本實用新型屬于礦石性能測試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種測試礦石還原性能的裝置。

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7450萬噸，創(chuàng)歷史新高。我國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行氣基豎爐直接還原工業(yè)化前，均需要進行基礎(chǔ)氣基還原測試，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是否符合大型工業(yè)化要求。

CO是氣基還原測試時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的還原氣在進氣管道預(yù)熱過程中會較長時間經(jīng)過該溫度段，故易發(fā)生析碳現(xiàn)象，而使爐內(nèi)反應(yīng)固體物料(氧化球團/海綿鐵)表面粘上不少碳粉，而影響還原反應(yīng)的試驗進行，進而影響試驗數(shù)據(jù)的準確性；嚴重析碳情況下，還會造成還原氣進氣管道堵塞，損壞反應(yīng)裝置使得試驗無法進行。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本實用新型提出一種測試礦石還原性能的裝置，將進氣管的一部分制作成螺旋狀，增長加熱段的長度，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。

本實用新型的目的之一是提供一種測試礦石還原性能的裝置，包括加熱器、反應(yīng)器、進氣管、配氣裝置、稱重裝置和測溫裝置；

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)有進氣口；

所述進氣管包括進氣段、加熱段和出氣段，所述加熱段為螺旋型，所述進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氣段進氣口，所述出氣段出氣口連通所述反應(yīng)器進氣口，所述稱重裝置連接所述反應(yīng)器，所述測溫裝置設(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。測溫裝置用于測量反應(yīng)器內(nèi)試樣的溫度。

作為本實用新型的優(yōu)選方案，所述進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。

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

進一步的，本實用新型的裝置還包括孔板，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，用于實時測量反應(yīng)器的重量。

具體的，所述配氣裝置包括多個氣瓶和混氣裝置，所述氣瓶連通所述混氣裝置。

作為本實用新型優(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)實際使用的情況確定反應(yīng)器出氣口的位置。

本實用新型的另一目的是提供一種利用上述裝置測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，對試樣進行加熱，所述稱重裝置實時測量所述反應(yīng)器的重量，所述測溫裝置測量所述反應(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氣管的進氣段進行預(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。

本實用新型提供的測試礦石還原性能的裝置和方法，在還原氣的進氣管上設(shè)置加熱段，加熱段為螺旋形，便于對還原氣的快速加熱；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，有利于提高測試實驗的準確性，避免了進氣管的堵塞。

附圖說明

圖1是本實用新型實施測試礦石還原性能裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型實施測試礦石還原性能方法流程圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式進行更加詳細的說明，以便能夠更好地理解本實用新型的方案及其各個方面的優(yōu)點。然而，以下描述的具體實施方式和實施例僅是說明的目的，而不是對本實用新型的限制。

一方面，如圖1所示，本實用新型實施例提供一種測試礦石還原性能的裝置，包括加熱器1、反應(yīng)器2、進氣管3、配氣裝置4、稱重裝置5和測溫裝置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，為礦石的還原實驗提供能量。

反應(yīng)器2內(nèi)部中空，底部設(shè)有進氣口。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，測溫裝置安裝孔用于安裝測溫裝置。試樣放入反應(yīng)器2內(nèi)，將還原氣由進氣口通入，與試樣發(fā)生還原反應(yīng)。

進氣管3包括進氣段301、加熱段302和出氣段303。進氣段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)。進氣段301連通加熱段302，加熱段302連通出氣段303。進氣段301可對還原氣進行預(yù)熱，預(yù)熱后的還原氣進入加熱段302進行加熱。出氣段303出氣口連通反應(yīng)器2的進氣口，加熱后的還原氣通過出氣段303進入反應(yīng)器2。

進氣管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)計可保證還原實驗結(jié)果的準確性，避免進氣管的堵塞。

配氣裝置4用于生成還原氣，其包括氣體流量計控裝置、混氣裝置和多個氣瓶。各個氣瓶中裝有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氣段301的進氣口。本實用新型實施例中，氣體流量計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。本實用新型實施例的稱重裝置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。

測溫裝置6用于實時測量反應(yīng)器內(nèi)試樣的溫度。測溫裝置6為細長的熱電偶。測溫裝置6的一端通過測溫裝置安裝孔固定在反應(yīng)器上，另一端插入試樣中，實時監(jiān)測試樣的溫度。

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，將試樣放置在孔板7上，還原氣經(jīng)反應(yīng)器的進氣口進入反應(yīng)器的下腔202，通過孔板7上的貫通孔，進入上腔201?？装?可使試樣與還原氣接觸更充分，便于還原反應(yīng)的進行。

如圖2所示，另一方面，本實用新型實施例提供一種利用上述裝置測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，對試樣進行加熱，稱重裝置實時測量反應(yīng)器的重量，測溫裝置測量反應(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氣管的進氣段，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。

實施例1

1、在反應(yīng)器內(nèi)填裝試樣氧化球團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)進氣管的進氣段從室溫預(yù)熱到420℃后，進入長度約80cm長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行還原反應(yīng)，將氧化球團還原成海綿鐵，產(chǎn)生的還原尾氣從反應(yīng)器出氣口排出。

上述測試實驗中，將熱電偶插入到試樣中，用于測量反應(yīng)試樣溫度，加熱電阻爐來給反應(yīng)器提供能量。電子天平用于實時測量反應(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。

實施例2

1、在反應(yīng)器內(nèi)填裝試樣氧化球團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)進氣管的進氣段從室溫預(yù)熱到360℃后，進入長度約80cm長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行還原反應(yīng)，將氧化球團還原成海綿鐵，產(chǎn)生的還原尾氣從反應(yīng)器出氣口排出。

上述測試實驗中，將熱電偶插入到試樣中，用于測量反應(yīng)試樣溫度，加熱電阻爐來給反應(yīng)器提供能量。電子天平用于實時測量反應(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實施例僅用以說明本實用新型而非限制本實用新型的范圍，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，在不脫離本實用新型的精神和范圍的前提下對本實用新型進行的修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本實用新型的范圍之內(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，那么任何實施例的全部或一部分可結(jié)合任何其它實施例的全部或一部分來使用。