专利名称：一种铁矿球团焙烧过程的实验装置及方法
技术领域：
本发明属于炼铁生产领域。特别涉及一种铁矿氧化球团焙烧过程的传热传质 及焙烧机理研究的实验装置及方法。
背景技术：
在实际生产中，由于生产设备及操作条件的限制，人们很难对铁矿球团焙烧过程进行 现场实验研究。例如回转窑内的焙烧过程，很难通过直接获取焙烧过程的热工数据，只能 通过外围数据进行推导估算。铁矿球团焙烧过程中包含多孔介质的传热传质、气固两相流 动、相变等一系列复杂的物理化学过程，涉及工程热物理，流体力学，冶金动力学、节能 环保等多学科课题。深入研究铁矿球团焙烧的过程机理对相关理论的充实和实际生产都有
着重大的意义。
在对铁矿球团焙烧过程的实验研究中，本实验台的特点是由几大完善的系统构成燃 烧系统、焙烧系统、、PLC控制系统、数据测量及采集系统以及排烟段和安装柜等组成。 采用焙烧杯装载物料，体积为0100mmX200mm，通过燃烧系统提供相应温度的高温烟 气，对铁矿球团料层进行穿流焙烧。装置配备了完善可靠的烟气温度、流速调节系统，可 对实验段调配大范围的不同温度及流速的烟气；装置配备了完整的测量系统，对焙烧过程 的温度，流量，压力及试样质量进行数据测量及采集；通过调节烟气的成分可以研究不同 气氛下的焙烧效果。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种研究铁矿球团焙烧过程机理的实验装置及方法。从传热 传质及冶金动力学等角度研究复杂的焙烧过程，为理论研究及生产实际提供有价值的实验 依据。
一种研究铁矿球团焙烧过程的实验装置，由燃烧系统、焙烧系统、PLC控制系统、数 据测量及采集系统以及排烟段组成，包括以下部件燃气罐1、变频鼓风机2、燃烧室
3、焙烧室4、排烟罩5、电子天平6、 PLC系统7、工控机8、焙烧杯9、电磁截止阀10、电动控制阀11、手动控制阀12、压力计13、流量计14、温度计15、燃气管道16、空气 管道17、燃烧室高温热电偶18、焙烧室高温热电偶19、环形测压计20、烧嘴组件21、 二次风环形喷口22、烟气采集孔23、排烟管道24、抽风机25、悬架26、球团27。
系统各部件的连接组成及其功能-
燃烧系统由燃烧室、助燃空气管道、燃气管道、温度计、电磁截止阀、电动控制阀、 手动控制阀及燃嘴控制组件等组成。功能是为焙烧实验提供温度及流量可控的高温烟气。
焙烧系统与燃烧系统连接，焙烧系统中装载物料的容器时用的是钨铼丝制成的焙烧 杯，据不同物料种类、料层厚度等设计不同疏密的栅格，烟气通过栅格穿流料层达到焙烧 的效果。
排烟段与焙烧室上端相接，其作用是由出口抽风机通过负压混风冷却高温烟气，其中 排烟罩由支架固定，顶端安装了电子天平，可在测量焙烧过程的物料的质量变化。
数据测量及采集系统则由若干热电偶、流量计、压力计等仪表组成，对整个实验台进 行数据测量及采集。为了保证高温烟气精确的温度值，在燃烧室出口，即焙烧室前安装热 电偶测量烟气温度以便与PLC预设温度值比较实现调节。为实现物料立体多点温度测量， 采用在焙烧杯O100咖X200mm体积内安插径向10 15根热电偶，周向为2 3根的立体 三维测量方案。另外在在烟气通过料层的进出口附近安装了环形测压计，此装置并没有直 接测量筒内烟气压力，而是通过气压相通间接实现压力变化的精确测量。
PLC系统由中央处理器，数字量模块，模拟量模块及通迅模块等组成，通过监控温 度与预设值的差值，控制管道压力及流量实现控制燃烧温度的功能，同时负责把采集测量 系统的数据上传工控机实现在线采集数据。
一种研究铁矿球团焙烧过程的实验方法，实验步骤如下，由变频鼓风机2鼓入的助燃 空气及来自燃气罐1的燃气经过带有电磁截止阀10、电动控制阀11、手动阀门12、流量 计13的燃气管道16和空气管道17在带有自动点火的烧嘴组件21中半预混合，由旋流叶 片旋转喷入燃烧室3燃烧，同时另一部分助燃空气作为二次风由分支管道进入烧嘴外围的 二次风环形喷口 22喷入燃烧室。燃烧产生的烟气由燃烧室出口进入直管整流段，对焙烧室 4内放在焙烧杯9中球团进行穿流焙烧，同时通过压力计13、流量计14、温度计15、燃烧 室高温热电偶18、焙烧室高温热电偶19和环形测压计20可对燃气、助燃空气、二次风以
5及燃烧产生的烟气从混合、燃烧、整流、焙烧直到排出实现全流程连续测量，以及对焙烧 室内球团料层的温度和质量等数据实现连续测量。
本发明的优点
1. 本实验台的特点是由几大完善的系统构成燃烧系统、焙烧系统、、PLC控制系 统、数据测量及采集系统以及排烟段系统，模块化的设计组合可以满足实验参数变化较大 的实验。
2. 完善的测量系统，对流量、压力、温度等参数实现连续测量。
3. 完善的控制系统，根据不同实验要求，PLC系统可灵活的调节流量、温度等参数， 实现对实验条件的精确控制。
4. 可对焙烧实验段进行精确的、多层次的数据测量及采集，可为实际生产及理论研究
提供大量相关数据。
5.实验台可在不同温度下、不同时间长度、不同烟气成分条件下对铁矿球团进行焙
烧，从而得到铁矿球团在不同条件下的焙烧效果，为研究其冶金性能如品位、孔
隙率变化、抗压强度、氧化率、晶相结构等与焙烧条件的关系。
图l为本发明实验装置总图
燃气罐l、鼓风机2、燃烧室3、焙烧室4、排烟罩5、电子天平6、 PLC系统 7、工控机8、焙烧杯9、电磁截止阀IO、电动控制阀ll、手动控制阀12、压力计 13、流量计14、温度计15、燃气管道16、空气管道17、燃烧室高温热电偶18、 焙烧室高温热电偶19、环形测压计20、烧嘴组件21、 二次风环形喷口 22、烟气 采集及测量孔23、排烟管道24、抽风机25、悬架26、球团27。
具体实施例方式
一种研究铁矿球团焙烧过程的实验装置，由燃烧系统、焙烧系统、PLC控制系统、 数据测量及采集系统以及排烟段组成，包括以下部件燃气罐1、变频鼓风机2、燃烧室
3、焙烧室4、排烟罩5、电子天平6、 PLC系统7、工控机8、焙烧杯9、电磁截止阀10、 电动控制阀11、手动控制阀12、压力计13、流量计14、温度计15、燃气管道16、空气 管道17、燃烧室高温热电偶18、焙烧室高温热电偶19、环形测压计20、烧嘴组件21、 二次风环形喷口22、烟气采集孔23、排烟管道24、抽风机25、悬架26、球团27。
61.由一旋臂控制的焙烧室4可在实验平台上移动，初始状态焙烧室位置与燃烧室出口 错开，先打开PLC系统7及工控机8,再依次打开电动控制阀11和手动控制阀12，鼓风 机2，然后烧嘴组件21自动点火，混合气体在燃烧室3内燃烧产生烟气由出口流出，燃 烧室高温热电偶18开始工作，由于烟气温度值开始是低于或高于实验要求的，在烟气温 度达到设定值之前，烟气不经过焙烧段，直接上升至排烟罩，由排气出口的抽风机进行负 压混风冷却
2.空气管道17和燃气管道16上的流量计将测量的数据由变送器反馈回PLC系统 17。燃烧室出口测量的温度值上传PLC系统7将与设定值比较，产量一个差值信号，系 统自动调节空燃比即给电动控制阀11发送控制信号以调节流量，使燃烧温度改变，然后 反复这一过程最终达到设定温度值。 3..将球团27放入焙烧杯9并由悬架26连接位排烟罩5上端的电子天平6，放入焙烧室 内，根据测量孔位置调整焙烧杯，然后在焙烧室4外壁上加装焙烧室高温热电偶19，数 量及布局根据实验要求确定。然后旋臂将把焙烧室4移动至烟气出口并由其自重密封，温 度一定的烟气对球团料层27进行穿流焙烧。料层前后的环形测压计以及料层中的热电偶 开始测量并上传数据到PLC系统7,再上传送至工控机8实现实时显示和记录。焙烧室前 设置了烟气成分测量孔23，安装导气管接入烟气成分分析仪，可实现对烟气成分的监测 及分析以及实现不同气氛下焙烧的实验研究，对焙烧过程的环保排放研究有着重要意义。
权利要求
1.一种铁矿球团焙烧过程的实验装置，由燃烧系统、焙烧系统、PLC控制系统、数据测量及采集系统以及排烟段组成，其特征包括以下部件燃气罐(1)、变频鼓风机(2)、燃烧室(3)、焙烧室(4)、排烟罩(5)、电子天平(6)、PLC系统(7)、工控机(8)、焙烧杯(9)、电磁截止阀(10)、电动控制阀(11)、手动控制阀(12)、压力计(13)、流量计(14)、温度计(15)、燃气管道(16)、空气管道(17)、燃烧室高温热电偶(18)、焙烧室高温热电偶(19)、环形测压计(20)、烧嘴组件(21)、二次风环形喷口(22)、烟气采集孔(23)、排烟管道(24)、抽风机(25)、悬架(26)、球团(27)；燃烧系统由燃烧室、空气管道、燃气管道、温度计、电磁截止阀、电动控制阀、手动控制阀及烧嘴组件组成；功能是为焙烧实验提供温度及流量可控的高温烟气；焙烧系统与燃烧系统连接，焙烧系统中装载物料的容器时用的是钨铼丝制成的焙烧杯，据不同物料种类、料层厚度设计不同疏密的栅格，烟气通过栅格穿流料层达到焙烧的效果；排烟段与焙烧室上端相接，其作用是由出口抽风机通过负压混风冷却高温烟气，其中排烟罩由支架固定，顶端安装了电子天平，能在测量焙烧过程的物料的质量变化；数据测量及采集系统则由若干热电偶、流量计、压力计组成，对整个实验台进行数据测量及采集；为了保证高温烟气精确的温度值，在燃烧室出口，即焙烧室前安装热电偶测量烟气温度以便与PLC预设温度值比较实现调节；在烟气通过料层的进出口附近安装了环形测压计，通过气压相通间接实现压力变化的精确测量；PLC系统由中央处理器，数字量模块，模拟量模块及通迅模块组成，通过监控温度与预设值的差值，控制管道压力及流量实现控制燃烧温度的功能，同时负责把采集测量系统的数据上传工控机实现在线采集数据。
2. 如权利要求l所述一种铁矿球团焙烧过程的实验装置，其特征在于 为实现物料立体多点温度测量，采用在焙烧杯①100mmX200mm体积内安 插径向10 15根热电偶，周向为2 3根的立体三维测量方案。
3. 如权利要求l所述一种铁矿球团焙烧过程的实验装置，其特征在于 铁矿球团焙烧过程的实验方法采用的实验步骤如下由变频鼓风机(2)鼓 入的助燃空气及来自燃气罐(1)的燃气经过带有电磁截止阀(10)、电动 控制阀(11)、手动阀门(12)、流量计(13)的燃气管道(16)和空气 管道(17)，在带有自动点火的烧嘴组件(21)中半预混合，由旋流叶片 旋转喷入燃烧室(3)燃烧，同时另一部分助燃空气作为二次风由分支管道 进入烧嘴外围的二次风环形喷口 (22)喷入燃烧室；燃烧产生的烟气由燃 烧室出口进入直管整流段，对焙烧室(4)内放在焙烧杯(9)中球团进行 穿流焙烧，同时通过压力计(13)、流量计(14)、温度计(15)、燃烧 室高温热电偶(18)、焙烧室高温热电偶(19)和环形测压计(20)对燃 气、助燃空气、二次风以及燃烧产生的烟气从混合、燃烧、整流、焙烧直 到排出实现全流程连续测量，以及对焙烧室内球团料层的温度和质量数据 实现连续测量。
全文摘要
一种铁矿球团焙烧过程的实验方法及装置，属于炼铁生产领域。为了从传热传质及焙烧过程机理等角度来研究铁矿球团的焙烧过程，公开本发明。该装置由燃气罐、鼓风机、燃烧室、焙烧室、排烟罩、电子天平、PLC系统、工控机、焙烧杯、电磁截止阀、电动控制阀、手动控制阀、压力计、流量计、温度计、燃气管道、空气管道、燃烧室高温热电偶、焙烧室高温热电偶、环形测压计、烧嘴组件、二次风环形喷口、烟气采集孔、排烟管道、抽风机和悬架等组成。可以产生不同流速、不同温度、不同气体组成的烟气对球团料层进行穿流焙烧，测量并采集相关数据，特别是料层内温度分布，为球团焙烧机理的理论研究及实际生产提供重要的实验依据。
文档编号C22B1/14GK101575667SQ20091008723
公开日2009年11月11日 申请日期2009年6月18日 优先权日2009年6月18日
发明者冯俊小, 周圣亮, 孙鹏飞, 宇 张, 果乃涛, 谢知音 申请人:北京科技大学