[发明专利]一种模拟高炉炉缸炉底铁水流动的实验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种模拟高炉炉缸炉底铁水流动的实验装置及方法，属于冶金炼铁研究技术领域。

背景技术

炉缸炉底是高炉长寿高效的限制性部位之一，研究炉缸炉底的铁水流动状态是分析炉缸炉底侵蚀规律的关键，研究炉缸炉底的铁水流动状态对高炉长寿具有重要意义。

实际工作中，高炉炉缸内铁水的温度高达1500℃，风口的理论燃烧温度高达2000℃。炉缸内的压力高达3～4个大气压，且整个生产过程为全封闭形式，外界几乎不能直接观测其内部的生产情况，在高炉炉缸炉底出现异常情况时难以分析其原因，给冶金工作者分析问题、解决问题造成困难。

国内，在高炉炉缸炉底多参数条件下的实验研究的报导较少，且没有提出统一的实验方案和实验标准，主要是因为高炉炉缸炉底铁水流动状态涉及的因素较多，需要多套实验装置或多种实验方法才能进行研究，工作量和实验成本较大，不利于科研工作者全面展开研究工作。国外在高炉炉缸炉底铁水流动状态方面的物理模型研究方面众说纷纭，针对各自关心的领域和问题自行设计物理模型，在设计物理模型的过程中提出了不同的假设并忽略了不同的影响因素，至今没有形成统一的实验方法和规范，对于不同的实验得到的结果不能相互引用、相互印证，造成大量的重复研究和资源浪费。

发明内容

针对以上的技术问题，本发明公开一种模拟高炉炉缸炉底铁水流动的实验装置，同时公开了一种利用上述实验装置模拟高炉炉缸炉底铁水流动的实验方法。

名词解释：

1、激光多普勒测速仪：利用激光的多普勒效应来测量流速的一种仪器。它是通过测量散射体内散射质点产生的多普勒频移来求得流速的。

2、无焦空间：在高炉炉缸炉底没有焦炭或孔隙度非常大的区域，其可能存在于炉缸侧壁和炉底的临近区域。

本发明的具体技术方案如下：

一种模拟高炉炉缸炉底铁水流动的实验装置，包括圆筒形透明容器、密封盖、空气散放孔、冷风围管和放水口，所述的密封盖盖在圆筒形透明容器的上端，密封盖的直径与圆筒形透明容器的内径相适应；所述的空气散放孔设置在密封盖上；在密封盖的下表面有冷风围管，所述的冷风围管的环绕直径与圆筒形透明容器的内径相适应；在密封盖的上表面设有冷风入口，冷风入口与冷风围管相连通；所述的冷风围管上均匀设置有多个出风口，出风口朝向圆筒形透明容器内；在圆筒形透明容器上有2个放水口；

在圆筒形透明容器的底部设置有4个直角三角形隔板，三角形隔板的两个直角边分别与圆筒形透明容器侧壁和底部相连，所述三角形隔板上有孔，孔的数量为5～6个，直径为8-10mm；

所述的圆筒形透明容器内设置有模拟死料柱，包括网兜、空心塑料球和玻璃球，空心塑料球和玻璃球共同盛装在塑料网兜中，所述的空心塑料球的直径分别为6mm、10mm、25mm和38mm。各种直径的空心塑料球和玻璃球的作用为调节死料柱重量，通过改变装入空心塑料球和玻璃球的数量，调节模拟死料柱的体积和重量。

所述的圆筒形透明容器外壳的尺寸为：高500-600mm，内径为515-520mm，冷风围管的环绕直径为500-510mm，所述出风口的数量为8个，所述出风口与水平面的夹角为20-70度。冷风围管的环绕直径略小于圆筒形容器外壳内径，便于安装调试。

所述的2个放水口分别为上放水口和下放水口，所述的下放水口距离圆筒形容器底部距离为120mm-130mm，下放水口直径为5mm-10mm，下放水口与水平的夹角为20-30度；所述的上放水口距离圆筒形容器底部距离为240mm-260mm，上放水口与水平的夹角为20-30度，上放水口的直径为5mm-10mm。

相邻两个直角三角形隔板之间的夹角为90度；所述的三角形隔板为直角边为80-100mm的等腰直角三角形，厚度为10-12mm；所述的圆筒形透明容器的材质为有机玻璃，所述的三角形隔板为有机玻璃板。本发明采用有机玻璃材质制作，使实验更加直观，提高实验数据的可靠性。

如需容器内达到实验压力时，先在空气放散孔处安装压力表，鼓风机通过冷风入口、出风口向圆筒形透明容器内鼓入空气，从而产生实验所需的压力，当压力达到3Kpa时关闭鼓风机。

本发明的实验装置模拟高炉炉缸的实际工作情况的原理如下：