专利名称：铁矿石还原、粉化、膨胀冶金性能检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铁矿石性能測定的实验装置，尤其是铁矿石还原、粉化、膨胀冶金性能检测装置。
背景技术：
铁矿石是高炉冶炼的主要原料，其质量的好坏与冶炼进程及技术经济指标有着极为密切的关系。铁矿石的还原度是评价其质量好坏的重要标准，准确检测铁矿石的相关数据如还原度、还原速率指数等对制定合理的炉料结构及正确的冶炼エ艺，提高冶炼生产的技术指标具有重要意义。
随着全世界钢铁需要量逐年増加，人们对作为钢铁来源的铁矿石的研究也越来越深入。近几十年来，国内已经有高校和科研单位进行了铁矿石冶金性能检测的相关理论研究，并制定了部分国家标准。在实验室试验中，试样为烧结球团矿，參照GB/T13241-91标准进行还原度Rt、还原速率指数测试；试验焦样均选取エ业生产的冶金焦炭，參照GB/T4000-1996标准进行焦炭反应性CRI、反应后强度CSR的测试工作。荷重软化和熔融滴落測定由于没有国家标准，目前国内有多个标准，我校资源加工与生物工程学院制定有相关标准，并在全国多家大型钢铁企业得到了推广应用。20世纪90年代初马鞍山钢铁公司钢铁研究所于进行了铁矿石还原性、还原粉化、球团膨胀三项冶金性能检测装置的研制，该装置是为制定和执行国标方法自行研制的检测装置，主要由还原装置、还原气供应、冷态转鼓、球団体积测定等附属设备组成。还原炉虽然采用了 PLC控制系统，但仅用于开关量顺序控制，温度由具有PID调节功能的温度仪表控制。但是与国外先进水平相比在检测手段、控制策略、生产エ业连续性等方面还存在一定差距。北京科技大学是制定铁矿石冶金性能检测方法国家标准的主要參加单位，铁矿石冶金性能方法測定设备和方法于1997年荣获北京科技大学实验技术成果奖，2001年己实现数字化控制、计算机数据采集及打印报告。东北大学炼铁研究所研制开发了采用计算机测控技术的新型还原炉，可以对铁矿石的还原度和还原速率指数进行准确地试验检测。江苏苏钢集团通过加强对烧结全过程的控制，使烧结矿冶金性能得到了改善，收到了明显的效果。许多科研単位对铁矿石冶金性能领域进行了有益的探索和发展，在检测手段和试验设备等方面提出了新的思路；但总体来说仅仅是在某一方面取得了进展，没有将快速发展的自动控制技术和检测，基本上不能在同一套装置上进行铁矿石还原性測定和低温还原粉化实验。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明的主要目的在于克服现有技术的实验装置不能在同一套装置上进行铁矿石还原性測定和低温还原粉化实验，在检测手段、控制策略、生产エ业连续性等方面存在一定差距等不足，提供一种能在同一套装置上进行铁矿石还原性測定和低温还原粉化实验铁矿石还原、粉化、膨胀冶金性能检测装置。本发明的技术方案如下铁矿石还原、粉化、膨胀冶金性能检测装置，包括中空的加热炉体和控制柜；其特征在于在加热炉体的空腔内活动设置有还原管，还原管的上、下端分别设置有气体出口和气体进ロ，在还原管的上面，设置有用于称重的计重装置；混气罐的一端通过柔性连接气管与气体进ロ连接，混气罐的另一端连接有若干根进气管，每根进气管分别与ー种反应气体存储罐连通，将该个气体存储罐内存储的气体通过进气管、混气罐后经气体进ロ通入还原管内；所述加热炉体为三段式，分为上、中、下三段，每段都设置有 电热丝和測量温度的测温热电偶；采用至少三个测温热电偶分别测量加热炉体上、中、下三段的温度；测温热电偶与控制柜电连接。进ー步的特征是还包括与所述控制柜连接的计算机，计算机的输出端与控制柜电连接，控制柜与加热炉体电连接，在计算机输出的指令作用下，控制加热炉体按照エ艺要求加热升温、降温、保温；计重装置与计算机的输入端连接，将实验测得的质量及其变化的相关数据输入计算机内。气体出口外接柔性连接管，通过柔性连接管与排气罐连接。在还原管的顶端设置有盖子，气体出口穿过盖子与还原管的空腔连通。在还原管空腔内设置多孔板，在多孔板上设置ー层或两层铝球，在铝球上再放置ー块多孔板，试样放在上面这块多孔板上。将还原管通过挂架吊挂在计重装置上，动态计量反应过程中各个时段试样的实时參数。柔性连接管采用硅橡胶管；还原管2的材料采用GH3040材料。所述气体存储罐是四个，分别存储有氮气、一氧化碳、ニ氧化碳和氢气。相对于现有技术，本发明的铁矿石还原、粉化、膨胀冶金性能检测装置，具有以下有益效果
I、本发明的实验装置是ー种三段式还原炉，还原炉可作GB/T-13240-91、GB/T-13241-91、GB/T-13242-91三项铁矿石性能国家标准检测项目的还原试验设备。还原炉正常使用最高温度为1100で，反应管同时适应还原性和氧化性气氛，使用寿命长。炉子恒温帯长度达488mm，使用解藕控制算法，使三段式炉子控制稳定性大大提高。2、本发明实验装置采用计算机测控技术，测试软件为全中文WINDOWS平台，并选用先进的德国进ロ电子天平，实验结果由计算机自动采集自动处理，实验数据和曲线由打印机自动输出，实验数据能自动存盘保存。自动化程度高，操作简单容易。3、本发明实验装置使用连续称量的精密电子称，准确，可靠，以数字量显示，并通过RS — 232串行ロ通讯，从而使计算机随时以数字、图形曲线方式显示还原进程。4、由于三段式炉子，上、中、下三段炉温互相耦合，常规控制难以实现恒定温度控制。而本系统从理论上对该炉子进行三段解耦运算，并结合人工智能的控制策略，控制不依赖于对象的数学模型；因此，控制过程中也就不需要人为摸索控制參数。炉温控制变得十分方便。整个升温过程无需人工干预。5、升温速率和升温温度可在计算机上随意修改和调用的升温曲线可达48段。炉温控制波动值不超过+rc，全部实验过程參数都由计算机随时以图文方式记录存盘，可永久保存和随时调用、打印等。控制过程中图文并茂，具有良好人机界面。
图I是本发明铁矿石还原、粉化、膨胀冶金性能检测装置结构示意 图2是本发明检测装置控制结构示意 图3是本发明检测装置铁矿石高温还原性能测定过程温度控制图； 图4是本发明检测装置铁矿石低温还原粉化试验测定过程温度控制图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进ー步说明。本发明铁矿石还原、粉化、膨胀冶金性能检测装置，如图1、2所示，包括中空的加热炉体I和对加热炉体I的升温、降温、保温进行控制的控制柜，在加热炉体I的空腔内活动设置有还原管2，还原管2上设置有气体出ロ 3和气体进ロ 4，气体出ロ 3通常设置在其上端，气体进ロ 4可以设置在其上端或下端，外接的气体通过管道从还原管2的下端进入还原管2内，还原管2内的气体从气体出ロ 3经管道排出；在还原管2的顶端设置有盖子5，在进行实验时根据需要盖上盖子；还原管2能移入或移出加热炉体I的空腔内；气体出ロ3穿过盖子5与还原管2的空腔连通，将反应产生的气体或废气排出还原管2的空腔。在还原管2的上面，设置有用于称重的计重装置6，计重装置6可以是合适的天平，如电子天平等，计重装置6可以计量加入还原管2空腔的实验样品的质量，也可以计量反应后剩余物质的质量，还可以将还原管2通过挂架7吊挂在计重装置6上，动态计量反应过程中各个时段(温度条件下)试样的实时质量等參数，可以连续称量。混气罐8通常设置在加热炉体I的外面，混气罐8的一端通过柔性连接气管9与气体进ロ 4连接，混气罐8的另一端连接有若干根进气管10，每根进气管10上按照要求设置流量控制阀、压カ表等附属部件；每根进气管10分别与ー种反应气体存储罐11连通，将该个气体存储罐11内存储的气体通过进气管10、混气罐8后经气体进ロ 4通入还原管2内，满足反应的需要。图中所示的气体存储罐11是四个，分别存储有氮气(或惰性气体)、一氧化碳、ニ氧化碳和氢气，在打开对应的流量控制阀后，将该气体存储罐11内存储的气体通入还原管2内，满足反应的需要。气体出ロ 3外接柔性连接管9，通过柔性连接管9与排气罐连接，通过排气罐将废气排出。柔性连接管9采用硅橡胶管，保证计重装置6在实时称重时不受干扰，避免系统误差的产生。还原管2的材料采用GH3040材料，保证高温，耐毒气，耐氧化还原。根据不同实验的需要，在还原管2空腔内设置多孔板12 (具有很多个通常为上下排列的孔径较小的通孔，热气等能通过该通孔)，具体可以设置在还原管2空腔的中部或上部；在多孔板12上还可以设置ー层或两层铝球13，其直径在10. 0-12. 5mm的高氧化铝球，还需要在铝球13上再放置ー块多孔板12，试样14则放在上面这块多孔板12上。在还原管2内也设置有测温的热电偶18，其与控制柜电连接，将测得的还原管2内的温度參数输入控制柜内。本发明的加热炉体1，采用电热丝15加热，当然也可采用其他合适的加热源进行加热；本发明的加热炉体I为三段式，分为上、中、下三段，每段都设置有电热丝15和測量温度的测温热电偶16 ;为了更好控制温度，在炉体升温过程中，采用至少三个测温热电偶16分别测量加热炉体I上、中、下三段的温度，分别控制三段电热丝15通电流的強弱和时间，采用差异的电流法，最終使得还原管的温度稳定性高。测温热电偶16与控制柜电连接，将测得的温度參数输入控制柜内。本发明的采用先进的控制算法，使恒温带的宽达490mm ；温度采样频率提高，每12秒采样一次，使得温度控制精度大大提升，温度控制精度可达±1° C。如图2，本发明的控制柜，用于控制加热炉体I按照エ艺要求加热升温、降温、保温等，作为现有技木，在此不做进ー步说明。为了获得智能型实验装置，本发明还包括与所述控制柜连接的计算机，采用计算机对本发明的控制柜进行控制，计算机的输出端与控制柜 电连接(通过RS485接ロ以及控制线)，控制柜与加热炉体I电连接，在计算机输出的指令作用下，控制加热炉体I按照エ艺要求加热升温、降温、保温等。同时，计重装置6与计算机的输入端连接，将实验测得的质量及其变化的相关数据输入计算机内，计算机经运输处理，将结构通过相连接的打印机打印出来。三个测温热电偶16、热电偶18，也可以先与计算机的输入端连接，经计算机处理后，将相关温度信号输入控制柜。本发明计重装置6的称重方法采用称总重量的方法，即试样14 (被测物体)和还原管2以及通入的气体一起进行实时称重的方法；柔性连接进、出气管能保证计量的准确性，对获取真实、有效的实验数据具有较为重要的作用。本发明的计算机采用的数据实时存储得到全过程重量变化曲线，数据处理上采用平滑处理和数据拟合方法，得到连续平滑的曲线。本装置做铁矿石还原性能的测定实验简述如下
铁矿石还原性是模拟炉料自高炉上部进入高温区的条件，用还原气体从铁矿石中排除与铁相结合的氧的难易程度的ー种量度。它是评价铁矿石冶金性能的重要质量指标。铁矿石高温还原性能测定过程如图3所示。试样质量为500± I粒，精确至O. 19，将试样14放入还原管2中，试样表面要铺平。可以把试样14直接放到多孔板12上，但是为了使还原气体气流均匀，在多孔板12和试样14之间放两层粒度为10. 0-12. 5mm的高氧化铝球13，但此时需要在高氧化铝球13上再放ー块多孔板12，试样14则放在这块多孔板12上。用盖子5封闭还原管2的顶部，将氮气(或惰性气体)通入还原管2，标态流量为5L/min，接着将还原管2放到加热炉体I的内腔里，并把它悬挂在计重装置6的中心，保证反应管2不与加热炉体I的内壁或加热元件接触。还原管2放入炉内时，炉内温度不得大于200°C。然后开始加热，升温速度不得大于10°C /min。当试样达到900°C时，増大氮气(或惰性气体)标态流量到15L/min。在900°C恒温30min，使试样的质量ml达到恒量，温度波动在900±10°C之内。恒温30min结束后，通入标态流量为15L/min的还原气体(一氧化碳或氢气)代替氮气(或惰性气体)，还原180min。在开始的15min内至少姆3min记录一次试样的质量，之后姆IOmin记录一次,还原180min后,试验结束。在切断还原气体后，向还原管2通入标态流量为5L/min的氮气(或惰性气体)，然后将还原管2冷却到00°C。检测结果用还原度指数(Rt)和还原速率指数(RVI)表示。I、还原度指数的计算
用下式计算时间t后的还原度Rt，t为3h。据此可以画出还原度Rt[%(n “m)]对时间t(min)的还原度曲线。还原指数表达式为
权利要求
1.铁矿石还原、粉化、膨胀冶金性能检测装置，包括中空的加热炉体(I)和控制柜；其特征在干在加热炉体(I)的空腔内活动设置有还原管(2)，还原管(2)的上、下端分别设置有气体出口(3)和气体进ロ(4)，在还原管(2)的上面，设置有用于称重的计重装置(6);混气罐(8)的一端通过柔性连接气管(9)与气体进ロ(4)连接，混气罐(8)的另一端连接有若干根进气管(10)，每根进气管(10)分别与ー种反应气体存储罐(11)连通，将该个气体存储罐(11)内存储的气体通过进气管(10)、混气罐(8)后经气体进ロ(4)通入还原管(2)内；所述加热炉体(I)分为上、中、下三段，每段都设置有电热丝(15)和測量温度的测温热电偶.16 ;采用至少三个测温热电偶(16)分别测量加热炉体(I)上、中、下三段的温度；测温热电偶(16)与所述控制柜电连接。
2.根据权利要求I所述铁矿石还原、粉化、膨胀冶金性能检测装置，其特征在于还包括与所述控制柜连接的计算机，计算机的输出端与控制柜电连接，控制柜与加热炉体(I)电连接，在计算机输出的指令作用下，控制加热炉体(I)按照エ艺要求加热升温、降温、保温；计重装置(6)与计算机的输入端连接，将实验测得的质量及其变化的相关数据输入计算机内。
3.根据权利要求I或2所述铁矿石还原、粉化、膨胀冶金性能检测装置，其特征在于气体出口(3)外接柔性连接管(9)，通过柔性连接管(9)与排气罐连接。
4.根据权利要求I或2所述铁矿石还原、粉化、膨胀冶金性能检测装置，其特征在于在还原管(2)的顶端设置有盖子(5)，气体出口(3)穿过盖子(5)与还原管(2)的空腔连通。
5.根据权利要求3所述铁矿石还原、粉化、膨胀冶金性能检测装置，其特征在于在还原管(20空腔内设置多孔板(12)，在多孔板(12)上设置ー层或两层铝球(13)，在铝球(13)上再放置ー块多孔板(12)，试样(14)放在上面这块多孔板(12)上。
6.根据权利要求5所述铁矿石还原、粉化、膨胀冶金性能检测装置，其特征在于还原管(2)通过挂架(7)吊挂在计重装置(6)上，动态计量反应过程中各个时段试样的实时參数。
7.根据权利要求5所述铁矿石还原、粉化、膨胀冶金性能检测装置，其特征在于柔性连接管(9)采用硅橡胶管；还原管(2)的材料采用GH3040材料。
8.根据权利要求6所述铁矿石还原、粉化、膨胀冶金性能检测装置，其特征在于柔性连接管(9)采用硅橡胶管；还原管(2)的材料采用GH3040材料。
全文摘要
本发明提供了一种铁矿石还原性测定、低温还原粉化以及球团膨胀的冶金材料性能检测的实验装置。通过本装置进行铁矿石等冶金材料的性能测定，为相关企业、科研院所从事铁矿石检验，性能测定和评价研究提供了帮助。本装置采用了三段式还原炉加热，利用先进的温度控制算法可精确地控制还原炉的温升过程，更好地满足国标GB/T-13240-91、GB/T-13241-91、GB/T-13242-91实验项目实施中温度控制要求；其即可满足高温需要，又耐氧化、还原，使高温实验过程达到国标要求；采用精确电子天平进行实时的称重，保证实验过程不受外界人为干扰，完成还原样品测试结果的采样和存储以及数据的拟合，为铁矿石还原性能的研究提供了有效的支持。
文档编号G01N5/00GK102692356SQ20121015358
公开日2012年9月26日 申请日期2012年5月17日 优先权日2012年5月17日
发明者余群威, 吴云君, 张亚军, 施金良, 王华斌, 许弟建, 谢东, 贾碧, 陈国荣 申请人:重庆科技学院