CN103076256B - 用于铁矿原料检测的检测装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于铁矿原料检测的检测装置和方法，所述种检测装置取代了现有技术中的悬挂式检测装置，包括竖式电热炉系统、机械升降系统、电子天平、托举立管系统、计算机控制系统和气体供给系统，并将称量天平置于炉体底部，天平通过托举立管支撑起铁矿还原试样，并实时测量试样质量，根据试样还原后的失重量与还原前的含氧量计算出试样的还原度；按照本发明所提供的检测方法进行检测的检测装置的结构简单，天平工作环境温度低，检测精度高，操作方便等特点。
Description
技术领域
本发明涉及含铁物料冶金性能检测领域。更具体地说，涉及用于铁矿原料检测的检测装置和方法。
背景技术
为了真正实现冶金资源的高效清洁利用，首先必须全面掌握入炉含铁物料的冶金性能，其中还原性及自由还原膨胀性是含铁物料的重要物性指标，准确测量出以上两项指标有利于制定合理的炼铁工艺。
目前，铁矿石还原性检测方式有两种：一种是吊篮式，即将试样装入由耐高温铁铬铝丝编织而成的网状吊篮内，再垂直悬挂于位于炉体上部的天平中心，使得吊篮处于通有还原气的高温炉管中。此种方式，将还原气从炉体底部通入炉管内，由于炉管横截面积大于吊篮横截面积，还原气并非完整的通过试样。此外，还原气在透过吊篮对物料进行还原时，还会形成气体边缘效应，从而导致气体的外部传质成为物料还原过程的影响因素之一。因此，采用此方式获得的测试结果不能准确地反映含铁物料在炼铁生产中炉内的实际性能。
另一种是吊管式，即将物料装入由耐高温合金钢制成的吊管内，再垂直悬挂在位于炉体上部的天平中心，使得吊管处于高温炉管中，该方式是直接将还原气从吊管的底部通入，保证还原气完整的通过试样。但由于吊管较长，采用悬挂式时，很难保证吊管不与炉管或加热部件接触，一旦有所接触，天平就不能准确测量出物料的准确失重，导致操作稳定性较差。此外，该方式气体在吊管内未经充分预热和均流便与试样接触，对物料的还原过程也有较大的影响。
更为重要的是：由于以上两种方式都采用悬挂式，天平位于炉体的上部，在高温条件下，由于炉体自身发生的热辐射和用来悬挂的铁铬铝丝产生的热传导，使得称量天平的温度高达上百度，导致天平重力传感器失灵，无法实现准确测量甚致使天平受到损坏。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有检测装置的不足，提供一种结构简单、能连续使用、自动化程度高的用于铁矿原料检测的检测装置和方法，用于检测铁矿原料的还原性及自由还原膨胀性。
本发明的技术方案是：设计出一种用于铁矿原料检测的检测装置和方法。所述检测装置取代现有技术中的悬挂式检测装置，将称量天平置于炉体底部，天平通过托举立管支撑起铁矿还原物料，并实时测量物料质量，根据物料还原后的失重量与还原前的含氧量计算出物料的还原度。
本发明所提供的检测装置包括竖式电热炉系统、机械升降系统、电子天平、托举立管系统、计算机控制系统、气体供给系统。
其中，电热炉炉体与机械升降系统相固接，试样反应器由置于电子天平之上的托举立管垂直托举于电热炉中部的恒温段炉管中心处，电热炉发热体和测试炉温的热电偶均连接在由计算机控制的温度控制仪上，托举立管内安装的用于测量试样温度的热电偶和电子天平均连接在由计算机控制的信号反馈器上，气体供给系统安装有气体质量流量计，气体质量流量计的输出端与托举立管的进气口相连接。
另外，托举立管顶端的稍下部位的内部水平放有一个多孔隔板，在其之上装入一定厚度的高铝球，再将试样反应器嵌套在托举立管之上。
还有，试样反应器包括两种，一种用于检测试样的还原性，另一种加入带有格条的支架后用于检测试样的自由还原膨胀性。
本发明提出的托举式铁矿原料还原性及自由还原膨胀性检测装置具有以下优点：
(1)本发明利用托举式测量试样还原失重，结构简单，天平工作环境温度低，检测精度高，操作方便。
(2)气体由托举立管的底部通入，试样反应器紧密嵌套于托举立管顶端，还原气自下到上在托举立管内经过了充分的预热，还原气在高铝球层中经过了充分的均流，而后完整的通过试样，避免了气体边缘效应对检测精度的影响。
(3)本发明通过炉体升降而改变试样反应器在炉管中的位置，一组检测结束后，无须关炉降温即可装卸试样进行下一组测试，可实现连续操作。
(4)本发明既可用于检测铁矿原料还原性还可在试样反应器内加入带格条的支架后用于检测铁矿原料的自由还原膨胀性。
附图说明
在下面结合附图对本发明进行描述时，本发明的上述和其他优点和特点将会变得更清楚和更易于理解，其中：
图1为本发明提出的检测铁矿原料还原性及自由还原膨胀性装置的结构示意图。
图2为本发明中托举立管部分的结构示意图。
图3为图2的左视图。
图4为检测试样还原性所用试样反应器部分的结构示意图。
图5为检测试样自由还原膨胀性所用试样反应器部分的结构示意图。
图6为图6中支架的俯视图。
具体实施方式
本发明公开了一种用于铁矿原料检测的检测装置和方法，以检测铁矿原料的还原性及自由还原膨胀性；与现有技术中的悬挂式检测装置相比，将天平从炉顶移到了炉底。
参照图1至图4，本发明所提供的检测装置包括竖式电热炉系统、机械升降系统、电子天平、托举立管系统、计算机控制系统、气体供给系统。
竖炉电热炉系统包括：炉盖1、炉壳9、接线柱10、耐火材料26、炉温测量热电偶28、炉管29、发热体30、保护管31和保温盖32；机械升降系统包括：调平圈5、升降台6、滑套7、螺母套8、立柱11、丝杠12、传动轴13、电动机14、传动齿轮15、固定件16、底座17和电子天平18；托举立管系统包括：试样反应器2、多孔隔板4、进气口19、托举立管24、样温测量热电偶25和高铝球27；计算机控制系统包括：信号反馈器20、气体质量流量计22和温控仪23；气体供给系统包括配气站21，图中3为试样。
其中，炉盖1扣在炉壳9顶部，在炉管29的顶端装有中心开孔的保温盖32，炉管29和保护管31均固定在炉壳9之内，竖式加热炉的炉壳9和保护管31之间填充有耐火材料26，发热体30套在炉管29的外层，发热体30的下端配有接线柱10，接线柱10再与温控仪23通过电线连接，在炉体中部恒温区处的炉壳9和壳内耐火材料26中开孔后插入炉温测量热电偶28，炉温测量热电偶28再与温控仪23通过补偿导线连接；炉壳9与升降台6通过调平圈5相固接，升降台6和滑套7相互固定，滑套7套在立柱11上并可沿立柱11上下滑动，立柱11、电动机14都固定在底座17上，电动机14的轴连接的传动齿轮15与固定在传动轴13下端的齿轮相啮合，传动轴13通过固定件16固定在底座17上，传动轴13的上端与丝杠12的下端相固接，丝杠12的上端又与螺母套8相啮合，螺母套8固定在升降台6上，螺母套8在丝杠12的作用下带动升降台6及其炉体沿着立柱11上下滑动或固定；电子天平18置于底座17上，电子天平18通过数据线与计算机控制系统的信号反馈器20相连，托举立管24垂直地立于电子天平18之上，在距离托举立管24的顶端约40-60mm处设有水平放置的多孔隔板4，小孔直径为2mm，在多孔隔板4至托举立管24顶部的空间内填充直径约3mm的高铝球27，检测铁矿原料还原性时所用的试样反应器2紧密嵌套在托举立管24的顶端，试样反应器2的底板上开有均匀分布的小孔，小孔直径低于试样的最小直径，试样反应器2内装试样3，在托举立管24的底端开孔插入样温测量热电偶25，样温测量热电偶25的偶头穿过多孔隔板4和高铝球27及试样反应器2的底板，埋藏于试样3的中间，样温测量热电偶25的下端通过补偿导线与信号反馈器20相连，在托举立管24的下部开孔焊接有进气口19，进气口19与气体质量流量计22的输出端相连，气体质量流量计22的输入端又与配气站21相连。
利用上述检测装置用于测量铁矿原料的还原性时，包括以下步骤：
A、安装检测装置并装填试样3。
将检测装置按图1所示的连接方式固定好后，揭去保温盖32，通过正向转动的电动机14的轴所带动的传动齿轮15依次带动传动轴13、丝杠12、螺母套8，使升降台6下降，从而使得与升降台6相连的竖式电热炉炉壳9下降，直至托举立管24的顶端露出炉管29外。
在多孔隔板4至托举立管24顶部的空间填充直径约3mm的高铝球27以使气流均匀，而后将装有试样3的试样反应器2紧密嵌套于托举立管23的顶端，并保证试样反应器2和托举立管24间不漏气。
B、将试样3升温。
利用反向转动的电动机14的轴所带动的传动齿轮15依次带动传动轴13、丝杠12、螺母套8，使升降台6上升，从而使得与升降台6相连的竖式电热炉炉壳9上升，直至试样反应器2处于电热炉发热体30的恒温段，盖上保温盖32，通过供气站21和气体质量流量计22将惰性气体经进气口19通入托举立管24中，惰性气体的流量大约为4L/min；此后利用温控仪23、炉温测量热电偶28、发热体30，以≤10℃/min的升温速度对竖式电热炉进行升温。
C、检测过程。
当由样温测量热电偶25测量，并由计算机控制的信号反馈器20所显示的温度达到实验方案预先规定的测试温度后(测试温度介于200℃～1200℃)，恒温30分钟；然后利用还原气以大约4L/min的相同流量代替惰性气。还原过程中利用电子天平18和信号反馈器20连续测量和记录试样3的实时质量和失重量，在试样3不再失重即天平显示数值趋于稳定后，切断还原气体，再大约以4L/min的流量速度改通惰性气体。
D、结束实验。
还原检测结束后，再利用正向转动的电动机14的轴所带动的传动齿轮15依次带动传动轴13、丝杠12、螺母套8，将升降台6下降，从而使得与升降台6相连的竖式电热炉炉壳9下降，直至试样反应器2置于炉管29外，取出试样3，进行下组检测。
E、还原度计算。
试样还原反应前后的质量差，即反应过程中试样3的失重量，与试样3中同铁元素结合的总氧量之比便为试样3的还原度。
利用上述检测装置用于测量铁矿原料的自由还原膨胀性时，包括以下步骤：
A、试样还原前体积测定。
测定试样(共12个)的总体积，以备检测。
B、安装检测装置并装填试样3。
将检测装置按图1所示的连接方式固定好后，揭去保温盖32，通过正向转动的电动机14的轴所带动的传动齿轮15依次带动传动轴13、丝杠12、螺母套8，使升降台6下降，从而使得与升降台6相连的竖式电热炉炉壳9下降，直至托举立管24的顶端露出炉管29外。
在多孔隔板4至托举立管24的顶部的空间填充直径约3mm的高铝球27以使气流均匀。如图5和图6所示，检测的试样3分层置于支架33上，试样与试样间由格条34隔开，以保证试样3的自由还原膨胀，而后将装有试样3的支架33放入试样反应器2中。试样反应器2再紧密嵌套于托举立管24的顶端，并保证试样反应器2和托举立管24间不漏气。
C、试样升温。
利用反向转动的电动机14轴所带动的传动齿轮15依次带动传动轴13、丝杠12、螺母套8，使升降台6上升，从而使得与升降台6相连的竖式电热炉炉壳9上升，直至试样反应器2处于电热炉发热体30的恒温段，盖上保温盖32；通过供气站21和气体质量流量计22将惰性气体由进气口19通入托举立管24中，流量大约为4L/min；此后利用温控仪23、炉温测量热电偶28、发热体30，以≤10℃/min的升温速度对竖式电热炉进行升温。
D、检测过程。
当由样温测量热电偶25测量，并由计算机控制的信号反馈器20所显示的温度达到实验方案预先规定的测试温度后(测试温度介于200℃～1200℃)，恒温30min；然后利用还原气以大约4L/min的相同流量代替惰性气。还原过程中利用电子天平18和信号反馈器20连续测量和记录试样3的实时质量和失重量，在试样3不再失重即天平显示数值趋于稳定后，切断还原气体，再以大约4L/min的流量速度改通惰性气体。
E、结束实验。
还原检测结束后，再利用正向转动的电动机14轴所带动的传动齿轮15依次带动传动轴13、丝杠12、螺母套8，将升降台6下降，从而使得与升降台6相连的竖式电热炉炉壳9下降，直至试样反应器2置于炉管29外，取出试样3，进行下组检测。
上面对本发明所提供的用于铁矿原料检测的检测装置和方法进行了详细描述，虽然已表示和描述了本发明的一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改和完善，这些修改和完善也应在本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种用于检测铁矿原料还原性及自由还原膨胀性的检测装置,其特征在于，包括竖式电热炉系统、机械升降系统、电子天平、托举立管系统、计算机控制系统和气体供给系统；竖式电热炉系统包括：炉盖(1)、炉壳(9)、接线柱(10)、耐火材料(26)、炉温测量热电偶(28)、炉管(29)、发热体(30)、保护管(31)和保温盖(32)；机械升降系统包括：调平圈(5)、升降台(6)、滑套(7)、螺母套(8)、立柱(11)、丝杠(12)、传动轴(13)、电动机(14)、传动齿轮(15)、固定件(16)、底座(17)和电子天平(18)；托举立管系统包括：试样反应器(2)、多孔隔板(4)、进气口(19)、托举立管(24)、样温测量热电偶(25)和高铝球(27)；计算机控制系统包括：信号反馈器(20)、气体质量流量计(22)和温控仪(23)；气体供给系统包括：配气站(21)；
其中，炉盖(1)扣在炉壳(9)顶部，在炉管(29)的顶端装有中心开孔的保温盖(32)，炉管(29)和保护管(31)均固定在炉壳(9)之内，竖式电热炉的炉壳(9)和保护管(31)之间填充有耐火材料(26)，发热体(30)套在炉管(29)的外层，发热体(30)的下端配有接线柱(10)，接线柱(10)再与温控仪(23)通过电线连接，在炉体中部恒温区处的炉壳(9)和壳内耐火材料(26)中开孔后插入炉温测量热电偶(28)，炉温测量热电偶(28)再与温控仪(23)通过补偿导线连接；炉壳(9)与升降台(6)通过调平圈(5)相固接，升降台(6)和滑套(7)相互固定，滑套(7)套在立柱(11)上并可沿立柱(11)上下滑动，立柱(11)、电动机(14)都固定在底座(17)上，电动机(14)的轴连接的传动齿轮(15)与固定在传动轴(13)下端的齿轮相啮合，传动轴(13)通过固定件(16)固定在底座(17)上，传动轴(13)的上端与丝杠(12)的下端相固接，丝杠(12)的上端又与螺母套(8)相啮合，螺母套(8)固定在升降台(6)上，螺母套(8)在丝杠(12)的作用下带动升降台(6)及其炉体沿着立柱(11)上下滑动或固定；电子天平(18)置于底座(17)上，电子天平(18)通过数据线与计算机控制系统的信号反馈器(20)相连，托举立管(24)垂直地立于电子天平(18)之上，在距离托举立管(24)顶端上方40mm-60mm处设有水平放置的多孔隔板(4)，在多孔隔板(4)至托举立管(24)顶部的空间内填充高铝球(27)；试样反应器(2)紧密嵌套在托举立管(24)的顶端，试样反应器(2)的底板上开有均匀分布的小孔，小孔直径低于试样的最小直径，试样反应器(2)内装试样(3)，在托举立管(24)的底端开孔插入样温测量热电偶(25)，样温测量热电偶(25)的偶头穿过多孔隔板(4)和高铝球(27)及试样反应器(2)的底板，埋藏于试样(3)的中间，样温测量热电偶(25)的下端通过补偿导线与信号反馈器(20)相连，在托举立管(24)的下部开孔焊接有进气口(19)，进气口(19)与气体质量流量计(22)的输出端相连，气体质量流量计(22)的输入端又与配气站(21)相连。
2.一种利用如权利要求1所述的检测装置对铁矿原料还原性进行测量的方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、安装检测装置并装填试样(3)；
将检测装置按照如权利要求1所述的结构装配后，揭去保温盖(32)，通过正向转动的电动机(14)的轴所带动的传动齿轮(15)依次带动传动轴(13)、丝杠(12)、螺母套(8)，使升降台(6)下降，从而使得与升降台(6)相连的竖式电热炉炉壳(9)下降，直至托举立管(24)的顶端露出炉管(29)外；在多孔隔板(4)至托举立管(24)顶部的空间填充高铝球(27)以使气流均匀，而后将装有试样(3)的试样反应器(2)紧密嵌套于托举立管(24)的顶端，并保证试样反应器(2)和托举立管(24)间不漏气；
B、试样升温；
利用反向转动的电动机(14)的轴所带动的传动齿轮(15)依次带动传动轴(13)、丝杠(12)、螺母套(8)，使升降台(6)上升，从而使得与升降台(6)相连的竖式电热炉炉壳(9)上升，直至试样反应器(2)处于电热炉发热体(30)的恒温段，盖上保温盖(32)，通过配气站(21)和气体质量流量计(22)将惰性气体经进气口(19)通入托举立管(24)中；此后利用温控仪(23)、炉温测量热电偶(28)、发热体(30)，以≤10℃/min的升温速度对竖式电热炉进行升温；
C、检测过程；
当由样温测量热电偶(25)测量，并由计算机控制的信号反馈器(20)所显示的温度达到实验方案预先规定的测试温度后，恒温30分钟，然后利用还原气代替惰性气；还原过程中利用电子天平(18)和信号反馈器(20)连续测量和记录试样(3)的实时质量和失重量，在试样(3)不再失重即天平显示数值趋于稳定后，切断还原气体，再改通惰性气体；
D、结束实验；
还原检测结束后，再利用正向转动的电动机(14)的轴所带动的传动齿轮(15)依次带动传动轴(13)、丝杠(12)、螺母套(8)，将升降台(6)下降，从而使得与升降台(6)相连的竖式电热炉炉壳(9)下降，直至试样反应器(2)置于炉管(29)外，取出试样(3)，进行下组检测；
E、还原度计算；
试样还原反应前后质量差即反应过程中试样的失重量与试样中同铁元素结合的总氧量之比为试样的还原度。
3.一种利用如权利要求1所述的检测装置对铁矿原料自由还原膨胀性进行测量的方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、试样还原前体积测定；
测定试样的总体积，以备检测；
B、安装检测装置并装填试样(3)；
将检测装置按照如权利要求1所述的结构装配后，揭去保温盖(32)，通过正向转动的电动机(14)的轴所带动的传动齿轮(15)依次带动传动轴(13)、丝杠(12)、螺母套(8)，使升降台(6)下降，从而使得与升降台(6)相连的竖式电热炉炉壳(9)下降，直至托举立管(24)的顶端露出炉管(29)外；在多孔隔板(4)至托举立管(24)顶部的空间填充高铝球(27)以使气流均匀；检测的试样(3)分层置于支架(33)上，试样与试样间由格条(34)隔开，以保证试样(3)的自由还原膨胀；此后将装有试样(3)的支架(33)放入试样反应器(2)中；试样反应器(2)再紧密嵌套于托举立管(24)的顶端，并保证试样反应器(2)和托举立管(24)间不漏气；
C、试样升温；
利用反向转动的电动机(14)的轴所带动的传动齿轮(15)依次带动传动轴(13)、丝杠(12)、螺母套(8)，使升降台(6)上升，从而使得与升降台(6)相连的竖式电热炉炉壳(9)上升，直至试样反应器(2)处于电热炉发热体(30)的恒温段，盖上保温盖(32)；通过配气站(21)和气体质量流量计(22)将惰性气体由进气口(19)通入托举立管(24)中；此后利用温控仪(23)、炉温测量热电偶(28)、发热体(30)，以≤10℃/min的升温速度对竖式电热炉进行升温；
D、检测过程；
当由样温测量热电偶(25)测量，并由计算机控制的信号反馈器(20)所显示的温度达到实验方案预先规定的测试温度后，恒温30分钟，然后利用还原气代替惰性气；还原过程中利用电子天平(18)和信号反馈器(20)连续测量和记录试样(3)的实时质量和失重量，在试样(3)不再失重即天平显示数值趋于稳定后，切断还原气体，再改通惰性气体；
E、结束实验；
还原检测结束后，再利用正向转动的电动机(14)的轴所带动的传动齿轮(15)依次带动传动轴(13)、丝杠(12)、螺母套(8)，将升降台(6)下降，从而使得与升降台(6)相连的竖式电热炉炉壳(9)下降，直至试样反应器(2)置于炉管(29)外，取出试样(3)，进行下组检测。
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