CN112611667B - 钢包渣线耐材冲刷侵蚀的物理模拟试验装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种模拟渣钢界面钢水对钢包渣线耐材冲刷侵蚀的物理模拟试验装置及使用方法，适用于应用底吹氩、RH等精炼处理方法，渣钢界面搅动剧烈的钢包精炼反应器，属于冶金过程物理模拟试验领域。试验装置采用加工容易、密度大于水、无纹理的材质制成，形状根据钢包渣线部位设计以确保其贴紧渣线位置，并在装置上加工出等间距的槽。使用过程将腻子粉膏均匀涂抹在试验装置上，钢包模型稳定流动时，涂抹有腻子粉膏的试验装置紧贴在所需要研究渣线冲蚀的钢包壁内侧，每间隔固定时间对试验装置进行拍照，后使用图像处理程序对腻子粉膏脱落面积进行测量。根据腻子粉膏冲刷减薄的速度和面积来评价该工艺条件下渣钢界面钢水对钢包渣线耐材的冲刷侵蚀程度。
Description
技术领域
本发明涉及冶金过程物理模拟试验领域，涉及一种炼钢过程中渣钢界面对钢包渣线耐材冲刷侵蚀的物理模拟试验装置及使用方法。
背景技术
钢包是储存、运输和处理钢水的容器，随着对钢水洁净度要求的进一步提升，很多钢种都在钢包中进行精炼处理，使钢包由传统的承接钢水的功能同时兼具精炼的功能，成为一个精炼反应器。伴随着底吹氩工艺、LF、RH、VD等精炼处理的应用越来越广泛，钢包的使用环境更加苛刻，因而对钢包的使用寿命提出了更高的要求。
耐火材料是确保钢铁安全生产、优质、高效、低耗和环保所必须的耐高温基础材料。在钢铁工业中，耐火材料大量用于修砌精炼处理设备的内衬，而熔池中耐火材料在渣钢界面处的侵蚀最为严重，渣表面处略低于渣钢界面处，渣层次之，铁浴最小。渣线部位是耐火材料侵蚀最为严重的部位，在很大程度上决定了耐火材料的寿命，众多研究者对该部位的侵蚀机理进行了大量的研究，但目前的研究主要集中在对高性能耐火材料的开发、炉渣-钢液-耐火材料之间的相互作用上，在钢水对渣线部位耐火材料机械冲刷和磨损的研究较少。已有研究者采用数值模拟的手段，计算模拟底吹氩工艺下，钢包渣线在冶炼过程中壁面剪切力的情况，来预测模拟渣线冲蚀的程度与趋势，但数值模拟难度高、结果缺少实际试验的验证，使用工业试验对数值模拟结果验证具有成本高、操作繁琐等问题，未发现使用物理模拟进行渣线部位冲刷侵蚀的研究。
发明内容
本发明的目的就在于为研究渣钢界面钢水对渣线部位耐火材料的冲刷侵蚀而提供一种试验装置及方法。
本发明提出一种模拟渣钢界面钢水对钢包渣线耐材冲刷侵蚀的物理模拟试验方法及装置(以下称试验装置)，适用于应用了底吹氩、RH等精炼处理方法，渣钢界面搅动剧烈的钢包精炼反应器。
一种钢包渣线耐材冲刷侵蚀的物理模拟试验装置，该试验装置的形状根据钢包渣线部位设计以确保其贴紧渣线位置，在装置上加工出等间距的槽。
进一步地，该试验装置使用加工容易、密度大于水、无纹理的材质制成。
进一步地，该试验装置使用亚克力板制成。
进一步地，试验装置的厚度为2～4mm，并在上面开槽，槽深0.5～2mm，槽宽度0.5～3mm，槽间距0.5～3mm。
如上所述试验装置的使用方法，所述试验装置紧贴在所需要研究钢包渣线冲刷侵蚀的壁上；使用腻子粉与水以(2～5)：1的质量比调成腻子粉膏，腻子粉膏均匀涂抹在试验装置上，并用刮板找平，腻子粉膏在槽外平面上的涂抹厚度为1～3mm。
进一步地，冲刷过程中每间隔固定时间对试验装置进行拍照，后使用图像处理程序对面积进行测量。
如上所述试验装置的使用方法，该试验装置用于冶金过程物理模拟实验中，模拟钢水对钢包渣线附近耐火材料的冲刷侵蚀，使用方法具体为：
1)将腻子粉膏均匀涂抹在试验装置上，并用刮板找平，腻子粉膏在槽外平面上的涂抹厚度为1～3mm；
2)将涂抹上腻子粉膏的试验装置紧贴放置在所需要研究钢包渣线冲刷侵蚀的壁上；
3)根据实际渣线冲刷侵蚀情况每间隔固定时间对试验装置进行拍照，全过程持续5～60分钟不等；后续使用图像处理软件对试验装置的冲刷侵蚀情况进行评价。
进一步地，所述试验装置在涂抹上腻子粉膏后可根据实际情况晾干一段时间，在改变工艺参数过程中，需确保所有试验的涂抹及晾干过程一致。
进一步地，所述试验装置在放入钢包模型时，钢包模型应处于流动稳定状态，并在将试验装置放入钢包模型的同时计时，开始冲蚀试验。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，钢包物理模型在稳定流动过程时，将涂抹上腻子粉膏的试验装置紧贴在所研究渣线冲刷侵蚀的钢包壁内侧。随着流动过程的进行，水的表面波动剧烈，试验装置上腻子粉膏厚度逐渐减薄直至露出试验装置。钢包结构、底吹氩、RH等设备及工艺参数变化下，腻子粉膏冲刷减薄的速度和大小不一致。据此可以评价该工艺条件下钢包渣钢界面钢水对渣线部位的冲蚀程度，进而得到可有效控制钢包渣线冲刷侵蚀的工艺参数及结构。该方法的数据由物理模拟实验得到，与实际生产中的过程相似，具有直观性，数据也可为数值模拟提供验证。
附图说明
图1为本发明实施例1中，底吹氩工艺钢包结构俯视图及渣线冲蚀装置安放示意图，其中：1(a)-钢包上檐轮廓，1(b)-钢包下檐轮廓，2-底吹气孔，3-钢包钢液出口，4(a)～4(d)-试验装置的4个安放位置；
图2为本发明实施例1中，试验装置示意图；
图3为本发明实施例1中，4(b)位置冲刷2～10分钟试验装置图；
图4为本发明实施例2中，RH精炼钢包结构俯视图及试验装置安放示意图，其中：1(a)-钢包上檐轮廓，1(b)-钢包下檐轮廓，2-上升管，3-下降管，4(a)～4(d)-试验装置的4个安放位置。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提出一种模拟渣钢界面钢水对钢包渣线耐材冲刷侵蚀的物理模拟试验方法及装置(以下称试验装置)，适用于底吹氩、RH等精炼处理过程，渣钢界面搅动剧烈的钢包精炼反应器。
该试验装置使用加工容易、密度大于水、无纹理的材质制成。
该试验装置使用亚克力板制成。
该试验装置形状通常带弧度的矩形板，也可根据钢包渣线部位设计为其他形状确保其贴紧渣线位置。
该试验装置的厚度为2～4mm，并在上面开槽，槽深0.5～2mm，槽宽度0.5～3mm，槽间距0.5～3mm。
该试验装置在使用时应配合腻子粉膏，腻子粉与水的质量比为(2～5)∶1。
在具体实施过程中，以相似比为1∶4的85t钢包底吹氩工艺物理模拟过程为例：
(1)按照所需研究钢包渣线冲刷侵蚀的包壁形状，设计加工试验装置。
(2)调整好钢包模型的试验参数，钢包模型处于正常流动状态。
(3)将腻子粉膏均匀涂抹在试验装置上，并用刮板找平，腻子粉膏在槽外平面上的涂抹厚度为1～3mm。
(4)将涂抹上腻子粉膏的试验装置紧贴放置在所需要研究渣线冲蚀的钢包壁内侧。
(5)根据实际渣线冲蚀情况每间隔固定时间对试验装置进行拍照，全过程持续5～60分钟不等。
(6)实验结束后使用图像处理软件计算每张图片冲蚀部分的面积，对钢包渣线部位包壁的冲蚀情况进行定量评价。
实施例1
在具体实施过程中，以相似比为1∶4的85t钢包底吹氩工艺物理模拟物理模拟过程为例：
(1)使用亚克力板加工试验装置，装置紧贴包壁，长度对应圆心角为30度，高290mm，厚度2mm，槽深0.7mm，槽宽1mm，槽间距1mm，槽与水平方向平行。
(2)钢包模型使用透明的亚克力板制成，调整好钢包模型的试验参数，钢包模型处于正常流动状态。
(3)腻子粉与水以2∶1质量比配成腻子粉膏，将腻子粉膏均匀涂抹在试验装置上，并用刮板找平，腻子粉膏在槽外平面上的涂抹厚度为1mm。
(4)将静置晾干3分钟的涂抹有腻子粉膏的试验装置紧贴放置在钢包4(a)位置。
(5)每间隔2分钟，将试验装置取出进行拍照，取出后马上放置到钢包内原位置，全过程持续10分钟。
(6)将试验装置的安放位置改为4(b)、4(c)、4(d)，重复步骤(3)、(4)、(5)。
(7)实验结束将使用图像处理软件计算每张图片冲蚀部分的面积，对钢包不同位置渣线部位的冲蚀情况进行定量评价。
实施例2
在具体实施过程中，以相似比为1∶4的150t RH精炼钢包物理模拟过程为例：
(1)使用亚克力板加工试验装置，装置紧贴包壁，长度对应圆心角为60度，高360mm，厚度2.5mm，槽深1mm，槽宽2mm，槽间距2mm，槽与水平方向平行。
(2)钢包模型使用透明的亚克力板制成，调整好钢包模型的试验参数，钢包模型处于正常流动状态。
(3)腻子粉与水以2.5∶1质量比配成腻子粉膏，将腻子粉膏均匀涂抹在试验装置上，并用刮板找平，腻子粉膏在槽外平面上的涂抹厚度为1mm。
(4)将静置晾干5分钟的涂抹有腻子粉膏的试验装置紧贴放置在钢包4(a)位置。
(5)每间隔5分钟，将试验装置取出进行拍照，取出后马上放置到钢包内原位置，全过程持续20分钟。
(6)将试验装置的安放位置改为4(b)、4(c)、4(d)，重复步骤(3)、(4)、(5)。
(7)实验结束将使用图像处理软件计算每张图片冲蚀部分的面积，对钢包不同位置渣线部位的冲蚀情况进行定量评价。
以上所述是本发明的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，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 (6)
1.一种钢包渣线耐材冲刷侵蚀的物理模拟试验装置的使用方法，其特征在于：试验装置的形状根据钢包渣线部位设计以确保其贴紧渣线位置，在装置上加工出等间距的槽，在所述试验装置上位于所述槽内均匀涂抹腻子粉膏；试验装置的厚度为2~4mm，并在上面开槽，槽深0.5~2mm，槽宽度0.5~3mm，槽间距0.5~3mm；
试验装置紧贴在所需要研究钢包渣线冲刷侵蚀的壁上；使用腻子粉与水以(2~5):1的质量比调成腻子粉膏，腻子粉膏均匀涂抹在试验装置上，并用刮板找平，腻子粉膏在槽外平面上的涂抹厚度为1~3mm；
该试验装置用于冶金过程物理模拟实验中，模拟钢水对钢包渣线附近耐火材料的冲刷侵蚀，使用方法具体为：
1）将腻子粉膏均匀涂抹在试验装置上，并用刮板找平，腻子粉膏在槽外平面上的涂抹厚度为1~3mm；
2）将涂抹上腻子粉膏的试验装置紧贴放置在所需要研究钢包渣线冲刷侵蚀的壁上；所述试验装置在放入钢包模型时，钢包模型应处于流动稳定状态；
3）根据实际渣线冲刷侵蚀情况每间隔固定时间对试验装置进行拍照，全过程持续5~60分钟不等；后续使用图像处理软件对试验装置的冲刷侵蚀情况进行评价。
2.根据权利要求1所述的钢包渣线耐材冲刷侵蚀的物理模拟试验装置的使用方法，其特征在于：该试验装置使用加工容易、密度大于水、无纹理的材质制成。
3.根据权利要求1所述的钢包渣线耐材冲刷侵蚀的物理模拟试验装置的使用方法，其特征在于：该试验装置使用亚克力板制成。
4.根据权利要求1所述的钢包渣线耐材冲刷侵蚀的物理模拟试验装置的使用方法，其特征在于：冲刷过程中每间隔固定时间对试验装置进行拍照，后使用图像处理程序对面积进行测量。
5.根据权利要求1所述的钢包渣线耐材冲刷侵蚀的物理模拟试验装置的使用方法，其特征在于：
所述试验装置在涂抹上腻子粉膏后可根据实际情况晾干一段时间，在改变工艺参数过程中，需确保所有试验的涂抹及晾干过程一致。
6.根据权利要求1所述的钢包渣线耐材冲刷侵蚀的物理模拟试验装置的使用方法，其特征在于：
在将试验装置放入钢包模型的同时计时，开始冲蚀试验。
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