CN111965087A - 一种铁合金固相渗碳行为的试验装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种铁合金固相渗碳行为的试验装置和方法,涉及钢铁冶金技术领域,能够改善传统实验室液滴产生困难的问题,克服因样品间接触而引起的固相渗碳带来的实验误差;该方法的步骤包括:S1、将待测的碳素材料制备成符合尺寸和形状要求的碳质基底;S2、将所述碳质基底置于坩埚底部;所述坩埚位于能够调节气氛和温度的反应装置中;S3、在所述碳质基底上方安装刚玉漏斗,所述刚玉漏斗的漏口与所述碳质基底正对;并将试验用铁合金置于所述刚玉漏斗内;S4、升高所述反应装置内的温度,使铁合金溶化滴落在所述碳质基底上,再降温得到固相渗碳的样品。本发明提供的技术方案适用于固相渗碳试验的过程中。
Description
【技术领域】
本发明涉及钢铁冶金技术领域,尤其涉及一种铁合金固相渗碳行为的试验装置和方法。
【背景技术】
目前,在炼铁领域,传统高炉炼铁仍然占据炼铁工艺的主导地位,高炉炼铁中一个重要的环节就是铁水的渗碳过程。铁液的渗碳情况不光影响到生铁的碳含量,也影响到炉缸部位铁水对耐火材料的侵蚀。同时生铁中的碳含量对于下游的负能炼钢具有重要意义。
现在的实验室研究铁水渗碳的有直接利用固态铁合金的,也有利用喷射装置形成铁滴的。但是前者不能避免固体状态下碳向铁合金中的溶解;后者因为装置复杂,成本较高。
因此,有必要研究一种测试铁合金固相渗碳行为的装置和方法来应对现有技术的不足,以解决或减轻上述一个或多个问题。
【发明内容】
有鉴于此,本发明提供了一种铁合金固相渗碳行为的试验装置及方法,能够改善传统实验室液滴产生困难的问题,操作简单易行,运行成本低,且安全性高,克服了因样品间接触而引起的固相渗碳带来的实验误差。
一方面,本发明提供一种铁合金固相渗碳行为的试验装置,其特征在于,所述装置包括坩埚、置于坩埚底部的碳质基底、置于碳质基底上方的刚玉漏斗;铁合金放置于所述刚玉漏斗内。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述装置还包括能够调节气氛和温度的反应装置,所述坩埚置于所述反应装置内。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述反应装置为马弗炉。
另一方面,本发明提供一种铁合金固相渗碳行为的试验方法,其特征在于,所述方法的步骤包括:
S1、将待测的碳素材料制备成符合尺寸和形状要求的碳质基底;
S2、将所述碳质基底置于坩埚底部;所述坩埚位于能够调节气氛和温度的反应装置中;
S3、在所述碳质基底上方安装刚玉漏斗,所述刚玉漏斗的漏口与所述碳质基底正对;并将试验用铁合金置于所述刚玉漏斗内;
S4、升高所述反应装置内的温度,使铁合金溶化滴落在所述碳质基底上,再降温得到固相渗碳的样品。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,升高所述反应装置内的温度的过程具体为:以20~25K/min的速率升温至1173~1223K;再以5~10K/min的速率升温至1823~1873K,并保温90~120min;再在保护气氛作用下对样品进行快速冷却。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述反应装置为马弗炉。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述保护气氛为氩气。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述方法还包括:
S5、对得到的样品进行研究,得到碳素材料的溶解行为以及铁碳的界面行为。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述碳质基底的制备方法为由块状碳素材料切割而成或者由粉状碳素材料压制得到。
与现有技术相比,本发明可以获得包括以下技术效果:该方法结合碳素材料向铁合金中溶解的理念,通过刚玉漏斗完成铁合金在高温下的溶解滴落,借此来研究碳素材料的溶解行为,以及铁碳的界面行为;同时本发明改善了传统实验室液滴产生困难,操作简单易行,运行成本低,且安全性高,克服了因样品间的接触而引起的固相渗碳带来的实验误差。
当然,实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明一个实施例提供的测试铁合金固相渗碳行为的装置结构示意图;
图2是本发明一个实施例提供的铁合金固相渗碳行为的结果图;
图3是本发明一个实施例提供的测试铁合金固相渗碳行为的装置实体图;
图4是本发明一个实施例提供的铁滴在不同碳素材料界面反应后的现象图。
其中,图中:
1-坩埚;2-碳质基底;3-刚玉漏斗;4-铁合金;5-熔池。
【具体实施方式】
为了更好的理解本发明的技术方案,下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的,而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式,除非上下文清楚地表示其他含义。
本发明提供一种测试铁合金固相渗碳行为的装置和方法,该方法结合碳素材料向铁合金中溶解的理念,通过刚玉漏斗3完成铁合金在高温下的溶解滴落,借此来研究碳素材料的溶解行为,以及铁碳的界面行为。
用于测试铁合金在碳素材料表面反应及润湿行为的方法包括以下步骤:
(2)实验主要在气氛可控的马弗炉中进行,可对实验气氛进行合理调控;
(3)为避免铁合金和碳素材料在铁熔化前的固相渗碳,本申请采用刚玉漏斗作为高温下铁滴的发生装置;自制的刚玉漏斗在高温实验过程中既可以创造铁滴的形成环境,又不会对铁液的成分造成改变;刚玉漏斗3置于坩埚1中,坩埚1置于马弗炉中,坩埚1为石墨坩埚;铁合金4置于刚玉漏斗3内;
(4)实验过程的升温制度为以20~25K/min的速度升温至1173~1223K,继续以5~10K/min的速度升温至1823~1873K,并在该温度下保温90~120min,之后通入氩气对样品进行快速冷却。
实施例1
如图1和图2所示,本实施例提供了一种测试铁合金固相渗碳行为的装置和方法,包括以下步骤:
具体的,实验选用四种不同的碳素材作为研究对象,分别记为C1,C2,C3,C4,尺寸为φ22mm×7mm。C1为尺寸为45μm~74μm的石墨粉压制成型的(wt.%C>99.99%)。对相同粒径的焦炭粉进行酸洗脱灰,脱灰后焦粉用同样的方法做成C2,未脱灰焦粉制作成为C3。C4为焦炭切片。
(2)实验主要在气氛可控的马弗炉中进行;
具体的,实验中选用工业纯铁(>99.75%,7mm×7mm×7mm)作为碳不饱和的合金样品,上述四种碳质材料作为基底材料φ22mm×7mm,实验过程中气氛控制为高纯氩气;
(3)为避免铁合金和碳素材料间在铁熔化前的固相渗碳,我们设计了刚玉漏斗作为高温下铁滴的发生装置。如图3所示。
(4)升温制度为以25K/min升温至1173K,继续以5K/min升温至1873K,并在该温度下保温90min,之后通入氩气对样品进行快速冷却。
经所述工艺得到铁滴在碳素材料界面反应后的现象如图4所示。
本发明提供了一种简单易行的用于实验室研究铁合金在碳素材料表面反应及润湿行为的装置和方法。该方法通过简易实验装置在一定温度下形成铁合金的液体,通过特制的流动漏斗,最终滴落在碳素材料压片或者切片上。该实验装置克服了实验室条件下液滴发生困难,能够很好的用于研究一定温度下碳素材料向液态铁合金的溶解程度,避免了碳素材料与铁合金在固态条件下直接接触导致的固相渗碳对实验结果的影响。本发明改善了传统实验室液滴产生困难,操作简单易行,运行成本低,且安全性高,克服了因样品间的接触而引起的固相渗碳带来的实验误差。
以上对本申请实施例所提供的一种铁合金固相渗碳行为的试验装置和方法,进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本申请的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解,硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式,而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语,故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内,本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题,基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式,然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的,并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。
还需要说明的是,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
应当理解,本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B这三种情况。另外,本文中字符“/”,一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例,但如前所述,应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式,不应看作是对其他实施例的排除,而可用于各种其他组合、修改和环境,并能够在本文所述申请构想范围内,通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围,则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。
Claims (10)
1.一种铁合金固相渗碳行为的试验装置,其特征在于,所述装置包括坩埚、置于坩埚底部的碳质基底和置于碳质基底上方的刚玉漏斗;铁合金放置于所述刚玉漏斗内。
2.根据权利要求1所述的铁合金固相渗碳行为的试验装置,其特征在于,所述装置还包括能够调节气氛和温度的反应装置,所述坩埚置于所述反应装置内。
3.根据权利要求2所述的铁合金固相渗碳行为的试验装置,其特征在于,所述反应装置为马弗炉。
4.一种铁合金固相渗碳行为的试验方法,其特征在于,所述方法的步骤包括:
S1、将待测的碳素材料制备成符合尺寸和形状要求的碳质基底;
S2、将所述碳质基底置于坩埚底部;所述坩埚位于能够调节气氛和温度的反应装置中;
S3、在所述碳质基底上方安装刚玉漏斗,所述刚玉漏斗的漏口与所述碳质基底正对;并将试验用铁合金置于所述刚玉漏斗内;
S4、升高所述反应装置内的温度,使铁合金溶化滴落在所述碳质基底上,再降温得到固相渗碳的样品。
5.根据权利要求4所述的铁合金固相渗碳行为的试验方法,其特征在于,升高所述反应装置内的温度的过程具体为:以20~25K/min的速率升温至1173~1223K;再以5~10K/min的速率升温至1823~1873K,并保温90~120min;再在保护气氛作用下对样品进行快速冷却。
6.根据权利要求4所述的铁合金固相渗碳行为的试验方法,其特征在于,所述反应装置为马弗炉。
7.根据权利要求5所述的铁合金固相渗碳行为的试验方法,其特征在于,所述保护气氛为氩气。
8.根据权利要求4所述的铁合金固相渗碳行为的试验方法,其特征在于,所述方法还包括:
S5、对固相渗碳的样品进行研究,得到碳素材料的溶解行为以及铁碳的界面行为。
10.根据权利要求9所述的铁合金固相渗碳行为的试验方法,其特征在于,所述碳质基底的制备方法为由块状碳素材料切割而成或者由粉状碳素材料压制得到。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201120 |
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