[发明专利]研究高炉炉缸炉底炭砖环裂机理的实验装置及方法

权利要求书

1.一种研究高炉炉缸炉底炭砖环裂机理的实验装置，其特征在于，它包括一氧化碳发生装置、电阻炉和尾气处理设备，一氧化碳发生装置与电阻炉的进气口相连，电阻炉的出气口和尾气处理设备相连，所述的电阻炉内有加热装置和试样炭砖；

所述的试样炭砖外形轮廓为长方体，其外形尺寸为(350～400)mm×(100～200)mm×(150～200)mm；试样炭砖顶部有一个长方体空腔，其外形尺寸为(250～350)mm×(50～80)mm×(40～60)mm，在该空腔内设置一块与其外形尺寸相适应的密封盖；

在所述的密封盖上预留3个的通孔，在试样炭砖侧壁预留一个的通孔，通孔内分别安装有热电偶；

在所述的长方体空腔的下方设有扩散通道与其相连通，其外形尺寸为(250～300)mm×(50～80)mm×(40～60)mm；

在所述的扩散通道的下方设置坩埚槽与其相连通，其外形尺寸为(100～150)mm×(40～50)mm×(40～50)mm，其长度方向与扩散通道的宽度方向平行；

在所述的坩埚槽的底部设置有2～3个通气孔连通坩埚槽与试样炭砖外部，通气孔的外形为直径：(10～20)mm，高：(30～40)mm的圆柱形。

2.如权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述的密封盖的材质也与试样炭砖的材质相同。

3.如权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述的加热装置位于试样炭砖的底部，加热装置为电阻加热器。

4.利用权利要求1所述的实验装置研究高炉炉缸炉底炭砖环裂机理的方法，步骤如下：

1)选取一块表面无裂缝的试样炭砖置于电阻炉中进行烘烤，烘烤温度为105～115℃，烘烤时间为22～24h；

2)空炉实验：开启电阻炉的进气口和出气口，向电阻炉内通入CO气体，CO气体的流量为16～35升/min，通气3分钟后关闭电阻炉的出气口，继续向电阻炉通入CO气体，当电阻炉内CO气体的气压达到3～4个大气压时，关闭电阻炉的进气口；开启电阻炉内的加热装置对试样炭砖进行加热，当炉内温度达到800℃时，维持此温度60分钟；继续加热，当炉内温度达到1000℃时，维持此温度60分钟，记录测量炭砖温度分布的4根热电偶的温度，以备后续电阻炉调温；加热结束后，取出试样炭砖，如试样炭砖出现新裂缝，对试样炭砖上出现的新裂缝进行编号标记、拍照；记录裂缝所对应位置的热电偶温度，直接对裂缝的断口进行形貌分析；

3)另取一块表面无裂缝的试样炭砖，在其内部的坩埚槽内放置固体钾金属，固体钾金属的质量为0.1-0.6kg；将试样炭砖放入电阻炉内，开启电阻炉的进气口和出气口，CO气体通过进气口通入电阻炉，CO气体的流量为16～35升/min，通气3分钟后关闭电阻炉的出气口，继续向电阻炉通入CO气体，当电阻炉内CO气体的气压达到3～4个大气压时，关闭电阻炉的进气口；

4)开启电阻炉内的加热装置对试样炭砖进行加热，当炉内温度处于800～900℃之间时，维持此加热状态70-74h；

5)取出试样炭砖，如无新增裂缝，则在扩散层底部和密封盖底部人工刻出裂缝，裂缝的位置与在热电偶设置的位置相对应，裂缝的宽度为1～2mm，裂缝方向与试样炭砖的宽度方向一致，开启电阻炉内的加热装置对试样炭砖进行加热，当炉内温度处于800～900℃之间时，维持加热状态94～98h；如有新增裂缝，直接进行步骤6)；

6)将试样炭砖冷却至室温后，对裂缝进行XRD分析、断口形貌分析和记录在加热时裂缝所对应位置的热电偶温度。