高炉含铁炉料软熔滴落特性的测试装置的制作方法

本实用新型属于高炉冶炼技术领域，特别涉及一种高炉含铁炉料软熔滴落特性的测试装置。

背景技术：

高炉使用的含铁炉料(包括烧结矿、球团矿及块矿)入炉后，伴随高温高压及化学反应进行，在下降过程中逐渐软化熔融，随着温度进一步升高，熔融的含铁炉料转变为熔渣和铁水，达到自由流动积聚成液滴，由软熔带滴落进入炉缸。软熔带的位置、厚度和形状决定了高炉内的煤气分布，从而影响高炉冶炼过程，因此，含铁炉料良好的冶金性能是实现高炉顺行高产的重要保障，熔滴试验可对炉料的综合冶金性能包括荷重软化、熔化滴落、料阻变化等进行检测，对于确定高炉合理炉料结构具有一定的指导意义。

然而，目前我国铁矿石熔滴性能的测定方法尚未标准化，研究院所和生产单位大多依据各自需求设计相应的测试装置。在中国发明专利说明书CN201110132000.3中公开了一种测定铁矿石熔滴点的熔滴炉，该熔滴炉炉体由耐高温的材料制作而成，中间形成一个封闭状的炉膛，在炉膛外面设置有加热装置，在炉体的上面，设置有空心石墨压杆，空心石墨压杆穿过炉体进入炉膛内，在空心石墨压杆内设置热电偶，热电偶的下端穿过石墨坩埚内的石墨板与矿石试样接触，能够准确测定物料的温度，能用物料的温度作为铁矿石软熔温度、滴落温度，从而提高了滴落温度的准确度；在炉体下面设置测量用的摄像头，通过图像识别方法即可判定熔滴时点，有效提高熔滴时间点测定的准确度。

在中国发明专利201410337712.2中公开了一种观测高炉炉料熔滴过程的方法及系统，用于高温熔滴炉的高炉炉料熔滴过程包括软化、熔融及滴落阶段，在上述阶段分别经计算机数据图像处理系统接收高温熔滴炉炉料试样进入对应阶段的时刻信息并在接收后控制X射线源发射X射线，在X射线穿过高温熔滴炉炉料试样后形成投影成像，探测器接收投影成像并转化为投影数据信息，计算机数据图像处理系统将其转化为图像信息后显示，直接反映炉料试样状态的熔滴特征参数，直观反映高炉软熔带的性状，有助于高炉冶炼的高效、低耗和顺行

在以上测定含铁炉料软熔滴落特性的方法中，试样用量少，含铁炉料初始质量约为500g，由于其密度大，实际操作过程中10-12.5mm的铁矿石试样只能放置3-4块，导致试验的重现性较差；且试验过程中使用的还原气体均为室温，与高炉实际生产情况不符，由热力学原理可知，高温对于还原反应的反应效率及反应进度均有较大影响，熔滴试验中采用常温的还原气体影响了结果的可靠性及精度。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种高炉含铁炉料软熔滴落特性的测试装置，它具有试样量大(2kg)、可提供加热还原气体及可在线解剖料柱进行相关检测分析等特点。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现的。

本实用新型一种高炉含铁炉料软熔滴落特性的测试装置，它包括熔滴炉和自动控制装置，所述的熔滴炉由耐高温的材料制作而成，中间为一个封闭状的炉膛，在封闭状的炉膛内设置有石墨坩埚，在熔滴炉外侧设有加热装置，在熔滴炉上面设置石墨压杆，石墨压杆穿过熔滴炉进入炉膛内，在石墨压杆内设置热电偶，热电偶的下端穿过石墨坩埚内与焦炭和矿石试样接触，在熔滴炉的下面设置取样箱，还原性气体的进气口设置在取样箱的一侧，其特征在于：还包括支撑框架、升降机构、荷重、位移传感器以及供气系统，支撑框架设置在熔滴炉的外侧，所述的升降机构包括升降电机和与连接的吊装钢丝绳，所述的升降电机设置在支撑框架的上方，所述的石墨压杆为活塞式石墨压杆，所述的荷重一端与活塞式石墨压杆固定连接，另一端与吊装钢丝绳固定连接，所述的位移传感器设置在活塞式石墨压杆上，所述的升降机构的升降电机、供气系统和加热装置均与自动控制装置电性连接。

所述的供气系统由CO气瓶和N₂气瓶、气体流量控制器和气体温度控制器所组成，所述的CO气瓶和N₂气瓶的出气口通过连接管与气体流量控制器的进气口连接，所述的气体流量控制器的出气口通过连接管与气体温度控制器相连通，在所述的气体流量控制器的下部设有鼓风机，还原性气体通过气体温度控制器和连接管与设置在取样箱的一侧的还原性气体的进气口直入石墨坩埚内参与还原反应。

所述的石墨坩埚的容积为2kg级，尺寸为内径95mm，有效长度210mm。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过2kg级大型熔滴炉的试验，辅之以加热还原气体，可以更为准确地测试铁矿石的软熔滴落特性，为高炉生产实际的原料调整和技术研究等提供参考依据。整个测试全程由计算机实时及瞬时记录数据并绘制图像，本实用新型所述技术方案可大幅度提高测试结果的准确性与可靠性。

附图说明

图1为本实用新型高炉含铁炉料软熔滴落特性的测试装置的结构示意图。

图2为图1的A部放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进行步说明。

如图1和图2所示，本实用新型一种高炉含铁炉料软熔滴落特性的测试装置，它包括熔滴炉和自动控制装置15，所述的熔滴炉13由不锈钢材料制作而成，中间为一个封闭状的炉膛21，在封闭状的炉膛21内设置有石墨坩埚22，在熔滴炉13外侧设有加热装置14，在熔滴炉13上面设置石墨压杆8，石墨压杆8穿过熔滴炉13进入封闭状的炉膛21内，在石墨压杆8内设置热电偶7，热电偶7的下端穿过石墨坩埚22内与焦炭和矿石试样9接触，在熔滴炉13的下面设置取样箱16，还原性气体的进气口17设置在取样箱的一侧，其特征在于：还包括支撑框架18、升降机构、荷重19、位移传感器6以及供气系统，支撑框架18设置在熔滴炉13的外侧，所述的升降机构包括升降电机10和与连接的吊装钢丝绳11，所述的升降电机10设置在支撑框架18的上方，所述的石墨压杆8为活塞式石墨压杆，其活塞式石墨压杆可以使焦炭和矿石试样料面均匀承受上方荷重的压力，所述的荷重19一端与活塞式石墨压杆8固定连接，另一端与吊装钢丝绳11固定连接，所述的位移传感器6设置在炉体外部的金属柱上，与石墨压杆8通过金属杆连接，所述的升降机构的升降电机10、供气系统和加热装置14均与自动控制装置15电性连接。

所述的供气系统由CO气瓶1和N₂气瓶2、气体流量控制器3和气体温度控制器5所组成，所述的CO气瓶1和N₂气瓶2的出气口通过连接管与气体流量控制器3的进气口连接，所述的气体流量控制器的出气口4通过连接管与气体温度控制器5相连通，在所述的气体流量控制器3的下部设有鼓风机20，还原性气体通过气体温度控制器5和连接管与设置在取样箱的一侧的还原性气体的进气口17直入石墨坩埚内参与还原反应。

所述的石墨坩埚的容积为2kg级，尺寸为内径95mm，有效长度210mm。

利用本实用新型高炉含铁炉料软熔滴落特性的测试装置的测试方法是：

(1)称取焦炭和铁矿石试样9，将试样装入石墨坩埚22内，上下层焦炭各200g，中间矿石层2000g；

(2)连接气路，利用升降机构将石墨坩埚放置于熔滴炉13的炉膛21内，并插入活塞式石墨压杆8，反应管处于中心，活塞式石墨压杆8垂直作用在试样上；

(3)在活塞式石墨压杆8上放置荷重19，使试样处于0.10kg/cm²的荷重下，将位移传感器6与活塞式石墨压杆8连接；

(4)接通气体温度控制器5和加热装置14电源，设定气体温度控制器5目标温度为400℃-1600℃，设定加热装置14的升温制度，0-600℃时，为10℃/min；600-1000℃为5℃/min；1000℃以上，为3℃/min，开始升温；

(5)当熔滴炉温度升至500℃，由熔滴炉底部通入N₂(流量为1l/min)；当温度升至600℃时，校正位移传感器零点，同时通入30％CO+70％N₂的高温还原气体；

(6)当温度升至1600℃时，切断电源，读取并处理电脑试验数据；或根据需要，在矿石滴落开始时切断电源，取出石墨坩埚22在液氮气氛下骤冷解剖，检测分析不同物料的分布状态及反应程度，

定义软化开始温度(T₀)：试样收缩率达到4％时所对应的温度，℃；软化结束温度(T_s)：试样收缩率达到40％时所对应的温度，℃；滴落温度(T_m)：试样渣铁开始滴落时对应的温度，℃。

软化温度区间：ΔT₁＝(T_s-T₀)，℃；

软熔温度区间：ΔT₂＝(T_m-T₀)，℃；

Δp_max，试验过程中出现的最大压差。

为了准确测定含铁炉料的软熔滴落特性，本实用新型了配置可加热还原气体的2kg级大型铁矿石熔滴特性测试炉装置，该装置可根据实际需求在软化开始或滴落开始等时间将试样骤冷并解剖进行检测分析。

实施例：

为了使本实用新型专利的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本实用新型专利进行进一步详细说明。

对某厂提供的烧结矿和球团矿进行熔滴性能测试，测试结果如表1和表2所示。

表1某厂烧结矿软熔性能测试结果

表2某厂球团矿软熔性能测试结果

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，对以上所述实施例中测试系统的变化、变型都将落在本实用新型的权利范围内。

本实用新型中测试高炉铁矿石软熔滴落特性的装置原理明确、结构简单、易于组装和操作，测试方法步骤清晰、方便实施。利用此装置不仅可完成铁矿石的熔滴性能测试，还能根据实际需求在不同温度下骤冷解剖试样，便于直观掌握不同炉料结构下在高炉不同位置的分布状态，该方法可推广至相关钢铁企业。