一種測定夾雜物在冶金用爐渣中溶解速率的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種測定夾雜物在冶金用爐渣中溶解速率的 裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 夾雜物是鋼中的雜質(zhì)之一，是影響鋼材性能的重要因素。鋼中的夾雜物會降低鋼 的疲勞壽命，韌性和塑性，影響鋼的加工性能，對鋼材的表面光潔度和焊接性能有直接影 響。同時鋼中非金屬夾雜物對于鋼板抗撕裂性能和低溫沖擊韌性也有不利影響。因此，選擇 合適渣系去除鋼中夾雜物，對于提高鋼材質(zhì)量極為重要。
[0003] 不同渣系對于鋼中夾雜物的吸收能力不同，普通煉鋼方法對夾雜物控制方面，也 主要是通過優(yōu)化渣系在相圖中的成分區(qū)域、調(diào)節(jié)爐渣堿度、熔化溫度、黏度等普通物化性能 的方法，并結(jié)合一些其他操作手段來綜合調(diào)節(jié)渣系對鋼中夾雜物的去除及控制能力。但無 論何種煉鋼方法，渣系對夾雜物的快速吸收和溶解是夾雜物控制的重要前提。
[0004] 綜上所述，目前，傳統(tǒng)渣系的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行渣系控制鋼中夾雜物能力的研究是有 局限性的，尤其是目前，高端材料(特殊鋼或者特種合金)都是在保護(hù)氣氛下進(jìn)行制備，這就 排除了外界大氣環(huán)境的干擾，即阻隔了外界大氣通過熔渣向鋼中傳氧。在這種條件下，渣系 本身對鋼中夾雜物的吸收和溶解，就決定最終鋼中夾雜物的含量。因此，需要建立一種方 法，測定渣系對鋼中夾雜物的溶解速率，這對鋼中夾雜物的控制具有重要的意義。
[0005] 鋼中夾雜物是影響鋼材性能的主要因素，冶金過程中優(yōu)異的冶煉條件促進(jìn)了有害 夾雜元素及非金屬夾雜物的去除?，F(xiàn)有的檢測方法只是單純的檢測夾雜物在鋼液中的溶解 速率，并沒有考慮實(shí)際冶煉操作中電流對于夾雜物溶解速率的影響，由此產(chǎn)生的誤差致使 檢測結(jié)果不能準(zhǔn)確地反應(yīng)渣系對于鋼中夾雜物的溶解速率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種測定夾雜物在冶金用爐渣中溶解速率 的裝置及方法，目的是通過向液態(tài)冶金用爐渣的熔渣中插入剛玉棒或鎂鋁尖晶石棒，同時 通入電流，模擬實(shí)際電渣冶煉過程，根據(jù)剛玉棒或尖晶石棒在熔渣中隨時間溶解的情況，快 速、真實(shí)地測定夾雜物在冶金用爐渣中溶解速率的目的，為合理渣系的設(shè)計(jì)提供重要的參 考依據(jù)。
[0007] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的測定夾雜物在冶金用爐渣中溶解率的裝置，包括電加熱爐和坩 堝，所述的電加熱爐由爐體、爐管和爐蓋組成，爐管內(nèi)放置有坩堝，坩堝下方的爐管空間填 充有耐火材料，爐管的頂部設(shè)置有耐火磚套，底部設(shè)置有下法蘭;漏斗從耐火磚套插入爐管 內(nèi)的i甘堝正上方，充氣管一端與氣瓶相連，另一端從耐火磚套插入爐管內(nèi)，兩個電極從耐火 磚套插入坩堝內(nèi)，電極另一端通過導(dǎo)線與電源相連，測溫?zé)犭娕紡南路ㄌm插入爐管內(nèi)。
[0008] 采用上述裝置測定夾雜物在冶金用爐渣中溶解率的方法，按照以下步驟進(jìn)行：
[0009] (1)通過充氣管向電加熱爐爐管內(nèi)通入惰性氣體并保持流通，在惰性氣氛條件下 通過漏斗向坩堝中加入冶金用爐渣，將冶金用爐渣渣料加熱至1550~1600°C，保溫10~ 15min使液態(tài)熔渣成分充分均勻化；
[0010] (2)稱量剛玉棒或鎂鋁尖晶石棒質(zhì)量為m，其直徑為D，半徑R = 2/D，單位mm，將剛 玉棒或鎂鋁尖晶石棒插入液態(tài)熔渣中，插入深度為H，通過電源向兩電極通電，并與液態(tài)熔 渣構(gòu)成通電回路，模擬電渣冶金過程，剛玉棒或鎂鋁尖晶石棒在熔渣中進(jìn)行勻速旋轉(zhuǎn)，發(fā)生 溶解反應(yīng)，反應(yīng)總時間為T;
[0011] (3)取出剛玉棒或鎂鋁尖晶石棒，冷卻至室溫后，用稀鹽酸浸泡剛玉棒或鎂鋁尖晶 石棒表面熔渣，浸泡24小時后，取出剛玉棒或鎂鋁尖晶石棒，用細(xì)砂紙將剛玉棒或鎂鋁尖晶 石棒表面熔渣打磨掉，再次稱量剛玉棒或鎂鋁尖晶石的質(zhì)量m2,溶解反應(yīng)前后剛玉棒或鎂 錯尖晶石棒所減少的質(zhì)量為Am，Am=mi-m2;
[0012] (4)夾雜物顆粒在相應(yīng)渣系成分下的溶解速率計(jì)算公式為：
[0014]其中:K為夾雜物顆粒的溶解速率，單位為g/(mm2 · min) ;Am為剛玉棒或鎂鋁尖晶 石棒溶解反應(yīng)前后的質(zhì)量差，單位g; 3為剛玉棒或鎂鋁尖晶石棒與恪渣的平均接觸面積， 單位mm2; T為剛玉棒或鎂鋁尖晶石棒在熔渣中的總?cè)芙鈺r間，單位為min;
[0015] 所述的2是根據(jù)剛玉棒或鎂鋁尖晶石棒與熔渣的實(shí)際接觸面積A求出，具體步驟 是：
[0016] 剛玉棒或鎂鋁尖晶石棒與熔渣的實(shí)際接觸面積A是隨時間t變化的函數(shù)，根據(jù)A隨 時間變化的曲線得到：
[0018] 而剛玉棒或鎂鋁尖晶石棒與熔渣在某一時刻的實(shí)際接觸面積A等于這一時刻，該 剛玉棒或鎂鋁尖晶石棒在熔渣中底面的面積A底和該剛玉棒或鎂鋁尖晶石棒插入熔渣中的 部分的側(cè)面面積A側(cè)之和，BP :
[0019] A(t)=A底(t)+A側(cè)(t)，其中：
[0020] Aff = 2irrh
[0021] A底=Jir2
[0022] 所述的r和h分別是剛玉棒或鎂鋁尖晶石棒在熔渣中溶解過程中的半徑和長度，它 們?nèi)允菚r間的函數(shù)，單位為_;
[0023] 代入式②中得到：
[0025] 進(jìn)一步假定剛玉棒在任意垂直于剛玉棒軸線的方向上溶解速率都處于穩(wěn)態(tài)且相 等，設(shè)定b是剛玉棒初始半徑和溶解后半徑的差值，單位mm，則：
[0027] 其中：D是剛玉棒溶解前直徑，單位mm，d是剛玉棒溶解后直徑，單位mm;
[0028] 用b/T表征剛玉棒半徑減少的速率，得得到剛玉棒溶解過程中半徑r隨時間的變化 式：
[0031]同時假定剛玉棒在平行于軸線的方向上的溶解速率等于垂直方向上的溶解速率， 得剛玉棒溶解部分長度隨時間的變化式：
[0033] Η是剛玉棒插入熔渣中的溶解部分初始長度，單位mm;
[0034]將④和⑤式代入③式求出平均接觸面積?,再代入①式可以得到如下公式：
[0036] 即，剛玉棒在熔渣中的溶解率速率隨時間變化的曲線K-T。
[0037] 其中，所述的稀鹽酸濃度為0.25~1.0m〇l/L。
[0038] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)和有益效果是：
[0039] 本發(fā)明方法通過在測定過程中外加電場，使熔融狀態(tài)下的渣系在電場下進(jìn)行運(yùn) 動，通過模擬實(shí)際生產(chǎn)中鋼中夾雜物與熔融渣系的反應(yīng)，增加了實(shí)驗(yàn)的擬合度，是實(shí)驗(yàn)結(jié)果 更加精確。
[0040] 本發(fā)明的方法能夠直觀、準(zhǔn)確、快速地測定出典型夾雜物在特定渣系中的溶解速 率，從而為煉鋼過程渣系的設(shè)計(jì)及優(yōu)化提供重要的參考依據(jù)。
[0041] 因此，本發(fā)明的技術(shù)方案運(yùn)用旋轉(zhuǎn)柱體法重點(diǎn)研究不同溫度、時間、渣成分、浸漬 長度和旋轉(zhuǎn)速度條件下渣對夾雜物（剛玉棒、鎂鋁尖晶石棒）的溶解速率，進(jìn)而探究電渣含 氟渣系對夾雜物的吸收機(jī)理，是一種測定爐渣對鋼中夾雜物吸收動力學(xué)特征的方法，爐渣 可以包括冶金領(lǐng)域的多個環(huán)節(jié)，如普通轉(zhuǎn)爐用爐渣、精煉工位用精煉渣、連鑄保護(hù)渣及特種 冶金領(lǐng)域所用爐渣。
[0042] 本發(fā)明在研究夾雜物在鋼液中的溶解速率的同時，采用對實(shí)驗(yàn)體系外加電流的方 法，模擬實(shí)際生產(chǎn)操作過程電流對于夾雜物溶解速率的影響。
【附圖說明】
[0043] 圖1是本發(fā)明的測定夾雜物在冶金用爐渣中溶解速率的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044] 其中：1:電源;2:導(dǎo)線;3:漏斗;4:充氣管;5:耐火磚套;6:爐蓋;7:爐體;8:爐管;9: 坩堝；10:液態(tài)熔渣；11:發(fā)熱體；12:耐火材料；13:測溫?zé)犭娕迹?4:下法蘭；15:氣瓶；16:電 極；
[0045] 圖2是本發(fā)明中剛玉棒或鎂鋁尖晶石棒與熔渣的實(shí)際接觸面積A是隨時間t變化的 函數(shù)曲線圖；
[0046] 圖3是本發(fā)明中剛玉棒或鎂鋁尖晶石棒在熔渣中發(fā)生溶解反應(yīng)前后的尺寸示意 圖；
[0047] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例1的剛玉棒溶解速率隨時間的變化曲線圖；
[0048]圖5為本發(fā)明實(shí)施例2的剛玉棒溶解速率隨時間的變化曲線圖；
[0049 ]圖6為本發(fā)明實(shí)施例3的剛玉棒溶解速率隨時間的變化曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0050]本實(shí)施例中的測定夾雜物在冶金用爐渣中溶解速率的裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所 示，包括電加熱爐和坩堝9,所述的電加熱爐由爐體7、爐管8和爐蓋6組成，爐管8內(nèi)放置有坩 堝9,坩堝9下方的爐管8空間填充有耐火材料12,爐管8的頂部設(shè)置有耐火磚套5,底部設(shè)置 有下法蘭14;漏斗3從耐火磚套5插入爐管8內(nèi)的坩堝9正上方，充氣管4 一端與氣瓶15相連， 另一端從耐火磚套5插入爐管8內(nèi)，兩個電極16從耐火磚套5插入i甘堝9內(nèi)，電極16另一端通 過導(dǎo)線2與電源1相連，測溫?zé)犭娕?3從下法蘭14插入爐管8內(nèi)。
[0051 ]電加熱爐本身自帶發(fā)熱體11。
[0052]本發(fā)明實(shí)施例中分析剛玉棒在熔渣中溶解速率的方法為:通過測量計(jì)算剛玉棒與 熔渣接觸的表面積，并通過表面積計(jì)算剛玉棒單位時間內(nèi)單位表面積的溶解速率。
[0053]實(shí)施例中采用的惰性氣體為氬氣。
[0054] 實(shí)施例1
[0055] 本實(shí)施例采用圖1中的裝置測定夾