測量加熱爐爐內(nèi)氣氛對鋼坯表面氧化影響的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋼鐵氧化測試技術(shù)領(lǐng)域，具體地指一種測量加熱爐爐內(nèi)氣氛對鋼坯表 面氧化影響的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 加熱爐內(nèi)氣氛對鋼坯表面氧化燒損影響是個復雜的化學反應(yīng)過程，不僅包括C02、 H20、02、S02、CO、H2、014分別與Fe的氧化反應(yīng)，同時還包含許多可逆的還原反應(yīng)，而單一氣 氛對鋼坯表面氧化燒損的影響，國內(nèi)相關(guān)技術(shù)報道較少，目前只有一些定性的結(jié)論。同時， 高溫鋼坯冷卻過程中易與空氣中的〇 2發(fā)生二次氧化反應(yīng)，造成鋼坯二次氧化燒損，影響試 驗精度。因此急需一種既能夠測量單一氣氛對鋼坯表面氧化燒損的影響規(guī)律，又能測量幾 種氣體共同作用下對鋼坯表面氧化燒損影響規(guī)律，同時還能防止高溫的鋼坯冷卻過程中與 空氣中〇 2發(fā)生氧化反應(yīng)的實驗裝置。
[0003] 經(jīng)檢索，申請?zhí)枮?00910076136.X的中國發(fā)明專利申請公開了一種鋼坯氧化燒 損的測定方法，其利用同種小鋼樣同爐加熱，計算出小鋼樣的氧化燒損率后，通過比表面積 計算出鋼坯氧化燒損率，此種方法存在以下不足：首先，每次試驗都必須同現(xiàn)場加熱爐操 作同時進行，工作量大，成本較高；其次，冷卻時不能保證高溫鋼坯與空氣中的再次發(fā)生氧 化反應(yīng)，出現(xiàn)誤差影響試驗精度，同時鋼坯在用高壓水除磷過程中，小鋼樣容易被高壓水沖 掉，致使試驗失??；再次，此種方法不能夠測量單一氣氛對鋼坯表面氧化燒損影響。申請 號為200710031302. 5的中國發(fā)明專利公開了一種控制加熱爐爐內(nèi)氣氛減少氧化燒損的方 法，但其具有一定的局限性，僅僅適用于以輕柴油或重油為燃料的加熱爐中，而冶金行業(yè) 加熱爐主要燃料為高爐和焦爐的混合煤氣。目前，尚沒有一種容易實現(xiàn)、試驗精度高的測量 爐內(nèi)氣氛對鋼坯表面氧化燒損的影響規(guī)律的方法和裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種既能夠測量單一氣氛對鋼 坯表面氧化燒損的影響規(guī)律、又能測量幾種氣體共同作用下對鋼坯表面氧化燒損影響規(guī)律 的測量加熱爐爐內(nèi)氣氛對鋼坯表面氧化影響的方法和裝置。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的一種測量加熱爐爐內(nèi)氣氛對鋼坯表面氧化影響 的方法，是模擬加熱爐的爐內(nèi)工況，通過向放置在試驗爐內(nèi)封閉的反應(yīng)管內(nèi)輸送氣氛以及 控制爐內(nèi)溫度，使反應(yīng)管內(nèi)氣氛與試樣發(fā)生氧化反應(yīng)，從而測量出爐內(nèi)氣氛對試樣鋼坯表 面氧化影響的過程，其特殊之處在于，它包括如下步驟：
[0006] 1)將試樣放入反應(yīng)管內(nèi)，再將反應(yīng)管放入試驗爐內(nèi)，控制試驗爐內(nèi)的溫度不高于 200。。；
[0007] 2)逐步提升試驗爐內(nèi)的溫度，直至達到試驗要求溫度后保持溫度穩(wěn)定；
[0008] 3)從反應(yīng)管底部向管內(nèi)輸送氣氛，在試驗要求時間內(nèi)管內(nèi)氣氛與試樣發(fā)生氧化反 應(yīng)；
[0009] 4)試驗要求時間結(jié)束后停止向反應(yīng)管內(nèi)輸送氣氛，向反應(yīng)管內(nèi)繼續(xù)輸送氮氣直至 試驗爐內(nèi)溫度低于l〇〇°C;
[0010] 5)從反應(yīng)管內(nèi)取出試樣，根據(jù)試樣的質(zhì)量變化計算出試樣的氧化燒損率。
[0011] 優(yōu)選地，所述步驟3)中，從反應(yīng)管底部向管內(nèi)輸送氣氛的含量是根據(jù)煙氣分析儀 檢測加熱爐內(nèi)的各氣體體積百分比含量獲得的。測定綜合氣體時，模擬加熱爐內(nèi)實際工況， 按照煙氣分析儀所測量的氣體體積百分比計算試驗時各氣體的體積百分比和流量試驗，測 量出幾種氣體共同作用下對鋼坯表面氧化燒損影響規(guī)律。
[0012] 優(yōu)選地，所述步驟3)中，從反應(yīng)管底部向管內(nèi)輸送的氣氛為C02、02、C0或者4中 的一種與隊的混合氣體。測量單一氣體時，其它氣體可用同等體積百分比的惰性氣體氮氣 代替被測氣體外所有氣體，根據(jù)煙氣分析儀所測量的該氣體體積百分比計算試驗時所需氣 體的體積百分比和流量。
[0013] 優(yōu)選地，所述步驟2)中，逐步提升試驗爐內(nèi)的溫度的速度為5°C/min，保證試驗爐 和反應(yīng)管內(nèi)溫度均勻。
[0014] -種為實現(xiàn)上述方法而設(shè)計的測量加熱爐爐內(nèi)氣氛對鋼坯表面氧化影響的裝置， 包括試驗爐，其特殊之處在于，所述試驗爐內(nèi)設(shè)有密封的反應(yīng)管和熱電偶，所述反應(yīng)管的頂 部設(shè)置有與大氣連通的尾氣導管，所述反應(yīng)管內(nèi)設(shè)有放置試樣的試樣架，所述試樣架的橫 截面與反應(yīng)管橫截面相同，所述試樣架上設(shè)有透氣通孔，所述反應(yīng)管的底部通過連接管與 配氣柜連通，所述配氣柜包括儲存加熱爐爐內(nèi)氣氛的儲氣罐，所述儲氣罐通過控制閥和流 量計與連接管連通，所述控制閥、熱電偶和流量計的控制端均與電腦連接。
[0015] 進一步地，所述試樣架上方布置有預熱剛玉球，所述預熱剛玉球位于試樣架與試 樣之間。從反應(yīng)管底部進入的氣氛須經(jīng)過預熱剛玉球，從預熱剛玉球之間的縫隙緩慢地、均 勻地通過，并到達試樣表面，從而充分地與試樣發(fā)生反應(yīng)。
[0016] 更進一步地，所述試樣架的透氣通孔的直徑為3~8mm，所述預熱剛玉球的直徑為 l〇mm。按照此規(guī)格設(shè)置試樣架的透氣通孔和預熱剛玉球的直徑，使氣氛到達試樣表面的速 度更均勻，反應(yīng)效果更好。
[0017] 更進一步地，所述儲氣罐為多個，分別儲存〇)、〇)2、隊、02和11 2氣體。測量幾種氣 體共同作用下對鋼坯表面氧化燒損影響規(guī)律時，通過多個儲氣罐分別儲存各種試驗氣體， 并分別通過控制閥控制各儲氣罐的流量。
[0018] 更進一步地，所述試樣架為耐熱耐腐蝕材料的試樣架，以適應(yīng)高溫高腐蝕的試驗 環(huán)境。
[0019] 本發(fā)明模擬加熱爐爐內(nèi)實際工況，根據(jù)不同的氣氛對鋼坯表面氧化的不同，通過 控制氣體輸入配比調(diào)節(jié)試驗管內(nèi)氣氛，測量鋼坯氧化燒損量，不僅可以定性的分析單一氣 體在不同溫度下對鋼坯的氧化影響，同時還可以定量的分析單一氣體對鋼坯表面氧化影 響。
[0020] 本發(fā)明的優(yōu)點在于：既能夠測量單一氣氛對鋼坯表面氧化燒損的影響規(guī)律，又能 測量幾種氣體共同作用下對鋼坯表面氧化燒損影響規(guī)律，同時還能防止高溫的鋼坯冷卻過 程中與空氣中〇 2發(fā)生二次氧化反應(yīng)而造成的試驗誤差；通過熱電偶控制試驗爐溫度，精確 模擬加熱爐實際工況，減少試驗誤差；增設(shè)預熱層，確保氣體與試驗充分反應(yīng)，同時還可以 減少氣體流速過快，部分氣體未完全反應(yīng)而造成的實試驗誤差；結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)，操作 尚效。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明測量加熱爐爐內(nèi)氣氛對鋼坯表面氧化影響的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖中：配氣柜1，控制閥2,試驗爐3,試樣架4,反應(yīng)管5,尾氣導管6,熱電偶7,連 接管8,電腦9,流量計10,儲氣罐11。
【具體實施方式】
[0023] 以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述。
[0024] 如圖1所示，本發(fā)明的一種測量加熱爐爐內(nèi)氣氛對鋼坯表面氧化影響的裝置，包 括試驗爐3,試驗爐3內(nèi)設(shè)有密封的反應(yīng)管5和熱電偶7。反應(yīng)管5為內(nèi)徑75mm，高800mm 的耐高溫耐氧化不銹鋼管。反應(yīng)管5的頂部設(shè)置有與大氣連通的尾氣導管6。反應(yīng)管5內(nèi) 設(shè)有放置試樣的試樣架4,試樣架4的橫截面與反應(yīng)管5橫截面相同。試樣架4為一塊厚 4mm直徑為73mm的耐熱多孔不銹鋼片，試樣架4上設(shè)有直徑為5mm的透氣通孔。試樣架4 上方布置有預熱剛玉球，每個預熱剛玉球的為直徑l〇mm。預熱剛玉球位于試樣架4與試樣 之間，預熱剛玉球和試樣架4構(gòu)成預熱層，使氣體能夠緩慢、充分的和試樣發(fā)生氧化反應(yīng)。 同時通過熱電偶7控制反應(yīng)管5內(nèi)溫度與加熱爐爐膛相同，確保在相同溫度條件下測量氣 體對鋼坯氧化的氧化性。測量單一氣氛對鋼坯氧化試驗時通過控制電腦9計算后將其它氧 化氣體用同體積百分比的保護性氣體隊代替，確保與鋼坯表面發(fā)生氧化反應(yīng)的為某單一氣 體，在試驗完成后關(guān)閉被測氣體，利用保護性氣體N2保護試樣冷卻至常溫，從而避免發(fā)生二 次氧化，影響試驗精度。
[0025] 反應(yīng)管5的底部通過連接管8與配氣柜1連通。連接管8為耐