一种检测干式捣打耐火材料烧结性能的装置及方法与流程

本发明涉及耐火材料技术领域，尤其涉及一种检测干式捣打耐火材料烧结性能的装置及方法。

背景技术：

干式捣打耐火材料在使用过程应当具有良好的烧结梯度，即：高温表面应该快速烧结形成坚固、具有高温强度的烧结层，抵抗钢水运动产生的机械应力和钢水、熔渣侵蚀渗透；内部适当部位形成未烧结层，一方面可以充当保温层减缓热量损失，另一方面可以有效阻止烧结层产生裂纹时金属液的进一步渗漏从而防止事故发生。干式捣打料被广泛应用于冶炼行业的感应电炉工作衬、电炉炉底及中间工作衬材料等。干式捣打料的烧结性能主要体现在烧结温度、密度、气孔及烧结层厚度与未烧结层厚度比例等。其烧结强度过高、烧结层太厚对应的未烧结层较薄，热量散失较快不利于节能环保，同时使用过程中材料整体易于断裂；反之烧结层太薄反映烧结强度低，抵抗熔渣侵蚀、钢水剪切及机械磨损作用较弱，容易导致炉衬损毁，因而适宜的烧结性是反映干式捣打料性能的关键指标。

目前评价感应电炉、中间包及电炉炉底等用干式捣打耐火材料的烧结性能，基本是通过现场使用经验或脱离使用环境的下的测试(在电炉内分温度段全烧结的方法)，没有贴近其使用条件的具体有效的量化评价方式，导致干式捣打耐火材料的开发周期长，使用效果不理想。专利(CN104897715A)公开了一种检测引流砂烧结性能的方法及其装置，其中提到该装置可用于评价感应电炉、中间包干式捣打料在单面受热使用情况下的烧结状态。利用该装置可在一定程度上测试干式捣打料的烧结情况，但该方法主要针对于模拟钢包用引流砂在钢水静压力作用下的烧结与使用状态，进行其他干式捣打料烧结性能实验时，一次只能测试一个试样，缺乏平行对比试验，对于开发新型干式捣打料研究时间长，工作量大，消耗费用高。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种检测干式捣打耐火材料烧结性的装置及方法，模拟感应电炉、中间包、炼钢电炉等高温设备在使用过程中干式捣打料烧结状态，直观评价、预测干式捣打料烧结温度、烧结层强度、厚度、抗侵蚀状态及与未烧结层比例等与使用状态密切相关的性能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种检测干式捣打耐火材料烧结性能的装置，包括高温电炉、移动装料工作台及振动捣打装置，高温电炉底部设有移动装料工作台作为高温电炉炉膛底部结构，可与电炉对接或移走，振动捣打装置对移动装料工作台上试样进行振动捣打成形，高温电炉内采用硅钼棒发热体安装于炉膛顶部，高温电炉由计算机控温系统控温。

所述移动装料工作台上部由耐火衬砖砌筑，移动装料工作台上设有若干个试样槽，试样槽内放置用于承装试样的坩埚。

所述的振动捣打装置包括振动电机、上振动板、下振动板、弹簧、捣料柱，上、下振动板之间设有弹簧，上振动板上方固定连接振动电机，下振动板下方固定连接与试样槽位置对应的捣料柱。

所述的高温电炉工作温度为25℃～1700℃。

所述的试样槽为4～10个。

所述的捣料柱直径小于坩埚内径。

一种检测干式捣打耐火材料烧结性能的方法，其实施步骤如下：

1)打开炉门，将移动装料工作台从高温电炉内移出并且固定；

2)根据试验材料的要求，选择适当材质及数量的坩埚，坩埚内装入试验用的干式捣打料，充填高度距坩埚上沿5～8mm；

3)将装有试样的坩埚放入移动装料工作台的试样槽内，坩埚与试样槽的空隙部位用捣打料散料充满捣实；

4)将振动捣打装置放在移动装料工作台上方，将捣料柱分别压在坩埚内的试样上面，启动振动电机，根据需要确定振动时间；

5)振动停止后，竖直向上将振动捣打装置脱离移动装料工作台，记录振捣后试样上面与坩埚上沿的距离；

6)将移动装料工作台推至电炉炉膛下部并与炉膛对接并且锁紧，关闭炉门，如有缝隙用耐火纤维材料密封；

7)在计算机内设定电炉升温、恒温与降温曲线，启动电炉电源开关，试样单面烧结试验开始；

8)试样单面烧结实验结束待炉温降至室温后，解除移动工作台与电炉之间的锁紧装置，打开炉门，将移动装料工作台移出，取出坩埚；

9)测量并记录各个试样表面与相应坩埚上沿距离，并与试验前数据对比，该数据反映试样的烧结过程中膨胀特性；

10)从坩埚内取出烧结后试样，观察测量各试样烧结强度、烧结及未烧结层厚度、烧结层断裂情况，若试样与坩埚粘接，可采用金刚石切割机纵向切开进行观察测量。

本发明的工作原理是：试样在坩埚内的装料厚度符合现场实际情况，采用振捣装置对试样进行捣打成型，模拟真实的施工环境；利用高温电炉提供热源对干式捣打料进行单面烧结，烧结温度及烧结时间模拟实际使用情况，烧结结束后根据烧结体的烧结状态如烧结层厚度、烧结强度、烧结膨胀性能等评价试样的综合烧结性能。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

本发明模拟现场使用过程中的装料、捣打及单面受热状态，贴近实际，观察测量材料烧结强度、表观膨胀性及烧结层厚度比例等，简单、直观并可量化，有效准确的评价干式捣打料的烧结性能；设计的多个装有试样的坩埚可同时进行多个试样的烧结试验，即可进行平行试验，也可在同样的施工、烧结环境下进行多个不同型号干式捣打料的烧结性对比试验，大大缩短新型干式捣打料的研发周期，有利于开发新型高寿命干式捣打料。

附图说明

图1是检测干式捣打耐火材料烧结性能的装置示意图。

图2是振动捣打装置示意图。

图中：1-高温电炉 2-炉膛 3-硅钼棒发热体 4-炉门 5-耐火衬砖 6-移动装料工作台 7-坩埚 8-试样槽 9-试样 10-振动电机 11-上振动板 12-弹簧 13-下振动板 14-捣料柱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明：

实施例1

如图1-图2所示，一种检测感应炉用干式捣打料烧结性能的装置，包括高温电炉、移动装料工作台6及振动捣打装置。硅钼棒发热体3装于高温电炉1的炉膛2顶部，移动装料工作台6由耐火衬砖5砌筑并设置六个直径100mm、深度150mm的圆形试样槽8，坩埚7放置于试样槽8内，移动装料工作台5置于高温电炉1下部作为电炉炉膛底部结构，干式捣打料试样9装于坩埚7内。振动捣打装置包括上振动板11、下振动板13，上、下振动板(11、13)之间固定弹簧12，上振动板11上方固定连接振动电机10，下振动板13下方固定连接与试样槽8位置对应的捣料柱14。

本实施例检测方法的具体操作步骤如下：

1)打开炉门，将移动装料工作台从高温电炉内移出并且固定；

2)选取四个刚玉质坩埚，刚玉质坩埚内装入四组试验用的干式捣打料，充填高度距刚玉质坩埚上沿5mm；

3)将装有试样的刚玉质坩埚放入移动装料工作台的试样槽内，刚玉质坩埚与试样槽的空隙部位用捣打料散料充满捣实；

4)将振动捣打装置放在移动装料工作台上，振动捣打装置上的捣料柱分别压在刚玉质坩埚内的试样上面，启动振动电机，振动时间1～2分钟；

5)振动停止后，竖直向上将振动捣打装置脱离移动装料工作台，记录振捣后试样上面与刚玉质坩埚上沿的距离；

6)将移动装料工作台推至电炉炉膛下部与炉膛对接并且锁紧，关闭炉门，如有缝隙用耐火纤维材料密封；

7)在计算机内设置电炉升温参数，包括：升温速率10℃/分钟、最高温度1600℃、恒温时间2小时，降温速率20℃/分钟，1000℃以下断电自由降温；启动电炉电源开关，试样单面烧结实验开始；

8)试样单面烧结试验结束，待炉温降至室温后，解除移动装料工作台与高温电炉之间的锁紧装置，打开炉门，将移动装料工作台移出，取出刚玉质坩埚；

9)测量并记录各个试样表面与相应刚玉质坩埚上沿距离，并与试验前数据对比，该数据反映试样的烧结过程中膨胀特性；

10)从刚玉质坩埚内取出烧结后试样，观察测量四组试样烧结强度、烧结及未烧结层厚度、烧结层断裂等情况，若试样与刚玉质坩埚粘接，可采用金刚石切割机纵向切开进行观察测量。

实施例2

一种检测中间包用干式捣打料烧结性能的装置，结构示意图与实施例1相同。

本实施例检测方法的具体操作步骤如下：

1)打开炉门，将移动装料工作台从高温电炉内移出并且固定；

2)称取六份三组方案配制的镁质中间包用干式捣打料，分别装入六个氧化镁质坩埚，每组方案取2份试样，充填高度距氧化镁质坩埚上沿6mm；

3)将装有试样的氧化镁质坩埚放入移动装料工作台的试样槽内，氧化镁质坩埚与试样槽的空隙部位用捣打料散料充满捣实；

4)将振动捣打装置放在移动装料工作台上，振动捣打装置上的捣料柱分别压在氧化镁质坩埚内的试样上面，启动振动电机，振动时间60～90秒；

5)振动停止后，竖直向上将振动捣打装置脱离移动装料工作台，记录振捣后试样上面与氧化镁质坩埚上沿的距离；

6)将移动装料工作台推至电炉炉膛下部与炉膛对接并且锁紧，关闭炉门，如有缝隙用耐火纤维材料密封；

7)在计算机内设置电炉升温参数，包括：升温速率15℃/分钟、最高温度1550℃、恒温时间6小时，降温速率25℃/分钟，1000℃以下断电自由降温，启动电炉电源开关，试样单面烧结实验开始；

8)试样单面烧结试验结束，待炉温降至室温后，解除移动装料工作台与高温电炉之间的锁紧装置，打开炉门，将移动装料工作台移出，取出氧化镁质坩埚；

9)测量并记录各个试样表面与相应氧化镁质坩埚上沿距离，并与试验前数据对比，该数据反映试样的烧结过程中膨胀特性；

10)从氧化镁质坩埚内取出烧结后试样，观察测量四组试样烧结强度、烧结及未烧结层厚度、烧结层断裂等情况，若试样与氧化镁质坩埚粘接，可采用金刚石切割机纵向切开进行观察测量，统计各组数据，对比分析三组配料方案配制的试样烧结性能，得出干式料烧结性能最佳的配料方案。

实施例3

一种检测电弧炉炉底用MgO-CaO-Fe₂O₃干式捣打料烧结性能的装置，包括高温电炉、移动装料工作台6及振动捣打装置。硅钼棒发热体3装于高温电炉1的炉膛2顶部，移动装料工作台6由耐火衬砖5砌筑并设置八个直径100mm、深度150mm的圆形试样槽8，坩埚7放置于试样槽8内，移动装料工作台5置于高温电炉1下部作为电炉炉膛底部结构，干式捣打料试样9装于坩埚7内。振动捣打装置包括上振动板11、下振动板13，上、下振动板(11、14)之间固定弹簧12，上振动板11上方固定连接振动电机10，下振动板13下方固定连接与试样槽8位置对应的捣料柱14。

本实施例检测方法的具体操作步骤如下：

1)打开炉门，将移动装料工作台从高温电炉内移出并且固定；

2)称取八份四组方案平行配制的电弧炉炉底用干式捣打料试样，分别装入八个氧化镁质坩埚，每组方案取2份试样，充填高度距坩埚上沿8mm；

3)将装有试样的氧化镁质坩埚放入移动装料工作台的试样槽内，氧化镁质坩埚与试样槽的空隙部位用捣打料散料充满捣实；

4)将振动捣打装置放在移动装料工作台上，振动捣打装置上的捣料柱分别压在氧化镁质坩埚内的试样上面，启动振动电机，振动时间90～120秒；

5)振动停止后，竖直向上将振动捣打装置脱离移动工作台，记录振捣后试样上面与氧化镁质坩埚上沿的距离；

6)将移动装料工作台推至电炉炉膛下部并与炉膛对接并且锁紧，关闭炉门，如有缝隙用耐火纤维材料密封；

7)在计算机内设置电炉升温参数，包括：升温速率20℃/分钟、最高温度1650℃、恒温时间5小时，降温速率30℃/分钟，1000℃以下断电自由降温。启动电炉电源开关，试样单面烧结实验开始；

8)试样单面烧结实验结束待炉温降至室温后，解除移动装料工作台与电炉之间的锁紧装置，打开炉门，将移动装料工作台移出，取出坩埚；

9)测量并记录各个试样表面与相应氧化镁质坩埚上沿距离并且与实验前数据对比，该数据反映试样的烧结过程中膨胀特性；

10)从氧化镁质坩埚内取出烧结后试样，观察测量各个试样烧结强度、烧结及未烧结层厚度、烧结层断裂等情况，对比分析四组配料方案配制的试样烧结性能，得出烧结性能最佳的配料方案。

上面所述仅是本发明的基本原理，并非对本发明作任何限制，凡是依据本发明对其进行等同变化和修饰，均在本专利技术保护方案的范畴之内。