專利名稱：鐵礦石還原、粉化、膨脹冶金性能檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵礦石性能測定的實驗裝置，尤其是鐵礦石還原、粉化、膨脹冶金性能檢測裝置。
背景技術(shù)：
鐵礦石是高爐冶煉的主要原料，其質(zhì)量的好壞與冶煉進程及技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)有著極為密切的關(guān)系。鐵礦石的還原度是評價其質(zhì)量好壞的重要標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)確檢測鐵礦石的相關(guān)數(shù)據(jù)如還原度、還原速率指數(shù)等對制定合理的爐料結(jié)構(gòu)及正確的冶煉エ藝，提高冶煉生產(chǎn)的技術(shù)指標(biāo)具有重要意義。
隨著全世界鋼鐵需要量逐年増加，人們對作為鋼鐵來源的鐵礦石的研究也越來越深入。近幾十年來，國內(nèi)已經(jīng)有高校和科研單位進行了鐵礦石冶金性能檢測的相關(guān)理論研究，并制定了部分國家標(biāo)準(zhǔn)。在實驗室試驗中，試樣為燒結(jié)球團礦，參照GB/T13241-91標(biāo)準(zhǔn)進行還原度Rt、還原速率指數(shù)測試；試驗焦樣均選取エ業(yè)生產(chǎn)的冶金焦炭，參照GB/T4000-1996標(biāo)準(zhǔn)進行焦炭反應(yīng)性CRI、反應(yīng)后強度CSR的測試工作。荷重軟化和熔融滴落測定由于沒有國家標(biāo)準(zhǔn)，目前國內(nèi)有多個標(biāo)準(zhǔn)，我校資源加工與生物工程學(xué)院制定有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并在全國多家大型鋼鐵企業(yè)得到了推廣應(yīng)用。20世紀(jì)90年代初馬鞍山鋼鐵公司鋼鐵研究所于進行了鐵礦石還原性、還原粉化、球團膨脹三項冶金性能檢測裝置的研制，該裝置是為制定和執(zhí)行國標(biāo)方法自行研制的檢測裝置，主要由還原裝置、還原氣供應(yīng)、冷態(tài)轉(zhuǎn)鼓、球団體積測定等附屬設(shè)備組成。還原爐雖然采用了 PLC控制系統(tǒng)，但僅用于開關(guān)量順序控制，溫度由具有PID調(diào)節(jié)功能的溫度儀表控制。但是與國外先進水平相比在檢測手段、控制策略、生產(chǎn)エ業(yè)連續(xù)性等方面還存在一定差距。北京科技大學(xué)是制定鐵礦石冶金性能檢測方法國家標(biāo)準(zhǔn)的主要參加單位，鐵礦石冶金性能方法測定設(shè)備和方法于1997年榮獲北京科技大學(xué)實驗技術(shù)成果獎，2001年己實現(xiàn)數(shù)字化控制、計算機數(shù)據(jù)采集及打印報告。東北大學(xué)煉鐵研究所研制開發(fā)了采用計算機測控技術(shù)的新型還原爐，可以對鐵礦石的還原度和還原速率指數(shù)進行準(zhǔn)確地試驗檢測。江蘇蘇鋼集團通過加強對燒結(jié)全過程的控制，使燒結(jié)礦冶金性能得到了改善，收到了明顯的效果。許多科研単位對鐵礦石冶金性能領(lǐng)域進行了有益的探索和發(fā)展，在檢測手段和試驗設(shè)備等方面提出了新的思路；但總體來說僅僅是在某一方面取得了進展，沒有將快速發(fā)展的自動控制技術(shù)和檢測，基本上不能在同一套裝置上進行鐵礦石還原性測定和低溫還原粉化實驗。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的實驗裝置不能在同一套裝置上進行鐵礦石還原性測定和低溫還原粉化實驗，在檢測手段、控制策略、生產(chǎn)エ業(yè)連續(xù)性等方面存在一定差距等不足，提供一種能在同一套裝置上進行鐵礦石還原性測定和低溫還原粉化實驗鐵礦石還原、粉化、膨脹冶金性能檢測裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案如下鐵礦石還原、粉化、膨脹冶金性能檢測裝置，包括中空的加熱爐體和控制柜；其特征在于在加熱爐體的空腔內(nèi)活動設(shè)置有還原管，還原管的上、下端分別設(shè)置有氣體出口和氣體進ロ，在還原管的上面，設(shè)置有用于稱重的計重裝置；混氣罐的一端通過柔性連接氣管與氣體進ロ連接，混氣罐的另一端連接有若干根進氣管，每根進氣管分別與ー種反應(yīng)氣體存儲罐連通，將該個氣體存儲罐內(nèi)存儲的氣體通過進氣管、混氣罐后經(jīng)氣體進ロ通入還原管內(nèi)；所述加熱爐體為三段式，分為上、中、下三段，每段都設(shè)置有 電熱絲和測量溫度的測溫?zé)犭娕?；采用至少三個測溫?zé)犭娕挤謩e測量加熱爐體上、中、下三段的溫度；測溫?zé)犭娕寂c控制柜電連接。進ー步的特征是還包括與所述控制柜連接的計算機，計算機的輸出端與控制柜電連接，控制柜與加熱爐體電連接，在計算機輸出的指令作用下，控制加熱爐體按照エ藝要求加熱升溫、降溫、保溫；計重裝置與計算機的輸入端連接，將實驗測得的質(zhì)量及其變化的相關(guān)數(shù)據(jù)輸入計算機內(nèi)。氣體出口外接柔性連接管，通過柔性連接管與排氣罐連接。在還原管的頂端設(shè)置有蓋子，氣體出口穿過蓋子與還原管的空腔連通。在還原管空腔內(nèi)設(shè)置多孔板，在多孔板上設(shè)置ー層或兩層鋁球，在鋁球上再放置ー塊多孔板，試樣放在上面這塊多孔板上。將還原管通過掛架吊掛在計重裝置上，動態(tài)計量反應(yīng)過程中各個時段試樣的實時參數(shù)。柔性連接管采用硅橡膠管；還原管2的材料采用GH3040材料。所述氣體存儲罐是四個，分別存儲有氮氣、一氧化碳、ニ氧化碳和氫氣。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的鐵礦石還原、粉化、膨脹冶金性能檢測裝置，具有以下有益效果
I、本發(fā)明的實驗裝置是ー種三段式還原爐，還原爐可作GB/T-13240-91、GB/T-13241-91、GB/T-13242-91三項鐵礦石性能國家標(biāo)準(zhǔn)檢測項目的還原試驗設(shè)備。還原爐正常使用最高溫度為1100で，反應(yīng)管同時適應(yīng)還原性和氧化性氣氛，使用壽命長。爐子恒溫帯長度達488mm，使用解藕控制算法，使三段式爐子控制穩(wěn)定性大大提高。2、本發(fā)明實驗裝置采用計算機測控技術(shù)，測試軟件為全中文WINDOWS平臺，并選用先進的德國進ロ電子天平，實驗結(jié)果由計算機自動采集自動處理，實驗數(shù)據(jù)和曲線由打印機自動輸出，實驗數(shù)據(jù)能自動存盤保存。自動化程度高，操作簡單容易。3、本發(fā)明實驗裝置使用連續(xù)稱量的精密電子稱，準(zhǔn)確，可靠，以數(shù)字量顯示，并通過RS — 232串行ロ通訊，從而使計算機隨時以數(shù)字、圖形曲線方式顯示還原進程。4、由于三段式爐子，上、中、下三段爐溫互相耦合，常規(guī)控制難以實現(xiàn)恒定溫度控制。而本系統(tǒng)從理論上對該爐子進行三段解耦運算，并結(jié)合人工智能的控制策略，控制不依賴于對象的數(shù)學(xué)模型；因此，控制過程中也就不需要人為摸索控制參數(shù)。爐溫控制變得十分方便。整個升溫過程無需人工干預(yù)。5、升溫速率和升溫溫度可在計算機上隨意修改和調(diào)用的升溫曲線可達48段。爐溫控制波動值不超過+rc，全部實驗過程參數(shù)都由計算機隨時以圖文方式記錄存盤，可永久保存和隨時調(diào)用、打印等。控制過程中圖文并茂，具有良好人機界面。


圖I是本發(fā)明鐵礦石還原、粉化、膨脹冶金性能檢測裝置結(jié)構(gòu)示意 圖2是本發(fā)明檢測裝置控制結(jié)構(gòu)示意 圖3是本發(fā)明檢測裝置鐵礦石高溫還原性能測定過程溫度控制圖； 圖4是本發(fā)明檢測裝置鐵礦石低溫還原粉化試驗測定過程溫度控制圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進ー步說明。本發(fā)明鐵礦石還原、粉化、膨脹冶金性能檢測裝置，如圖1、2所示，包括中空的加熱爐體I和對加熱爐體I的升溫、降溫、保溫進行控制的控制柜，在加熱爐體I的空腔內(nèi)活動設(shè)置有還原管2，還原管2上設(shè)置有氣體出ロ 3和氣體進ロ 4，氣體出ロ 3通常設(shè)置在其上端，氣體進ロ 4可以設(shè)置在其上端或下端，外接的氣體通過管道從還原管2的下端進入還原管2內(nèi)，還原管2內(nèi)的氣體從氣體出ロ 3經(jīng)管道排出；在還原管2的頂端設(shè)置有蓋子5，在進行實驗時根據(jù)需要蓋上蓋子；還原管2能移入或移出加熱爐體I的空腔內(nèi)；氣體出ロ3穿過蓋子5與還原管2的空腔連通，將反應(yīng)產(chǎn)生的氣體或廢氣排出還原管2的空腔。在還原管2的上面，設(shè)置有用于稱重的計重裝置6，計重裝置6可以是合適的天平，如電子天平等，計重裝置6可以計量加入還原管2空腔的實驗樣品的質(zhì)量，也可以計量反應(yīng)后剩余物質(zhì)的質(zhì)量，還可以將還原管2通過掛架7吊掛在計重裝置6上，動態(tài)計量反應(yīng)過程中各個時段(溫度條件下)試樣的實時質(zhì)量等參數(shù)，可以連續(xù)稱量?；鞖夤?通常設(shè)置在加熱爐體I的外面，混氣罐8的一端通過柔性連接氣管9與氣體進ロ 4連接，混氣罐8的另一端連接有若干根進氣管10，每根進氣管10上按照要求設(shè)置流量控制閥、壓カ表等附屬部件；每根進氣管10分別與ー種反應(yīng)氣體存儲罐11連通，將該個氣體存儲罐11內(nèi)存儲的氣體通過進氣管10、混氣罐8后經(jīng)氣體進ロ 4通入還原管2內(nèi)，滿足反應(yīng)的需要。圖中所示的氣體存儲罐11是四個，分別存儲有氮氣(或惰性氣體)、一氧化碳、ニ氧化碳和氫氣，在打開對應(yīng)的流量控制閥后，將該氣體存儲罐11內(nèi)存儲的氣體通入還原管2內(nèi)，滿足反應(yīng)的需要。氣體出ロ 3外接柔性連接管9，通過柔性連接管9與排氣罐連接，通過排氣罐將廢氣排出。柔性連接管9采用硅橡膠管，保證計重裝置6在實時稱重時不受干擾，避免系統(tǒng)誤差的產(chǎn)生。還原管2的材料采用GH3040材料，保證高溫，耐毒氣，耐氧化還原。根據(jù)不同實驗的需要，在還原管2空腔內(nèi)設(shè)置多孔板12 (具有很多個通常為上下排列的孔徑較小的通孔，熱氣等能通過該通孔)，具體可以設(shè)置在還原管2空腔的中部或上部；在多孔板12上還可以設(shè)置ー層或兩層鋁球13，其直徑在10. 0-12. 5mm的高氧化鋁球，還需要在鋁球13上再放置ー塊多孔板12，試樣14則放在上面這塊多孔板12上。在還原管2內(nèi)也設(shè)置有測溫的熱電偶18，其與控制柜電連接，將測得的還原管2內(nèi)的溫度參數(shù)輸入控制柜內(nèi)。本發(fā)明的加熱爐體1，采用電熱絲15加熱，當(dāng)然也可采用其他合適的加熱源進行加熱；本發(fā)明的加熱爐體I為三段式，分為上、中、下三段，每段都設(shè)置有電熱絲15和測量溫度的測溫?zé)犭娕?6 ;為了更好控制溫度，在爐體升溫過程中，采用至少三個測溫?zé)犭娕?6分別測量加熱爐體I上、中、下三段的溫度，分別控制三段電熱絲15通電流的強弱和時間，采用差異的電流法，最終使得還原管的溫度穩(wěn)定性高。測溫?zé)犭娕?6與控制柜電連接，將測得的溫度參數(shù)輸入控制柜內(nèi)。本發(fā)明的采用先進的控制算法，使恒溫帶的寬達490mm ；溫度采樣頻率提高，每12秒采樣一次，使得溫度控制精度大大提升，溫度控制精度可達±1° C。如圖2，本發(fā)明的控制柜，用于控制加熱爐體I按照エ藝要求加熱升溫、降溫、保溫等，作為現(xiàn)有技木，在此不做進ー步說明。為了獲得智能型實驗裝置，本發(fā)明還包括與所述控制柜連接的計算機，采用計算機對本發(fā)明的控制柜進行控制，計算機的輸出端與控制柜 電連接(通過RS485接ロ以及控制線)，控制柜與加熱爐體I電連接，在計算機輸出的指令作用下，控制加熱爐體I按照エ藝要求加熱升溫、降溫、保溫等。同時，計重裝置6與計算機的輸入端連接，將實驗測得的質(zhì)量及其變化的相關(guān)數(shù)據(jù)輸入計算機內(nèi)，計算機經(jīng)運輸處理，將結(jié)構(gòu)通過相連接的打印機打印出來。三個測溫?zé)犭娕?6、熱電偶18，也可以先與計算機的輸入端連接，經(jīng)計算機處理后，將相關(guān)溫度信號輸入控制柜。本發(fā)明計重裝置6的稱重方法采用稱總重量的方法，即試樣14 (被測物體)和還原管2以及通入的氣體一起進行實時稱重的方法；柔性連接進、出氣管能保證計量的準(zhǔn)確性，對獲取真實、有效的實驗數(shù)據(jù)具有較為重要的作用。本發(fā)明的計算機采用的數(shù)據(jù)實時存儲得到全過程重量變化曲線，數(shù)據(jù)處理上采用平滑處理和數(shù)據(jù)擬合方法，得到連續(xù)平滑的曲線。本裝置做鐵礦石還原性能的測定實驗簡述如下
鐵礦石還原性是模擬爐料自高爐上部進入高溫區(qū)的條件，用還原氣體從鐵礦石中排除與鐵相結(jié)合的氧的難易程度的ー種量度。它是評價鐵礦石冶金性能的重要質(zhì)量指標(biāo)。鐵礦石高溫還原性能測定過程如圖3所示。試樣質(zhì)量為500± I粒，精確至O. 19，將試樣14放入還原管2中，試樣表面要鋪平。可以把試樣14直接放到多孔板12上，但是為了使還原氣體氣流均勻，在多孔板12和試樣14之間放兩層粒度為10. 0-12. 5mm的高氧化鋁球13，但此時需要在高氧化鋁球13上再放ー塊多孔板12，試樣14則放在這塊多孔板12上。用蓋子5封閉還原管2的頂部，將氮氣(或惰性氣體)通入還原管2，標(biāo)態(tài)流量為5L/min，接著將還原管2放到加熱爐體I的內(nèi)腔里，并把它懸掛在計重裝置6的中心，保證反應(yīng)管2不與加熱爐體I的內(nèi)壁或加熱元件接觸。還原管2放入爐內(nèi)時，爐內(nèi)溫度不得大于200°C。然后開始加熱，升溫速度不得大于10°C /min。當(dāng)試樣達到900°C時，増大氮氣(或惰性氣體)標(biāo)態(tài)流量到15L/min。在900°C恒溫30min，使試樣的質(zhì)量ml達到恒量，溫度波動在900±10°C之內(nèi)。恒溫30min結(jié)束后，通入標(biāo)態(tài)流量為15L/min的還原氣體(一氧化碳或氫氣)代替氮氣(或惰性氣體)，還原180min。在開始的15min內(nèi)至少姆3min記錄一次試樣的質(zhì)量，之后姆IOmin記錄一次,還原180min后,試驗結(jié)束。在切斷還原氣體后，向還原管2通入標(biāo)態(tài)流量為5L/min的氮氣(或惰性氣體)，然后將還原管2冷卻到00°C。檢測結(jié)果用還原度指數(shù)(Rt)和還原速率指數(shù)(RVI)表示。I、還原度指數(shù)的計算
用下式計算時間t后的還原度Rt，t為3h。據(jù)此可以畫出還原度Rt[%(n “m)]對時間t(min)的還原度曲線。還原指數(shù)表達式為
權(quán)利要求
1.鐵礦石還原、粉化、膨脹冶金性能檢測裝置，包括中空的加熱爐體(I)和控制柜；其特征在干在加熱爐體(I)的空腔內(nèi)活動設(shè)置有還原管(2)，還原管(2)的上、下端分別設(shè)置有氣體出口(3)和氣體進ロ(4)，在還原管(2)的上面，設(shè)置有用于稱重的計重裝置(6);混氣罐(8)的一端通過柔性連接氣管(9)與氣體進ロ(4)連接，混氣罐(8)的另一端連接有若干根進氣管(10)，每根進氣管(10)分別與ー種反應(yīng)氣體存儲罐(11)連通，將該個氣體存儲罐(11)內(nèi)存儲的氣體通過進氣管(10)、混氣罐(8)后經(jīng)氣體進ロ(4)通入還原管(2)內(nèi)；所述加熱爐體(I)分為上、中、下三段，每段都設(shè)置有電熱絲(15)和測量溫度的測溫?zé)犭娕?16 ;采用至少三個測溫?zé)犭娕?16)分別測量加熱爐體(I)上、中、下三段的溫度；測溫?zé)犭娕?16)與所述控制柜電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述鐵礦石還原、粉化、膨脹冶金性能檢測裝置，其特征在于還包括與所述控制柜連接的計算機，計算機的輸出端與控制柜電連接，控制柜與加熱爐體(I)電連接，在計算機輸出的指令作用下，控制加熱爐體(I)按照エ藝要求加熱升溫、降溫、保溫；計重裝置(6)與計算機的輸入端連接，將實驗測得的質(zhì)量及其變化的相關(guān)數(shù)據(jù)輸入計算機內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述鐵礦石還原、粉化、膨脹冶金性能檢測裝置，其特征在于氣體出口(3)外接柔性連接管(9)，通過柔性連接管(9)與排氣罐連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述鐵礦石還原、粉化、膨脹冶金性能檢測裝置，其特征在于在還原管(2)的頂端設(shè)置有蓋子(5)，氣體出口(3)穿過蓋子(5)與還原管(2)的空腔連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述鐵礦石還原、粉化、膨脹冶金性能檢測裝置，其特征在于在還原管(20空腔內(nèi)設(shè)置多孔板(12)，在多孔板(12)上設(shè)置ー層或兩層鋁球(13)，在鋁球(13)上再放置ー塊多孔板(12)，試樣(14)放在上面這塊多孔板(12)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述鐵礦石還原、粉化、膨脹冶金性能檢測裝置，其特征在于還原管(2)通過掛架(7)吊掛在計重裝置(6)上，動態(tài)計量反應(yīng)過程中各個時段試樣的實時參數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述鐵礦石還原、粉化、膨脹冶金性能檢測裝置，其特征在于柔性連接管(9)采用硅橡膠管；還原管(2)的材料采用GH3040材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述鐵礦石還原、粉化、膨脹冶金性能檢測裝置，其特征在于柔性連接管(9)采用硅橡膠管；還原管(2)的材料采用GH3040材料。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種鐵礦石還原性測定、低溫還原粉化以及球團膨脹的冶金材料性能檢測的實驗裝置。通過本裝置進行鐵礦石等冶金材料的性能測定，為相關(guān)企業(yè)、科研院所從事鐵礦石檢驗，性能測定和評價研究提供了幫助。本裝置采用了三段式還原爐加熱，利用先進的溫度控制算法可精確地控制還原爐的溫升過程，更好地滿足國標(biāo)GB/T-13240-91、GB/T-13241-91、GB/T-13242-91實驗項目實施中溫度控制要求；其即可滿足高溫需要，又耐氧化、還原，使高溫實驗過程達到國標(biāo)要求；采用精確電子天平進行實時的稱重，保證實驗過程不受外界人為干擾，完成還原樣品測試結(jié)果的采樣和存儲以及數(shù)據(jù)的擬合，為鐵礦石還原性能的研究提供了有效的支持。
文檔編號G01N5/00GK102692356SQ20121015358
公開日2012年9月26日 申請日期2012年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月17日
發(fā)明者余群威, 吳云君, 張亞軍, 施金良, 王華斌, 許弟建, 謝東, 賈碧, 陳國榮 申請人:重慶科技學(xué)院