本發(fā)明屬于礦石性能測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種測(cè)試礦石還原性能的裝置和方法。

背景技術(shù)：

直接還原鐵(DRI)又稱海綿鐵，是鐵礦石在低于熔化溫度下直接還原得到的含鐵產(chǎn)品。海綿鐵是一種廢鋼的代用品，是電爐冶煉純凈鋼、優(yōu)質(zhì)鋼不可缺少的雜質(zhì)稀釋劑，是轉(zhuǎn)爐煉鋼優(yōu)質(zhì)的冷卻劑，是發(fā)展鋼鐵冶金短流程不可或缺的原料。2014年，全世界直接還原鐵的年產(chǎn)量達(dá)7450萬(wàn)噸，創(chuàng)歷史新高。我國(guó)將直接還原工藝列為鋼鐵工業(yè)發(fā)展的主要方向之一。

生產(chǎn)直接還原鐵的工藝稱為直接還原法，屬于非高爐煉鐵工藝，分為氣基法和煤基法兩大類。目前世界范圍內(nèi)，76％的直接還原鐵是通過氣基法生產(chǎn)。每種不同的鐵礦石在進(jìn)行氣基豎爐直接還原工業(yè)化前，均需要進(jìn)行基礎(chǔ)氣基還原測(cè)試，以摸索確定氣基還原的基本參數(shù)和考察還原性能等指標(biāo)是否符合大型工業(yè)化要求。

CO是氣基還原測(cè)試時(shí)還原氣必需的氣體之一，CO氣體在500-700℃范圍內(nèi)易發(fā)生析碳反應(yīng)。配有大量比例CO的還原氣在進(jìn)氣管道預(yù)熱過程中會(huì)較長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)過該溫度段，故易發(fā)生析碳現(xiàn)象，而使?fàn)t內(nèi)反應(yīng)固體物料(氧化球團(tuán)/海綿鐵)表面粘上不少碳粉，而影響還原反應(yīng)的試驗(yàn)進(jìn)行，進(jìn)而影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；嚴(yán)重析碳情況下，還會(huì)造成還原氣進(jìn)氣管道堵塞，損壞反應(yīng)裝置使得試驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種測(cè)試礦石還原性能的裝置和方法，將進(jìn)氣管的一部分制作成螺旋狀，增長(zhǎng)加熱段的長(zhǎng)度，以便增加還原氣的受熱面積，使得還原氣可被快速加熱至800℃以上，從而抑制析碳現(xiàn)象的發(fā)生。

本發(fā)明的目的之一是提供一種測(cè)試礦石還原性能的裝置，包括加熱器、反應(yīng)器、進(jìn)氣管、配氣裝置、稱重裝置和測(cè)溫裝置；

所述加熱器設(shè)有空腔；所述反應(yīng)器內(nèi)部中空，底部設(shè)有進(jìn)氣口；

所述進(jìn)氣管包括進(jìn)氣段、加熱段和出氣段，所述加熱段為螺旋型，所述進(jìn)氣段連通所述加熱段，所述加熱段連通所述出氣段；

所述反應(yīng)器設(shè)置在所述加熱器內(nèi)，所述配氣裝置出氣口連通所述進(jìn)氣段進(jìn)氣口，所述出氣段出氣口連通所述反應(yīng)器進(jìn)氣口，所述稱重裝置連接所述反應(yīng)器，所述測(cè)溫裝置設(shè)置所述反應(yīng)器的內(nèi)部。

稱重裝置用于稱量反應(yīng)器的重量，以記錄還原反應(yīng)過程中試樣的重量變化情況和還原度變化情況。測(cè)溫裝置用于測(cè)量反應(yīng)器內(nèi)試樣的溫度。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述進(jìn)氣管的加熱段圍繞在所述反應(yīng)器的外側(cè)，便于加熱段還原氣受熱。

作為本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案，所述反應(yīng)器的頂部設(shè)有測(cè)溫裝置安裝孔，所述測(cè)溫裝置通過所述測(cè)溫裝置安裝孔固定。測(cè)溫裝置用于測(cè)量試樣的溫度，將試樣放入反應(yīng)器后，將測(cè)溫裝置通過測(cè)溫裝置安裝孔插入反應(yīng)器并固定，測(cè)溫裝置的一端延伸到試樣中。

進(jìn)一步的，本發(fā)明的裝置還包括孔板，所述孔板上設(shè)有貫通的孔；所述孔板安裝在所述反應(yīng)器內(nèi)，將所述反應(yīng)器的內(nèi)腔分隔為上腔和下腔。

作為優(yōu)選的方案，所述稱重裝置包括電子天平和掛鉤，所述反應(yīng)器通過所述掛鉤懸掛在所述電子天平的下方。另一種方案，稱重裝置也可以是電子秤，安裝在反應(yīng)器的下方，用于實(shí)時(shí)測(cè)量反應(yīng)器的重量。

具體的，所述配氣裝置包括多個(gè)氣瓶和混氣裝置，所述氣瓶連通所述混氣裝置。

作為本發(fā)明優(yōu)選的方案，所述反應(yīng)器的頂部設(shè)有出氣口。反應(yīng)器的出氣口用于排出氣體，亦可設(shè)置在反應(yīng)器側(cè)壁的上部。根據(jù)實(shí)際使用的情況確定反應(yīng)器出氣口的位置。

本發(fā)明的另一目的是提供一種利用上述裝置測(cè)試礦石還原性能的方法，包括如下步驟：

A、將試樣送入所述反應(yīng)器，對(duì)試樣進(jìn)行加熱，所述稱重裝置實(shí)時(shí)測(cè)量所述反應(yīng)器的重量，所述測(cè)溫裝置測(cè)量所述反應(yīng)器內(nèi)試樣的溫度；

B、所述配氣裝置將還原氣送入所述進(jìn)氣管的進(jìn)氣段進(jìn)行預(yù)熱；

C、將預(yù)熱后的還原氣通入所述加熱段，快速加熱至800～850℃；

D、將所述加熱后的還原氣通過所述出氣段通入所述反應(yīng)器，與所述試樣發(fā)生還原反應(yīng)。

優(yōu)選的，所述步驟B中，將所述還原氣預(yù)熱至350～450℃。

具體的，所述步驟A中，將所述試樣放置在所述孔板上。

進(jìn)一步的，在所述步驟B之前包括步驟：所述配氣裝置將多種不同的氣體混合為還原氣。

本發(fā)明提供的測(cè)試礦石還原性能的裝置和方法，在還原氣的進(jìn)氣管上設(shè)置加熱段，加熱段為螺旋形，便于對(duì)還原氣的快速加熱；加熱段圍繞在反應(yīng)器的外側(cè)，利于還原氣的均勻受熱；被快速加熱的還原氣基本避免了CO析碳現(xiàn)象的發(fā)生，有利于提高測(cè)試實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，避免了進(jìn)氣管的堵塞。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施測(cè)試礦石還原性能裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施測(cè)試礦石還原性能方法流程圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行更加詳細(xì)的說明，以便能夠更好地理解本發(fā)明的方案及其各個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)。然而，以下描述的具體實(shí)施方式和實(shí)施例僅是說明的目的，而不是對(duì)本發(fā)明的限制。

一方面，如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種測(cè)試礦石還原性能的裝置，包括加熱器1、反應(yīng)器2、進(jìn)氣管3、配氣裝置4、稱重裝置5和測(cè)溫裝置6。

加熱器1為電阻加熱器，設(shè)有空腔，用于試樣和還原氣的加熱，為礦石的還原實(shí)驗(yàn)提供能量。

反應(yīng)器2內(nèi)部中空，底部設(shè)有進(jìn)氣口。反應(yīng)器2設(shè)置在加熱器1內(nèi)。反應(yīng)器2的頂部密封，頂部設(shè)有出氣口和測(cè)溫裝置安裝孔。出氣口用于還原反應(yīng)產(chǎn)生的氣體的排出，測(cè)溫裝置安裝孔用于安裝測(cè)溫裝置。試樣放入反應(yīng)器2內(nèi)，將還原氣由進(jìn)氣口通入，與試樣發(fā)生還原反應(yīng)。

進(jìn)氣管3包括進(jìn)氣段301、加熱段302和出氣段303。進(jìn)氣段301和出氣段303為直管，加熱段302為螺旋型，加熱段302纏繞在反應(yīng)器2的外側(cè)。進(jìn)氣段301連通加熱段302，加熱段302連通出氣段303。進(jìn)氣段301可對(duì)還原氣進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱后的還原氣進(jìn)入加熱段302進(jìn)行加熱。出氣段303出氣口連通反應(yīng)器2的進(jìn)氣口，加熱后的還原氣通過出氣段303進(jìn)入反應(yīng)器2。

進(jìn)氣管301可將還原氣余熱到400℃左右。加熱段302為螺旋狀，其還原氣通過的長(zhǎng)度增加，增大了還原氣的受熱面積，使得還原氣快速升溫至800℃以上，還原氣快速通過發(fā)生析碳的溫度區(qū)間，只有極小量的析碳現(xiàn)象發(fā)生。這樣設(shè)計(jì)可保證還原實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，避免進(jìn)氣管的堵塞。

配氣裝置4用于生成還原氣，其包括氣體流量計(jì)控裝置、混氣裝置和多個(gè)氣瓶。各個(gè)氣瓶中裝有N₂、CO、CO₂和H₂等氣體。各氣瓶與混氣裝置連通，混氣裝置的出氣口連通進(jìn)氣段301的進(jìn)氣口。本發(fā)明實(shí)施例中，氣體流量計(jì)控裝置用于氣體流量的控制，優(yōu)選為質(zhì)量流量控制器。

稱重裝置5用于稱量反應(yīng)器的重量，以記錄還原反應(yīng)過程中試樣的重量變化情況和還原度變化情況。本發(fā)明實(shí)施例的稱重裝置5包括電子天平501和掛鉤502。反應(yīng)器2通過掛鉤502懸掛在電子天平501的下方。電子天平501可將試樣和反應(yīng)器的重量精確至1g。

測(cè)溫裝置6用于實(shí)時(shí)測(cè)量反應(yīng)器內(nèi)試樣的溫度。測(cè)溫裝置6為細(xì)長(zhǎng)的熱電偶。測(cè)溫裝置6的一端通過測(cè)溫裝置安裝孔固定在反應(yīng)器上，另一端插入試樣中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)試樣的溫度。

孔板7為餅狀，孔板7上設(shè)有貫通的孔，上面鋪有一層陶瓷球?？装?安裝在反應(yīng)器2內(nèi)，將反應(yīng)器2的內(nèi)腔分隔為上腔201和下腔202。使用時(shí)，將試樣放置在孔板7上，還原氣經(jīng)反應(yīng)器的進(jìn)氣口進(jìn)入反應(yīng)器的下腔202，通過孔板7上的貫通孔，進(jìn)入上腔201?？装?可使試樣與還原氣接觸更充分，便于還原反應(yīng)的進(jìn)行。

如圖2所示，另一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種利用上述裝置測(cè)試礦石還原性能的方法，包括如下步驟：

1、將試樣放置在孔板上，對(duì)試樣進(jìn)行加熱，稱重裝置實(shí)時(shí)測(cè)量反應(yīng)器的重量，測(cè)溫裝置測(cè)量反應(yīng)器內(nèi)試樣的溫度。

2、配氣裝置將多種不同的氣體混合為還原氣。

3、配氣裝置將還原氣送入進(jìn)氣管的進(jìn)氣段，預(yù)熱至350～450℃。

4、將預(yù)熱后的還原氣通入加熱段，快速加熱至800～850℃。

5、將加熱后的還原氣通過出氣段通入反應(yīng)器，與試樣發(fā)生還原反應(yīng)。

6、反應(yīng)器內(nèi)的還原反應(yīng)產(chǎn)生的氣體通過反應(yīng)器的出氣口排出。

實(shí)施例1

1、在反應(yīng)器內(nèi)填裝試樣氧化球團(tuán)500g，還原反應(yīng)溫度設(shè)定為850℃。

2、將H₂、CO、CO₂、CH₄、N₂等鋼瓶氣經(jīng)質(zhì)量流量控制器配氣、混勻成所需的還原氣，還原氣的各氣體成分體積百分比為H₂+CO＝94.4％、CO₂為2.5％、CH₄為1.1％、N₂為2.0％，氣體流量為15L/min。

3、還原氣經(jīng)進(jìn)氣管的進(jìn)氣段從室溫預(yù)熱到420℃后，進(jìn)入長(zhǎng)度約80cm長(zhǎng)的螺旋式加熱段快速預(yù)熱到840℃后從底部通入反應(yīng)器。

4、熱還原氣流經(jīng)反應(yīng)器內(nèi)孔板和陶瓷球后與試樣接觸進(jìn)行還原反應(yīng)，將氧化球團(tuán)還原成海綿鐵，產(chǎn)生的還原尾氣從反應(yīng)器出氣口排出。

上述測(cè)試實(shí)驗(yàn)中，將熱電偶插入到試樣中，用于測(cè)量反應(yīng)試樣溫度，加熱電阻爐來(lái)給反應(yīng)器提供能量。電子天平用于實(shí)時(shí)測(cè)量反應(yīng)器的重量，以記錄還原反應(yīng)過程中試樣的重量變化情況和還原度變化情況。1.5h后試樣的還原度為92％。還原反應(yīng)后取出并查看試樣，發(fā)現(xiàn)試樣表面只有少量的析碳，稱重約4.6g。

實(shí)施例2

1、在反應(yīng)器內(nèi)填裝試樣氧化球團(tuán)500g，還原反應(yīng)溫度設(shè)定為810℃。

2、將H₂、CO、CO₂、CH₄、N₂等鋼瓶氣經(jīng)質(zhì)量流量控制器配氣、混勻成所需的還原氣，還原氣的各氣體成分體積百分比為H₂+CO＝92.6％、CO₂為2.5％、CH₄為2.1％、N₂為2.8％，氣體流量為15L/min。

3、還原氣經(jīng)進(jìn)氣管的進(jìn)氣段從室溫預(yù)熱到360℃后，進(jìn)入長(zhǎng)度約80cm長(zhǎng)的螺旋式加熱段快速預(yù)熱到810℃后從底部通入反應(yīng)器。

4、熱還原氣流經(jīng)反應(yīng)器內(nèi)孔板和陶瓷球后與試樣接觸進(jìn)行還原反應(yīng)，將氧化球團(tuán)還原成海綿鐵，產(chǎn)生的還原尾氣從反應(yīng)器出氣口排出。

上述測(cè)試實(shí)驗(yàn)中，將熱電偶插入到試樣中，用于測(cè)量反應(yīng)試樣溫度，加熱電阻爐來(lái)給反應(yīng)器提供能量。電子天平用于實(shí)時(shí)測(cè)量反應(yīng)器的重量，以記錄還原反應(yīng)過程中試樣的重量變化情況和還原度變化情況。1.5h后試樣的還原度為93％。還原反應(yīng)后取出并查看試樣，發(fā)現(xiàn)試樣表面只有少量的析碳，稱重約4.2g。

需要說明的是，以上參照附圖所描述的各個(gè)實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明而非限制本發(fā)明的范圍，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。此外，除上下文另有所指外，以單數(shù)形式出現(xiàn)的詞包括復(fù)數(shù)形式，反之亦然。另外，除非特別說明，那么任何實(shí)施例的全部或一部分可結(jié)合任何其它實(shí)施例的全部或一部分來(lái)使用。