国高炉仅因频繁更换风口休风就导致生铁每年少产上百万吨，减少产值近十亿元。

结晶器是连铸生产的核心设备，在连铸中起到使液态钢水凝固成固态坯壳的作用，是重要导热冷却部件。由于铜及铜合金具有优良的导热性及耐腐蚀性，被广泛地应用于连铸生产的结晶器。在工作时其一侧与表面包覆有保护渣，温度为1530℃-1570℃的液态钢水接触，另一侧与30℃-40℃的冷却水接触，在这种高温液态钢水与低温循环冷却水共同作用的极端服役条件下，承受着高温氧化、化学腐蚀、表面磨损、热疲劳等。其运作的可靠性直接影响到连铸生产率及铸坯的质量。据推算连铸结晶器年消耗约为1.5-2元/吨钢，国内粗钢产量以8亿吨计则全国钢铁企业铜结晶器年消耗在12亿元以上。结晶器对设备的使用寿命与可靠性产生了重要影响，随着高效连铸工艺的不断发展，我们对结晶器的性能提出了要求，良好导热性及耐腐蚀性、高热强度等成了评判结晶器好坏的标准。

目前广泛采用电镀、热喷涂等方法提高铜的耐磨性，但涂层与基体为机械结合，使用过程中易失效。而采用等离子熔覆技术在铜表面制备的熔覆层与基体为冶金结合。钴基合金由于其具有较好的高温耐磨性、抗腐蚀和抗氧化性较好，因此是良好的熔覆材料。通过在铜表面进行等离子熔覆耐磨层，极大地扩展了铜的应用前景。现如今主要分析熔覆层与基体的结合情况以及熔覆层的高温耐磨性，针对熔覆层是否能够承受高温液态的渣、铁仍是值得探究的地方，如何设计来研究所制备的熔覆层抗液态渣、铁熔损能力是值得我们关注的。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟高炉风口小套和结晶器表面熔损的装置，利用耐熔损性能的装置模拟高炉风口小套和结晶器的实际工作状态，并获得高温液态的渣、铁与铜(或者熔覆层)表面的接触、反应试样，并对试样表面的润湿性及渣铁熔损进行检测。为研究高炉风口小套和结晶器的抗液态渣、铁熔损能力开辟了一条新途径。

本发明在第一方面提供了一种模拟高炉风口小套和结晶器表面熔损的装置，包括渣铁加热装置、渣铁容器、渣铁温控阀门、铜基体加热装置、温度监控装置、冷却水系统和气氛系统；其中：

渣铁加热装置用于将渣铁容器中的渣、铁加热熔化，当渣、铁被加热至设定温度时，则渣铁温控阀门打开，使得渣铁容器中的渣、铁滴落至待检测的铜基体或铜基体的熔覆层上；