专利名称：一种高温还原反应实验电炉的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种检测实验设备，尤其涉及一种对冶金系统中铁矿 石的高温还原反应进行检测的实验电炉。
背景技术：
研究和检测铁矿石的还原反应性能，通常是在500-1000'C的高温条件 下进行，首先将试样铁矿石在实验炉内与还原气体(含有毒的CO)进行反应， 然后通过实验检测试样铁矿石在反应过程中的质量变化来进行性能评价。 目前，因为制作这种高温还原实验设备非常困难，因而使得对高温环境下 的还原反应研究得比较少。但是，随着铁矿石原料的不断涨价，以及非高 炉炼铁等新技术的开发应用，目前对于铁矿石在高温下还原性能的检测也 越来越受到重视。
国内也曾经设计过高温还原检测设备，但其检测系统在高温还原条件 下的使用效果并不理想，不但有安全隐患，而且还存在着较大的系统误差。 该检测系统的主要检测过程如下先将悬挂试样的吊丝通过实验炉顶盖上 的中央小孔连接到称量天平上，含CO的还原气体从实验炉的底部通入，还 原气体到达实验炉的上部时，从其顶盖上的中央小孔处溢出，在实验过程 中于此处同时进行点火燃烧，并通过上述吊丝实现连续称量。该系统的主
要缺陷在于由于还原气体溢出处的气流流速较高，这对试样的称量会产 生非常大的影响；而且，当可燃气体的浓度较低时，更难以在还原气体溢 出处实现连续燃烧，因此致使该气体直接泄漏到实验环境中，这已经完全 不符合现在的安全标准和环保要求。
有鉴于此，亟需研制一种能够兼顾高测量精密、使用安全环保的新型 高温还原反应检测装置。通过联机检索，并未发现与本专利申请技术相同 或相似的检测实验设备。发明内容
本实用新型的目的是提供一种高温还原反应实验电炉，以解决现有技 术存在的对铁矿石在高温条件下的还原反应检测困难、测试精度不高、还 原气体泄漏、不安全环保的问题，从而安全可靠地实现对其还原反应性能 的高精密在线测试。
本实用新型的技术构思如下铁矿石中所含的氧大部分都是在IOO(TC 以下被还原反应消耗掉，仅剩余少量的氧继续在100(TC以上的高温条件下 进行还原反应，因此铁矿石在该高温还原过程中的失重量较少，这就对相 关检测装置的测量精度提出很高要求。当试样吊在天平上时，炉体上的任 何地方均不允许与吊挂系统发生接触。但是，由于在还原气中含大量剧毒 的一氧化碳，这又应当保证测量实验装置内的还原气体不能泄漏到实验环 境中。发明人通过巧妙运用气封及水封等多种密封保护技巧，不仅能成功 抑制住还原气的外泄，同时还能保证试样及吊挂系统不与检测实验设备产 生任何的接触，从而确保了天平的高灵敏度。据此设计出的检测实验设备， 可以用于固态还原过程(采用金属丝吊蓝盛放试样)的失重分析。在实验过 程中，由于试样和吊丝与其周围物不存在任何摩擦，而气流的影响可忽略 不计，这样就使得高温还原反应过程中的重量变化与在空气中称量一样， 从而可以实现相当高的测量精度。
本实用新型的目的是这样实现的 一种高温还原反应实验电炉，包括
一炉体、盖装于该炉体顶部的一炉盖、 一称量装置、以及一通过吊丝挂接
于所述称量装置并设置于所述炉体内的吊篮，还包括 一气体密封装置， 其装设于所述炉体顶部并设有气体通道，以通过输入密封气体来阻滞所述 炉体内的还原气体外泄。
优选地，所述气体密封装置为一盖装于所述炉盖顶部的炉帽，该炉帽 包括
一气封室，其上、下两端面上分别开设有一通孔，所述两通孔径相等 且均略大于所述吊丝的直径，该气封室的一侧面上设有至少一进气口；
一放散室，其固设于所述气封室的上部，其上端面上开设有一通孔， 所述通孔的外径略大于所述吊丝的直径，且所述吊丝可垂直地穿过所述气 封室的两通孔及放散室的通孔的中心，该放散室的两侧面上对称开设有孔径相等且均大于所述放散室通孔的第一出气孔及第二出气孔；
一尾气管，其设于所述炉帽的一侧面上并位于所述气封室下端面的下
方，该尾气管的内径大于所述气封室的进气口。
优选地，所述放散室通孔的直径与所述气封室两通孔的直径相等。 优选地，所述放散室通孔的直径不大于所述尾气管内径的十分之一。 优选地，所述尾气管插装入一尾气燃烧箱，该尾气燃烧箱上设有一出气管。
优选地，所述密封气体为惰性气体。
优选地，所述高温还原反应实验电炉还包括装设于所述炉体与炉盖上 的一密封装置，用于阻滞该炉体内的还原气体外泄。
优选地，所述密封装置为一水冷密封装置，其包括一装设于所述炉盖 的内圈上部凹槽处的密封圈、以及一装设于所述炉盖与炉体的接触部之间
的密封圈；所述炉盖设有一中空夹层，且该炉盖的上端面上设有供冷却水 进出的至少 一进水口及一 出水口 。
优选地，所述称量装置为一装设于工作台上端面上的电子天平，所述 工作台通过一支撑装置架设于所述炉体的上方。
优选地，所述电子天平上吊钩下方的吊丝上设有一挡片，用于阻挡热 辐射。
优选地，所述工作台的下端面上设有一隔热水箱，该隔热水箱上设有 供冷却水进出的至少一进水口及一 出水口 。
优选地，所述高温还原反应实验电炉还包括一位置调整装置，其包括
至少一对左、右微调螺丝，其分设于所述炉体底部的两外侧，用于调 节该炉体的水平位置；
至少一对左、右调节螺丝，其分设于所述工作台与支撑装置的两侧连 接部上，用于调节所述电子天平的水平位置；
一吊丝连接器，其装设于所述炉帽上方的吊丝上，用于固定该吊丝和 调节该吊丝的长度。
优选地，所述炉体固装于一下底面设有导轨的滑动底座上，与所述导 轨相适配的滑轮固装于一基座上。
优选地，所述炉体设有一中空夹层，且该炉体上设有供冷却水进出的至少一进水口及一出水口 。
优选地，所述炉体的外部设有一保温层。
优选地，所述炉体的内部设有一内炉胆及一外炉胆，该内炉胆及外炉 胆之间装设有至少一加热部件。
优选地，所述加热部件为硅钼棒，其呈u形。
优选地，所述内炉胆的上部装设有一设于所述吊篮上方的上绝热件， 该上绝热件上开设有一可供所述吊丝穿设而过的通孔，所述内炉胆的下部 装设有一下绝热件， 一进气管从所述炉体的底部向上贯穿所述绝热件以用 于输送还原反应气体。
优选地，所述下绝热件的上方盖设有一绝热均气板，该绝热均气板上 开设有数个均布的通孔，至少一热电偶从所述炉体的底部向上贯穿所述下 绝热件及绝热均气板插入到所述内炉胆中。
优选地，所述炉体、炉盖及炉帽的材料均为不锈钢，所述吊篮及吊丝 的材料均为耐高温金属丝或刚玉。
本实用新型由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以
下优点和积极效果本高温还原反应实验电炉的结构设计精巧、使用安全
环保、测试精度高，它可以在100(TC以上的高温条件下，对铁矿石的还原
反应性能进行高精密在线测试，并完全符合高温还原反应检测装置的要求， 故具有良好的应用前景。
以下结合附图和具体实施例来对本实用新型作进一步说明。
图1为本实用新型一个较佳实施例的整体结构示意图。
图2是图1中较佳实施例的结构剖视图。 图3是图2中气体密封装置的结构示意图。
附图标记说明
1-电子天平 la-吊钩 2-尾气燃烧箱出气管2a-工作台
3-尾气燃烧箱 3a-隔热水箱 4-炉盖 4a-转动轴套
5-电源接线柱 5a-左微调螺丝5b-右微调螺丝 6-吊篮
6a-滑动底座 7-U形硅钼棒 7a-导轨 8-绝热均气板200920070564.7
8a-基座8b-滑轮 9-热电偶
10- 进气管 10a-隔热水箱冷却水进水口
11- 炉体 lla-炉体冷却水出水口
12- 吊丝 12a-左调节螺丝
13- 进气口 14-密封圈 16-上绝热件16a-上绝热件通孔 17a-炉盖冷却水进水口 18-密封圈 19-内炉胆 20-外炉胆 21-保温层 22a-第一出气孔 22b-第二出气孔 222-放散室 223-尾气管
24-挡片 25-热电偶固定器
9a-支撑装置
10b-隔热水箱冷却水出水口
llb-炉体冷却水进水口
12b-右调节螺丝
15-炉盖内圈
17-下绝热件
17b-炉盖冷却水出水口
19a-试样
22- 炉帽 221-气封室
23- 吊丝连接器 26-热电偶接线柱
具体实施方式
如图l所示，它是本实用新型高温还原反应实验电炉的一个较佳实施 例的整体结构示意图。请同时参阅图2所示的其结构剖视图，该高温还原 反应实验电炉的结构包括 一用不锈钢材料制成的炉体11; 一固装在该炉
体11顶部并也用不锈钢材料制成的炉盖4; 一固装在炉盖4上且其内部设
有气体通道的气体密封装置，用以通过输入密封气体来阻滞炉体ll内的还
原气体的向外外泄； 一设置于炉体ll内用于盛放试样19a的吊篮6，它采 用刚玉或耐高温金属丝(如钨丝)制成，该吊篮6通过吊丝12挂接于电子天 平1的挂钩la上，吊丝12采用钨丝等耐高温金属丝或刚玉制成； 一装设 于炉体11内并设于吊篮6上方的上绝热件16，它采用耐火材料制成以用于 阻止炉内热量外泄，并且在该上绝热件16上还开设有可供吊丝12穿设而 过的通孔16a。
具体而言，上述的气体密封装置为一盖装于炉盖4顶部的炉帽结构。 该炉帽22也采用不锈钢材料制成，并包括 一气封室221,并在该气封室 221的上、下两端面上分别开设有一通孔，这两个通孔的孔径完全相等并且 均略大于吊丝12的直径，以避免在实验过程中发生彼此间发生接触或摩擦， 另外在气封室221的一侧面上还开设有一进气口 13用于输入密封气体(采固设于气封室221的上部， 并在它的上端面上开设一通孔，出于避免接触或摩擦的相同考虑，该通孔 的外径也略大于吊丝12的直径且与气封室221的两通孔直径相等，前述三 个通孔的设置应使得吊丝12可以垂直地依次穿过它们的孔心，此外另在放 散室222的两侧面上对称开设孔径相等且均大于放散室222通孔的第一出 气孔22a及第二出气孔22b; —尾气管223，它被设置在炉帽22的一侧面 上并位于气封室221下端面的下方，尾气管223的内径应大于气封室221 的进气口13，为保证密封效果，尾气管223内径应不小于放散室222通孔 的直径十倍。另外，基于安全环保的考虑，在该尾气管223的外端插装入 一尾气燃烧箱3，从炉体11排出的少量还原气体在尾气燃烧箱3中经过充 分燃烧后，再通过设于其顶部的出气管2排入大气。
为了进一步保证本高温还原反应实验电炉的密封效果，还专门设计有 另一装设于炉体11与炉盖4上的密封装置。该密封装置为一水冷密封装置， 包括 一装设于炉盖4的内圈15上部凹槽处的密封圈14、以及一装设于炉 盖4与炉体11的接触部之间的密封圈18,为增强密封效果，密封圈14及 18均采用中空的硅橡胶密封圈，同时为了增强导热性，对于内圈15宜采用 较厚的不锈钢制成；此外，在炉盖4上设有一个中空夹层，在炉盖4的上 端面上设有一进水口 17a及一出水口 17b以供冷却水进出。由于运用了水 冷和金属传热的双重保护，使得高温炉体采用上述的橡胶密封圈密封成为 可能，而且实际的密封效果良好，炉内气体的外泄量几乎为零。
请参阅图1，炉体11整体固装在一滑动底座6a上，该滑动底座6a的 下底面左右对称设置有导轨7a，同时，在基座8a上固装有与该导轨7a完 全相匹配的滑轮8b，这样炉体11即可在该基座8a上进行滑移，以被方便 地移出或推入来调整位置进行维修或其它操作。在炉体11上也设有一中空 夹层，并且还在炉体11的侧面上设有供冷却水进出的一出水口 lla及一进 水口 llb。在图2中，在炉体11的外部设有一保温层21以进一步保证内部 的高温环境，在炉体11的内部同时设有均为刚玉材料制成的一内炉胆19 及一外炉胆20，该内炉胆19及外炉胆20之间的左、右两侧各装设有一 U 形的硅钼棒7的加热部件，它们通过电源接线柱5与电源相接，以使炉内 可以达到150(TC以上的高温。此外，在内炉胆19的下部还装设有一下绝热件17， 一进气管10从炉体11的底部向上贯穿该下绝热件17，以用于输送 还原反应气体。同时，在下绝热件17的上方另盖设一绝热均气板8， 一热 电偶9套装热电偶固定器25后从炉体11的底部向上贯穿下绝热件17及绝 热均气板8后插入到内炉胆19中，该热电偶9通过热电偶接线柱26连接 到温度显示和控制装置上(图中未示出)。这样，当还原反应气体从进气管 10进入炉内时，就能通过开设在绝热均气板8上的多个均布的通孔而被分 散成均匀的气流，以促使炉内的高温还原反应进行得平稳、均匀。基于耐 高温的需要，上述的下绝热件17与绝热均气板8也都采用耐火材料制成。
如图1所示，本高温还原反应实验电炉所采用的称量装置是一电子天 平1，它被装设于工作台2a的上端面上，该工作台2a通过一支撑装置9a 架设于炉体ll的上方。为了阻挡热辐射对测量工作可能造成的负面影响， 首先在电子天平1的吊钩la下方的吊丝12上设有一挡片24，其次在工作 台2a的下端面上还设置一隔热水箱3a，通过该隔热水箱3a上的一进水口 10a及一出水口 10b进行冷却水循环散热。
为了进一步保证实验测量精度，在本高温还原反应实验电炉上还设有 一位置调整装置，它包括 一吊丝连接器23，它被安装在炉帽22上方的吊 丝12上，用于固定吊丝12和调节吊丝12的垂直方向长度； 一左调节螺丝 12a以及一右调节螺丝12b，它们分别被安装在工作台2a与支撑装置9a的 两侧连接部上，用以方便调节电子天平l的水平方向位置，使其保持水平； 右支撑装置9a上端外套有转动轴套4a与尾气燃烧箱3相连，用于该支撑 尾气燃烧箱3; —左微调螺丝5a以及一右微调螺丝5b，它们分别被安装在 炉体ll底部的两外侧，用于调节该炉体ll的水平方向位置，使得吊丝12 与上绝热件通孔16a的中心相对正，从而避免摩擦以减少测量误差。
在使用本高温还原反应实验电炉时，首先将铁矿试样放入吊篮6进行 还原反应，该试样在内炉胆19内与从进气管IO输入的还原反应气体在1000 °。以上的高温下充分进行反应，随后逐渐减重，其重量变化通过吊丝12挂 接到电子天平1上进行称重。如图3所示，吊丝12穿过上绝热件16的通 孔16a，再通过炉帽22上的三个通孔的孔心连接到吊钩la上，由于吊丝 12并不与上述这些通孔相接触，因此保证了天平称重的稳定性和准确性。 在图3中，当密封气体(图中以小箭头表示)从进气口 13进入气封室221后，它只能从贯穿有该气封室221的上下两个通孔中流出，其中向下流出的一 路与从内炉胆19升上来的还原气体(图中以大箭头表示)混合在一起，再经 尾气管223进入尾气燃烧箱3中充分燃烧后安全排出。由于该尾气管223 的管径相对较大，阻力很小，所以可以认为炉内的压力近似等于炉外的大 气压力。此外，向上流出的另一路则进入放散室222，该放散室222的设置 是为了减少向上冲出的气流对电子天平的影响，它两侧壁上的第一出气孔 22a和第二出气孔22b均孔径相对较大，因此阻力小，大部分气体就经这两 个孔排出炉外，只有其中的小部分通过放散室222顶部的通孔流出。由于 气封室221的上下两通孔孔径相等，吊丝粗细也一致，所以两通孔的有效 气流通径也相等，两通孔中的气流使吊丝12产生的附加力，也是方向相反、 大小相等。因此，这些气流对电子天平的称量影响彼此基本抵消，也就是 说，密封气体流量的大小或波动在一定范围内对于电子天平的称量均不会 造成任何的影响。例如，当气封室221的两通孔孔径不大于废气管223内 径的十分之一时，密封气体流量维持在还原气体流量的五分之一以上就能 确保还原气体不会泄漏到炉外。
综上所述，本高温还原反应实验电炉完美地解决了铁矿石高温还原反 应炉的还原气体泄漏问题，它既安全环保、充分保障实验工作人员的安全， 又能保证试样称量测试的准确性和高精度，并且完全符合高温还原反应检 测装置的要求，因此具有良好的应用前景。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说 明本实用新型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的 实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的 权利要求书范围内。
权利要求1.一种高温还原反应实验电炉，包括一炉体(11)、盖装于该炉体(11)顶部的一炉盖(4)、一称量装置、以及一通过吊丝(12)挂接于所述称量装置并设置于所述炉体(11)内的吊篮(6)，其特征在于还包括一气体密封装置，其装设于所述炉体(11)顶部并设有气体通道，以通过输入密封气体来阻滞所述炉体(11)内的还原气体外泄。
2. 如权利要求l所述的高温还原反应实验电炉，其特征在于所述气体密封装置为一盖装于所述炉盖(4)顶部的炉帽(22)，该炉帽(22)包括一气封室(221)，其上、下两端面上分别开设有一通孔，所述两通孔径相等且均略大于所述吊丝(12)的直径，该气封室(221)的一侧面上设有至少一进气口(13);一放散室(222)，其固设于所述气封室(221)的上部，其上端面上开设有一通？L，所述通孔的外径略大于所述吊丝(12)的直径，且所述吊丝(12)可垂直地穿过所述气封室(221)的两通孔及放散室(222)的通孔的中心，该放散室(222)的两侧面上对称开设有孔径相等且均大于所述放散室(222)通孔的第一出气孔(22a)及第二出气孔(22b);一尾气管(223)，其设于所述炉帽(22)的一侧面上并位于所述气封室(221) 下端面的下方，该尾气管(223)的内径大于所述气封室(221)的进气 口(13)。
3. 如权利要求2所述的高温还原反应实验电炉，其特征在于所述放散室(222) 通孔的直径与所述气封室(221)两通孔的直径相等。
4. 如权利要求3所述的高温还原反应实验电炉，其特征在于所述放散室(222) 通孔的直径不大于所述尾气管(223)内径的十分之一。
5. 如权利要求2所述的高温还原反应实验电炉，其特征在于所述尾气管(223) 插装入一尾气燃烧箱(3)，该尾气燃烧箱(3)上设有一出气管(2)。
6. 如权利要求1所述的高温还原反应实验电炉，其特征在于所述密封气体 为惰性气体。
7. 如权利要求1所述的高温还原反应实验电炉，其特征在于还包括装设于所 述炉体(11)与炉盖(4)上的一密封装置，用于阻滞该炉体(11)内的还原气体外泄。
8. 如权利要求7所述的高温还原反应实验电炉，其特征在于所述密封装置 为一水冷密封装置，其包括一装设于所述炉盖(4)的内圈(15)上部凹槽处的密封圈(14)、以及一装设于所述炉盖(4)与炉体(11)的接触部之间的密 封圈(18);所述炉盖(4)设有一中空夹层，且该炉盖(4)的上端面上设有供 冷却水进出的至少一进水口 (17a)及一出水口 (17b)。
9. 如权利要求1-8中任一项所述的高温还原反应实验电炉，其特征在于所 述称量装置为一装设于工作台(2a)上端面上的电子天平(1)，所述工作台 (2a)通过一支撑装置(9a)架设于所述炉体(11)的上方。
10. 如权利要求9所述的高温还原反应实验电炉，其特征在于所述电子天平 (1)上吊钩(la)下方的吊丝(12)上设有一挡片(24)，用于阻挡热辐射。
11. 如权利要求9所述的高温还原反应实验电炉，其特征在于所述工作台(2a) 的下端面上设有一隔热水箱(3a)，该隔热水箱(3a)上设有供冷却水进出的 至少一进水口 (10a)及一出水口 (10b)。
12. 如权利要求1-8中任一项所述的高温还原反应实验电炉，其特征在于还包 括一位置调整装置，其包括至少一对左、右微调螺丝(5a、 5b)，其分设于所述炉体(ll)底部的两 外侧，用于调节该炉体(ll)的水平位置；至少一对左、右调节螺丝(12a、 12b)，其分设于所述工作台(2a)与支 撑装置(9a)的两侧连接部上，用于调节所述电子天平(1)的水平位置；一吊丝连接器(23)，其装设于所述炉帽(22)上方的吊丝(12)上，用于 固定该吊丝(12)及调节该吊丝(12)的长度。
13. 如权利要求1-8中任一项所述的高温还原反应实验电炉，其特征在于所 述炉体(11)固装于一下底面设有导轨(7a)的滑动底座(6a)上，与所述导轨 (7a)相适配的滑轮(8b)固装于一基座(8a)上。
14. 如权利要求1-8中任一项所述的高温还原反应实验电炉，其特征在于所 述炉体(ll)设有一中空夹层，且该炉体(ll)上设有供冷却水进出的至少一 出水口 (lla)及一进水口 (lib)。
15. 如权利要求1-8中任一项所述的高温还原反应实验电炉，其特征在于所 述炉体(ll)的外部设有一保温层(21)。
16. 如权利要求1-8中任一项所述的高温还原反应实验电炉，其特征在于所述炉体(11)的内部设有一内炉胆(19)及一外炉胆(20)，该内炉胆(19)及外 炉胆(20)之间装设有至少一加热部件。
17. 如权利要求16所述的高温还原反应实验电炉，其特征在于所述加热部 件为硅钼棒(7)，其呈U形。
18. 如权利要求16所述的高温还原反应实验电炉，其特征在于所述内炉胆 (19)的上部装设有一设于所述吊篮(6)上方的上绝热件(16)，该上绝热件 (16)上开设有一可供所述吊丝(12)穿设而过的通孔(16a)，所述内炉胆(19) 的下部装设有一下绝热件(17)， 一进气管(10)从所述炉体(11)的底部向上 贯穿所述绝热件(17)以用于输送还原反应气体。
19. 如权利要求18所述的高温还原反应实验电炉，其特征在于所述下绝热 件(17)的上方盖设有一绝热均气板(8)，该绝热均气板(8)上开设有数个均 布的通孔，至少一热电偶(9)从所述炉体(11)的底部向上贯穿所述下绝热 件(17)及绝热均气板(8)插入到所述内炉胆(19)中。
20. 如权利要求1-8中任一项所述的高温还原反应实验电炉，其特征在于所 述炉体(ll)、炉盖(4)及炉帽(22)的材料均为不锈钢，所述吊篮(6)及吊丝 (12)的材料均为耐高温金属丝或刚玉。
专利摘要本实用新型公开了一种高温还原反应实验电炉，包括一炉体(11)、盖装于该炉体(11)顶部的一炉盖(4)、一称量装置、以及一通过吊丝(12)挂接于所述称量装置并设置于所述炉体(11)内的吊篮(6)，该高温还原反应实验电炉还包括一气体密封装置，其装设于所述炉体(11)顶部并设有气体通道，以通过输入密封气体来阻滞所述炉体(11)内的还原气体外泄。它结构设计精巧、使用安全环保、测试精度高，可在1000℃以上的高温条件下进行高精密在线测试，并完全符合高温还原反应检测装置的要求，故具有良好的应用前景。
文档编号G01N5/00GK201425419SQ20092007056
公开日2010年3月17日 申请日期2009年4月17日 优先权日2009年4月17日
发明者周渝生, 凯 张, 张友平, 聂云昌, 陈玉明 申请人:宝山钢铁股份有限公司;上海宝钢工程技术有限公司;江阴市南闸热工仪表有限公司