本实用新型属于冶金技术领域，尤其涉及一种单颗矿还原性能测定装置。
背景技术：
铁矿石不是纯物质的晶体，因此没有一定的熔点，它具有一定范围的软熔区间，在高炉生产过程中要求铁矿石熔化温度高，软化区间窄，这样才能实现高炉生产的高产低耗。矿石软化结束后，炉料在高炉内继续往下运动而被进一步加热还原，矿石开始熔融，在熔渣和金属达到自由流动并积聚成滴前，软熔层中透气性极差，煤气通过受阻，因此出现很大的压力降。但由于矿石软熔温度不固定，试验中常测定软化开始温度和终了温度。因此人们对矿石在模拟高炉冶炼条件下的熔滴过程进行研究，并测定其滴落开始和终了温度，将滴落开始、终了温度以及测定过程中的压力降作为评价矿石性能的依据。
对于矿石的软化性能测试，并没有统一的标准，通常将矿石在荷重还原条件下收缩率10％定为软化开始温度，收缩率40％定为软化终了温度。目前所使用的熔滴炉试样装样粒度为6.3mm-10mm，气氛配比为装样重量在170g左右，对于实验样品需要预先打磨筛分制样才能进行实验，不能对矿石原样直接进行实验。因此原本的实验过程只能对铁矿石整体在高炉内的软化熔融行为进行模拟研究，但是对于铁矿石原生态的软化熔融性能并没有进行研究，可见单颗矿的还原软化性能实验装置是必不可少的。
对于矿石的还原性能测试，主要采用还原试验炉，而一般的还原试验炉使用温度不超过1000℃，不能进行矿石高温还原性能的检测。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种单颗矿还原性能测定装置，它可以对铁矿石原生态的还原软化性能进行研究，具有投资小、利润高、实施简单、实用性强的优点。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种单颗矿还原性能测定装置，包括加热炉、用于放置反应试样的支撑机构、用于对反应试样加压的压杆机构以及用于使压杆机构升降的升降机构，所述支撑机构设置在加热炉内，所述压杆机构的下端设置在加热炉内，其上端伸出加热炉与砝码机构连接，当需要取放位于支撑机构上的反应试样时，升降机构驱动压杆机构上升并使其与加热炉之间形成可供反应试样进出的开口，试验过程中，升降机构驱动压杆机构下降并使其与加热炉密封连接。
按上述技术方案，所述加热炉包括炉体、设置在所述炉体内的大刚玉管、设置在所述大刚玉管内的小刚玉管以及设置在所述小刚玉管内的热电偶，所述大刚玉管的底部由大刚玉管支撑架支撑，所述大刚玉管的顶部安装有密封罩，所述密封罩上设有出气口，所述小刚玉管的底部由小刚玉管支撑架支撑，所述小刚玉管支撑架设置在大刚玉管支撑架内，所述大刚玉管支撑架上设有进气口，所述热电偶的下端伸出大刚玉管支撑架设置。
按上述技术方案，所述支撑机构包括中空的支承架以及设置于所述支承架内的承样盘，所述支承架的底部与小刚玉管的顶部密封连接，所述热电偶的顶部与承样盘的底部接触，所述承样盘的上表面设有一个或多个用于放置反应试样的凹槽。
按上述技术方案，所述支承架包括采用套筒无缝连接的上支承架和下支承架。
按上述技术方案，所述压杆机构包括压杆以及设置在所述压杆上的加压砝码，所述加压砝码位于加热炉外用于对位于加热炉内的反应试样加压。
按上述技术方案，所述压杆包括从上至下依次设置的砝码加压杆、上压杆、中压杆、下压杆和试样压头，所述加压砝码设置在砝码加压杆上，所述上压杆与设置于密封罩顶部的密封件之间密封连接。
按上述技术方案，所述砝码加压杆与上压杆之间、上压杆与中压杆之间、中压杆与下压杆之间、下压杆与试样压头之间均采用螺纹连接，所述中压杆的直径小于上压杆和下压杆的直径。
按上述技术方案，所述上压杆与密封件的间隙内填充有石棉。
按上述技术方案，所述升降机构包括安装在基础上的支撑竖梁、垂直安装在所述支撑竖梁顶部的支撑横梁、滑动安装在所述支撑竖梁上的砝码盘、安装在所述支撑竖梁顶部的轮轴以及钢丝绳，所述钢丝绳的一端与砝码盘连接，其另一端绕过轮轴并沿着支撑横梁垂下与压杆机构的顶部连接。
按上述技术方案，该装置还包括安装在所述压杆机构上的位移测量机构。
本实用新型，具有以下有益效果：该装置能实现单颗矿的还原性能实验，满足对铁矿石原生态的还原软化性能研究的需求，相对于传统的熔滴炉体积偏小，高温加热区偏窄，可以大大缩短熔滴试验时间；另外该装置可以同时装试样1个或多个(一般不超过3个)，最大限度保证了试验条件的相同性。该装置结构简单，易于施工，维护成本低。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
图1是本实用新型实施例的结构示意图；
图2是本实用新型实施例中具有一个凹槽的承样盘的结构示意图；
图3是图2的侧视图；
图4是本实用新型实施例中具有三个凹槽的承样盘的机构示意图。
图中：1-砝码加压杆、2-加压砝码、3-上压杆、4-密封件、5-密封罩、6-中压杆、7-出气孔、8-连接螺丝、9-下压杆、10-炉体、11-反应试样、12-上支承架、13-下支承架、14-大刚玉管、15-小刚玉管、16-小刚玉管支撑架、17-大刚玉管支撑架、18-进气孔、19-挂钩、20-支撑横梁、21-砝码盘、22-支撑竖梁、23-试样压头、24-承样盘、25-位移测量机构、27-热电偶。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
在本实用新型的较佳实施例中，如图1所示，一种单颗矿还原性能测定装置，包括加热炉、用于放置反应试样11的支撑机构(图1中上支承架12、下支承架13和承样盘24)、用于对反应试样加压的压杆机构(图1中砝码加压杆1、上压杆3、中压杆6、下压杆9和试样压头23)以及用于使压杆机构升降的升降机构(图1中支撑竖梁22、支撑横梁20和砝码盘21等)，支撑机构设置在加热炉内，压杆机构的下端设置在加热炉内，其上端伸出加热炉与砝码机构连接，当需要取放位于支撑机构上的反应试样时，升降机构驱动压杆机构上升并使其与加热炉之间形成可供反应试样进出的开口，试验过程中，升降机构驱动压杆机构下降并使其与加热炉密封连接。
在本发明的优选实施例中，如图1所示，加热炉包括炉体10、设置在炉体10内的大刚玉管14、设置在大刚玉管14内的小刚玉管15以及设置在小刚玉管15内的热电偶27，大刚玉管14的底部由大刚玉管支撑架17支撑，大刚玉管14的顶部安装有密封罩5，密封罩5上设有出气口7，小刚玉管15的底部由小刚玉管支撑架16支撑，小刚玉管支撑架16设置在大刚玉管支撑架17内，大刚玉管支撑架17上设有进气口18，热电偶27的下端伸出大刚玉管支撑架17设置。增加内部小刚玉管，可以延长大刚玉管的使用寿命。
在本发明的优选实施例中，如图1所示，支撑机构包括中空的支承架以及设置于支承架内的承样盘24，支承架的底部与小刚玉管15的顶部密封连接，热电偶27的顶部与承样盘24的底部接触，如图2-图4所示，承样盘24的上表面设有一个或多个用于放置反应试样的凹槽。
在本发明的优选实施例中，如图1所示，支承架包括采用套筒无缝连接的上支承架12和下支承架13。
在本发明的优选实施例中，如图1所示，压杆机构包括压杆以及设置在压杆上的加压砝码2，加压砝码位于加热炉外用于对位于加热炉内的反应试样加压。
在本发明的优选实施例中，如图1所示，压杆包括从上至下依次设置的砝码加压杆1、上压杆3、中压杆6、下压杆9和试样压头23，加压砝码设置在砝码加压杆上，上压杆与设置于密封罩顶部的密封件4之间密封连接，密封件与密封罩之间通过连接螺丝8连接，上压杆与密封件的间隙内填充有石棉。其中，砝码加压杆与上压杆之间、上压杆与中压杆之间、中压杆与下压杆之间、下压杆与试样压头之间均采用螺纹连接，中压杆的直径小于上压杆和下压杆的直径。
在本发明的优选实施例中，如图1所示，升降机构包括安装在基础上的支撑竖梁22、垂直安装在支撑竖梁顶部的支撑横梁20、滑动安装在支撑竖梁上的砝码盘21、安装在支撑竖梁顶部的轮轴以及钢丝绳，钢丝绳的一端与砝码盘连接，其另一端绕过轮轴并沿着支撑横梁垂下与压杆机构的顶部连接。使用时，钢丝绳的另一端设置有挂钩19，挂钩19与砝码加压杆连接。
在本发明的优选实施例中，如图1所示，该装置还包括安装在所述压杆机构上的位移测量机构25。
本实用新型在具体应用时，如图1所示，当进行试验时，将一定重量的砝码置于砝码盘21上，当砝码重量大于整套压杆机构重量的时候，砝码通过支架轮轴吊起整套压杆机构，其中支撑竖梁22立于地面，支撑横梁20用铁丝通过挂钩19与砝码加压杆1相连。砝码通过支架轮轴吊起整套压杆机构后，用火钳将待测试样置于承样盘24上，放好试样后将整套压杆机构放下，安装平稳后取下挂钩19上面的铁丝，再通过连接螺丝8连接好密封件4与密封罩5，在密封件4与上压杆3之间的缝隙内填满石棉，密封件4与密封罩5采用高温耐热不起皮钢，同时将所需要的加压砝码2套置在砝码加压杆1上，整个密封罩置于炉体上，与大刚玉管14实现无缝衔接。砝码加压杆1与上压杆3通过螺纹相连，砝码加压杆1与上压杆3均采用高温耐热不起皮钢制作，上压杆3与中压杆6之间通过螺纹连接，中压杆6采用高密石墨制作，中压杆6与下压杆9之间通过螺纹连接，下压杆9采用高密石墨制作且相对于中压杆6略粗，下压杆9与试样压头23之间通过螺纹连接，试样压头23采用高密石墨制作。整个装置的炉体10采用硅钼棒通电加热，炉体下部大刚玉管14由大刚玉管支撑架17支撑，大刚玉管支撑架17内置小刚玉管支撑架16，小刚玉管15置于小刚玉管支撑架16上，其顶部与下支承架13实现无缝连接，下支承架13与上支承架12之间采用套筒式无缝连接，其中大刚玉管支撑架17采用耐热不起皮钢，小刚玉管支撑架16与下支承架13以及上支承架12均采用高密石墨制作且均为圆环结构。承样盘24直径略小于上支承架12的内径，置于上支承架12上，如图2-图3所示，承样盘在中心处有一定球面凹槽，以方便承样，如图3所示，承样盘上可均布3个球面凹槽，可实现在同一条件下不同单颗粒矿的实验，一个或多个凹槽的使用由实验目的按需求选择，均采用耐火砖制作而成。热电偶27通过大刚玉管支撑架17直接伸入到承样盘24下，热电偶27采用钨铼热电偶，热电偶装于底端，避免了热电偶因来回移动而断裂，节约了试验成本。实验气氛通过进气孔18进入到炉膛内部，反应完成后废气通过出气口7排除。加热炉配置炉体以及配套的控温柜和气瓶柜。
当进行单颗矿的还原反应试验时，在砝码盘上放入砝码，使用轮轴将炉体内压杆吊起，用火钳将要试验的对象放入耐火砖制的承样盘上，试样固定后用轮轴将炉内压杆压在反应试样上方，取下支架砝码盘上的砝码，压于压杆上的砝码盘内，同时取下挂钩，安装好位移测量机构，通一定成分配比的还原性气氛，通过高温炉体加热，同时将位移测量机构与压杆机构相连，记录温度变化时单颗矿的软化变化。当要进行多种矿还原程度对比实验时，将不同的试样置于不同的球面凹槽内。丢开位移测量机构，测量相同条件下不同矿的还原性能的差异。
对于不同的试验对象，根据试验需要调节试样承受的压力、温度控制及还原气氛组成；对于同一种类的试样，可以进行成批的对比试验，在外在条件相同的情况下，可以对比不同试样的高温软化熔滴性能的差别。本实用新型省去了原本软熔试验所需的装样石墨坩埚的使用，节省了大量实验耗材。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。