本發(fā)明屬于鋼鐵冶煉系統(tǒng)水模型實驗技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種鋼鐵冶煉系統(tǒng)水模型實驗用保護渣的制備方法。

背景技術(shù)：

保護渣是鋼鐵冶煉工藝過程中必備的材料，如鐵水包、轉(zhuǎn)爐、鋼包、中間包和結(jié)晶器等高溫容器，在鐵水或鋼液上面均覆蓋有保護渣。保護渣通常可分為三層：最下層與鋼液接觸，溫度高于保護渣的熔點，形成液態(tài)渣浮于鋼液上表面；由下向上隨著溫度的降低，渣粘度增加，降溫至保護渣的燒結(jié)溫度時，形成燒結(jié)層硬殼浮于液態(tài)渣上表面；隨著溫度繼續(xù)降低，低于保護渣的燒結(jié)溫度，燒結(jié)層上方形成粉渣層。保護渣以三種不同形態(tài)浮于鋼液表面，起著保溫、防止空氣中的氧氣對鋼液的氧化、吸附鋼液中的夾雜物等作用，保護渣覆蓋也是實現(xiàn)全程無氧化操作的必要手段之一。

為了解鋼鐵冶煉過程中高溫鋼液的流動特性，常采用水模型實驗法進行研究。水模型實驗是根據(jù)相似理論用水代替鋼液或鐵水在滿足相似準則的條件下進行的物理實驗。

為了在水模型實驗中模擬鐵水包扒渣過程、爐外精煉爐及連鑄過程中卷渣現(xiàn)象及渣的運動情況，在水模型實驗中需要配置保護渣。目前水模型實驗用保護渣主要有兩種，一是采用航空機油和植物油混合油（周俐，120t鋼包匯流卷渣的物理模擬，煉鋼，2012，28（2）:56~58）模擬卷渣或扒渣情況，但這種混合油為液態(tài)，實驗時容易出現(xiàn)裸露和卷渣現(xiàn)象，缺少類似于實際保護渣的燒結(jié)層和粉渣層，模擬結(jié)果難以反應實際鋼鐵冶煉過程渣的運動；二是采用發(fā)泡塑料粒子模擬卷渣及渣的運動過程（齊新霞，板坯結(jié)晶器內(nèi)卷渣現(xiàn)象研究，特殊鋼，2004，25（3）:29~31），但這種發(fā)泡塑料粒子常溫下為顆粒狀，實驗時容易出現(xiàn)液面裸露，不容易卷渣，且因無液態(tài)渣層而無法模擬結(jié)晶器內(nèi)渣液的下流潤滑作用，與實際物理過程亦存在較大差距。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，目的是提供一種成本低、工藝簡單的鋼鐵冶煉系統(tǒng)水模型實驗用保護渣的制備方法。用該方法制備的鋼鐵冶煉系統(tǒng)水模型實驗用保護渣與實際鋼鐵冶煉過程中保護渣結(jié)構(gòu)特點更加吻合，使水模型實驗能更真實形象的模擬鋼鐵冶煉系統(tǒng)中保護渣的運動及卷渣情況。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案的具體步驟是：

第一步、所述水模型實驗用保護渣從上向下依次由泡沫粒子層、高粘度混合油層和低粘度混合油層構(gòu)成，所述水模型實驗用保護渣的厚度為20~200mm，泡沫粒子層、高粘度混合油層和低粘度混合油層體積比為1∶（0.8~1.2）∶（1.7~2.3）；所述泡沫粒子層、高粘度混合油層和低粘度混合油層依次模擬鋼鐵冶煉系統(tǒng)保護渣的粉渣層、燒結(jié)層和液渣層。

所述泡沫粒子層采用的泡沫粒子：粒度為0.5~2mm，密度為0.3~0.6g/cm3，粘度為0.07~0.12Pa·s。

所述高粘度混合油層采用的高粘度混合油：密度為0.8~0.85g/cm3，粘度為0.05~0.09Pa·s；所述高粘度混合油為植物油和融化的廢棄動物油的混合油，植物油和融化的廢棄動物油的體積比為1∶0.3~1。

所述低粘度混合油層采用的低粘度混合油：密度為0.85~0.9g/cm3，粘度為0.03~0.08Pa·s；所述低粘度混合油為植物油與煤油的混合油，植物油與煤油的體積比為1∶1~5。

第二步、向鋼鐵冶煉系統(tǒng)水模型中加入30~50℃的水至水面高于出水口100~200mm。

第三步、按步驟一所述體積比，向鋼鐵冶煉系統(tǒng)水模型中加入所述泡沫粒子，泡沫粒子在水面鋪展均勻后形成泡沫粒子層；再通過水口加入所述高粘度混合油，所述高粘度混合油在泡沫粒子層下均勻鋪展后形成高粘度混合油層；當水溫降至25℃以下時，通過水口加入低粘度混合油，低粘度混合油在高粘度混合油層下均勻鋪展，形成低粘度混合油層。

待所述鋼鐵冶煉系統(tǒng)水模型實驗用保護渣形成后，通過水口加水至鋼鐵冶煉系統(tǒng)水模型實驗所需的高度即可進行實驗。

所述泡沫粒子為聚苯乙烯球、橡塑、泡沫塑料、氧化鋁空心球中的一種以上。

所述植物油為色拉油、豆油、松節(jié)油、棕櫚油中的一種以上。

所述煤油為普通煤油、航空煤油、煉渣油中的一種以上。

由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果：

本發(fā)明的鋼鐵冶煉系統(tǒng)水模型實驗保護渣由上到下依次為泡沫粒子層、高粘度混合油層和低粘度混合油層，以模擬實際鋼鐵冶煉系統(tǒng)保護渣中對應的粉渣層、燒結(jié)層和液渣層。本發(fā)明采用廢棄動物油、植物油、煤油制備高粘度混合油層和低粘度混合油層。廢棄動物油熔點通常在35~55℃，常溫下為固態(tài)，而植物油、煤油的熔點較低，常溫下為液態(tài)。利用動物油粘度隨溫度的變化及各種油類的相容性，按照一定的比例將不同種類的油加熱熔融混勻，分別制得常溫下不同粘度、不同密度的混合油，以模擬鋼鐵冶煉系統(tǒng)保護渣中的燒結(jié)層與液渣層，利用泡沫粒子模擬粉渣層。

本發(fā)明制備的鋼鐵冶煉水模型實驗用保護渣，由密度和粘度均不同的三層結(jié)構(gòu)組成，與實際鋼鐵冶煉過程中保護渣的三層結(jié)構(gòu)特點更加符合，能更好地模擬出保護渣的卷渣情況以及結(jié)晶器中渣液的流動情況。所述保護渣采用廢棄動物油、植物油、煤油，來源廣，易獲取，成本低，可回收，且制備工藝簡單。

因此，本發(fā)明具有成本低、工藝簡單的特點，所制備的鋼鐵冶煉系統(tǒng)水模型實驗用保護渣與實際鋼鐵冶煉過程中保護渣結(jié)構(gòu)特點更加符合，使水模型實驗能更真實形象的模擬鋼鐵冶煉系統(tǒng)中保護渣的運動及卷渣情況。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明作進一步的描述，并非對其保護范圍的限制。

本具體實施方式中：所述泡沫粒子為聚苯乙烯球、橡塑、泡沫塑料、氧化鋁空心球中的一種以上；所述植物油為色拉油、豆油、松節(jié)油、棕櫚油中的一種以上；所述煤油為普通煤油、航空煤油、煉渣油中的一種以上。實施例中不再贅述。

實施例1

一種連鑄系統(tǒng)結(jié)晶器水模型實驗用保護渣的制備方法。本實施例所述制備方法是：

第一步、所述水模型實驗用保護渣從上向下依次由泡沫粒子層、高粘度混合油層和低粘度混合油層構(gòu)成，所述水模型實驗用保護渣的厚度為20~60mm，泡沫粒子層、高粘度混合油層和低粘度混合油層體積比為1∶（0.8~0.9）∶（1.7~2.0）；所述泡沫粒子層、高粘度混合油層和低粘度混合油層依次模擬連鑄系統(tǒng)結(jié)晶器保護渣的粉渣層、燒結(jié)層和液渣層。

所述泡沫粒子層采用的泡沫粒子：粒度為0.5~1.1mm，密度為0.3~0.6g/cm3，粘度為0.07~0.12Pa·s。

所述高粘度混合油層采用的高粘度混合油：密度為0.8~0.85g/cm3，粘度為0.05~0.06Pa·s；所述高粘度混合油為植物油和融化的廢棄動物油的混合油，植物油和融化的廢棄動物油的體積比為1∶0.3~0.7。

所述低粘度混合油層采用的低粘度混合油：密度為0.85~0.9g/cm3，粘度為0.03~0.05Pa·s；所述低粘度混合油為植物油與煤油的混合油，植物油與煤油的體積比為1∶1~2。

第二步、向連鑄系統(tǒng)結(jié)晶器水模型中加入30~50℃的水至水面高于出水口100~200mm。

第三步、按步驟一所述體積比，向連鑄系統(tǒng)結(jié)晶器水模型中加入所述泡沫粒子，泡沫粒子在水面鋪展均勻后形成泡沫粒子層；再通過水口加入所述高粘度混合油，所述高粘度混合油在泡沫粒子層下均勻鋪展后形成高粘度混合油層；當水溫降至25℃以下時，通過水口加入低粘度混合油，低粘度混合油在高粘度混合油層下均勻鋪展，形成低粘度混合油層。

待所述連鑄系統(tǒng)結(jié)晶器水模型實驗用保護渣形成后，通過水口加水至連鑄系統(tǒng)結(jié)晶器水模型實驗所需的高度即可進行實驗。

實施例2

一種連鑄系統(tǒng)中間包水模型實驗用保護渣的制備方法。本實施例所述制備方法是：

第一步、所述水模型實驗用保護渣從上向下依次由泡沫粒子層、高粘度混合油層和低粘度混合油層構(gòu)成，所述水模型實驗用保護渣的厚度為30~120mm，泡沫粒子層、高粘度混合油層和低粘度混合油層體積比為1∶（0.9~1.0）∶（1.8~2.1）；所述泡沫粒子層、高粘度混合油層和低粘度混合油層依次模擬連鑄系統(tǒng)中間包保護渣的粉渣層、燒結(jié)層和液渣層。

所述泡沫粒子層采用的泡沫粒子：粒度為0.8~1.4mm，密度為0.3~0.6g/cm3，粘度為0.07~0.12Pa·s。

所述高粘度混合油層采用的高粘度混合油：密度為0.8~0.85g/cm3，粘度為0.06~0.07Pa·s；所述高粘度混合油為植物油和融化的廢棄動物油的混合油，植物油和融化的廢棄動物油的體積比為1∶0.4~0.8。

所述低粘度混合油層采用的低粘度混合油：密度為0.85~0.9g/cm3，粘度為0.04~0.06Pa·s；所述低粘度混合油為植物油與煤油的混合油，植物油與煤油的體積比為1∶2~3。

第二步、向連鑄系統(tǒng)中間包水模型中加入30~50℃的水至水面高于出水口100~200mm。

第三步、按步驟一所述體積比，向連鑄系統(tǒng)中間包水模型中加入所述泡沫粒子，泡沫粒子在水面鋪展均勻后形成泡沫粒子層；再通過水口加入所述高粘度混合油，所述高粘度混合油在泡沫粒子層下均勻鋪展后形成高粘度混合油層；當水溫降至25℃以下時，通過水口加入低粘度混合油，低粘度混合油在高粘度混合油層下均勻鋪展，形成低粘度混合油層。

待所述連鑄系統(tǒng)中間包水模型實驗用保護渣形成后，通過水口加水至連鑄系統(tǒng)中間包水模型實驗所需的高度即可進行實驗。

實施例3

一種鋼包水模型實驗用保護渣的制備方法。本實施例所述制備方法是：

第一步、所述水模型實驗用保護渣從上向下依次由泡沫粒子層、高粘度混合油層和低粘度混合油層構(gòu)成，所述水模型實驗用保護渣的厚度為50~130mm，泡沫粒子層、高粘度混合油層和低粘度混合油層體積比為1∶（1.0~1.1）∶（1.9~2.2）；所述泡沫粒子層、高粘度混合油層和低粘度混合油層依次模擬鋼包保護渣的粉渣層、燒結(jié)層和液渣層。

所述泡沫粒子層采用的泡沫粒子：粒度為1.1~1.7mm，密度為0.3~0.6g/cm3，粘度為0.07~0.12Pa·s。

所述高粘度混合油層采用的高粘度混合油：密度為0.8~0.85g/cm3，粘度為0.07~0.08Pa·s；所述高粘度混合油為植物油和融化的廢棄動物油的混合油，植物油和融化的廢棄動物油的體積比為1∶0.5~0.9。

所述低粘度混合油層采用的低粘度混合油：密度為0.85~0.9g/cm3，粘度為0.05~0.07Pa·s；所述低粘度混合油為植物油與煤油的混合油，植物油與煤油的體積比為1∶3~4。

第二步、向鋼包水模型中加入30~50℃的水至水面高于出水口100~200mm。

第三步、按步驟一所述體積比，向鋼包水模型中加入所述泡沫粒子，泡沫粒子在水面鋪展均勻后形成泡沫粒子層；再通過水口加入所述高粘度混合油，所述高粘度混合油在泡沫粒子層下均勻鋪展后形成高粘度混合油層；當水溫降至25℃以下時，通過水口加入低粘度混合油，低粘度混合油在高粘度混合油層下均勻鋪展，形成低粘度混合油層。

待所述鋼包水模型實驗用保護渣形成后，通過水口加水至鋼包水模型實驗所需的高度即可進行實驗。

實施例4

一種鐵水包水模型實驗用保護渣的制備方法。本實施例所述制備方法是：

第一步、所述水模型實驗用保護渣從上向下依次由泡沫粒子層、高粘度混合油層和低粘度混合油層構(gòu)成，所述水模型實驗用保護渣的厚度為80~200mm，泡沫粒子層、高粘度混合油層和低粘度混合油層體積比為1∶（1.1~1.2）∶（2.0~2.3）；所述泡沫粒子層、高粘度混合油層和低粘度混合油層依次模擬轉(zhuǎn)爐保護渣的粉渣層、燒結(jié)層和液渣層。

所述泡沫粒子層采用的泡沫粒子：粒度為1.4~2mm，密度為0.3~0.6g/cm3，粘度為0.07~0.12Pa·s。

所述高粘度混合油層采用的高粘度混合油：密度為0.8~0.85g/cm3，粘度為0.08~0.09Pa·s；所述高粘度混合油為植物油和融化的廢棄動物油的混合油，植物油和融化的廢棄動物油的體積比為1∶0.6~1。

所述低粘度混合油層采用的低粘度混合油：密度為0.85~0.9g/cm3，粘度為0.06~0.08Pa·s；所述低粘度混合油為植物油與煤油的混合油，植物油與煤油的體積比為1∶4~5。

第二步、向鐵水包水模型中加入30~50℃的水至水面高于出水口100~200mm。

第三步、按步驟一所述體積比，向鐵水包水模型中加入所述泡沫粒子，泡沫粒子在水面鋪展均勻后形成泡沫粒子層；再通過水口加入所述高粘度混合油，所述高粘度混合油在泡沫粒子層下均勻鋪展后形成高粘度混合油層；當水溫降至25℃以下時，通過水口加入低粘度混合油，低粘度混合油在高粘度混合油層下均勻鋪展，形成低粘度混合油層。

待所述鐵水包水模型實驗用保護渣形成后，通過水口加水至鐵水包水模型實驗所需的高度即可進行實驗。

本具體實施方式與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果：

本具體實施方式的鋼鐵冶煉系統(tǒng)水模型實驗保護渣由上到下依次為泡沫粒子層、高粘度混合油層和低粘度混合油層，以模擬實際鋼鐵冶煉系統(tǒng)保護渣中對應的粉渣層、燒結(jié)層和液渣層。本具體實施方式采用廢棄動物油、植物油、煤油制備高粘度混合油層和低粘度混合油層。廢棄動物油熔點通常在35~55℃，常溫下為固態(tài)，而植物油、煤油的熔點較低，常溫下為液態(tài)。利用動物油粘度隨溫度的變化及各種油類的相容性，按照一定的比例將不同種類的油加熱熔融混勻，分別制得常溫下不同粘度、不同密度的混合油，以模擬鋼鐵冶煉系統(tǒng)保護渣中的燒結(jié)層與液渣層，利用泡沫粒子模擬粉渣層。

本具體實施方式制備的鋼鐵冶煉水模型實驗用保護渣，由密度和粘度均不同的三層結(jié)構(gòu)組成，與實際鋼鐵冶煉過程中保護渣的三層結(jié)構(gòu)特點更加符合，能更好地模擬出保護渣的卷渣情況以及結(jié)晶器中渣液的流動情況。所述保護渣采用廢棄動物油、植物油、煤油，來源廣，易獲取，成本低，可回收，且制備工藝簡單。

因此，本具體實施方式具有成本低、工藝簡單的特點，所制備的鋼鐵冶煉系統(tǒng)水模型實驗用保護渣與實際鋼鐵冶煉過程中保護渣結(jié)構(gòu)特點更加符合，使水模型實驗能更真實形象的模擬鋼鐵冶煉系統(tǒng)中保護渣的運動及卷渣情況。