CN102768159A - 一种铁矿石还原性测定装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种铁矿石还原性测定装置和方法，装置包括供气系统，热重天平，尾气处理系统，温度控制系统，气体控制系统，计算机数据处理系统；试验过程中将试验样品5放入坩埚中，另一端放置对比用空坩埚，然后按事先设定好的升温制度升温。方法是采用差热天平设备进行测定，主要是基于热重法理论，反应过程中实时采集温度数据和质量数据，试验中记录的重量随温度变化的热重曲线。本发明具有操作方便，设备体积小，还原过程中产生的有害气体通过尾气处理系统后排放，安全性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种铁矿石试验的装置和一种方法，更具体说是一种铁矿石还原性测定的装置和方法。
背景技术
还原性能表示用还原剂从铁矿石中排除与铁结合氧的难易程度。还原度的计算是以三价铁状态为基准(即假定铁矿石中的铁全部以Fe2O3的形式存在，并把这些Fe2O3中的氧算作100％)，还原一定时间后所达到的脱氧程度，以质量百分数表示。铁矿石还原性通常采用国标GB/T13241-91《铁矿石的还原性测定方法》方法研究。实验操作复杂，需要的铁矿石量多，试验过程人为因素影响较大。
CN201464316公开了一种新型铁矿石还原性试验装置，该装置针对目前铁矿石还原性试验装置在做完测定试验时，需要移开称重装置后，再从炉腔内取出还原管后，进行添加铁矿石粉或更换铁矿石粉的问题。采用的技术方案：一种铁矿石还原性试验装置，它包括炉体，还原管、称重装置和控制装置，所述还原管在还原炉的炉腔内，所述还原管悬挂在称重装置下面；所述还原管上设有还原气体入口和还原气体出口，所述还原管内设有热电偶；它还包括升降机构，所述升降机构包括升降杆和升降架，所述升降杆包括移动杆和固定杆，所述移动杆与升降架固定，所述升降机构还与称重装置固定。
CN101545842公开了一种测定铁矿石还原性的试验装置，它包括炉体、还原管、称重装置和控制装置，炉体内设有炉腔，还原管在还原炉的炉腔内，还原管悬挂在称重装置下面；还原管上设有还原气体入口和还原气体出口，还原管内设有热电偶；它还包括排气管，还原气体出口处设有集气罩，排气管与集气罩连接，集气罩内设有点火器，排气管上设有风机，点火器与控制装置信号连接。作为改进，它还包括升降机构，所述机构的升降包括移动杆和固定杆，移动杆与升降架固定，升降架与称重装置固定；集气罩与炉体可转动或可移动连接。
发明内容
针对现有技术均利用国标GB/T13241-91方法研究铁矿石还原性，试验过程复杂，需要铁矿石量多，试验过程产生有害气体较多等不足，本发明提供一种铁矿石还原性测定的装置和方法，该装置布置紧凑，操作简单、易于掌握，试验所需样品和所需气体量远远小于国标GB/T13241-91。
本发明提供一种铁矿粉还原性测定装置，包括供气系统，热重天平，尾气处理系统，温度控制系统，气体控制系统以及计算机数据处理系统，所述供气系统包括气瓶，气阀，气体净化装置；所述热重天平包括热天平、坩埚，试验样品，对比用空坩埚；所述尾气处理系统与热重天平连接，用以处理试验中产生的有害气体；温度控制系统和气体控制系统一端与热重天平连接，另一端连接处理试验数据的计算机数据处理系统。
进一步地，所述热天平两端分别放置装有铁矿石试验样品的坩埚和对比用空坩埚，供气系统中的气瓶中的气体经过气阀后，再经过装有无水硅胶的气体净化装置去除气体中的水分，经过净化的气体进入热天平中，热天平出口处装有尾气处理系统，热天平连接有温度控制系统和气体控制系统。
进一步地，所述坩埚内径4～6mm，高1～6mm，材质为98wt％Al2O3。
本发明还提供一种铁矿粉还原性测定方法，其步骤如下：
1）取100～200g铁矿石样品，粒度为10～12.5mm，在105℃温度下烘干120min，以除去水分；
2）取一定量烘干后的铁矿粉用密封式制样机破碎至200目以下；
3）称取破碎好的试验样品50±1mg放入坩埚中；将装有试验样品的坩埚放入热重天平上，按10～30℃/min升温速率升温，升温至900℃，在此过程中通N2保护；
4）在900℃保温30min后通入还原气体CO，其中还原气体流量为15mL/min，反应时间180min；试验结束后，通N2冷却至室温；
5）利用热重曲线结合铁矿石中FeO含量和TFe含量计算出铁矿石的还原度；
6）重新称取同样重量的铁矿粉，重复上述步骤2～3次，计算其铁矿石还原度的平均值，并以其平均值作为铁矿石还原度指数。
本发明的有益效果是该发明测定装置具有布置紧凑，操作简单、易于掌握，试验所需样品和所需气体量远远小于国标GB/T13241-91。且试验装置中添加尾气处理系统从而不会向外界排放大量有害气体，安全性好。试验结果与国标GB/T13241-91有很好的一致性。可广泛适用于工矿企业，高校和科研机构。
附图说明
图1是本发明铁矿石还原性测定装置结构示意图；
图中：1-气瓶，2-气阀，3-气体净化装置，4-热天平，5-坩埚，6-铁矿石样品，7-对比用空坩埚，8-尾气处理系统，9-温度控制系统，10-气体控制系统，11-计算机数据处理系统。
具体实施方式
如图1所示的铁矿粉还原性测定装置，包括供气系统，热重天平，尾气处理系统，温度控制系统，气体控制系统，计算机数据处理系统，其中所述供气系统包括气瓶1，气阀2，气体净化装置3；所述热重天平包括热天平4、坩埚5，试验样品6，对比用空坩埚7；所述尾气处理系统8与热重天平连接，用以处理试验中产生的有害气体；温度控制系统9和气体控制系统10一端与热重天平连接，用以控制试验过程中不同阶段下的温度和气氛，另一端连接处理试验数据的计算机数据处理系统11。热天平4两端分别放置装有铁矿石试验样品6的坩埚5和对比用空坩埚7，供气系统中的气瓶1中的气体经过气阀2后，再经过装有无水硅胶的气体净化装置3去除气体中的水分，经过净化的气体进入热天平4中，热天平4出口处装有尾气处理系统8，热天平4连接有温度控制系统9和气体控制系统10，所述坩埚内径4～6mm，高1～6mm，材质为98wt％Al2O3。气瓶中的气体为工业用还原气体CO（纯度99％），也可以是冷却气体N2；所述计算机数据处理系统要求计算机硬盘配置大于50G，内存大于256M，32M独立显卡配置以上。
本发明的实验装置测定铁矿粉还原性的方法，是采用差热天平设备进行测定，主要是基于热重法理论，反应过程中实时采集温度数据和质量数据，试验中记录的重量随温度变化的曲线称为热重曲线。利用上述（一）的试验装置测定高炉常用的铁矿石（烧结矿、球团矿和块矿）还原性。
所述新型铁矿粉还原性测定方法的步骤如下：
1）取100～200g铁矿石样品，粒度为10～12.5mm，在105℃温度下烘干120min，以除去水分；
2）取一定量烘干后的铁矿粉用密封式制样机破碎至200目以下；
3）称取破碎好的试验样品50±1mg放入坩埚中；将装有试验样品的坩埚放入热重天平上，按10～30℃/min升温速率升温，升温至900℃，在此过程中通N2保护；
4）在900℃保温30min后通入还原气体CO，还原气体CO流量为15mL/min，反应时间180min；试验结束后，通N2冷却至室温；
5）利用热重曲线结合铁矿石中FeO含量和TFe含量计算出铁矿石的还原度；
6）重新称取同样重量的铁矿粉，重复上述步骤2～3次，计算其铁矿石还原度的平均值，并以其平均值作为铁矿石还原度指数。
【具体实施例1】
分别取三种铁矿石（烧结矿、球团矿和块矿）样品各200g，粒度为10～12.5mm，放入干燥箱中，在105℃温度下烘干120min，待冷却后利用密封式制样机破碎至200目以下，然后称重50±1mg样品待用。
将铁矿石样品放入坩埚5中，然后利用温度控制系统9对热天平4进行程序升温，试验分三段，第一段：0～900℃，升温速率20℃/min，通20ml/min的N2保护；第二段：900℃恒温，时间为30min，通20ml/min的N2保护；第三段：900℃恒温通入还原气体CO进行还原试验，还原气体流量CO为15mL/min，时间为180min。试验结束后，通N2冷却保护至室温。利用计算机数据处理系统得到的热重曲线结合铁矿石中FeO含量和TFe含量计算出铁矿石的还原度。铁矿石试验结果见表1所示。
表1高炉常用的铁矿石（烧结矿、球团矿和块矿）还原度测定结果（％）
| 铁矿石 | 热重法 | 国标法 |
| 烧结矿 | 90.9 | 85.5 |
| 球团矿 | 76.6 | 70.2 |
| 块矿 | 68.1 | 64.5 |
从以上实施例可以看出：使用本发明的铁矿石还原测定装置可以准确的测定不同铁矿石的还原性能，且结果与国标GB/T13241-91有很好的一致性。
Claims (4)
1.一种铁矿粉还原性测定装置，包括供气系统，热重天平，尾气处理系统（8），温度控制系统（9），气体控制系统（10）以及计算机数据处理系统（11），其特征在于，所述供气系统包括气瓶（1），气阀（2），气体净化装置（3）；所述热重天平包括热天平（4）、坩埚（5），试验样品（6），对比用空坩埚（7）；所述尾气处理系统（8）与热重天平连接，用以处理试验中产生的有害气体；温度控制系统（9）和气体控制系统（10）一端与热重天平连接，另一端连接处理试验数据的计算机数据处理系统（11）。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热天平（4）两端分别放置
装有铁矿石试验样品（6）的坩埚（5）和对比用空坩埚（7），供气系统中的气瓶（1）中的气体经过气阀（2）后，再经过装有无水硅胶的气体净化装置（3）去除气体中的水分，经过净化的气体进入热天平（4）中，热天平（4）出口处装有尾气处理系统（8），热天平4连接有温度控制系统（9）和气体控制系统（10）。
3.根据权利要求1所述的测定装置，其特征在于，所述坩埚内径4～6mm，高1～6mm，材质为98wt%Al2O3。
4. 一种铁矿粉还原性测定方法，其步骤如下：
1）取100~200g铁矿石样品，粒度为10~12.5mm，在105℃温度下烘干120min，以除去水分；
2）取一定量烘干后的铁矿粉用密封式制样机破碎至200目以下；
3）称取破碎好的试验样品50±1mg放入坩埚中；将装有试验样品的坩埚放入热重天平上，按10~30℃/min升温速率升温，升温至900℃，在此过程中通N2保护；
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