CN106053285A - 一种焦炭高温热性质检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种焦炭高温热性质检测装置，包括电子天平和倒扣在电子天平上的炉体；炉体内设有发热体和反应器；反应器包括坩埚；所述坩埚内从下往上依次设有筛板、高铝球、焦炭；坩埚的下端设有进气管，进气管分别与1#管道、2#管道连接，1#管道分别与CO、CO2、N2气源连接，所述N2气源与2#管道连接；在反应器的中心竖向设置有第一热电偶，在炉体的侧壁上设置有第二热电偶；第一热电偶、第二热电偶将采集的温度传递给控制系统；控制系统实时监控电子天平的称重数据；炉体通过升降机构进行升降。本发明能对高炉软融带以下1600℃以下温度段焦炭的热态性能进行检测。
Description
技术领域
本发明属于冶金炼焦技术领域，具体涉及一种焦炭高温热性质检测装置，用于焦炭高温热性质的检测。
背景技术
在钢铁工业中，焦炭起着还原剂、热源和骨架的重要作用。因此，随着高炉工艺的发展，对焦炭质量的要求正在逐渐升高。炼焦行业中将焦炭冷态强度和焦炭热态性能(通常用反应性CRI和反应后强度CSR来表示)作为衡量焦炭质量的重要指标，尤其是随着高炉的大型化，改善焦炭性能已成为一项重要课题。
目前，各炼铁厂广泛采用的是从日本引进的CRI、CSR指标来表征焦炭在高炉内的热性质，CRI、CSR指标是在全焦冶炼的背景下提出的。随着时代的发展，高炉采用了喷吹煤技术并且喷煤比例越来越高。随着喷煤量的增加和高炉大型化后，CRI、CSR指标对焦炭在高炉内的劣化过程模拟性越来越差。
近年来炼铁行业的专家们都在积极探索新的焦炭热性质质量指标，但受条件、手段所限，仅限于对高炉软融带以上1100℃以下温度段焦炭的热态及冷态实验研究，而对高炉软融带以下的高温区域焦炭所表现的冶炼行为很少有人顾及。因此，我们迫切需要一种新的焦炭高温热性质检测装置，以检测高炉软融带以下的高温区域焦炭的热性质，以填补国内在这一方面的空白。
发明内容
本发明的目的在于提供一种焦炭高温热性质检测装置，该装置能对高炉软融带以下1600℃以下温度段焦炭的热态性能进行检测。
本发明所采用的技术方案是：
一种焦炭高温热性质检测装置，包括电子天平和倒扣在电子天平上的炉体；所述炉体内设有发热体和反应器；
所述反应器包括坩埚；所述坩埚内从下往上依次设有筛板、高铝球、焦炭；坩埚的下端设有进气管，进气管分别与1#管道、2#管道连接，1#管道分别与CO、CO2、N2气源连接，所述N2气源与2#管道连接；
在反应器的中心竖向设置有第一热电偶，在炉体的侧壁上设置有第二热电偶；第一热电偶、第二热电偶将采集的温度传递给控制系统；控制系统实时监控电子天平的称重数据；
所述炉体通过升降机构进行升降。
反应过程中，控制系统实时接收第一热电偶、第二热电偶的温度数据，控制升温；控制系统实时监控电子天平的重量，绘制焦炭的失重率曲线、失重速率曲线，计算出焦炭的起始反应温度、剧烈反应温度、实时失重率、失重速率；实验结束后，冷却至室温，取出焦炭进行转鼓实验，计算转鼓后强度。
更进一步的方案是，所述炉体包括炉壳和位于炉壳内的保温体。
更进一步的方案是，所述保温体由玻璃纤维棉制成。
更进一步的方案是，所述发热体为硅钼棒，该硅钼棒周向设置在反应器的外侧。
更进一步的方案是，所述反应器与电子天平垂直设置。
更进一步的方案是，所述升降机构包括底座，底座上设有立柱，立柱上设有升降架，升降架与炉体上的升降座相适配，升降架与螺旋提升装置连接，螺旋提升装置带动升降架移动，升降架带动炉体上下移动。
更进一步的方案是，所述高铝球的直径为10cm。
更进一步的方案是，所述1#管道上设有混合罐。
更进一步的方案是，所述CO、CO2、N2气源的输出端设有流量计。
更进一步的方案是，所述电子天平的量程为10kg,称量精度为0.1g。
更进一步的方案是，在电子天平与炉体之间设置有固定托板。
本发明的有益效果在于：
能对高炉软融带以下1600℃以下温度段焦炭的热态性能进行检测；
焦炭在热态下(室温～1600℃)称量和冷态下(室温)称量结果基本一致，能够监控高温下焦炭的实时劣化过程；
能够测量焦炭的起始反应温度、剧烈反应温度，以作为表征高炉间接还原区和直接还原区变化的焦炭质量指标；
能够测定不同失重率下的焦炭热性质，以表征不同冶炼强度下的焦炭质量指标；
可以模拟高炉内气体变化、炉温变化对焦炭热性质的影响；
采用硅钼棒作为发热体，耐高温的玻璃纤维棉做保温体，使炉体可以加热到1600℃，并能保持其温度；
采用量程为10kg,称量精度为0.1g的电子天平，以减少称量误差；将电子天平置于炉体下部，并通过固定托板隔开，能减少温度变化对天平称量的影响，提高电子天平的使用寿命；
将反应器垂直落于电子天平上，利用螺旋提升装置提升炉体，不仅能方便装样、取样，还能减少反应器晃动对天平称量的影响，提高检测准确度；
采用CO、CO2、N2气瓶做为气源，三种气体分别通过流量计控制其流量，实验开始时采用1#进气系统(连通1#管道)，通过混合罐进行混合后通入反应器作为反应气体，反应结束后立即切换到2#进气系统(连通2#管道)通入保护气体N2，避免混合罐里的尾气对实验结果的影响；
第一热电偶采集反应器中心温度，第二热电偶采集炉体侧壁温度，并将采集的温度数据传递给控制系统，控制系统根据第一热电偶和第二热电偶传来的温度数据精确控制发热体发热，从而实现炉体内温度的精确控制，提高实验准确度；
在反应器内的筛板上加入直径为10cm的高铝球，筛板能使进入反应器的反应气体分布均匀，高铝球对进入反应器内的反应气体进行二次分布，以提高气体分布的均匀性，提高反应气体与焦炭的反应效率；
将炉体倒扣在电子天平上，方便了焦炭的取料与放料，通过升降架将倒扣的炉体进行升降，避免了炉体在升降时对反应器的影响，从而确保了数据的准确性。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明焦炭高温热性质检测装置的结构示意图；
图2是反应器中筛板、第一热电偶的结构示意图；
图3是焦炭高温热性质检测装置的控制示意图。
其中：1、底座底脚；2、底座框架；3、底座面板；4、电子天平；5、固定托板；6、刚玉支管；7、第一热电偶；8、支管底座；9、支管护套；10、炉衬底段；11、蜂窝体；12、炉衬中段；13、坩埚底座；14、第二热电偶；15、电偶护套；16、刚玉坩埚；17、坩埚盖；18、炉衬上段；19、炉壳；20、排气孔；21、升降座；22、升降架；23、立柱；24、法兰；25、硅钼棒；26、1#管道；27、2#管道；28、混合罐；29、控制系统；30、筛板，33、炉体。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1-图3，一种焦炭高温热性质检测装置，包括电子天平4和倒扣在电子天平4上的炉体33；炉体33内设有硅钼棒25和反应器，硅钼棒25的设置能使炉体加热到1600℃；硅钼棒周向均匀设置在反应器的外侧，以确保反应器受热均匀；在炉体33上设有排气孔20，该排气孔20的中轴线与反应器的中轴线重合；
炉体33包括炉壳19和位于炉壳19内的由玻璃纤维棉制成保温体，保温体由从下往上依次设置的炉衬底段10、炉衬中段12、炉衬上段18构成，保温体的设置能确保炉体的工作温度始终在1600℃；
反应器包括刚玉坩埚16；刚玉坩埚16的上端设有坩埚盖17，刚玉坩埚16的下端设有坩埚底座13；在刚玉坩埚16内，从下往上依次设有筛板30、直径为10cm的高铝球、焦炭；刚玉坩埚16的下端设有刚玉支管6(进气管)，刚玉支管6分别与1#管道26、2#管道27连接，1#管道26分别与CO、CO2、N2气源连接，2#管道27与N2气源连接；在1#管道26设有混合罐28；CO、CO2、N2气源通过流量计控制其流量；
在刚玉坩埚16的中心竖向设置有第一热电偶7，用于测量反应器内的温度；在炉体33的侧壁上设有第二热电偶14，用于测量炉体33内的温度；第一热电偶7、第二热电偶14垂直设置；在第二热电偶14上设有电偶护套15；第一热电偶7、第二热电偶17将采集的温度传递给控制系统29；控制系统29控制升温程序；
为了方便取料与放料，炉体33通过升降机构进行升降，该结构能减少反应器晃动对天平称量的影响；升降机构包括底座；底座包括底座面板3，底座面板3通过底座框架2与底座底脚1连接；底座面板3上设有立柱23，立柱23通过法兰24固定在底座面板3，立柱23上设有升降架22，升降架22与炉体33上的升降座21连接，升降架22与螺旋提升装置连接，螺旋提升装置带动升降架22移动，升降架22带动炉体33上下移动。
为了确保称量精度，减少称量误差，采用量程为10kg,称量精度为0.1g的电子天平4；在电子天平4与炉体33之间设置固定托板5，以减少温度变化对电子天平4称量的影响，同时提高电子天平4的使用寿命；使反应器与电子天平4垂直设置，确保电子天平、反应器的中轴线重合。
为了固定第一热电偶7，在刚玉支管6内设有又耐火材料支撑的蜂窝体11。为了固定刚玉支管6，在刚玉支管6外设置有支管护套9，在支管护套9外设有支管底座8。
反应过程中，控制系统实时接收第一热电偶、第二热电偶的温度数据，控制升温；控制系统实时监控电子天平的重量，绘制焦炭的失重率曲线、失重速率曲线，计算出焦炭的起始反应温度、剧烈反应温度、实时失重率、失重速率；实验结束后，冷却至室温，取出焦炭进行转鼓实验，计算转鼓后强度。
本发明中，焦炭在热态下(室温～1600℃)称量和冷态下(室温)称量结果基本一致，能够监控高温下焦炭的实时劣化过程；能够测量焦炭的起始反应温度、剧烈反应温度，以作为表征高炉间接还原区和直接还原区变化的焦炭质量指标；能够测定不同失重率下的焦炭热性质，以表征不同冶炼强度下的焦炭质量指标；可以模拟高炉内气体变化、炉温变化对焦炭热性质的影响。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种焦炭高温热性质检测装置，其特征在于：包括电子天平和倒扣在电子天平上的炉体；所述炉体内设有发热体和反应器；
所述反应器包括坩埚；所述坩埚内从下往上依次设有筛板、高铝球、焦炭；坩埚的下端设有进气管，进气管分别与1#管道、2#管道连接，1#管道分别与CO、CO2、N2气源连接，所述N2气源与2#管道连接；
在反应器的中心竖向设置有第一热电偶，在炉体的侧壁上设置有第二热电偶；第一热电偶、第二热电偶将采集的温度传递给控制系统；控制系统实时监控电子天平的称重数据；
所述炉体通过升降机构进行升降。
2.根据权利要求1所述的焦炭高温热性质检测装置，其特征在于：所述炉体包括炉壳和位于炉壳内的保温体。
3.根据权利要求2所述的焦炭高温热性质检测装置，其特征在于：所述保温体由玻璃纤维棉制成。
4.根据权利要求1所述的焦炭高温热性质检测装置，其特征在于：所述发热体为硅钼棒，该硅钼棒周向设置在反应器的外侧。
5.根据权利要求1所述的焦炭高温热性质检测装置，其特征在于：所述反应器与电子天平垂直设置。
6.根据权利要求1所述的焦炭高温热性质检测装置，其特征在于：所述升降机构包括底座，底座上设有立柱，立柱上设有升降架，升降架与炉体上的升降座相适配，升降架与螺旋提升装置连接，螺旋提升装置带动升降架移动，升降架带动炉体上下移动。
7.根据权利要求1所述的焦炭高温热性质检测装置，其特征在于：所述高铝球的直径为10cm。
8.根据权利要求1所述的焦炭高温热性质检测装置，其特征在于：所述1#管道上设有混合罐。
9.根据权利要求1所述的焦炭高温热性质检测装置，其特征在于：所述CO、CO2、N2气源的输出端设有流量计。
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