CN110218829A - 一种检测炉缸铁水流动性的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种检测炉缸铁水流动性的装置和方法，属于高炉炼铁技术领域。所述装置包括固定U型槽、嵌入到所述固定U型槽中的刚玉可替换U型槽和固定在所述刚玉可替换U型槽高处端的刚玉双层坩埚；所述固定U型槽与水平地面的倾角α＜2°；所述刚玉双层坩埚的埚体通过隔板分隔开来形成双层结构，在所述埚体的下层设置有下部孔，在所述隔板上设置有上部孔，还有一个用于封堵上部孔的塞棒，所述上部孔的直径大于下部孔的直径。本发明提供的装置和方法检测更加符合实际工况条件，避免了渗碳反应导致铁水成分变化对检测的影响，且受人为因素影响小，检测更加便捷、精确，检测成本低，能够更加科学的评价炉缸铁水流动性。

Description

一种检测炉缸铁水流动性的装置和方法

技术领域

本发明涉及高炉炼铁技术领域，尤其涉及一种检测炉缸铁水流动性的装置和方法。

背景技术

高炉炉缸是储存铁水的容器，炉缸状态对于高炉顺行及炉缸长寿有重要意义。一方面，炉缸内铁水与死料柱共存，铁水穿过死料柱的能力是炉缸活性的表征，而炉缸活性是评价高炉顺行的重要依据。另一方面，炉缸内铁水与炭砖直接接触，铁水对炭砖的溶蚀是炉缸侧壁烧穿的主要原因。而铁水流动性作为铁水重要物性参数对炉缸活性和炭砖侵蚀有显著影响。另外，高炉出铁时的顺畅程度、铁口泥包的维护、主沟内渣铁的分离都与炉缸铁水的流动性息息相关。因此，炉缸铁水流动性对高炉生产意义重大。

对于炉缸铁水流动性指数的检测方法及装置，鲜有记载。重庆大学的贺媛媛等(贺媛媛，刘清才，杨剑，等.含钛铁水流动性能研究[J].钢铁钒钛，2010，31(02)：10-14.)公开了一种检测铁水流动性的方法和装置，装置由石墨坩埚、U槽、硅质砂和耐火砖构成，其中U槽与水平地面的倾角为2.5°。但这种装置存在以下问题：(1)检测时铁水温度与实际炉缸铁水温度不符；(2)检测时装置与铁水产生渗碳反应，改变了铁水成分；(3)为了保持铁水的流动性，检测装置倾角大，但铁水流动性易超出检测范围；(4)检测装置只能完成一次检测，成本高；(5)检测方法受人为操作影响较大，检测精度不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种检测炉缸铁水流动性的装置和方法，本发明提供的装置和方法检测更加符合实际工况条件，避免了渗碳反应导致铁水成分变化对检测的影响，且受人为因素影响小，检测更加便捷、精确，检测成本低。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种检测炉缸铁水流动性的装置，包括固定U型槽1、嵌入到所述固定U型槽1中的刚玉可替换U型槽2和固定在所述刚玉可替换U型槽2高处端的刚玉双层坩埚3；

所述固定U型槽1与水平地面的倾角α＜2°；

所述刚玉双层坩埚3的埚体5通过隔板6分隔开来形成双层结构，在所述埚体5的下层设置有下部孔7，在所述隔板6上设置有上部孔8，还有一个用于封堵上部孔的塞棒9，所述上部孔8的直径大于下部孔7的直径。

优选的，所述固定U型槽1与水平地面的倾角α为1°。

优选的，所述上部孔8的直径比下部孔7的直径大10～20mm。

优选的，所述刚玉双层坩埚埚体5底部的直径为68～72mm，下部孔7的直径为8～12mm。

优选的，所述刚玉可替换U型槽2和固定U型槽1的沟槽相吻合。

优选的，所述固定U型槽1的下方设置有固定支架4。

优选的，所述固定U型槽1的长度为1900～2100mm。

本发明提供了一种检测炉缸铁水流动性的方法，包括以下步骤：

将已知成分的待测铁水浇铸成型，得到固态试样；

将所述固态试样加热至1450℃后保温，得到成分均匀的铁水；

将所述成分均匀的铁水迅速倒入到上述技术方案所述装置的刚玉双层坩埚的上层，拔出塞棒，铁水先流到刚玉双层坩埚的下层，然后经由下部孔流到刚玉可替换U型槽，待铁水在刚玉可替换U型槽凝固后，测量铁水流经距离L；

根据待测铁水的成分利用式1计算1450℃时的铁水黏度：

η＝34.42973-0.01514(T+273)-0.00349[C]+0.76756[Si]-2.35139[Mn]-3.63856[P]-6.91921[S]+5.91118[Ti] 式1；

式1中，η为铁水粘度(mPa·s)；T为1450℃；[C]、[Si]、[Mn]、[P]、[S]和[Ti]分别为待测铁水中C、Si、Mn、P、S和Ti的质量百分比(％)；

根据铁水流经距离L和铁水黏度η，利用式2得到待测铁水的流动性指数：

δ＝L/η 式2；

式2中，δ为待测铁水的流动性指数(mm/mPa·s)；L为铁水流经距离(mm)；η为铁水粘度(mPa·s)。

优选的，用于加热的所述固态试样的质量为90～110g。

优选的，所述保温的时间在60min以上。

本发明提供了一种检测炉缸铁水流动性的装置，包括固定U型槽1、嵌入到所述固定U型槽1中的刚玉可替换U型槽2和固定在所述刚玉可替换U型槽2高处端的刚玉双层坩埚3；所述固定U型槽1与水平地面的倾角α＜2°；所述刚玉双层坩埚3的埚体5通过隔板6分隔开来形成双层结构，在所述埚体5的下层设置有下部孔7，在所述隔板6上设置有上部孔8，还有一个用于封堵上部孔的塞棒9，所述上部孔8的直径大于下部孔7的直径。本发明采用可替换U型槽，U型槽可替换，避免了检测装置仅能完成一次检测就报废的弊端，降低了检测成本；将固定U型槽与水平地面的倾角控制在＜2°的范围，在保证铁水良好流动性的前提下扩大了铁水流动性检测范围；采用刚玉双层坩埚，且在刚玉双层坩埚的上部孔位置设置塞棒，避免了操作时直接倒入U型槽时人为因素的影响，检测更加便捷、精确；双层坩埚和可替换U型槽的材质为刚玉，避免了渗碳反应导致铁水成分变化对检测的影响。

本发明提供了一种检测炉缸铁水流动性的方法，该方法将铁水加热到1450℃后保温进行检测，铁水成分、铁水温度等条件与实际炉缸铁水温度符合，检测更加符合实际工况条件，本发明结合铁水黏度计算公式，提出了炉缸铁水流动性指数的计算方法，不单纯用流动距离、黏度，而是用流动距离和同温度下黏度的比值衡量流动性，能够更加科学的评价炉缸铁水流动性，为炼铁操作者检测炉缸铁水流动性提供了标准和指导。

附图说明

图1为本发明实施例1用到的检测炉缸铁水流动性的装置示意图；

其中，1-固定U型槽，2-刚玉可替换U型槽，3-刚玉双层坩埚，4-固定支架，10-坩埚支架；

图2为实施例1所用装置中刚玉双层坩埚的结构示意图；

图3为实施例1所用装置中塞棒插入刚玉双层坩埚后的结构示意图；

其中，5-埚体，6-隔板，7-下部孔，8-上部孔，9-塞棒。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供了一种检测炉缸铁水流动性的装置，包括固定U型槽1、嵌入到所述固定U型槽1中的刚玉可替换U型槽2和固定在所述刚玉可替换U型槽2高处端的刚玉双层坩埚3；

所述固定U型槽1与水平地面的倾角α＜2°；

所述刚玉双层坩埚3的埚体5通过隔板6分隔开来形成双层结构，在所述埚体5的下层设置有下部孔7，在所述隔板6上设置有上部孔8，还有一个用于封堵上部孔的塞棒9，所述上部孔8的直径大于下部孔7的直径。

本发明提供的检测炉缸铁水流动性的装置包括固定U型槽1；所示固定U型槽1用于嵌入刚玉可替换U型槽2。

如图1所示，在本发明中，所述固定U型槽1的沟槽优选为弧形槽，对应的圆心角优选为58～62℃，更优选为60℃，对应的圆的半径优选为145～155mm；所述固定U型槽1的长度S优选为1900～2100mm，更优选为2000mm；所述固定U型槽1的宽度K优选为450～550mm，更优选为500mm；所述固定U型槽1的高度H优选为180～220mm，更优选为200mm。本发明对所述固定U型槽1的材质没有特殊要求，能够耐受1450℃的高温即可。

在本发明中，所述固定U型槽1与水平地面的倾角α＜2°，进一步优选为1°。本发明将固定U型槽1与水平地面的倾角控制在上述范围，在保证铁水流动性的同时，可以减少铁水的流动距离，扩大了铁水流动性检测范围，使固定U型槽和刚玉可替换U型槽在较短的长度下就可满足测量要求，整体装置具备可移动性，便捷性和经济性。

本发明优选在固定U型槽1的下方设置固定支架4，所述固定支架4用于支撑整个装置。在本发明中，所述固定支架4优选设置在固定U型槽1的一端，固定U型槽的另一端直接与地面接触，从而使固定U型槽与地面保持特定的倾角。在本发明中，所述固定支架4的高度和具体设置位置以能使得所述固定U型槽1与水平地面的倾角满足要求即可。

本发明提供的检测炉缸铁水流动性的装置包括嵌入到所述固定U型槽1中的刚玉可替换U型槽2。本发明所述刚玉可替换U型槽2用于接收铁水。

在本发明中，所述刚玉可替换U型槽2优选与固定U型槽1的沟槽相吻合，便于刚玉可替换U型槽的嵌入。这里对刚玉可替换U型槽的尺寸和形状不再进行赘述。

本发明所述刚玉可替换U型槽2可随时进行拆卸与替换，避免了检测装置仅能完成一次检测就报废的弊端，将可替换U型槽替换后装置可正常使用，降低了检测成本。此外，可替换U型槽的材质为刚玉，能够避免渗碳反应导致铁水成分变化对检测的影响。

本发明提供的检测炉缸铁水流动性的装置包括固定在所述刚玉可替换U型槽2高处端的刚玉双层坩埚3，所述刚玉双层坩埚用于盛放待测铁水。

本发明对所述刚玉双层坩埚3的固定方式没有特殊要求，能够起到固定的作用即可。在本发明的具体实施例中，所示刚玉双层坩埚3通过坩埚支架10固定于刚玉可替换U型槽2上。在本发明的具体实施例中，所述坩埚支架10包括底座和托盘，所述托盘用于保证刚玉双层坩埚3处于水平稳固状态。在本发明中，所述所述坩埚支架10的托盘含有孔洞，与刚玉双层坩埚下部孔的位置相对应，且坩埚支架10托盘上的孔洞尺寸大于或等于刚玉双层坩埚3的下部孔的尺寸，以防止对铁水的检测产生干扰。

本发明对所述刚玉双层坩埚位于刚玉可替换U型槽的具体位置没有特殊要求，越靠近刚玉可替换U型槽的高处边缘越好，这样可以使刚玉可替换U型槽尽可能的保留足够长的测量距离。

如图2示，本发明所述刚玉双层坩埚3的埚体5通过隔板6分隔开来形成双层结构，在所述埚体5的下层设置有下部孔7，在所述隔板6上设置有上部孔8，还有一个用于封堵上部孔的塞棒9。

如图3所示，在使用时，所述塞棒9必须先塞入上部孔8，待铁水倒入刚玉双层坩埚3的上层后，拔下塞棒9，使铁水自上部孔8流入双层坩埚3的下层，然后从下部孔7流出到刚玉可替换U型槽2。在不使用时，塞棒9可塞入上部孔8，也可单独放置。

在本发明中，所述上部孔8的直径大于下部孔7的直径，上部孔8的直径优选比下部孔7的直径大10～20mm，进一步优选大15mm。本发明使上部孔的直径大于下部孔的直径，这样能保证取出塞棒后，铁水先到下层坩埚，然后从下部孔流出，可避免由于人为倾倒铁水时不同流速、流量对检测结果的影响。在本发明中，所述上部孔8的孔心与下部孔7的孔心位置相对应。

在本发明中，所述刚玉双层坩埚的底部至刚玉可替换U型槽底部的距离优选为15～25mm，进一步优选为20mm。

在本发明中，所述刚玉双层坩埚的埚体底部直径D优选为68～72mm，更优选为70mm；下部孔的直径d优选为8～12mm，进一步优选为10mm；所述刚玉双层坩埚埚体的壁厚优选为4mm。本发明对所述刚玉双层坩埚的埚体高度没有特殊要求，能够将110g的铁水全部盛下且不溢出即可。在本发明的具体实施例中，所述刚玉双层坩埚的埚体高度h为100mm。

本发明对所述隔板6的厚度没有特殊要求。在本发明中，所述隔板6优选位于埚体5的正中央高度位置。本发明对所述塞棒的具体形状没有特殊要求，能够起到完全封堵上部孔的作用即可。

本发明还提供了一种检测炉缸铁水流动性的方法，包括以下步骤：

将已知成分的待测铁水浇铸成型，得到固态试样；

将所述固态试样加热至1450℃后保温，得到成分均匀的铁水；

将所述成分均匀的铁水迅速倒入到上述方案中所述装置的刚玉双层坩埚的上层，拔出塞棒，铁水先流到刚玉双层坩埚的下层，然后经由下部孔流到刚玉可替换U型槽，待铁水在刚玉可替换U型槽凝固后，测量铁水流经距离L；

根据待测铁水的成分利用式1计算1450℃时的铁水黏度：

η＝34.42973-0.01514(T+273)-0.00349[C]+0.76756[Si]-2.35139[Mn]

-3.63856[P]-6.91921[S]+5.91118[Ti] 式1；

式1中，η为铁水粘度(mPa·s)；T为1450℃；[C]、[Si]、[Mn]、[P]、[S]和[Ti]分别为C、Si、Mn、P、S和Ti元素在待测铁水中的质量百分比(％)；

根据铁水流经距离L和铁水黏度η，利用式2得到待测铁水的流动性指数：

δ＝L/η 式2；

式2中，δ为待测铁水的流动性指数(mm/mPa·s)；L为铁水流经距离(mm)；η为铁水粘度(mPa·s)。

本发明将已知成分的待测铁水浇铸成型，得到固态试样。

本发明对所述待测铁水的具体成分没有特殊要求，对任意的本领域技术人员熟知的铁水均适用。本领域熟知铁水的主要组成元素为Fe、C、Si、Mn、S、P和Ti，其他元素含量甚微。本发明对所述待测铁水的来源没有特殊要求，可直接来源于炉缸，也可根据待测铁水的已知成分将各原料熔化得到。当根据待测铁水的已知成分将各原料熔化得到时，所述各原料优选包括还原铁粉(≥98％)、石墨碳粉(≥99.85％)、硅粉(≥99％)、锰粉(99.90％)、FeS粉(99％)、FeP(磷含量25.70％)和钛粉(≥99％)中的多种。

本发明对所述浇铸成型的具体实施方式没有特殊要求，采用本领域熟知的浇铸成型方式即可。本发明对所述固态试样的形状没有特殊要求，可以为圆柱状、块状等。

得到固态试样后，本发明将所述固态试样加热至1450℃后保温，得到成分均匀的铁水。在本发明中，用于加热的所述固态试样的质量优选为90～110g，进一步优选为100g。

在本发明中，所述保温的时间优选为60min以上，更优选为60min；所述加热和保温过程优选在惰性气体保护下进行。

由于实际炉缸铁水温度一般为1400～1500℃，将铁水加热到1450℃并保温一段时间后进行检测，与实际炉缸铁水温度符合，检测更加符合实际工况条件，且不同成分铁水的流动性才有可对比性。

得到成分均匀的铁水后，本发明将所述成分均匀的铁水迅速倒入到上述方案所述装置的刚玉双层坩埚的上层，铁水完全倒入后，拔出塞棒，铁水先流到刚玉双层坩埚的下层，然后经由下部孔流到刚玉可替换U型槽，待铁水在刚玉可替换U型槽凝固后，测量铁水流经距离L。

本发明对塞棒拔出的方式没有特殊要求，不引起铁水飞溅即可。本发明迅速将成分均匀的铁水全部倒入刚玉双层坩埚的上层，之后迅速拔出塞棒，以保证测得的铁水的流动性指数最符合实际工况。在本发明中，所述迅速指的是时间不超过10s，即得到成分均匀的铁水后，在10s以内将铁水倒入刚玉坩埚的上层，铁水全部倒入后，在10s以内将塞棒拔出。

本发明根据待测铁水的成分利用式1计算1450℃时的铁水黏度：

η＝34.42973-0.01514(T+273)-0.00349[C]+0.76756[Si]-2.35139[Mn]

-3.63856[P]-6.91921[S]+5.91118[Ti]式1；

式1中，η为铁水粘度(mPa·s)；T为1450℃；[C]、[Si]、[Mn]、[P]、[S]和[Ti]分别为待测铁水中C、Si、Mn、P、S和Ti的质量百分比(％)。

得到铁水流经距离L和铁水粘度η后，本发明根据铁水流经距离L和铁水黏度η，利用式2得到待测铁水的流动性指数：

δ＝L/η式2；

式2中，δ为待测铁水的流动性指数(mm/mPa·s)；L为铁水流经距离(mm)；η为铁水粘度(mPa·s)。

本发明结合铁水黏度计算公式，提出了炉缸铁水流动性指数的计算方法，能够更加科学的评价炉缸铁水流动性，为炼铁操作者检测炉缸铁水流动性提供了标准和指导。

需要说明的是，本发明所述检测炉缸铁水流动性的装置和方法在实际操作时，为了使不同成分的铁水的流动性具备可比性，在检测不同成分的铁水时，装置的参数需要保持一致，方法中的参数也需要保持一致。

下面结合实施例对本发明提供的检测炉缸铁水流动性的装置和方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

1、将检测装置(如图1所示)放于水平地面，检测装置的固定U型槽1与水平地面的倾斜角为1°；将刚玉可替换U型槽2(圆心角为60°，圆的半径为150mm)安装在固定U型槽1(长度S为2000mm，高度H为200mm；宽度K为500mm)上，将实验用刚玉双层坩埚3放在可替换U型槽上，实验用刚玉双层坩埚(埚体高度h为100mm)，上层设置有刚玉塞棒，隔板上设置有Ф25mm的上部圆孔，下层设置有Ф10mm的圆孔(如图2所示)，准备开始实验；

2、将某高炉炉缸铁水取出，浇铸成Ф27mm圆柱试样。已知炉缸铁水成分为：[C]＝4.51％、[Si]＝0.28％、[Mn]＝0.13％、[P]＝0.094％、[S]＝0.055％、[Ti]＝0.066％；

3、将盛有试样的刚玉坩埚放入高温管式炉内加热，当温度升高至1450℃时，保温60min，保证铁水温度、成分均匀；

4、保温结束后，取出盛有铁水的刚玉坩埚，将铁水迅速倒入实验刚玉双层坩埚3的上层；铁水倒入后，拔出塞棒9，铁水从下层坩埚圆孔流出，开始检测；

5、待铁水在U型槽凝固后，测量铁水流经距离L为780mm；

6、根据铁水成分利用公式1计算1450℃时铁水黏度，计算得到铁水黏度为7.90mPa·s；

7、利用测量得到的铁水流经距离L以及计算得到的铁水黏度η，根据公式2计算得到铁水流动性指数为98.73mm/mPa·s。

采用实施例1的装置和方法，对实施例1的炉缸铁水进行两次重复测试，两次得到的铁水流动性指数分别为98.73mm/mPa·s和99.49mm/mPa·s，说明本发明的检测结果波动小、精度高，受人为因素影响小。

由以上实施例可知，本发明提供了一种检测炉缸铁水流动性的装置和方法，本发明提供的方法和装置检测更加符合实际工况条件，避免了渗碳反应导致铁水成分变化对检测的影响，且受人为因素影响小，检测更加便捷、精确，检测成本低，能够更加科学的评价炉缸铁水流动性，为炼铁操作者检测炉缸铁水流动性提供了标准和指导。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种检测炉缸铁水流动性的装置，包括固定U型槽(1)、嵌入到所述固定U型槽(1)中的刚玉可替换U型槽(2)和固定在所述刚玉可替换U型槽(2)高处端的刚玉双层坩埚(3)；

所述固定U型槽(1)与水平地面的倾角α＜2°；

所述刚玉双层坩埚(3)的埚体(5)通过隔板(6)分隔开来形成双层结构，在所述埚体(5)的下层设置有下部孔(7)，在所述隔板(6)上设置有上部孔(8)，还有一个用于封堵上部孔的塞棒(9)，所述上部孔(8)的直径大于下部孔(7)的直径。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述固定U型槽(1)与水平地面的倾角α为1°。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述上部孔(8)的直径比下部孔(7)的直径大10～20mm。

4.根据权利要求1或3所述的装置，其特征在于，所述刚玉双层坩埚埚体(5)底部的直径为68～72mm，下部孔(7)的直径为8～12mm。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述刚玉可替换U型槽(2)和固定U型槽(1)的沟槽相吻合。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述固定U型槽(1)的下方设置有固定支架(4)。

7.根据权利要求1或6所述的装置，其特征在于，所述固定U型槽(1)的长度为1900～2100mm。

8.一种检测炉缸铁水流动性的方法，包括以下步骤：

将已知成分的待测铁水浇铸成型，得到固态试样；

将所述固态试样加热至1450℃后保温，得到成分均匀的铁水；

将所述成分均匀的铁水迅速倒入到权利要求1～7任一项所述装置的刚玉双层坩埚的上层，拔出塞棒，铁水先流到刚玉双层坩埚的下层，然后经由下部孔流到刚玉可替换U型槽，待铁水在刚玉可替换U型槽凝固后，测量铁水流经距离L；

根据待测铁水的成分利用式1计算1450℃时的铁水黏度：

η＝34.42973-0.01514(T+273)-0.00349[C]+0.76756[Si]-2.35139[Mn]-3.63856[P]-6.91921[S]+5.91118[Ti]式1；

式1中，η为铁水粘度(mPa·s)；T为1450℃；[C]、[Si]、[Mn]、[P]、[S]和[Ti]分别为待测铁水中C、Si、Mn、P、S和Ti的质量百分比(％)；

根据铁水流经距离L和铁水黏度η，利用式2得到待测铁水的流动性指数：

δ＝L/η 式2；

式2中，δ为待测铁水的流动性指数(mm/mPa·s)；L为铁水流经距离(mm)；η为铁水粘度(mPa·s)。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，用于加热的所述固态试样的质量为90～110g。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述保温的时间在60min以上。