一种铁矿石和焦炭耦合冶金性能检测装置

本技术涉及高炉炼铁，具体为一种铁矿石和焦炭耦合冶金性能检测装置。

背景技术：

1、高炉是一个生产铁水的逆流反应器，是从炉顶分批次装入，在炉内呈层状交替分布铁矿石与焦炭，在与炉缸上方风口处焦炭及喷吹燃料与热风发生燃烧反应产生的高温煤气逆流中，实现铁矿石还原、熔化与造渣过程。

2、这里的术语“铁矿石”是指高炉用任何铁矿石类型，不限于单一类型，而是可以是不同类型的混合物，包括制备的烧结矿、球团矿，还包括天然块矿和它们的配合矿。铁矿石还原时组成将发生变化，例如，当铁矿石通过高炉时，它可以从赤铁矿（fe2o3）到磁铁矿（fe3o4）再到浮式体（feo）。除非本说明书中另有说明，否则无论剩余的结合氧的量如何，说明书中一般使用术语铁矿石。

3、通常，高炉内层状交替分布铁矿石和焦炭为35~45层，这种层状结构一致保持到含铁矿料熔化，从上至下形成不同区域。不考虑氢对铁矿石的还原，主要有三种反应：一是，铁矿石与煤气中co发生间接还原feo+co= feo+co2（1）；二是，间接还原生成的co2与焦炭中的c发生溶损反应co2+c=2co（2）；三是，间接还原（1）和碳溶损反应（2）二者叠加为直接还原feo+c=fe+co（3）。

4、高炉各区内进行的还原反应及特征为：

5、① 固态铁矿石层与焦炭层交替分布的块状带，主要进行气-固间接还原和少量直接还原；

6、② 铁矿石软熔层与焦炭层交替分布的软化-熔融带，软熔层对煤气阻力很大，煤气流绝大部分从焦炭层（焦窗）穿过，在绕过软熔层时产生横向流动；反应为主，主要进行造渣和固-液-气直接还原；

7、③ 疏松焦炭区和压实焦炭区（死料柱）构成的滴落带，煤气和渣铁液滴在焦炭颗粒之间的空隙中相向运动，同时完成熔渣中残留feo的直接还原等。

8、高炉生产过程中严格控制铁矿石和焦炭冶金性能，使各区域达到较佳的工作状态，保证高质量完成冶炼过程。为此，已制定了一些铁矿石和焦炭冶金性能的检验指标和试验方法，主要有：评价铁矿石还原性对高炉上部间接还原率影响的铁矿石还原性ri测定（gb/t13241-2017）；评价铁矿石软熔性能对软熔带厚度和位置对高炉透气性的影响的铁矿石高温荷重还原软熔滴落性能测定方法（gb/t34211-2017）；评价焦炭溶损劣化对焦炭层床透气性和透液性影响的焦炭反应性cri和反应后强度csr（gb/t4000-2017）等。同时认为，高炉冶炼用还原性好的铁矿石，有利于发展间接还原；用软化开始温度较高、熔滴温度较高、软化和熔滴温度区间较窄的铁矿石，有利于改善软熔带的透气性；用反应性cri低及反应后强度csr高的焦炭，有利于改善焦炭层床的透液性和透气性。

9、上述测定方法没有模拟高炉条件下各区内进行的还原反应及特征，主要表现在：

10、① 高炉内间接还原发展，一是，取决于固体铁矿石的还原性；二是，间接还原及其与直接还原共存区域的分布，与焦炭反应性和铁矿石高温还原性密切相关。显然，铁矿石还原性测定的ri与后者无关。

11、② 软熔带对高炉工况的限制，一是，软熔带透气性对提高生产率的制约；二是，软熔带热量消耗限制对最低工作区域的制约。而铁矿石高温荷重还原软熔滴落性能测定只能评价软熔带的透气性，不能评价其热消耗。

12、③ 高炉内焦炭的溶损劣化程度，一是，取决于与直接还原度相关的溶损率；二是，不同直接还原区域内焦炭溶损行为及特性。显然，焦炭的cri及csr测定与这二者均没有关联。

13、以下文献1和2报导了焦炭反应性对铁矿石软化熔融性能影响

14、文献1，钢铁，2016，vol.51，no.2，p 10-14；

15、文献2，isij international, 2011，vol. 51, no. 8, p 1322–1332。

16、文献1报导：铁矿石荷重还原软熔滴落试验测定时，在铁矿石试料上下铺不同反应性的焦炭，影响铁矿石的熔融滴落性能，但缺少铁矿石还原反应与焦炭溶损反应和软化熔融性能关联信息。文献2报导：采用带有检测输出气体成分和质量流量的软化熔融炉评价焦炭反应性对铁矿石软化-熔融性能影响。实验时采用焦、矿、焦、矿试样从下至上分层装入坩埚，矿焦试样粒度均为10~20mm，每层高度为75mm 。但缺少铁矿石与焦炭耦合直接还原信息，不能评价焦炭溶损劣化特性。

17、由此可见，目前缺少一种评价铁矿石和焦炭耦合性能的方法，为合理调控铁矿石质量、焦炭质量和炉料结构，改善高炉操作提供技术保障。

技术实现思路

1、本实用新型提供了一种铁矿石和焦炭耦合冶金性能评价方法及检测装置，其目的是采用一定质量比和粒度比、从下至上分别为溶损一定程度的焦炭-铁矿石-焦炭分层试料，在荷重、程序升温、通入还原性气体的条件下，试验测定铁矿石的间接还原、直接还原、软化和熔融、焦炭溶损及劣化行为和特性，用于分析判断铁矿石与焦炭耦合冶金性能对高炉各区域工作状态的影响。

2、为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：一种铁矿石和焦炭耦合冶金性能检测装置，包括电加热炉，所述电加热炉的左右两侧均安装有加热炉升降装置，所述电加热炉内安装有加热机构，所述加热机构的下侧设有支撑机构，所述支撑机构的底部安装有称量系统托盘，所述称量系统托盘的下侧设有电子天平本体，所述电子天平本体的底部安装有电子天平托板，所述电加热炉的一侧设有主控机构。

3、优选的,所述加热机构包括若干加热体硅钼棒，若干所述加热体硅钼棒两两一组呈左右对称安置于所述电加热炉内，所述电加热炉内且位于若干所述加热体硅钼棒之间安装有施荷重石墨管，所述施荷重石墨管内上侧安装有施荷重石墨压头，所述施荷重石墨压头的下侧设有盛试料石墨坩埚，所述盛试料石墨坩埚内自下到上依次设有反应后焦炭、铁矿石以及焦炭，所述施荷重石墨压头与最上层的所述焦炭相接触，所述盛试料石墨坩埚的下侧设有导气部。

4、优选的,所述导气部包括安置于所述盛试料石墨坩埚底部且位于所述施荷重石墨管内的导气管，所述盛试料石墨坩埚的底部一体成型的开设有若干出气头，所述出气头与所述导气管插接相连，所述导气管内开安插有测温热电偶本体，所述测温热电偶本体的外壁上下两侧分别安装有测温热电偶上石墨保护管和测温热电偶下石墨保护管，所述导气管内安装有承接熔化渣铁石墨坩埚，所述测温热电偶本体贯穿所述承接熔化渣铁石墨坩埚。

5、优选的,所述支撑机构包括安置于所述施荷重石墨管底端的施荷重管固定法兰，所述施荷重管固定法兰的下侧设有施荷重压板，所述施荷重压板的四角处均设有施荷重气缸，所述施荷重压板的下侧设有反应施荷重系统托板支架，所述施荷重气缸的伸缩端与所述反应施荷重系统托板支架相连接，所述施荷重压板和所述反应施荷重系统托板支架之间设有位移传感器，所述反应施荷重系统托板支架与所述称量系统托盘相连接，所述反应施荷重系统托板支架上安装有盛试料坩埚支管固定法兰，所述导气管贯穿所述施荷重压板与所述盛试料坩埚支管固定法兰插接相连。

6、优选的,所述反应施荷重系统托板支架的底部安插有进气口，所述进气口贯穿所述盛试料坩埚支管固定法兰与所述导气管相连通，所述导气管和所述施荷重压板之间设有出气口，所述导气管外且位于所述出气口处安装有冷却气体盘管，所述施荷重石墨管的外环面上且位于所述电加热炉和所述施荷重压板之间安插有气体产物组成分析出口，所述施荷重石墨管的外环面上且位于气体产物组成分析出口的上侧安插有施荷重石墨管保护气体通入管。

7、优选的,所述主控机构包括设于电加热炉一侧的控温系统，所述控温系统的下侧依次安装有气体分析仪、质量流量控制器供气系统、计算机控制数据采集系统，所述进气口和所述质量流量控制器供气系统之间设有差压变送器，所述反应施荷重系统托板支架上安装有施荷重阀门，所述施荷重阀门与所述计算机控制数据采集系统电性相连，所述电加热炉内安插有控温热电偶，所述控温热电偶与所述控温系统电性相连。

8、有益效果

9、本实用新型提供了一种铁矿石和焦炭耦合冶金性能检测装置。具备以下有益效果:该铁矿石和焦炭耦合冶金性能检测装置具有以下有益效果：①铁矿石与焦炭耦合冶金性能包括矿焦耦合反应条件下的铁矿石间接还原、直接还原、软化、熔融、焦炭溶损及劣化等的行为和特性；

10、②铁矿石间接还原行为和特征包括：块状区的间接还原，块状区和软化区间接和直接还原阶段的间接还原；

11、③铁矿石直接还原行为和特征包括：块状区和软化区间接和直接还原共存阶段的直接还原度，熔融区的熔融还原和滴落区的滴落还原；

12、④铁矿石软化和熔融行为和特性包括；软化开始温度、熔融开始温度、熔化结束温度，软化温度区间、熔化温度区间、熔融阶段的透气性；

13、⑤焦炭溶损及劣化行为和特性包括：反应开始温度，上层焦炭的溶损率及溶损后强度。