一种用于实验室气基直接还原铁在线检测的装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种用于实验室气基直接还原铁在线检测的装置。该装置包括气体流量计、缓冲罐、直接还原铁反应器、可视电加热炉、干燥冷却装置、含尘气体过滤阀和质谱检测仪。其中直接还原铁反应器是采用石英套管结构，加热电炉在流化床分布板位置开有石英视窗，不但气体分布均匀，气密性好且全程实现可视化；在线质谱检测时时监测还原尾气浓度，并直接绘制成反应动力学图谱。
【专利说明】
【技术领域】：
[0001] 本实用新型涉及一种直接还原铁的装置，特别是涉及一种用于实验室模拟的气基 直接还原铁在线检测的装置。 -种用于实验室气基直接还原铁在线检测的装置
【背景技术】：
[0002] 气基直接还原铁技术生产的海绵铁是优质钢的必要原料，随着电炉炼钢的高速发 展，市场对海绵铁的需求量逐年递增。在我国，气基直接还原铁技术发展由于资源和基础研 究不足等原因，目前尚未实现大规模的工业化应用，海绵铁的产量和质量远远不能满足市 场的需要，需要大规模进口。进入WT0以后，国内钢铁企业将直接面对国外跨国钢铁公司的 挑战，原料进口导致成本上的被动，竞争中处于不利的地位。
[0003] 国内海绵铁的生产以煤基回转窑方法为主，存在能耗高，污染严重，而且有"结圈" 的缺点，导致生产不顺，年产量仅几十万吨。气基直接还原铁以流化床、坚炉方法为主，其中 流态化法具有反应效率高，无需压球混合均匀，能源清洁等特点，并且可以采用钢厂副产煤 气为气源不依赖于匮乏的焦炭和天然气资源，其特点完全符合我国的国情。但是流态化还 原也存在高温下易黏结失流等关键问题。根据不同条件下，研究导致黏结的原因，采取加入 添加剂、外加力场、内构键等相应措施，可以有效地防止或减轻该问题的影响。
[0004] 目前实验室的小规模模拟设备，都存在反应现象不可见，检测复杂，干扰因素多等 缺点，导致气基还原铁参数测定困难、动力学测定误差大、工作量大等问题。针对这种情况， 开发具有自主知识产权、适合工厂和研究所条件的实验室气基直接还原铁在线检测的装置 对气基直接还原铁技术在国内的发展具有重要意义。
【发明内容】
：
[0005] 本实用新型的目的是针对现有实验室气基直接还原铁装置存在反应现象不可见， 检测复杂，干扰因素多、工作量大等缺点，为了提1?基础研究效率和精度，从而提供一种用 于实验室气基直接还原铁在线检测的装置。
[0006] 本实用新型的目的是这样实现的：
[0007] 所述的可视电加热炉内部设直接还原铁反应器；所述直接还原铁反应器通过管道 B和缓冲罐相连；所述的直接还原铁反应器通过管道C和干燥冷却器相连；所述干燥冷却器 通过管道D和质谱检测仪相连。
[0008] 所述可视电加热炉内部设置直接还原铁反应器；
[0009] 优选地，直接还原铁反应器为耐高温高透光性的石英材质；
[0010] 优选地，直接还原铁反应器内部套管底部设置气体分散装置；
[0011] 优选地，直接还原铁反应器内部套管和外部套管通过气体分散装置连通；
[0012] 优选地，直接还原铁反应器内部套管顶部进行密封。
[0013] 所述可视电加热炉上设置视窗；
[0014] 优选地，所述视窗为耐高温、高透光性的石英材质；
[0015] 优选地，所述视窗位于电炉恒温段。
[0016] 所述装置由依次连接的缓冲罐、直接还原铁反应器、干燥冷却器和质谱检测仪相 连。
[0017] 所述缓冲罐底部设置第一还原气入口。
[0018] 优选地，原料气通过管道A和缓冲罐的第一还原气入口相连；
[0019] 优选地，管道A上安装有气体流量计。
[0020] 所述缓冲罐顶部设置第一还原气出口；
[0021] 优选地，第一还原气出口通过管道B和直接还原铁反应器外管气体入口相连。
[0022] 所述的直接还原铁反应器内管气体出口通过管道C和干燥冷却器的第二还原气 入口相连。
[0023] 所述的干燥冷却器顶部设置第二还原气出口。
[0024] 优选地，干燥冷却器出气口通过管道D和尾气入口相连；
[0025] 优选地，管道D中间设置过滤阀。
[0026] 优选地，过滤阀为一种能处理含尘气体的阀组。
[0027] 所述质谱检测仪设置有尾气出口；
[0028] 优选地，通过管道E在尾气排放口进行燃烧或者通入通风橱；
[0029] 优选地，管道E中间设置截止阀。
[0030] 所述电炉通过视窗可以观测直接还原铁反应器内的反应状态；通过质谱检测仪可 以时时监测气体的组分，绘制反应动力学图谱。
[0031] 所属气体由第一还原气入口进入缓冲罐，经过第一还原气出口进入外管气体入 口，经内管底部的气体分散装置进入内管反应；尾气通过内管气体出口连接的第二还原气 入口进入干燥冷却器；干燥冷却后的气体通过第二还原气出口经过过滤阀后进入质谱检测 仪的尾气入口，质谱检测仪可以检测气体的成分，经计算即可获得气体的反应动力学图谱； 通过质谱检测仪的尾气出口经过截止阀在尾气排放口处点燃或通入通风橱。
[0032] 所述直接还原铁反应器底部操作气速为初始流化速度的3-10倍。
[0033] 本实用新型与现技术相比，有以下优点：
[0034] 1)本实用新型的实验室气基直接还原铁在线检测装置进行还原铁实验，可以采用 改变气源气体种类或浓度的方式，灵活的模拟多种工业煤制气组分，进行实验。
[0035] 2)本实用新型的实验室气基直接还原铁在线检测装置进行还原铁实验，可以通过 可视化窗口和高透光性耐高温还原铁反应器观察反应器内的流化状态、反应状态，利于细 微的观察对比。
[0036] 3)本实用新型的实验室气基直接还原铁在线检测装置进行还原铁实验，可以通过 末端的质谱检测仪对反应尾气成分进行时时监测，并绘制成直观的反应动力学图谱，大大 减少了工作量和实验系统误差。
【专利附图】
【附图说明】：
[0037] 图 1
[0038] 原料气1 气体流量计2第一还原气入口 3 缓冲罐4
[0039] 第一还原气出口 5可视电加热炉6外管气体入口 7 还原铁反应器8
[0040] 内管气体出口 9 视窗10 第二还原气入口 11第二还原气出口 12
[0041] 干燥冷却器13 过滤阀14 尾气入口 15 质谱检测仪16
[0042] 尾气出口 17截止阀18 尾气排放口 19 管道A、B、C、D、E
[0043] 具体的实施方式：
[0044] 为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的 实施例如下：
[0045] 如图1所示，一种用于实验室气基直接还原铁在线检测的装置，所述装置由依次 连接的流量计2、缓冲罐4、还原铁反应器8、可视电加热炉6、干燥冷却器13和质谱检测仪 16构成；其中原料气1通过管道A和缓冲罐4的第一还原气入口 3相连，该管道A上安装 有气体流量计2 ;气体由第一还原气入口 3进入缓冲罐4,经过第一还原气出口 5进入外管 气体入口 7,经内管底部的气体分散装置进入内管反应；尾气通过内管气体出口 9连接的第 二还原气入口 11进入干燥冷却器13 ;干燥冷却后的气体通过第二还原气出口 12经过过滤 阀14后进入质谱检测仪16的尾气入口 15 ;通过质谱检测仪16的尾气出口 17经过截止阀 18在尾气排放口 19处点燃或通入通风橱。
【权利要求】
1. 一种用于实验室气基直接还原铁在线检测的装置，包括可视电加热炉（6)，其特征 在于，所述的可视电加热炉（6)内部设直接还原铁反应器（8);所述直接还原铁反应器（8) 通过管道B和缓冲罐（4)相连；所述的直接还原铁反应器（8)通过管道C和干燥冷却器 (13)相连；所述干燥冷却器（13)通过管道D和质谱检测仪（16)相连。
2. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述直接还原铁反应器（8)为耐高温高透光 性的石英材质；所述直接还原铁反应器（8)内部套管底部设置气体分散装置；所述直接还 原铁反应器（8)内部套管和外部套管通过气体分散装置连通；所述直接还原铁反应器（8) 内部套管顶部进行密封；所述直接还原铁反应器（8)底部操作气速为初始流化速度的3-10 倍。
3. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述可视电加热炉（6)上设置视窗（10);所 述视窗（10)为耐高温、高透光性的石英材质；所述视窗（10)位于电炉恒温段。
4. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置由依次连接的缓冲罐（4)、直接还 原铁反应器（6)、干燥冷却器（13)和质谱检测仪（16)相连。
5. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述缓冲罐（4)底部设置第一还原气入口 (3);原料气（1)通过管道A和缓冲罐（4)的第一还原气入口（3)相连；管道A上安装有气 体流量计（2)。
6. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述缓冲罐（4)顶部设置第一还原气出口 (5);所述第一还原气出口（5)通过管道B和直接还原铁反应器（8)外管气体入口（7)相 连。
7. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的直接还原铁反应器内管气体出口（9) 通过管道C和干燥冷却器（13)的第二还原气入口（11)相连。
8. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的干燥冷却器（13)顶部设置第二还原 气出口（12);所述干燥冷却器出气口（12)通过管道D和尾气入口（15)相连；所述管道D 中间设置过滤阀（14);所述过滤阀（14)为一种能处理含尘气体的阀组。
9. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述质谱检测仪（16)设置有尾气出口 (17);所述通过管道E在尾气排放口（19)进行燃烧或者通入通风橱；所述管道E中间设置 截止阀（18)。
10. -种利用如权利要求1所述的装置，其特征在于，气体由第一还原气入口（3)进 入缓冲罐（4)，经过第一还原气出口（5)进入外管气体入口（7)，经内管底部的气体分散装 置进入内管反应；尾气通过内管气体出口（9)连接的第二还原气入口（11)进入干燥冷却 器（13);干燥冷却后的气体通过第二还原气出口（12)经过过滤阀（14)后进入质谱检测仪 (16)的尾气入口（15)，质谱检测仪（16)可以检测气体的成分，经计算即可获得气体的反应 动力学图谱；通过质谱检测仪（16)的尾气出口（17)经过截止阀（18)在尾气排放口（19) 处点燃或通入通风橱。
【文档编号】C21B13/00GK203846047SQ201320804380
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2013年12月9日 优先权日:2013年12月9日
【发明者】朱庆山, 邵国强, 孙昊延, 李军 申请人:中国科学院过程工程研究所