一种炼钢辅料膨胀性能的评价测量方法

技术领域

本发明涉及炼钢领域。

背景技术

在炼钢、铸锭等冶金生产过程中，为满足各工序工艺要求，要用到许多种类的炼钢辅料，如：满足保温、防止钢液裸露氧化的各品种覆盖剂就是其中的一大类产品，根据工序可分为：铁水覆盖剂、钢包（大包）覆盖剂、中间包覆盖剂；还有模铸冒口用的模铸渣、自带发热功能的模发热剂等，均要求材料具有膨胀性能。由于钢包、中包吨位不同、冶炼钢种不同等的需要，又有不同的指标要求，从而分为不同的品种，目前在用的各品种覆盖剂、模铸渣等对膨胀性能有要求的炼钢辅料有近二十个品种。

这类产品的主要作用是均匀铺洒在钢液表面，在钢液热量的作用下，迅速膨胀变厚，密度减小，形成多孔、疏松状，从而起到对钢水的保温作用，可有效防止工序温降，对降低钢水过热度和钢厂节能起着重要作用；与钢液面直接接触部位，形成半熔融状，起到隔绝空气、防止钢液二次氧化的作用，同时还可有效吸附钢液中上浮的非金属夹杂物，在整个冶金生产中起着重要的作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种能够准确测量炼钢辅料膨胀性能的方法。

本发明所采用的技术方案是：一种炼钢辅料膨胀性能的评价测量方法，按如下步骤进行

步骤一、启动单方向加热保温炉，根据炼钢辅料的试样要求设定保温温度，等单方向加热保温炉炉膛中温度达到保温温度后，保温20分钟以上开始装样；

步骤二、称取试样倒入石墨材料的坩埚，不要震荡或按压试样，轻轻摇动坩埚，使试样上表面水平，测量试样上表面高度作为原始高度；

步骤三、将坩埚放入保温好的单方向加热保温炉中，盖好炉盖，从单方向加热保温炉炉膛中温度恢复到保温温度后开始计时，持续保温30分种以上；

步骤四、取出坩埚，热态下，测量试样上表面高度作为烧后高度，计算烧后高度与原始高度的比值；

步骤五、对同一材料试样，重复步骤一到步骤四获得多个烧后高度与原始高度的比值，取多个烧后高度与原始高度的比值均值作为试样材料膨胀性能的评价值。

步骤二中，测量试样上表面高度作为原始高度为，在试样上表面选择多个点测量试样高度，计算其均值作为试样原始高度。

步骤四中，测量试样上表面高度作为烧后高度为，在试样上表面选择多个点测量试样高度，计算其均值作为试样烧后高度。

步骤五中，获得的多个烧后高度与原始高度的比值中，任意一个烧后高度与原始高度的比值如果大于或者小于多个烧后高度与原始高度的比值均值的10%，需要舍弃该值，取剩下的多个烧后高度与原始高度的比值均值作为试样材料膨胀性能的评价值。

单方向加热保温炉为底部加热的单方向加热炉。

单方向加热保温炉包括炉壳（2）、炉壳（2）铺设的耐火砖（3）、均热板（7）、均热板下部的电加热装置（1）、耐火砖（3）与均热板（7）围成的炉膛、炉膛口部的炉盖（4）、安装在炉盖（4）中央底部带第一热电偶的竖直测量杆（5）。

电加热装置（1）中央安装有第二热电偶（8）。

炉膛中放置坩埚，坩埚内部为规则形状。

规则形状为圆柱、圆锥、圆球、半圆球、圆台中的一种或者多种的结合。

坩埚的口部有沿。一方面边缘使用夹子夹取坩埚，另一方面可以防止坩埚内部的试样发生爆裂时飞出坩埚。

本发明的有益效果是：本发明为钢厂更好的选择、使用、评价、比较（覆盖剂、模铸渣等）提供试验数据和技术支持；同时也为钢厂研究工序温降，出钢时钢水过热度等炼钢工艺参数的确定提供数据和技术支持；对钢厂研究防止钢水二次氧化，提高钢质，降低能源消耗等提供支持。本评价方法研究了现场工艺特点，实验室的评价手段和方法基本能模拟现场实际，所以评价所得的数据科学，有效。

附图说明

图1是本发明单方向加热保温炉结构示意图；

其中，1、电加热装置，2、炉壳，3、耐火砖，4、炉盖，5、竖直测量杆，6、试样，7、均热板，8、第二热电偶。

具体实施方式

覆盖剂等材料使用的工艺条件：覆盖剂均匀铺展在钢水表面，在钢水热量的作用下迅速膨胀变厚，密度减小，形成多孔、疏松状，由此可知覆盖剂的受热面在底部，且由于钢水温度的不同而使覆盖剂底部的加热温度不同。覆盖剂添加厚度也根据工艺要求而确定，20~40mm不等。

膨胀性能评价试验设备的选择：根据以上使用条件，实验设备选用了具有控温保温功能，控温精度好（±3℃），底部加热的单方向加热炉，为使底部热量均匀，炉底设计了10mm厚的碳化硅均热板，炉壁和碳化硅均热板下的炉底均选用了高铝隔热保温砖(DLG170-1.3L)炉衬，保温效果好，炉膛尺寸：150×150×150mm，单方向加热炉炉体结构详见图1。

膨胀性能评价试验方法：覆盖剂无论在钢包还是在中包或模铸冒口等其它工序使用时，容器的面积是一定的，材料只有在高度方向膨胀增厚，所以要评价其膨胀性能就是将一定量的试样，放入一定尺寸的容器中，将容器放置于一定温度的单方向(底部加热)加热炉内，保温一定时间，让试样充分膨胀后，测量加热前后的试样高（厚）度，并进行计算：加热后高度/加热前的高度；测量数值越大，膨胀性能越好。

试验工器具的选择：选用耐高温且导热性能好的石墨坩埚作为烧炙容器，坩埚尺寸为φ40（内径）×80（内高）mm；不锈钢样勺；天平（精度0.1g）；钢直尺寸（精度0.5mm）；1000ml量筒；φ1.5mm镀铜铁丝作为加热装置；坩埚夹等。坩埚口部带内沿。

试验参数的确定：①样品状态，试样水份含量小于0.5%。②称样量，根据试样外型特征可划分为粉渣、实心颗粒、空心颗粒三大类，目前在用的品种中，大部分为空心颗粒，只有个别品种为粉渣，经测定空心颗粒渣的密度为0.85~0.95g/cm3（量筒法），粉渣的密度为1.0g/cm3左右。根据试样密度大小和试样的大致膨胀量（烧后试样高计≤80mm）两个因素来确定称样量，在满足烧后高度（≤80mm）的前提下，尽量增加检测试样量，从而减少由于样品偏析而带来的误差。经测算，膨胀高度小于3倍的试样，称样量为25g，试样的原始高度大致为21~25mm；膨胀高度为3~4倍的试样，称样量为20g，试样的原始高度大致为17~20mm；膨胀高度大于4倍的试样称样量为15g或10g，根据试验情况来确定。③试验温度，根据现场使用时钢水的温度来确定试验温度。

试验具体步骤及要求：⑴ 按要求启动设备，设定试验温度，炉温到达试验温度后，保温20分钟以上，才可装样。 ⑵ 将来样混匀，按要求称取一定克数试样（2份），并轻轻倒入石墨坩埚中，尽量使试样处于自然状态，不得震荡或使试样受压。⑶ 将放有试样的坩埚轻轻摇动，尽量使试样上表面水平，取两点测量试样高度并计算其平均值，所得结果计作试样原始高度。⑷ 将装有试样的坩埚放入已保温好的单方向加热炉热电偶两侧，盖好炉盖，炉温回复至设定温度开始记时，继续保温30分种。⑸ 试验完毕，取出坩埚，热态下测量试样高度，取两点的平均值计作烧后高度。⑹ 计算测量结果：烧后高度/原始高度，最后将两份试样的检测结果求平均值。⑺ 测量结果精确到毫米，检测结果保留至小数点后两位。⑻两个平行样间的差值不得大于平均值的10%，否则重新取样试验。

1. 根据试样密度大小和试样的大致膨胀量（烧后试样高计≤80mm）两个因素来确定称样量，在满足烧后高度（≤80mm）的前提下，尽量增加检测试样量，从而减少由于样品偏析而带来的误差，根据不同品种：称样量分别为：25g、20g、15g、10g。2. 根据现场使用时钢水的温度来确定试验温度。3. 设备选用单方向加热炉，炉温到达试验温度后，保温20分钟以上，才可装样。 4. 将来样混匀，按要求称取一定克数试样（2份），并轻轻倒入石墨坩埚中，尽量使试样处于自然状态，不得震荡或使试样受压。5. 将放有试样的坩埚轻轻摇动，尽量使试样上表面水平，取两点测量试样高度并计算其平均值，所得结果计作试样原始高度。6.将装有试样的坩埚放入已保温好的单方向加热炉热电偶两侧，盖好炉盖，炉温回复至设定温度开始记时，继续保温30分种。7. 试验完毕，取坩埚，热态下测量试样高度，取两点的平均值计作烧后高度。8. 计算测量结果：烧后高度/原始高度，最后将两份试样的检测结果求平均值。9.测量结果精确到毫米，检测结果保留至小数点后两位。10.两个平行样间的差值不得大于平均值的10%，否则重新取样试验。11.测量数值越大，膨胀性能越好。

膨胀性能作为此类物料的主要物理性能和评价指标，对钢厂稳定工艺、降低能耗有重要意义，此评价方法结合现场使用的工艺要求（温度、加热方式等）而设计，紧贴现场使用，使评价结果更能有效反应现场实际，此评价方法已列入本室的岗位作业标准。