[发明专利]用于炼铁反应器内凝壳现象研究的实验装置及实验方法

权利要求书

1.一种用于炼铁反应器内凝壳现象研究的实验装置，其特征在于，包括：

高温炉(11)；

用于容纳铁水原料的坩埚(10)，所述坩埚(10)放置在所述高温炉(11)的炉膛恒温区内；

能够可选择地伸入所述坩埚(10)中的凝壳采集器，所述凝壳采集器包括冷却元件、包裹在所述冷却元件底部的凝壳基体(9)、以及套设在所述冷却元件外部并叠置在所述凝壳基体(9)上的隔热套(8)；

制冷系统，所述制冷系统与所述冷却元件连通形成冷却剂循环流路。

2.根据权利要求1所述的用于炼铁反应器内凝壳现象研究的实验装置，其特征在于，

所述凝壳基体(9)的材料为高纯石墨或刚玉，所述隔热套(8)的材料为耐火材料，所述冷却元件的材料为钢或铜合金，在所述冷却元件和所述凝壳基体(9)之间填满石墨胶。

3.根据权利要求1所述的用于炼铁反应器内凝壳现象研究的实验装置，其特征在于，

所述凝壳基体(9)和所述隔热套(8)均通过螺钉固定在所述冷却元件的外表面。

4.根据权利要求1所述的用于炼铁反应器内凝壳现象研究的实验装置，其特征在于，还包括：

氮气瓶(16)，所述高温炉(11)的炉膛下方设有氮气入口，所述氮气瓶(16)与所述氮气入口连通。

5.根据权利要求1所述的用于炼铁反应器内凝壳现象研究的实验装置，其特征在于，

所述坩埚(10)为石墨坩埚或刚玉坩埚；

所述凝壳基体(9)的壁厚位于5-20mm的范围内，高度位于100-200mm的范围内；

所述隔热套(8)为套筒状，其壁厚位于5-20mm的范围内，高度位于200-600mm的范围内；

所述冷却元件包括冷却元件主体(7)、冷却剂供给管(14)和冷却剂导出管(6)，所述凝壳基体(9)包裹在所述冷却元件主体(7)的底部，所述隔热套(8)套设在所述冷却元件主体(7)外部，所述冷却剂供给管(14)的出口与所述冷却元件主体(7)的内部连通，所述冷却剂导出管(6)的入口与所述冷却元件主体(7)的内部连通，所述冷却元件主体(7)为圆柱形，所述冷却元件主体(7)的外径位于10-30mm的范围内，内径位于5-20mm的范围内，高度位于300-1000mm的范围内。

6.根据权利要求1所述的用于炼铁反应器内凝壳现象研究的实验装置，其特征在于，

所述冷却元件为圆柱形冷却元件、U形冷却元件、螺旋形冷却元件、翅片形冷却元件或肋板形冷却元件。

7.根据权利要求1所述的用于炼铁反应器内凝壳现象研究的实验装置，其特征在于，

所述制冷系统包括冷却剂存储罐(1)、用于对冷却剂存储罐(1)内的冷却剂降温的制冷器、连接所述冷却剂存储罐(1)的出口与所述冷却剂供给管(14)的入口的第一管路(12)、连接所述冷却剂存储罐(1)的入口与所述冷却剂导出管(6)的出口的第二管路(5)、设置在所述第一管路(12)上的流量计(13)、设置在所述第二管路(5)上的泄压阀(3)和泵(4)、以及可移动支架(2)，所述冷却剂存储罐(1)和所述泵(4)安装在所述可移动支架(2)上；

所述实验装置还包括升降驱动器(15)，所述升降驱动器(15)与所述凝壳采集器连接。

8.一种采用上述权利要求1-7中任一项所述的用于炼铁反应器内凝壳现象研究的实验装置的实验方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、装有铁水原料的坩埚(10)放置在高温炉(11)的炉膛恒温区中；

S2、将高温炉(11)的炉膛恒温区升温至第一设定温度，待坩埚(10)中形成铁水后，搅拌均匀铁水；

S3、启动制冷系统，冷却剂在制冷系统和冷却元件之间循环流动，冷却剂的温度为第二设定温度；

S4、将凝壳采集器伸入坩埚(10)中并且使凝壳基体(9)与坩埚(10)内的铁水接触，形成附着在凝壳基体(9)外的铁水凝壳；

S5、一定时间后，将凝壳采集器提升至高温炉(11)外降温；

S6、剥离铁水凝壳制样；

其中，所述第一设定温度和所述第二设定温度的温差位于1220-1500℃的范围内。