小型恒压炼焦装置及恒压炼焦方法
【专利摘要】本发明涉及一种小型恒压炼焦装置及恒压炼焦方法，包括实验焦炉、温控器、恒压系统和控制系统；实验焦炉设多组硅碳棒、电阻丝和炭化室；恒压系统由液压泵、缓冲缸和移动压板组成，缓冲缸的推杆通过第一空心管连接移动压板并可带动其在炭化室内上下移动，第一空心管底端穿过移动压板后连通炭化室炼焦侧内部空间；炭化室内设有温度传感器，实验焦炉顶部设位移传感器，液压泵与缓冲缸之间的液压管路上设有油压调节器。本发明可在恒压条件下炼焦，从而获得压力与焦炭质量的对应关系，或在相同压力条件下对不同煤种的焦炭质量进行对比研究，对于配煤炼焦和研究炼焦机理极具指导意义，达到优化炼焦生产工艺、节省炼焦设备投资及实现资源有效利用的目的。
【专利说明】
小型恒压炼焦装置及恒压炼焦方法
技术领域
[0001]本发明涉及实验室炼焦技术领域，尤其涉及一种实验室用单孔小型恒压炼焦装置及恒压炼焦方法。
【背景技术】
[0002]我国是焦炭生产、消费和出口大国，自20世纪90年代初以来产量和出口量一直居世界第一位，焦炭的第一消费大户是钢铁行业，占80%以上，主要用于高炉炼铁，其在高炉炼铁过程中焦炭主要作为热源、还原剂、渗碳剂和疏松骨架。随着高炉的大型化和富氧喷吹煤粉等技术的开发应用(国内最大喷煤量可达261kg/t生铁)，高炉生产对焦炭质量尤其是对焦炭热性能的要求愈来愈高，由于我国优质炼焦煤资源供应日益紧张，因此稳定和改善焦炭质量且降低炼焦配煤成本已成为焦化工业亟待解决的课题。在生产焦炭之前预先通过小型实验焦炉进行炼焦实验，已经被广大焦化企业普遍接受。
[0003]传统实验焦炉装煤量从2Kg克到200Kg，有各种不同的规格，可实现常规炼焦或者捣固炼焦，如公告号为203754635U的中国专利公开了 “一种自动底装式实验焦炉”，包括升降电机、升降丝杠、升降丝母、炉门托盘、炉门底座、焦炉炉膛、加热侧墙、焦炉炉衬、实验煤箱、煤箱托架、推进滑道、推进丝杠、升降摆架、推进电机、推进滑块、电动拉杆、熄焦水栗、熄焦喷头、旋转电机，所述的升降电机与升降丝杠连接，升降丝母设置在升降丝杠上，升降丝母通过炉门托臂与炉门托盘连接，炉门底座设置在炉门托盘上，炉门底座、炉门托盘、升降丝母通过升降电机正、反向旋转沿升降丝杠上下运动；从煤样推进入炉、炉门压紧密封、至炼焦结束的出焦、熄焦等系列过程由计算机控制各执行机构自动完成，自动将煤箱置入8000C高温的实验焦炉炉膛内，炼焦结束后自动将10000C焦饼由炉膛内取出转送到熄焦柜内，在密封的熄焦柜内以气化冷却方式将高温焦饼迅速冷却到常温，行成能真实模拟实际焦炉生产的焦炭试样，把炼焦实验人员从繁重的高温作业工作中解脱出来。该焦炉炭化室容积固定，炼焦过程中膨胀压力不断变化，无法实时监测，也无法进行恒压炼焦。
[0004]随着人们对结焦膨胀力的认识加深，可移动炉墙的实验焦炉也出现了。如授权号为CN202881174U的中国专利公开了 “一种40Kg可测量炼焦膨胀压力的试验焦炉”，其结构包括:固定炉墙、移动炉墙、框架、炉门、滑动小车、密封系统、荒煤气处理系统、加热系统、膨胀压力采集系统、煤饼纵向膨胀及收缩度测量系统。固定炉墙固定在框架底部，移动炉墙安装在滑动小车上，滑动小车与框架底部滑动连接，炉门安装在框架上，固定炉墙与移动炉墙通过密封系统连接。荒煤气处理系统安装在框架顶部，加热系统的加热元件安装在加热元件支撑砖上，测温元件安装在加热元件两侧及炉顶部位，膨胀压力采集系统的压力传感器安装在移动墙的外侧与框架之间，煤饼纵向膨胀及收缩度测量系统的位移传感器安装在炉顶砖铁件的上，加热系统、膨胀压力采集系统及煤饼纵向膨胀及收缩度测量系统的其余部分安装在控制柜中。可得到炼焦煤膨胀压力的动态变化曲线，及煤饼纵向膨胀和收缩量的动态变化曲线。该焦炉炭化室容积随炉墙移动而变化，炼焦过程中膨胀压力不断变化，可以实时监测，但无法进行恒压炼焦。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种小型恒压炼焦装置及恒压炼焦方法，可以在恒压力条件下炼焦，从而获得压力与焦炭质量的对应关系，或者在相同压力条件下对不同煤种的焦炭质量进行对比研究，对于配煤炼焦和研究炼焦机理极具指导意义，进而达到优化炼焦生产工艺、节省炼焦设备投资及实现资源有效利用的目的。
[0006]为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现:
[0007]小型恒压炼焦装置，包括实验焦炉、温控器、恒压系统和控制系统;所述实验焦炉设高铝砖围墙，围墙内沿周向设有多组硅碳棒，实验焦炉底部设电阻丝，硅碳棒和电阻丝均由温控器控制，实验焦炉内设炭化室;恒压系统由液压栗、缓冲缸和移动压板组成，液压栗为缓冲缸提供动力，缓冲缸的推杆通过第一空心管连接移动压板并可带动其在炭化室内上下移动;缓冲缸下部设第二空心管，第一空心管可在第二空心管内滑动;第一空心管底端穿过移动压板后连通炭化室炼焦侧内部空间，第一空心管下部的管壁上设第一气孔，实验焦炉顶部设第二气孔;炭化室内设有温度传感器，实验焦炉顶部设位移传感器用于检测移动压板的位移量，液压栗与缓冲缸之间的液压管路上设有油压调节器，位移传感器、温度传感器、油压调节器和温控器分别连接控制系统。
[0008]所述缓冲缸通过固定支架固定在实验焦炉上方，缓冲缸底部设位移传感器;定位杆的一端通过套管套装在第一空心管外侧并固定，另一端连接定位螺母;第一空心管移动时定位螺母沿位移传感器轴线同步移动。
[0009]所述温度传感器为多个，沿炭化室周向均匀设置，温度传感器优选S型热电偶。
[0010]基于小型恒压炼焦装置的恒压炼焦方法，包括如下步骤:
[0011]I)称量煤样，装煤量为40?60kg;人工将炼焦煤送入炭化室内，启动液压栗，使缓冲缸推杆伸出，通过第一空心管带动移动压板压紧在炼焦煤表面;通过控制系统设定炭化室内的压强和温度，点火升温；
[0012]2)采用单孔全热式加热，即通过实验焦炉周向设置的硅碳棒和底部设置的电阻丝，从各个方向对煤进行加热;通过温度传感器对炭化室内各部位的温度进行测量，并将测得的温度数据传送到控制系统与设定温度进行比较，当测量温度与设定温度出现偏差时，通过温控器调整通过硅碳棒、电阻丝的电流大小，使炭化室内温度保持恒定；
[0013]3)煤炼焦过程中，当炭化室内压力超过设定压力时，控制系统通过油压调节器驱动缓冲缸推杆向上移动，并通过第一空心管带动移动压板向上方移动，增大炭化室内炼焦空间的体积以减少膨胀压强；当煤炼焦过程中，炭化室内压力小于设定压力时，控制系统通过油压调节器驱动缓冲缸推杆向下移动，并通过第一空心管带动移动压板向下方移动，减小炭化室内炼焦空间的体积以增大膨胀压强;从而保证炭化室内处于恒压状态；
[0014]4)煤炼焦过程产生的废气进入第一空气管，通过设置在第一空心管管壁上的第一气孔进入炭化室上方的实验焦炉顶部空间，再通过实验焦炉顶部的第二气孔排出或收集；
[0015]5)通过实验焦炉顶部安装的位移传感器，检测移动压板的上下移动量，并传送到控制系统存储；当炼焦过程结束，液压栗停止工作时，通过对比炼焦开始时及炼焦结束时移动压板的位移量差值来判断煤炼焦后的形变量；
[0016]6)取出焦炭，根据需要对焦炭质量进行检测，包括抗碎强度、耐磨强度、热性能及其它常规性能指标。
[0017]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0018]I)采用单孔全热式加热方法，实验焦炉四周设硅碳棒，底部设电阻丝，从各个方向对煤进行加热，使煤受热均匀且加热速率明显提高，提高加热效率，缩短炼焦时间，提高焦炭质量；
[0019]2)通过恒压系统调节炭化室内的压力，使煤炼焦过程全程压力恒定，通过多组实验结果可以更好地协调膨胀压力和焦炭质量之间的关系，进而预测炼焦过程最适合压强及煤的堆密度，避免在捣固炼焦生产时可能产生的推焦失败事故；
[0020]3)在炼焦过程中，通过控制压力和温度能更精确的得到煤炼焦时产生的膨胀力及温度与焦炭质量的关系，进而对不同煤种在炼焦过程产生的结焦膨胀力进行预测，并设定最佳温度，从而提尚焦炭质量；
[0021]4)所述装置为无回收废料、无污染、投资省、建设快的小型实验焦炉设施。
【附图说明】
[0022]图1是本发明所述小型恒压炼焦装置的结构示意图。
[0023]图2是本发明所述恒压炼焦方法中炭化室温度控制流程图。
[0024]图3是本发明所述恒压炼焦方法中炭化室压力控制流程图。
[0025]图中:1.实验焦炉2.温控器3.定位杆4.控制系统5.炭化室6.硅碳棒7.电阻丝8.液压栗9.缓冲缸10.第一空心管11.第二空心管12.定位螺母13.位移传感器14.第一气孔15.移动压板16.第二气孔17.固定支架18.温度传感器19.油压调节器
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步说明:
[0027]如图1所示，本发明所述小型恒压炼焦装置，包括实验焦炉1、温控器2、恒压系统和控制系统;所述实验焦炉I设高铝砖围墙，围墙内沿周向设有多组硅碳棒6，实验焦炉I底部设电阻丝7，硅碳棒6和电阻丝7均由温控器2控制，实验焦炉I内设炭化室5;恒压系统由液压栗8、缓冲缸9和移动压板15组成，液压栗8为缓冲缸9提供动力，缓冲缸9的推杆通过第一空心管10连接移动压板15并可带动其在炭化室5内上下移动;缓冲缸9下部设第二空心管11，第一空心管10可在第二空心管11内滑动;第一空心管10底端穿过移动压板15后连通炭化室5炼焦侧内部空间，第一空心管10下部的管壁上设第一气孔14，实验焦炉I顶部设第二气孔16;炭化室5内设有温度传感器18，实验焦炉I顶部设位移传感器13用于检测移动压板15的位移量，液压栗8与缓冲缸9之间的液压管路上设有油压调节器19，位移传感器13、温度传感器18、油压调节器19和温控器2分别连接控制系统4。
[0028]所述缓冲缸9通过固定支架17固定在实验焦炉I上方，缓冲缸9底部设位移传感器13;定位杆3的一端通过套管套装在第一空心管10外侧并固定，另一端连接定位螺母12;第一空心管1移动时定位螺母12沿位移传感器13轴线同步移动。
[0029]所述温度传感器18为多个，沿炭化室5周向均匀设置，温度传感器18优选S型热电偶。
[0030]基于小型恒压炼焦装置的恒压炼焦方法，包括如下步骤:[0031 ] I)称量煤样，装煤量为40?60kg;人工将炼焦煤送入炭化室5内，启动液压栗8，使缓冲缸9推杆伸出，通过第一空心管10带动移动压板15压紧在炼焦煤表面;通过控制系统4设定炭化室5内的压强和温度，点火升温；
[0032]2)采用单孔全热式加热，即通过实验焦炉I周向设置的硅碳棒6和底部设置的电阻丝7，从各个方向对煤进行加热;通过温度传感器18对炭化室5内各部位的温度进行测量，并将测得的温度数据传送到控制系统4与设定温度进行比较，当测量温度与设定温度出现偏差时，通过温控器2调整通过硅碳棒6、电阻丝7的电流大小，使炭化室5内温度保持恒定；
[0033]3)煤炼焦过程中，当炭化室5内压力超过设定压力时，控制系统4通过油压调节器19驱动缓冲缸9推杆向上移动，并通过第一空心管10带动移动压板15向上方移动，增大炭化室5内炼焦空间的体积以减少膨胀压强；当煤炼焦过程中，炭化室5内压力小于设定压力时，控制系统4通过油压调节器19驱动缓冲缸9推杆向下移动，并通过第一空心管10带动移动压板15向下方移动，减小炭化室5内炼焦空间的体积以增大膨胀压强;从而保证炭化室5内处于恒压状态；
[0034]4)煤炼焦过程产生的废气进入第一空气管10，通过设置在第一空心管10管壁上的第一气孔14进入炭化室5上方的实验焦炉I顶部空间，再通过实验焦炉I顶部的第二气孔16排出或收集；
[0035]5)通过实验焦炉I顶部安装的位移传感器13，检测移动压板15的上下移动量，并传送到控制系统4存储；当炼焦过程结束，液压栗8停止工作时，通过对比炼焦开始时及炼焦结束时移动压板15的位移量差值来判断煤炼焦后的形变量；
[0036]6)取出焦炭，根据需要对焦炭质量进行检测，包括抗碎强度、耐磨强度、热性能及其它常规性能指标。
[0037]本发明通过设置硅碳棒6、电阻丝7给实验焦炉I内的炭化室5提供热量，达到炼焦目的，通过温控器2对炼焦过程中炉内的温度进行控制。
[0038]控制系统4由电脑和信号转换器组成，信号转换器用于将温度信号、位移信号转化为电信号传送到电脑中，电脑用于储存测得的温度值、位移传感器13测得的移动压板15的位移量。经电脑对以上数据的进一步分析处理数据，对炼焦生产提供正确的指导信息。
[0039]第一空心管10下部的第一气孔14开设于炭化室5到实验焦炉I顶部之间的行程范围内，确保炭化室5内炼焦时产生的废气从第一气孔14导出到实验焦炉I顶部空间，并通过第二气孔16排出或收集。
[0040]定位杆3的一端设有套管，套装在第一空心管10外侧，通过螺钉将其紧固。另一端通过定位螺母12与位移传感器13的移动杆配合检测位移量，安装时要注意给移动杆留下足够的行程。
[0041]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.小型恒压炼焦装置，其特征在于，包括实验焦炉、温控器、恒压系统和控制系统;所述实验焦炉设高铝砖围墙，围墙内沿周向设有多组硅碳棒，实验焦炉底部设电阻丝，硅碳棒和电阻丝均由温控器控制，实验焦炉内设炭化室；恒压系统由液压栗、缓冲缸和移动压板组成，液压栗为缓冲缸提供动力，缓冲缸的推杆通过第一空心管连接移动压板并可带动其在炭化室内上下移动;缓冲缸下部设第二空心管，第一空心管可在第二空心管内滑动;第一空心管底端穿过移动压板后连通炭化室炼焦侧内部空间，第一空心管下部的管壁上设第一气孔，实验焦炉顶部设第二气孔;炭化室内设有温度传感器，实验焦炉顶部设位移传感器用于检测移动压板的位移量，液压栗与缓冲缸之间的液压管路上设有油压调节器，位移传感器、温度传感器、油压调节器和温控器分别连接控制系统。2.根据权利要求1所述的小型恒压炼焦装置，其特征在于，所述缓冲缸通过固定支架固定在实验焦炉上方，缓冲缸底部设位移传感器;定位杆的一端通过套管套装在第一空心管外侧并固定，另一端连接定位螺母;第一空心管移动时定位螺母沿位移传感器轴线同步移动。3.根据权利要求1所述的小型恒压炼焦装置，其特征在于，所述温度传感器为多个，沿炭化室周向均匀设置，温度传感器优选S型热电偶。4.基于权利要求1所述的小型恒压炼焦装置的恒压炼焦方法，其特征在于，包括如下步骤: 1)称量煤样，装煤量为40?60kg;人工将炼焦煤送入炭化室内，启动液压栗，使缓冲缸推杆伸出，通过第一空心管带动移动压板压紧在炼焦煤表面;通过控制系统设定炭化室内的压强和温度，点火升温； 2)采用单孔全热式加热，即通过实验焦炉周向设置的硅碳棒和底部设置的电阻丝，从各个方向对煤进行加热;通过温度传感器对炭化室内各部位的温度进行测量，并将测得的温度数据传送到控制系统与设定温度进行比较，当测量温度与设定温度出现偏差时，通过温控器调整通过硅碳棒、电阻丝的电流大小，使炭化室内温度保持恒定； 3)煤炼焦过程中，当炭化室内压力超过设定压力时，控制系统通过油压调节器驱动缓冲缸推杆向上移动，并通过第一空心管带动移动压板向上方移动，增大炭化室内炼焦空间的体积以减少膨胀压强；当煤炼焦过程中，炭化室内压力小于设定压力时，控制系统通过油压调节器驱动缓冲缸推杆向下移动，并通过第一空心管带动移动压板向下方移动，减小炭化室内炼焦空间的体积以增大膨胀压强;从而保证炭化室内处于恒压状态； 4)煤炼焦过程产生的废气进入第一空气管，通过设置在第一空心管管壁上的第一气孔进入炭化室上方的实验焦炉顶部空间，再通过实验焦炉顶部的第二气孔排出或收集； 5)通过实验焦炉顶部安装的位移传感器，检测移动压板的上下移动量，并传送到控制系统存储；当炼焦过程结束，液压栗停止工作时，通过对比炼焦开始时及炼焦结束时移动压板的位移量差值来判断煤炼焦后的形变量； 6)取出焦炭，根据需要对焦炭质量进行检测，包括抗碎强度、耐磨强度、热性能及其它常规性能指标。
【文档编号】C10B19/00GK105861002SQ201610356818
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月26日
【发明人】赵振宁, 余锋波, 孙春雨, 陆辉扬, 常琪琪, 苏铎, 闫壮壮, 沈明刚, 方志刚, 徐国中
【申请人】辽宁科技大学