一种热态高炉装配系统的制作方法

本发明涉及一种热态高炉装配系统，属于物理实验设备技术领域。

背景技术：

高炉作为钢铁生产的重要反应设备，深入研究炉内稠密气液固多相流动、传热传质过程以及能量转化效率对于高炉稳定运行以及提高能源利用率具有重要的学术价值和工业应用前景。由于工业级炼铁高炉属于高温高压操作反应器，对其内部进行直接数据采集仍存在困难，目前对于高炉的研究仍属于“黑箱操作”。近年来，通过有效搭建实验室规模热态高炉成为研究炉内颗粒运动行为及传热特性的有效手段。然而目前众多学者搭建的高炉模型多以冷态为主，忽略了炉内颗粒运动行为对传热特性的影响，从而导致炉内多相流动过程中传热机制的缺失，因此十分有必要对热态高炉的装配系统进行合理概述，用以研究高炉内气固运动行为对传热机制的影响，同时为他人搭建相关热态实验系统提供有效借鉴。

为了有效弥补实验室规模高炉在热态装配系统领域的不足，本发明根据某实际工业高炉尺寸进行缩小设计并得到实验室规模高炉本体几何尺寸，同时引入气体加热设备并通过控温装置实时调节所需加热气体温度，并通过高速摄像机捕捉颗粒运动和回旋区的演化行为，以及使用红外热成像仪记录温度场的演化过程。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种热态高炉装配系统。该系统能够弥补多数研究者仅搭建冷态高炉模型研究气固两相流动的不足，也能够为进一步探究气固多相流动行为对炉内相间传热及温度场分布的影响规律提供整体装配系统，同时还可以为后续其他人员对相关热态系统的设计提供借鉴，本发明适用于验室规模的热态高炉装配系统。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种热态高炉装配系统，其包括空压机、稳压罐、空气加热器、螺旋给料机、储料器、高炉本体、压力探针、压力采集卡、温度采集卡、电脑、补光灯和高速摄像机，其中，空压机连接稳压罐，稳压罐连接空气加热器，空气加热器通过管道连通高炉本体的风口，高炉本体上设有多个测压孔和测温孔，测压孔内设有连通压力采集卡的压力探针，测温孔内设有连通温度采集卡的热电偶，所述压力采集卡和温度采集卡连接所述电脑；螺旋给料器设于高炉本体的顶部，螺旋给料器的出料口给高炉本体内供料，所述高炉本体两侧设有补光灯，所述高速摄像机设于高炉本体的一侧，所述储料器连通并设于高炉本体的底部。

如上所述的一种热态高炉装配系统，优选地，所述空压机产生的气体能够存储于稳压罐内，所述稳压罐能够向炉体内部提供持续稳定的气体压力，其容积为1m³～3m³。

系统在工作过程中，空压机将高压气体输送到稳压罐，并经空气加热器加热后的热空气送入高炉的炉内。

如上所述的一种热态高炉装配系统，优选地，所述高炉本体的入风口的前缘设有热电偶，在空气加热器与高炉本体的入风口的管道外设有控温箱，所述控温箱控制热电偶的工作情况。

也就是说所述控温箱会通过风口前缘热电偶的温度反馈实时调节所需加热空气温度值。

如上所述的一种热态高炉装配系统，优选地，在所述高炉本体的入风口的前端管道上设有转子流量计。

如上所述的一种热态高炉装配系统，优选地，在面对高炉本体的前壁面设有红外热成像仪，所述高炉本体的前壁面使用红外线透过率在94％及以上的6mm～8mm厚红外测温成像玻璃制作，以保证红外热成像仪能够有效采集炉内温度场的分布情况；其余壁面均采用6mm～8mm厚高硼硅玻璃制作，以减小由于内壁面对红外线折射而造成对热成像的影响。

如上所述的一种热态高炉装配系统，优选地，所述高炉本体的前壁面裸露外，其余壁面均包覆1cm～3cm厚的石棉保温层，以防止热量传递过程发生较多的辐射热损失。

如上所述的一种热态高炉装配系统，优选地，所述储料器的卸料口密封连接螺旋卸料机，螺旋卸料机的另一端密封连通有储料箱。

螺旋卸料机在实验结束时可将颗粒输送到所述储料箱，储料箱及其连接管道应为密封设置，以防止整套系统内造成气体泄漏。

如上所述的一种热态高炉装配系统，优选地，所述空压机与稳压罐的连接管道上设有减压阀和压力控制阀。

如上所述的一种热态高炉装配系统，优选地，所述稳压罐与空气加热的连接管道上设有压力控制阀，所述空气加热与高炉本体的连接管道上设有压力控制阀。

如上所述的一种热态高炉装配系统，优选地，所述高炉本体的进料口设有漏斗

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

本发明提供的一种热态高炉装配系统，是以某实际工业高炉为设计基础，具有较高的实际应用背景，用于详细探究炉内气固两相运动行为及传热过程，该系统能够弥补多数研究者仅搭建冷态高炉模型研究气固两相流动的不足，也能够为进一步探究不同进气速度和温度下气固多相流动行为对炉内相间传热及温度场分布的影响规律提供整体装配系统，同时还可以为后续其他人员对相关热态系统的设计提供借鉴。

该发明所涉及到的整个装配系统设计思路清晰，高炉本体结构简单易于维护，加热设备以及控温系统效率较高且操作安全，可应用性较强，具有良好的工作效益。

附图说明

图1为一优选实施例的整体工艺流程示意图；

图2为扁槽形高炉模型尺寸示意图。

【附图标记说明】

1：空压机；

2：稳压罐；

3：空气加热器；

4：控温箱；

5：螺旋卸料机；

6：储料箱；

7：高炉本体；

8：测压/测温孔；

9：温度采集卡；

10：压力采集卡；

11：电脑；

12：螺旋给料机；

13：颗粒漏斗；

14：补光灯；

15：高速摄像机；

16：红外热像仪；

17：储料器；

l1：减压阀；

l2-l4：压力控制阀；

r1：热电偶；

z1：转子流量计。

具体实施方式

为了探究气固多相流动行为对高炉内相间传热及温度场分布的影响规律，本发明以某实际工业高炉为设计基础，通过加热设备以及控温装置对实验气体进行有效加热，并通过红外热成像仪记录炉内温度场的演化过程。全文对热态高炉的装配系统进行了详细阐述，整个过程思路清晰，可复制性强；其装置结构简单易于维护，具有良好的工作效益。

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合图表，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

实施例1

一种热态高炉装配系统，工艺流程示意图如图1所示，其主要包括空压机1、稳压罐2、空气加热器3、控温箱4、高炉本体7、温度采集卡9、压力采集卡10、高速摄像机15、红外热成像仪16、螺旋卸料机5、储料箱6、转子流量计z1、风口前缘热电偶r1，其中，空压机1连接稳压罐2，稳压罐2连接空气加热器3，空气加热器3通过管道连通高炉本体7的风口，高炉本体7上布置有测压/测温孔8，并通过压力探针和热电偶将压力和温度分别传输到压力采集卡10和温度采集卡9，并最终传输到电脑11；螺旋给料机12设于高炉本体的顶部，螺旋给料机的出料口给高炉本体内供料，高炉本体7的上端设有漏斗13，通过螺旋给料机12及漏斗13将颗粒添加到高炉本体7内；高炉本体7两侧布置有补光灯14和高速摄像机15，用以捕捉炉内颗粒运动及空间分布，高炉本体7的底部设有储料器17，储料器17下方的出口连通螺旋卸料机5，螺旋卸料机5的另一端连通储料箱6，实验结束时可通过螺旋卸料机将颗粒输送到储料箱。为了良好实现炉内风口喷吹所需热空气，对供气系统做如下详细说明。空压机1与稳压罐2通过管道连接，将高压气体输入到稳压罐2中以维持高炉风口所需进气压力的稳定性，稳压罐2与空气加热器3通过管道连接，稳压气体流经空气预热器被迅速加热，空气加热器3与高炉本体7的入风口通过管道连接，该段管道外安装有控温箱4以及转子流量计z1和风口前缘热电偶r1，控温箱控制热电偶的工作情况；控温箱会通过风口前缘热电偶的温度反馈实时调节所需加热空气温度值。稳压气体在热电偶r1的反馈下通过控温箱4将空气加热3至指定温度，并通过转子流量计z1调节所需进气流量。

螺旋给料器12通过支架固定安装在高炉本体7的顶部，根据实际需要，将颗粒按照一定的给料速率通过漏斗13添加进炉体内部，并堆积到指定高度。当气体射入到炉内，颗粒开始运动并逐渐形成稳定回旋区结构的演化过程中，压力探针和热电偶通过测压/测温孔8分别实时采集压力和温度数据并传输到压力采集卡10和温度采集卡9，并最终传输到电脑11。

高炉本体7的前壁面使用红外线透过率在94％的6mm厚红外测温成像玻璃制作，面对高炉本体的前壁面设有红外热成像仪16，红外热成像仪16以保证红外热成像仪能够有效采集炉内温度场的分布情况；其余壁面均采用6mm厚高硼硅玻璃制作，以减小由于内壁面对红外线折射而造成对热成像的影响。同时红外热成像仪16能够记录炉内温度场的演化过程。高炉本体除前壁面裸露外，其余壁面均包覆2cm厚的石棉保温层，以防止热量传递过程发生较多的辐射热损失。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上，空压机1与稳压罐2的连接管道上设有减压阀l1和压力控制阀l2；稳压罐2与空气加热3的连接管道上设有压力控制阀l3，空气加热3与高炉本体7的连接管道上设有压力控制阀l4，实验开始前，应仔细检查整套装置各法兰接头、橡胶垫片、阀门、管件接口等部位的密封性。关闭旋转球阀l3，打开旋转球阀l2，并开启空压机1，同时通过开启旋转球阀l1将所需空气压力调节至预定值，并将气体稳压罐充满。随后依次开启旋转球阀l3、l4，通过调节控温箱4将空气加热至指定温度，并调节转子流量计z1，不同流速及不同温度的气体流经高炉风口以加热炉内颗粒，最后气体流经床层顶部排出。

实验过程中，高速摄像机15实时拍摄并记录不同时刻床内颗粒的运动行为，以及回旋区随时间的演化过程，同时红外热成像仪16会记录下炉内温度场的演化过程。实验结束后，通过螺旋卸料机15将颗粒输送至储料器16。若下一次使用不同种颗粒进行实验时，上次未完全排尽的少量颗粒可临时贮存在高炉底部储料器17中，以不至于影响下一次的实验操作。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明做其它形式的限制，任何本领域技术人员可以利用上述公开的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。