烧结杯料层透气性在线检测装置和方法与流程

本发明属于铁矿烧结技术领域，具体地说，本发明涉及一种烧结杯料层透气性在线检测装置和方法。

背景技术：

烧结料层的透气性，是指在一定的抽风负压下，每平方米炉篦面积每秒钟通过的气体体积或气体速度，或者说以单位炉篦面积上一定厚度的料层在单位时间内通过一定量空气体积时料层的阻力来衡量。它是烧结过程中非常重要的状态参数，反映了固体料层允许气体通过的难易程度。烧结过程必须向料层送风，固体燃料的燃烧反应才能顺利进行，混合料层才能获得必要的高温，物料烧结才能顺利实现。气体在烧结料层内的流动状况及变化规律，关系到烧结过程的传质、传热和物理化学反应的过程，因而烧结料层的透气性对烧结矿的产、质量及其能耗都有很大的影响。

烧结料层透气性实际上包括原始料层透气性和烧结过程透气性。原始料层透气性是点火前的料层透气性，决定于原料的物理化学性质、水分含量、混合料制粒情况和布料方式等。烧结过程透气性也就是点火后的烧结料层透气性。点火后烧结过程可以分为五个带，自上而下依次为烧结矿带、燃烧带、预热干燥带、过湿带、原始混合料带，烧结过程的透气性主要受燃烧带、过湿带及原始混合料带的影响，其影响程度依次减小。随着烧结过程的进行，料层的透气性会发生急剧的变化，它是决定烧结操作的最为重要的指标之一。

然而，作为烧结工艺研究的主要试验手段──烧结杯试验，目前仅可离线测量原始料层透气性，却一直缺乏一种完整的烧结料层透气性(包括原始料层透气性和烧结过程透气性)在线测量的试验装置和方法。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种烧结杯料层透气性在线检测装置和方法，目的是确保能准确反映烧结杯料层的原始透气性和实现烧结杯料层的烧结过程透气性的在线测量。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：烧结杯料层透气性在线检测装置，包括用于将空气引导至烧结杯中的导流机构和用于控制导流机构在检测位置与闲置位置之间进行切换的悬吊机构，导流机构设置成可在自身重力作用下压在烧结杯上以实现与烧结杯之间的密封。

所述导流机构包括导流管、与导流管连接的扩张管和与扩张管连接且用于实现导流机构在烧结杯上定位的定位机构，在烧结杯中产生负压时，空气依次经导流管和扩张管进入烧结杯料层。

所述导流管与所述扩张管为可拆卸式连接。

所述扩张管为锥形管，扩张管的上端与所述导流管连接，扩张管的下端端面为与烧结杯接触的密封面，密封面上设有密封槽，密封槽中填充有耐火材料。

所述定位机构包括定位架、设置于定位架上的定位块以及与定位架和所述扩张管连接的筋板，扩张管位于定位架的内部，定位块设置多个且多个定位块分布于扩张管的四周。

所述多个定位块在所述扩张管的外侧为沿周向均匀分布且定位块朝向所述定位架的下方伸出，定位块的上端与扩张管的轴线之间的垂直距离小于定位块的下端与扩张管的轴线之间的垂直距离。

所述悬吊机构包括底座、可旋转的设置于底座上的立柱、可旋转设置的悬臂、设置于悬臂上且与所述导流机构连接的吊臂和与立柱和悬臂连接上且用于控制悬臂进行旋转的伸缩件，立柱的旋转中心线位于竖直面内，悬臂的旋转中心线位于水平面内。

所述导流机构具有吊耳，所述吊臂具有让吊耳插入的悬吊孔，悬吊孔的尺寸大于吊耳的尺寸。

本发明还提供了一种烧结杯料层的原始透气性在线检测方法，采用上述的烧结杯料层透气性在线检测装置，且所述原始透气性在线检测方法包括：

s1、在烧结杯布料完毕后，将导流机构移动至烧结杯的正上方，并使导流机构压在烧结杯上；

s2、启动抽风系统，烧结杯中产生负压，空气经导流机构进入烧结杯料层；

s3、调整抽风负压至点火负压，计算机采集流量、压力数据并利用透气性指数公式计算点火负压下原始料层透气性指数；

s4、再调整抽风负压至烧结负压，并计算烧结负压下原始料层透气性指数；

s5：停止抽风系统，将导流机构移动至闲置位置。

本发明还提供了一种烧结杯料层的烧结过程透气性在线检测方法，采用上述的烧结杯料层透气性在线检测装置，且所述烧结过程透气性在线检测方法包括：

s1、在烧结杯布料完毕后，进行点火，启动抽风系统；

s2、将导流机构移动至烧结杯的正上方，并使导流机构压在烧结杯上；

s3、烧结杯中产生负压，空气经导流机构进入烧结杯料层；

s4、计算机根据烧结过程各阶段要求自动调整抽风负压，并采集空气流量、烧结杯抽风负压数据，计算烧结料层透气性指数，绘制料层透气性指数随时间变化曲线；

s5、实验结束，将导流机构移动至闲置位置。

本发明的烧结杯料层透气性在线检测装置，确保了能准确反映烧结杯料层的原始透气性，并能实现烧结杯料层的烧结过程透气性的在线测量。

附图说明

本说明书包括以下附图，所示内容分别是：

图1是本发明烧结杯料层透气性在线检测装置的主视图；

图2是本发明烧结杯料层透气性在线检测装置的俯视图；

图3是扩张管的剖视图；

图4是扩张管的俯视图；

图5是烧结过程料层透气性的检测结果；

图中标记为：100、悬吊机构；110、底座；120、立柱；130、悬臂；140、吊臂；150、伸缩件；111、第一限位块；112、第二限位块；121、配合块；122、旋转辅助杆；123、第一支座；124、第二支座；131、第三支座；132、配合孔；133、第四支座；141、配合槽；142、悬吊孔；200、导流机构；210、导流管；220、流量传感器；230、扩张管；240、定位机构；211、盖板；212、吊耳；231、密封槽；232、密封面；241、筋板；242、定位架；243、定位块。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

如图1和图2所示，本发明提供了一种烧结杯料层透气性在线检测装置，包括用于将空气引导至烧结杯中的导流机构200和用于控制导流机构200在检测位置与闲置位置之间进行切换的悬吊机构100，导流机构200设置成可在自身重力作用下压在烧结杯上以实现与烧结杯之间的密封，以防止外部空间从导流机构200的底部进入烧结杯中，确保烧结杯料层透气性测量的准确性。

具体地说，如图1和图2所示，悬吊机构100与导流机构200连接，悬吊机构并用于控制导流机构200在上止点位置和下止点位置之间进行切换，上止点位置位于下止点位置之间。当导流机构200位于上止点位置时，导流机构200位于最上方位置处，导流机构200与烧结杯分离；当导流机构200位于闲置位置时，导流机构200与烧结杯分离；当导流机构200位于下止点位置且位于检测位置时，导流机构200位于最下方位置处，导流机构200与烧结杯接触，导流机构200压紧在下方的烧结杯上。

如图1和图2所示，悬吊机构100包括底座110、可旋转的设置于底座110上的立柱120、可旋转设置的悬臂130、设置于悬臂130上且与导流机构200连接的吊臂140和与立柱120和悬臂130连接上且用于控制悬臂130进行旋转的伸缩件150，立柱120的旋转中心线位于竖直面内，悬臂130的旋转中心线位于水平面内。底座110与烧结平台固定连接，烧结平台用于放置烧结杯，在进行烧结杯料层透气性测量时将烧结杯放置于烧结平台上，烧结平台为水平设置，底座110竖直设置于烧结平台的顶面上。立柱120为竖直设置于底座110上，立柱120的下端与底座110采用活动连接，立柱120相对于底座110可旋转，立柱120为圆柱体，立柱120的轴线(也即立柱120的旋转中心线)位于竖直面内。悬臂130设置成相对于立柱120可上下旋转，悬臂130通过铰链与立柱120连接，该铰链包括与立柱120固定连接的第一支座123和与悬臂130固定连接的第三支座131，第一支座123和第三支座131为转动连接，第一支座123和第三支座131转动连接点处的轴线即为悬臂130的旋转中心线。悬臂130位于立柱120的上方，悬臂130具有一定的长度，悬臂130的长度方向与悬臂130的旋转中心线相垂直。第一支座123与立柱120的上端固定连接，第三支座131与悬臂130的长度方向上的一端固定连接，吊臂140设置于悬臂130的长度方向上的另一端，悬臂130可在与地面相垂直的竖直平面内上下摆动。

作为优选的，如图1和图2所示，吊臂140在悬臂130上的位置可调节，吊臂140在悬臂130上可沿着悬臂130的长度方向进行移动，以使导流机构200的位置能够调节至与烧结杯对齐的位置处。吊臂140具有配合槽141，悬臂130具有与配合槽141对齐的配合孔132，设置销钉插入对齐的配合孔132和配合槽141中。配合孔132为圆孔，配合孔132的轴线与悬臂130的旋转中心线相平行。配合槽141为长槽，配合槽141具有一定的长度且配合槽141的长度小于吊臂140的长度，配合槽141的长度大于配合孔132的直径，配合槽141的长度方向与吊臂140的长度方向相平行，配合槽141位于配合孔132的外侧且配合槽141与配合孔132能够连通，使得销钉能够经配合槽141插入配合孔132中，销钉与配合槽141相配合，对吊臂140起导向作用。配合孔132在悬臂130上至少设置两个且所有配合孔132处于与悬臂130的长度方向和悬臂130的旋转中心线相垂直的同一直线上，相应的，配合槽141在吊臂140上至少设置两个且所有配合槽141也处于与悬臂130的长度方向和悬臂130的旋转中心线相垂直的同一直线上，配合槽141的数量与配合孔132的数量相同，各个配合槽141分别与一个配合孔132相对齐，销钉也设置多个且各个销钉分别插入对齐的一个配合孔132和配合槽141中，多个销钉相配合对吊臂140提供支撑作用，避免吊臂140与悬臂130发生旋转，使得吊臂140只能相对于悬臂130进行直线移动，实现位置的调节，使得导流机构200与立柱120之间的距离能够和烧结杯与立柱120之间的距离相同，提高测量结果的准确性。

如图1所示，在本实施例中，配合孔132在悬臂130上设置两个，配合槽141在吊臂140上设置两个，两个配合槽141相平行。

如图1和图2所示，伸缩件150为可伸缩的构件，伸缩件150具有多种形式，如为液压缸或电动推杆。立柱120上设有第二支座124，悬臂130上设有第四支座133，伸缩件150的一端与第二支座124转动连接，伸缩件150的另一端与第四支座133转动连接，伸缩件150为倾斜设置，伸缩件150位于悬臂130的下方，伸缩件150和吊臂140位于立柱120的同一侧，第四支座133位于吊臂140和立柱120之间。伸缩件150用于控制悬臂130向上或向下摆动，悬臂130在上下摆动的同时，通过吊臂140带动导流机构200上下移动，使导流机构200能够在上止点位置和下止点位置之间进行切换。导流机构200处于上止点位置时，导流机构200的底部高于烧结杯底部；导流机构200处于下止点位置时，导流机构200与吊臂140完全脱开，导流机构200装配在烧结杯的顶部。伸缩件150伸长时，推动悬臂130向上摆动；伸缩件150收缩时，拉动悬臂130向下摆动。

如图1和图2所示，悬吊机构100还包括设置于底座110上的第一限位块111和第二限位块112以及设置于立柱120上的配合块121，配合块121与立柱120固定连接，第一限位块111和第二限位块112与底座110固定连接，第一限位块111和第二限位块112用于对配合块121起限位作用，配合块121位于第一限位块111和第二限位块112之间。第一限位块111和第二限位块112与配合块121相配合，用于限定立柱120的转角范围，立柱120的最大转动角度为90度。当导流机构200位于检测位置时，配合块121与第一限位块111接触，立柱120停止转动；当导流机构200位于闲置位置时，配合块121与第二限位块112接触，立柱120停止转动。立柱120转动时，通过悬臂130和吊臂140带动导流机构200转动，实现导流机构200在闲置位置和检测位置之间的切换。

如图1所示，悬吊机构100还包括设置于立柱120上的旋转辅助杆122，旋转辅助杆122位于伸缩件150的下方，旋转辅助杆122并沿立柱120的径向朝向立柱120的外侧伸出，旋转辅助杆122在立柱120上的位置位于立柱120的长度方向上的中部位置处。通过设置旋转辅助杆122，便于操作人员对旋转辅助杆122施加推力而推动立柱120进行转动，方便省力。

如图1至图4所示，导流机构200包括导流管210、与导流管210连接的扩张管230和与扩张管230连接且用于实现导流机构200在烧结杯上定位的定位机构240，在烧结杯中产生负压时，空气依次经导流管210和扩张管230进入烧结杯料层。导流管210为两端开口且内部中空的圆管，导流管210的直径大小不变，导流管210的轴线与立柱120的轴线相平行。扩张管230也为两端开口且内部中空的管体，扩张管230与导流管210连通。扩张管230为锥形管且扩张管230与导流管210为同轴设置，扩张管230具有一个大径端和一个小径端，扩张管230的大径端的直径大于小径端的直径，扩张管230的小径端的直径与导流管210的直径大小相同，扩张管230的小径端与导流管210连接，小径端位于大径端的上方，扩张管230的横截面沿着竖直向下方向逐渐扩大，扩张管230的大径端的内直径与烧结杯的内直径大小相同。当导流机构200位于检测位置时，导流机构200压紧在烧结杯上，扩张管230的大径端与下方的烧结杯接触，在导流机构200自身重量的作用下，压实密封槽231中的耐火材料，一方面可以防止烧结杯外部的空气从扩张管230底部漏入烧结杯中而影响测量结果的准确性，另一方面还可有效地防止导流机构200在烧结杯顶部发生倾斜。

作为优选的，导流管210的长度大于扩张管230的长度，导流管210与扩张管230为可拆卸式连接，扩张管230可更换，扩张管230具有直径大小不同的多种型号，以与不同直径、不同料层高度的烧结杯相适应，通过更换相应的扩张管230，可以实现不同直径、不同料层高度的烧结杯原始料层透气性和烧结过程透气性的检测，提高了通用性。导流管210与扩张管230之间的连接方式具有多种，如通过由螺栓和螺母构成的紧固件相连接。

如图1所示，导流机构200还包括设置于导流管210上的流量传感器220，流量传感器220在导流管210上的位置位于导流管210的中下部三分之一处，流量传感器220用于检测导流管210中流入的空气的流量。

如图1和图2所示，导流机构200还包括可旋转的设置于导流管210上的盖板211，盖板211用于控制导流管210的上端开口的开闭，用于不进行料层透气性检测时防尘。盖板211与导流管210的上端转动连接，盖板211可上下旋转。当盖板211旋转至与导流管210的上端端面贴合后，盖板211将导流管210的上端开口封闭，起到防尘效果。在进行烧结杯料层透气性检测时，将盖板211向上掀起，使导流管210的上端开口处于打开状态，使得空气能够进入导流管210中。

如图1至图4所示，扩张管230的上端(也即小径端)与导流管210固定连接，扩张管230的下端(也即大径端)的端面为与烧结杯接触的密封面232，密封面232上设有密封槽231，密封槽231中填充有耐火材料。扩张管230的密封面232为与扩张管230的轴线相垂直的平面，密封槽231为在密封面232上设置的环形凹槽，密封槽231的轴线为扩张管230的轴线，密封面232用于与烧结杯的上端端面相接触，密封槽231的直径大于烧结杯的上端开口的直径，使得烧结杯的上端端面能够将密封槽231封闭，在导流机构200移动至检测位置时，导流机构200在自身重量的作用下，与烧结杯相配合，压实填充在密封槽231中的耐火材料，以防止外部的空气从扩张管230的底部漏入烧结杯中。

如图1至图4所示，定位机构240包括定位架242、设置于定位架242上的定位块243以及与定位架242和扩张管230连接的筋板241，扩张管230位于定位架242的内部，定位块243设置多个且多个定位块243分布于扩张管230的四周。定位架242与扩张管230的下端处于同一高度，扩张管230设置于定位架242的内部中心处。筋板241设置多个且多个筋板241为在控制杆的外侧沿周向均匀分布，筋板241位于定位架242的上方，筋板241与定位架242和扩张管230固定连接，使得定位机构240与扩张管230连接成一体结构。

如图1至图4所示，作为优选的，定位架242为口字型结构，定位架242为水平设置，定位架242的中心位于扩张管230的轴线上，筋板241的上端与扩张管230的外圆面固定连接，筋板241的下端在定位架242的直角拐角处与定位架242固定连接。

如图1至图4所示，定位架242的长度和宽度大于扩张管230的大径端的直径，多个定位块243在扩张管230的外侧为沿周向均匀分布且定位块243朝向定位架242的下方伸出，定位块243的上端与扩张管230的轴线之间的垂直距离小于定位块243的下端与扩张管230的轴线之间的垂直距离。定位块243的上端与定位架242固定连接，定位块243的下端位于定位架242的下方，定位块243的下端用于与烧结杯的外壁面相接触，定位块243的下端内壁面可与烧结杯的外壁面相贴合，定位块243分布在烧结杯的四周，用于将导流机构200装配于烧结杯的顶部，并可有效地防止导流机构200发生倾斜。而且，定位块243具有锥度，定位块243的下端与扩张管230的轴线之间的距离大于上端与扩张管230的轴线之间的距离，便于将导流机构200的扩张管230与烧结杯对准、对齐，有利于引导导流机构200装配在烧结杯的顶部，提高效率，使得扩张管230与烧结杯保持同轴状态。

如图1和图2所示，导流机构200具有吊耳212，吊臂140具有让吊耳212插入的悬吊孔142，悬吊孔142的尺寸大于吊耳212的尺寸。吊耳212与导流管210固定连接，吊耳212并朝向导流管210的外侧伸出，导流管210插入吊臂140的内部，吊耳212可与悬吊孔142处位于吊耳212下方的内壁面接触。在导流机构200处于上止点位置时，导流机构200通过吊耳212悬吊在吊臂140上，吊耳212与悬吊孔142中位于吊耳212下方的内壁面相接触；在吊臂140带动导流机构200向上移动的过程中，吊耳212也与悬吊孔142中位于吊耳212下方的内壁面相接触，上的悬吊机构100能够提升导流机构200。在导流机构200位于检测位置时，吊耳212与悬吊孔142中的内壁面分离，使得导流机构200能够依靠自身重力压紧在烧结杯上。

如图1和图2所示，作为优选的，吊耳212固定设置于导流管210的上端，吊耳212为沿导流管210的径向朝向导流管210的外侧伸出，吊耳212设置两个且两个吊耳212处于与导流管210的轴线相垂直的同一直线上，两个吊耳212并处于与悬臂130的旋转中心线相平行的同一直线上，两个吊耳212分别朝向导流管210的一侧伸出且两个吊耳212分别插入吊臂140上设置的一个悬吊孔142中，两个悬吊孔142分别位于导流管210的一侧。悬吊孔142为菱形孔，菱形孔的一条对角线与悬臂130的长度方向相平行，菱形孔的另一条对角线与导流管210的轴线相平行。

本发明还提供了一种烧结杯料层的原始透气性在线检测方法，采用上述结构的烧结杯料层透气性在线检测装置，该原始透气性在线检测方法包括如下的步骤：

s1、在烧结杯布料完毕后，将导流机构200移动至烧结杯的正上方，并使导流机构200压在烧结杯上；

s2、启动抽风系统，烧结杯中产生负压，空气经导流机构200进入烧结杯料层；

s3、调整抽风负压至点火负压，计算机采集流量、压力数据并利用透气性指数公式计算点火负压下原始料层透气性指数；

s4、再调整抽风负压至烧结负压，并计算烧结负压下原始料层透气性指数；

s5：停止抽风系统，将导流机构200移动至闲置位置。

在原始透气性在线检测方法的步骤s1中，在烧结杯布料完毕开始烧结实验前打开导流机构200顶部的盖板211，通过伸展伸缩件150推动悬臂130及吊臂140向上摆动，提升导流机构200至上止点位置；然后通过推到旋转辅助杆122，旋转立柱120、悬臂130及吊臂140，将导流机构200移动至烧结杯的正上方；然后收缩伸缩件150，伸缩件150带动悬臂130及吊臂140向下摆动，降低导流机构200，并在定位块243的引导下使导流机构200装配在烧结杯的顶部，继续降低导流机构200至下止点位置，使导流机构200的吊耳212与吊臂140的悬吊孔142完全脱开；最终导流机构200在自身重量的作用下，压实密封槽231中的耐火材料，以防止空气从扩张管230的底部漏入烧结杯。

在原始透气性在线检测方法的步骤s2中，烧结杯与抽风系统连接，抽风系统使烧结杯中产生负压，从而使外部空间能够经导流管210和扩张管230被吸入烧结杯中。抽风系统的结构如同本领域技术人员所公知的那样，在此不再赘述。

在原始透气性在线检测方法的步骤s5中，停止抽风系统后，通过伸展伸缩件150以推动悬臂130及吊臂140向上摆动，提升导流机构200至上止点位置；然后通过推到旋转辅助杆122，旋转立柱120、悬臂130及吊臂140，将导流机构200转动至闲置位置。

本发明烧结杯料层的原始透气性在线检测方法采用上述结构的检测装置，弥补了现有技术的缺陷，在测定混合料透气性同时考虑到了布料因素的影响，实现了真正意义上的烧结原始料层透气性检测。

本发明还提供了一种烧结杯料层的烧结过程透气性在线检测方法，采用上述结构的烧结杯料层透气性在线检测装置，该烧结过程透气性在线检测方法包括如下的步骤：

s1、在烧结杯布料完毕后，进行点火，启动抽风系统；

s2、将导流机构200移动至烧结杯的正上方，并使导流机构200压在烧结杯上；

s3、烧结杯中产生负压，空气经导流机构200进入烧结杯料层；

s4、计算机根据烧结过程各阶段要求自动调整抽风负压，并采集空气流量、烧结杯抽风负压数据，计算烧结料层透气性指数，绘制料层透气性指数随时间变化曲线；

s5、实验结束，将导流机构200移动至闲置位置。

在烧结过程透气性在线检测方法的步骤s2中，在烧结杯布料完毕开始烧结实验前打开导流机构200顶部的盖板211，通过伸展伸缩件150推动悬臂130及吊臂140向上摆动，提升导流机构200至上止点位置；然后通过推到旋转辅助杆122，旋转立柱120、悬臂130及吊臂140，将导流机构200移动至烧结杯的正上方；然后收缩伸缩件150，伸缩件150带动悬臂130及吊臂140向下摆动，降低导流机构200，并在定位块243的引导下使导流机构200装配在烧结杯的顶部，继续降低导流机构200至下止点位置，使导流机构200的吊耳212与吊臂140的悬吊孔142完全脱开；最终导流机构200在自身重量的作用下，压实密封槽231中的耐火材料，以防止空气从扩张管230的底部漏入烧结杯。

在烧结过程透气性在线检测方法的步骤s4中，空气在抽风作用下经导流管210、流量传感器220、扩张管230进入烧结杯料层，计算机根据烧结过程各阶段要求自动调整抽风负压，并采集空气流量、烧结杯抽风负压数据计算烧结料层透气性指数，绘制料层透气性指数随时间变化曲线；

根据e·w·沃伊斯(voice)公式计算烧结料层透气性指数，e·w·沃伊斯(voice)公式为：

式中m——透气性指数，jpu；

q——通过料层的风量，单位为m³/min；

a效——有效烧结面积，单位为m²；

h——烧结料层厚度，单位为mm；

p——抽风负压，单位为pa。

本实施例的烧结过程料层透气性的检测结果如图5所示。

以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。