一种高炉渣脱硫性能测试装置及测试方法与流程

1.本发明属于高炉脱硫技术领域，特别涉及一种高炉渣脱硫性能测试装置及测试方法。


背景技术：

2.高炉脱硫是在高炉炼铁中脱除硫的过程，是钢铁生产最重要的脱硫环节，该脱硫过程的重点在于如下两个过程：(1)铁液液滴穿过脱硫渣渣层发生脱硫反应；(2)形成熔池后，脱硫渣渣面与铁水表面之间的脱硫反应。
3.为了研究脱硫渣的脱硫性能，以及高炉脱硫的全过程，就需要对上述两个过程进行有效模拟，但目前的模拟装置均无法精准地模拟上述两个过程。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种高炉渣脱硫性能测试装置，以解决现有装置无法精准模拟高炉脱硫过程的技术问题。
5.本发明实施例提供了一种高炉渣脱硫性能测试装置，包括：
6.第一坩埚，用于盛装铁样，所述第一坩埚底部开有若干滴孔；
7.第二坩埚，用于盛装渣样，所述第二坩埚的口部用于与所述第一坩埚底部外壁连接；
8.加热机构，用于加热所述第一坩埚和/或所述第二坩埚。
9.可选的，所述第二坩埚内壁铺设有刚玉层
10.可选的，所述第一坩埚底部外壁与所述第二坩埚口部可拆卸连接。
11.可选的，所述第二坩埚口部开有嵌合槽，所述嵌合槽与所述第一坩埚底部外壁相匹配。
12.可选的，所述嵌合槽的槽壁为锥形面。
13.基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种高炉渣脱硫性能测试方法，采用上述任意一种高炉渣脱硫性能测试装置进行，包括如下步骤：
14.配置得到渣样及铁样；
15.将所述渣样置于所述第二坩埚内，将所述铁样置于所述第一坩埚内，将所述第一坩埚底部与所述第二坩埚口部连接；
16.通过所述加热机构分别对所述第一坩埚及所述第二坩埚进行加热，模拟高炉脱硫过程，使所述铁样熔化并通过所述滴孔滴至所述第二坩埚内形成熔池；
17.所述熔池形成并稳定后，关闭所述加热机构，待所述熔池冷却；
18.于冷却后的所述熔池中得到脱硫后渣样以及脱硫后铁样；
19.分别检测所述脱硫后渣样及所述脱硫后铁样的硫含量，与所述渣样及所述铁样的硫含量进行对比，确定所述渣样的脱硫性能。
20.可选的，所述渣样置于所述第二坩埚内之前，对所述渣样进行预熔。
21.可选的，所述通过所述加热机构分别对所述第一坩埚及所述第二坩埚进行加热，包括如下步骤：
22.通过所述加热机构对所述第二坩埚进行加热，使所述渣样熔清；
23.待所述渣样熔清后，通过所述加热机构对所述第一坩埚进行加热。
24.可选的，所述渣样的组分包括：cao、mgo、al2o3、sio2、tio2中的任意一种或多种组合。
25.可选的，所述渣样与所述铁样的质量比为(0.4-0.6)：1。
26.本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
27.本发明实施例提供的高炉渣脱硫性能测试装置，通过设置第一坩埚和第二坩埚，分装渣样和铁样，并设置第二坩埚的口部用于与第一坩埚的底部外壁连接，使第一坩埚能够设置于第二坩埚顶部，进一步设置第一坩埚底部开有滴孔，模拟高炉脱硫的状态结构状态；通过设置加热机构，实现第一坩埚和/或第二坩埚的加热，由于第一坩埚和第二坩埚可拆卸连接，可以更好地实现两者的单独加热，第二坩埚内的渣样熔清后，加热第一坩埚内的铁样，铁样熔化后通过滴孔向下滴落，铁滴首先穿过渣面，与渣面发生脱硫反应，而后于第二坩埚内形成稳定熔池，使渣面与铁水面之间发生界面反应，进行脱硫，精准地模拟了高炉脱硫的全过程，能够获得精确的实验数据，对评价炉渣性能、判断铁水质量、调整工艺参数等方面，提供更加准确且科学的指导依据。
28.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
30.图1是本发明实施例提供的高炉渣脱硫性能测试装置的示意图；
31.图2是本发明实施例提供的高炉渣脱硫性能测试装置的第一坩埚的仰视示意图；
32.图3是本发明实施例提供的高炉渣脱硫性能测试方法的流程图；
33.图4是实施例1-7得到的数据绘制的镁铝比对脱硫影响的数据图；
34.图5是实施例8-11得到的数据绘制的二元碱度对脱硫影响的数据图。
35.附图标记：
36.10-第一坩埚；11-滴孔；20-第二坩埚；21-嵌合槽；30-刚玉层。
具体实施方式
37.下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
38.在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常
所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。例如，室温可以是指10～35℃区间内的温度。
39.除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
40.首先需要说明的是：硫在钢铁中是一种有害元素，为了减少其危害，必须尽量降低硫在钢铁中的含量。根据高炉生产统计，进入高炉的硫来自于焦炭、矿石及熔剂，其中80-90％来自于焦炭。焦炭中的硫有硫化物、硫酸盐、有机硫三种形态。有机硫在炉内高温区可挥发，达到风口前有5-20％的硫已挥发，但挥发的硫可被下降的炉料所吸收。无机硫，如fes、caso4能被还原进入熔铁中，使铁液中含硫达到0.1％左右。从高炉物料排出情况来看，进入高炉中的硫85-90％被渣相吸收排出炉外。因此，可以认为高炉内的脱硫反应主要在渣-铁间进行。
41.按照离子理论，渣铁间的脱硫反应式为：[s]+[o
2-]
→
[s
2-]+[o]；按脱硫离子反应理论，铁中[s]的脱除，是通过[s]与渣中[o
2-]的迁移作用完成的。渣中[o
2-]越多，脱硫进行越完全；而渣中[o
2-]是由金属氧化物离解供给的。在滴落带，熔化滴落的渣、铁剧烈地吸收煤气中的硫，同时发生硫由铁向渣中转移。在高炉炉缸中，铁滴穿过渣层具有良好的反应条件，脱硫反应大量进行。在炉缸聚集的渣铁界面，脱硫反应继续进行，直到出铁时，铁口通道内下渣与铁水仍然进行着铁的脱硫。
[0042]
因此，为了优化高炉脱硫的效果，需要设计合理的模型对该过程进行精确模拟，从而得到富有指导意义的数据和结论。
[0043]
本技术实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
[0044]
请参照图1和图2，根据本发明一种典型的实施方式，提供了一种高炉渣脱硫性能测试装置，包括：
[0045]
第一坩埚10，用于盛装铁样，所述第一坩埚10底部开有若干滴孔11；
[0046]
第二坩埚20，用于盛装渣样，所述第二坩埚20的口部用于与所述第一坩埚10底部外壁连接；
[0047]
加热机构图未示，用于加热所述第一坩埚10和/或所述第二坩埚20。
[0048]
通过设置第一坩埚10和第二坩埚20，分装渣样和铁样，并设置第二坩埚20的口部用于与第一坩埚10的底部外壁连接，使第一坩埚10能够设置于第二坩埚20顶部，进一步设置第一坩埚10底部开有滴孔11，模拟高炉脱硫的状态结构状态；通过设置加热机构，实现第一坩埚10和/或第二坩埚20的加热，由于第一坩埚10和第二坩埚20可拆卸连接，可以更好地实现两者的单独加热，第二坩埚20内的渣样熔清后，加热第一坩埚10内的铁样，铁样熔化后通过滴孔11向下滴落，铁滴首先穿过渣面，与渣面发生脱硫反应，而后于第二坩埚20内形成稳定熔池，使渣面与铁水面之间发生界面反应，进行脱硫，精准地模拟了高炉脱硫的全过程，能够获得精确的实验数据，对评价炉渣性能、判断铁水质量、调整工艺参数等方面，提供更加准确且科学的指导依据。
[0049]
需要说明的是，采用该高炉渣脱硫性能测试装置进行模拟时，可根据所需研究的渣系的不同，制定相适应的原料参数及反应参数，从而对应模拟不同的反应情况。
[0050]
需要说明的是，上述加热机构可选自现有技术中的任意一种加热机构，例如各种类型的加热炉及加热器等。
[0051]
优选地，所述加热机构为硅碳棒炉，即采用硅碳棒进行加热的加热炉。
[0052]
优选地，所述第一坩埚10和所述第二坩埚20均为石墨坩埚，能够保证铁样的碳饱和。
[0053]
作为一种可选的实施方式，所述第二坩埚20内壁铺设有刚玉层30。
[0054]
作为一种可选的实施方式，所述第一坩埚10底部外壁与所述第二坩埚20口部可拆卸连接。通过设置第一坩埚10和第二坩埚20可拆卸连接，方便分别实施两者的加热，以便于先控制第二坩埚20内的渣样熔清，而后再模拟高炉脱硫。
[0055]
作为一种可选的实施方式，为了对第二坩埚20和第一坩埚10的可拆卸连接进行具体的解释，所述第二坩埚20口部开有嵌合槽21，所述嵌合槽21与所述第一坩埚10底部外壁相匹配。通过设置嵌合槽21，采用将第一坩埚10底部嵌入嵌合槽21的方式实现两者的固定连接，能够有效避免实验过程中第一坩埚10倾倒或掉落，并且嵌合的形式也方便两者的分离，只需采用坩埚钳提起第一坩埚10即可轻松将两者分离。
[0056]
优选地，所述嵌合槽21的槽壁为锥形面。通过设置嵌合槽21的槽壁为锥形面，利用斜面自锁性能，使第一坩埚10底部与嵌合槽21的配合更为稳固。
[0057]
根据本发明另一种典型的实施方式，提供了一种高炉渣脱硫性能测试方法，采用上述任意一种高炉渣脱硫性能测试装置进行，包括如下步骤：
[0058]
s1、配置得到渣样及铁样；
[0059]
s2、将所述渣样置于所述第二坩埚20内，将所述铁样置于所述第一坩埚10内，将所述第一坩埚10底部与所述第二坩埚20口部连接；
[0060]
s3、通过所述加热机构分别对所述第一坩埚10及所述第二坩埚20进行加热，模拟高炉脱硫过程，使所述铁样熔化并通过所述滴孔11滴至所述第二坩埚20内形成熔池；
[0061]
s4、所述熔池形成并稳定后，关闭所述加热机构，待所述熔池冷却；
[0062]
s5、于冷却后的所述熔池中得到脱硫后渣样以及脱硫后铁样；
[0063]
s6、分别检测所述脱硫后渣样及所述脱硫后铁样的硫含量，与所述渣样及所述铁样的硫含量进行对比，确定所述渣样的脱硫性能。
[0064]
作为一种可选的实施方式，所述渣样置于所述第二坩埚20内之前，对所述渣样进行预熔。
[0065]
预熔的原因在于：渣样的组分采用纯净试剂，较为难熔，因此采用预熔的方式优化渣样的熔清。
[0066]
作为一种可选的实施方式，所述通过所述加热机构分别对所述第一坩埚10及所述第二坩埚20进行加热，包括如下步骤：
[0067]
s3.1、通过所述加热机构对所述第二坩埚20进行加热，使所述渣样熔清；
[0068]
s3.2、待所述渣样熔清后，通过所述加热机构对所述第一坩埚10进行加热。
[0069]
作为一种可选的实施方式，所述渣样的组分包括：cao、mgo、al2o3、sio2、tio2中的任意一种或多种组合。
[0070]
作为一种可选的实施方式，所述渣样与所述铁样的质量比为(0.4-0.6)：1。
[0071]
下面将结合实施例及实验数据对本技术进行详细说明。
[0072]
实施例1-7
[0073]
提供了一种高炉渣脱硫性能测试装置，包括：第一坩埚10，第一坩埚10底部开有若干滴孔11。第二包括第二坩埚20，第二坩埚20的口部开有嵌合槽21，嵌合槽21的槽壁为锥形面，用于与第一坩埚10底部外壁连接；第二坩埚20内壁铺设有刚玉层30。第三包括加热机构。
[0074]
分别提供了一种高炉渣脱硫性能测试方法，采用上述装置进行，包括如下步骤：
[0075]
s1、配置得到50g渣样及100g铁样。
[0076]
其中：渣样的组分见表1，铁样包括100g纯铁及0.47g硫化铁。
[0077]
s2、将渣样置于第二坩埚20内，将铁样置于第一坩埚10内，将第一坩埚10底部与第二坩埚20口部连接。
[0078]
s3、将渣样通过感应炉进行预熔，通过加热机构对第二坩埚20进行加热，使渣样熔清，待渣样熔清后，通过加热机构对第一坩埚10进行加热，加热温度为1500℃，恒温反应60min，模拟高炉脱硫过程，使铁样熔化并通过滴孔11滴至第二坩埚20内形成熔池。
[0079]
s4、熔池形成并稳定后，关闭加热机构，待熔池冷却。
[0080]
s5、砸碎第二坩埚20，于冷却后的熔池中得到脱硫后渣样以及脱硫后铁样。
[0081]
s6、分别检测脱硫后渣样及脱硫后铁样的硫含量，与渣样及铁样的硫含量进行对比，确定渣样的脱硫性能，检测得到的数据见表2。
[0082]
表1实施例1-7的渣样的组分表
[0083][0084]
注：m/a为炉渣的镁铝比，即mgo/al2o3；r为高炉渣的二元碱度，即cao/sio2。
[0085]
表2实施例1-7的脱硫数据表
[0086]
[0087][0088]
注：(s)％为渣中硫含量；[s]％为铁中硫含量，ls为硫的分配比。
[0089]
实施例8-11
[0090]
提供了一种高炉渣脱硫性能测试装置，与实施例1-7相同。
[0091]
分别提供了一种高炉渣脱硫性能测试方法，与实施例1-7相同，渣样的组分见表3，检测得到的数据见表4。
[0092]
表3实施例8-11的渣样的组分表
[0093][0094]
注：m/a为炉渣的镁铝比，即mgo/al2o3；r为高炉渣的二元碱度，即cao/sio2。
[0095]
表4实施例8-11的脱硫数据表
[0096]
碱度系列(s)，％[s]，％lsr010.6260.01444.71r020.680.01935.79r030.6490.02427.04r040.6990.03321.18
[0097]
注：(s)％为渣中硫含量；[s]％为铁中硫含量，ls为硫的分配比。
[0098]
实验结果分析
[0099]
如图4所示，炉渣美铝比对脱硫的影响较为明显；如图5所示，高炉渣保持一定的二元碱度是必要的。
[0100]
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0101]
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0102]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围
之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。