CN109900735B - 一种优化钒钛矿软熔滴落测试的气体加热装置 - Google Patents
一种优化钒钛矿软熔滴落测试的气体加热装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及钢铁冶炼技术领域，尤其涉及一种模气体加热装置。该装置包括有加热管路、加热元件、控温元件、进气管、出气管和测温元件；加热元件全覆盖在加热管路的外侧壁面上，测温元件包括有第一测温元件和第二测温元件；加热管路前后两端分别与进气管、出气管连通，所述加热管路与所述出气管的连接位置处还设置有阻燃器；第一测温元件温度感应端与加热管路接触；第二测温元件的温度感应端与出气管接触；控温元件与加热元件电性连接。本发明大幅提高高炉炼铁相关实验结果的准确性和可靠性，可控模拟多种还原性废气的成分及温度，满足资源化综合利用的各项基础实验需求。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶炼技术领域，尤其涉及一种优化钒钛矿软熔滴落测试的气体加热装置。
背景技术
以煤作为主要能源的钢铁企业生产过程中所产生的生产总能约有70％会转为二次能源，仍有约30％的二次能源未得到充分回收利用。目前，我们产品显热回收率为50.4％，烟气显热回收率在14.92％，冷却水显热回收率在1.9％，炉渣显热回收率在1.59％，钢铁工业余热回收率在25.8％(其中：高温余热回收率在44.4％，中温余热回收率在30.2％，低温余热回收率在1％)。
钢铁企业生产过程中产生副产煤气在多数企业中的约占企业总能耗的比例达30％，甚至有的企业高达40％以上。炼钢副产煤气的成分CO浓度和热值均较高，但放散率也较高，其物理热及化学潜热所带来的价值每年损失重大，有必要对放散炉气的价值进行重新资源化利用。对于目前的铁矿石软熔滴落特性测试，一般使用的还原气氛组成均是CO(30％)和N2(70％)的混合气氛，温度为常温或900℃作用的温度，与实际的高炉还原气氛组成(CO+CO2+N2)及鼓风风口温度为1100℃还有较大的差距，对于钒钛矿的高炉软熔滴落的实际生产的情况的重现性以及实验结果的可靠性和准确性有很大的影响。
此外，钢铁企业生产过程中产生大量的副产放散煤气(温度1600℃，成分结构为CO+CO2+N2)，其物理热及化学潜热所带来的价值每年损失重大，有必要对放散炉气的价值进行重新资源化利用。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了提高高炉炼铁相关实验(烧结、软熔滴落特性测试、铁矿石还原等)结果的准确性和可靠性，本发明提供了一种优化钒钛矿软熔滴落测试的气体加热装置，用来提高高炉热风炉等气体喷吹温度。
(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：
本发明提供了一种优化钒钛矿软熔滴落测试的气体加热装置，该装置包括有加热管路、加热元件、控温元件、进气管、出气管和测温元件；
所述测温元件包括有第一测温元件和第二测温元件；
所述加热管路前后两端分别与进气管、出气管连通，所述加热管路与所述出气管的连接位置处还设置有阻燃器；
该加热元件管路采用刚玉管，所述刚玉管内还套设置有多个等内径刚玉管，气体从进气管进入到加热管路中，被分散到各个等内径刚玉管内，所述加热管路的使用温度为1200-1800℃；
多个所述加热元件覆盖在加热管路的外侧壁面上，相邻加热元件之间存在间隙；
所述第一测温元件的温度感应端与加热管路接触；
所述第二测温元件的温度感应端与出气管接触；
所述控温元件与加热管路元件电性连接，控制加热元件对加热管路加热。
根据本发明，所述加热管路外设有***框架，进气管与出气管伸出***框架外，该***框架采用不锈钢钣金材料，结构尺寸为0.3～0.5m3。
根据本发明，所述加热管路放置在***框架中心位置。
根据本发明，所述进气管及出气管均采用口径为6mm的宝塔型管接头。
根据本发明，所述加热元件为硅钼棒，所述加热元件的加热温度为1600-1700℃。
根据本发明，所述第一测温元件为B型铠装铂铑热电偶，测温范围在1300～1800℃。
根据本发明，所述加热管路及出气管外壁均设有保温元件，所述保温元件对进入加热管路及出气管中的气体进行保温，所述保温元件包括氧化铝、氧化镁及碳化硅耐火砖。
根据本发明，在加热管路外壁与所述***框架之间填充有密封材料，所述密封材料为高温陶瓷胶，借助所述密封材料使加热管路固定在***框架内，且防止加热管路内的气体泄漏。
根据本发明，该装置采用低压配电，实验室电源AC380V，不低于8KW。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
本发明的本发明的方法具有以下优点：
1)设备简单易操作，易搬运和检修；
2)安全性高，相关材料和电气满足高温强度与安全；
3)加热速率快，气体加热温度与预设温度同步率高，控温精度高；
4)可加热混合气，尤其是带有CO的混合气，密封性好，更接近实际实验情况。
附图说明
图1为本发明中的优化钒钛矿软熔滴落测试的气体加热装置结构示意图；
图2为本发明的钒钛矿软熔滴落性能测试实验示意图；
图3为本发明的加热管路结构示意图。
【附图标记说明】
11：第一测温元件；12：第二测温元件；2：进气管；3：控温元件；4：加热元件；5：加热管路；6：阻燃器；7：密封材料；8：保温元件；9：出气管；01：***框架。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
本发明提供了一种模拟炼钢废气的优化钒钛矿软熔滴落测试的气体加热装置，如图1所示，该加热装置设有***框架01，该***框架01的外壳整体采用不锈钢钣金材料，主要作用为对整个加热装置进行整体一体化布局设计，对装置中各个元件进行支撑及操控，本实施例中，该***框架01的尺寸根据实验室气流量需求设计为0.3～0.5m3。
整个加热装置低压配电，实验室电源AC380V，不低于8KW，在装置内包括有电源控制，报警及保护元件和控温元件3，控温元件3采用的是可编程多段升温的可控硅，可控硅的优点很多，例如：以小功率控制大功率，功率放大倍数高达几十万倍；反应极快，在微秒级内开通、关断；无触点运行，无火花、无噪音；效率高，成本低等。
加热管路5放置在整个***框架01的中心位置，该加热管路5的前后端均连接有金属连接件，分别为进气管2和出气管9，进气管2与出气管8均伸出***框架01外，其中，所述金属连接件均采用口径为6mm的耐高温宝塔型管接头，该加热管路5采用的是刚玉管，在该刚玉管中还设有多个等内径刚玉管，具体结构如图3所示，气体从进气管2进入到加热管路5中后被分散到各个等内径刚玉管内，可有效提高气体温度，产品使用温度1200-1800℃，具有密度大、热震性好、耐酸碱、耐冲刷、使用寿命长等特点，出气接口9与加热管路5的连接位置处还设有阻燃器6，气体在加热管路5中被加热后经管道收缩出气时可能会发生热膨胀，且气体流速加快可能造成管道压力骤增，进而对管道造成破坏，阻燃器6的设置则可以保护出气管9。
加热管道5外壁面覆盖放置有加热元件4，该加热元件4用于对加热管道5进行加热，本实施例中该加热元件4为硅钼棒，硅钼棒是一种以二硅化钼为基础制成的耐高温、抗氧化的电阻发热元件，在高温氧化气氛下使用时，其表面会生成一层光亮致密的石英玻璃膜，保护硅钼棒内层不再氧化。
在氧化气氛下，硅钼棒最高使用温度为1800℃，硅钼棒的电阻随着温度升高而迅速增加，当温度不变时电阻值稳定。
控温元件3与硅钼棒相连，控制硅钼棒加热，硅钼棒再对加热管路5加热，
该加热装置中还设有多个测温元件，第一测温元件11相对加热管道5垂直放置，且与加热管道5接触，对加热管道5进行温度测量，该第一测温元件为B型铠装铂铑热电偶，测温范围在1300～1800℃；第二测温元件12与出气口9接触，对出气口9进行温度测量。
热电偶作为是温度测量仪表中常用的测温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表转换成被测介质的温度。
该加热装置的***框架01内部设有保温元件8，保温元件8主要用于对进入加热管路5及出气管9中的气体进行保温，本实施例中采用氧化铝、氧化镁及碳化硅耐火砖作为主要保温材料，耐火砖主要采用高铝纤维浇注在加热棒5外、出气管道外和测温元件1外缘，本加热装置中，在加热管路5外壁与所述***框架01之间填充有密封材料7，所述密封材料7为高温陶瓷胶，借助所述密封材料7使加热管路5固定在***框架内，且防止加热管路5内的气体泄漏。整个优化钒钛矿软熔滴落测试的气体加热装置可满足将2L/min～18L/min流量的气体可控加热到1500℃～1600℃，控制精度在±5℃以内。
如图2所示，具体优化钒钛矿软熔滴落试验装置的试验步骤如下：
S1、原料准备：准备500g高铬全钒钛球团矿，100g优质冶金焦炭，高纯气体CO，CO2及N2；
S2、装填原料：以50g焦炭+500g球团矿+50g焦炭的层状加料方式将原料加入至软熔滴落测试装置的石墨坩埚中，再将荷重和压杆压头落下将料层压实固定；
S3、设置升温制度：通过控制柜将转炉放散炉气的成分设定为所需比例，通过可编程多段升温的可控硅控温仪表设置气体加热装置加热至900℃～1100℃，通过控制柜设置熔滴实验炉以10℃/min的升温速率先升温至900℃，再以15℃/min的升温速率先升温至1100℃，再以5℃/min的升温速率先升温至1580℃，并保温30min；
S4、还原反应：当反应炉达到500℃时，质量流量计开启，还原气经过加热后通入到炉内开始反应，气体流量以固定5L/min的速率持续通入直至反应结束，切换至纯N2保护气使炉体降温；
S5、产物及数据分析：根据计算机绘制的熔滴性能曲线及保存的数据，可以得到球团矿的软化开始温度，熔化温度，滴落温度，软化区间，最大压差等数据，以此判断冶金性能的优劣。
下面结合具体的实施方式对本发明的内容进一步说明和补充。
本实施例中所述钒钛磁铁矿为高铬型钒钛磁铁矿，其TFe含量按质量百分比为50％～55％，FeO含量为23％～27％，TiO2含量为10％～12％，Cr2O3含量为0.7％～1.0％，V2O5含量在0.8％～1.2％，MgO含量在2.5％～4％，CaO含量在0.8％～1.0％，SiO2含量在4％～5％。
实施例1
1、原料准备：准备500g高铬全钒钛球团矿，100g优质冶金焦炭，模拟转炉放散炉气(CO 30％，CO2 20％，N2 50％)；
2、装填原料：先于石墨坩埚底层放置50g焦炭，再加入500g全钒钛球团矿，再加入50g焦炭，将装填好原料的石墨坩埚固定在熔滴实验炉内；
3、设置升温制度：将转炉放散炉气经过气体加热装置加热至900℃～1100℃，将熔滴实验炉以10℃/min的升温速率先升温至900℃，再以15℃/min的升温速率先升温至1100℃，再以5℃/min的升温速率先升温至1580℃，并保温30min；
4、还原反应：当反应炉达到500℃时，质量流量计开启，还原气通入到炉内开始反应，气体流量以固定5L/min的速率持续通入直至反应结束，切换至纯N2保护气使炉体降温；
5、产物及数据分析：根据计算机绘制的熔滴性能曲线及保存的数据，可以得到球团矿的软化开始温度平均为1130℃，熔化温度平均为1280℃，滴落温度平均为1490℃，软化区间平均为140℃，软熔温度高，软熔区间窄，有较优的冶金性能。
实施例2
1、原料准备：准备500g高铬全钒钛球团矿，100g优质冶金焦炭，模拟转炉放散炉气(CO 30％，CO2 25％，N2 45％)；
2、装填原料：先于石墨坩埚底层放置50g焦炭，再加入500g全钒钛球团矿，再加入50g焦炭，将装填好原料的石墨坩埚固定在熔滴实验炉内；
3、设置升温制度：将转炉放散炉气经过气体加热装置加热至900℃～1100℃，将熔滴实验炉以10℃/min的升温速率先升温至900℃，再以15℃/min的升温速率先升温至1100℃，再以5℃/min的升温速率先升温至1580℃，并保温30min；
4、还原反应：当反应炉达到500℃时，质量流量计开启，还原气通入到炉内开始反应，气体流量以固定5L/min的速率持续通入直至反应结束，切换至纯N2保护气使炉体降温；
5、产物及数据分析：根据计算机绘制的熔滴性能曲线及保存的数据，可以得到球团矿的软化开始温度平均为1128℃，熔化温度平均为1268℃，滴落温度平均为1470℃，软化区间平均为130℃，软熔温度高，软熔区间窄，有较优的冶金性能。
实施例3
1、原料准备：准备500g高铬全钒钛球团矿，100g优质冶金焦炭，模拟转炉放散炉气(CO 30％，CO2 30％，N2 40％)；
2、装填原料：先于石墨坩埚底层放置50g焦炭，再加入500g全钒钛球团矿，再加入50g焦炭，将装填好原料的石墨坩埚固定在熔滴实验炉内；
3、设置升温制度：将转炉放散炉气经过气体加热装置加热至900℃～1100℃，将熔滴实验炉以10℃/min的升温速率先升温至900℃，再以15℃/min的升温速率先升温至1100℃，再以5℃/min的升温速率先升温至1580℃，并保温30min；
4、还原反应：当反应炉达到500℃时，质量流量计开启，还原气通入到炉内开始反应，气体流量以固定5L/min的速率持续通入直至反应结束，切换至纯N2保护气使炉体降温；
5、产物及数据分析：根据计算机绘制的熔滴性能曲线及保存的数据，可以得到球团矿的软化开始温度平均为1137℃，熔化温度平均为1300℃，滴落温度平均为1510℃，软化区间平均为160℃，软熔温度高，软熔区间窄，有较优的冶金性能。
对比例1
1、原料准备：准备500g高铬全钒钛球团矿，100g优质冶金焦炭，标准还原气氛(CO30％，N2 70％)；
2、装填原料：先于石墨坩埚底层放置50g焦炭，再加入500g全钒钛球团矿，再加入50g焦炭，将装填好原料的石墨坩埚固定在熔滴实验炉内；
3、设置升温制度：将熔滴实验炉以10℃/min的升温速率升温至900℃，再以15℃/min的升温速率先升温至1100℃，再以5℃/min的升温速率先升温至1580℃，并保温30min；
4、还原反应：当反应炉达到500℃时，质量流量计开启，还原气通入到炉内开始反应，气体流量以固定5L/min的速率持续通入直至反应结束，切换至纯N2保护气使炉体降温；
5、产物及数据分析：根据计算机绘制的熔滴性能曲线及保存的数据，可以得到球团矿的软化开始温度平均为1130℃，熔化温度平均为1270℃，滴落温度平均为1540℃，软化区间平均为200℃，软熔温度高，软熔区间较宽，冶金性能较差。
本发明中的优化钒钛矿软熔滴落测试的加热装置结构简单易操作，且易搬运及检修，安全性高，相关材料和电气满足高温强度与安全，同时，气体加热速率快，气体加热温度与预设温度同步率高，控温精度高。
本气体加热装置可加热混合气，尤其是带有CO的混合气，密封性好，更接近实际实验情况，大幅度提高高炉炼铁相关实验(如烧结、软熔滴落特性测试、铁矿石还原等)结果的准确性和可靠性，可控的模拟高炉煤气、焦炉煤气及转炉煤气等多种还原性废气的成分及温度，满足资源化综合利用的各项基础实验需求。
需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种优化钒钛矿软熔滴落测试的气体加热装置，其特征在于：
该装置包括有加热管路(5)、加热元件(4)、控温元件(3)、进气管(2)、出气管(9)和测温元件；
所述测温元件包括有第一测温元件(11)和第二测温元件(12)；
所述加热管路(5)前后两端分别与进气管(2)、出气管(9)连通，所述加热管路(5)与所述出气管(9)的连接位置处还设置有阻燃器(6)；
所述加热管路(5)采用刚玉管，所述刚玉管内还套设有多个等内径刚玉管，气体从进气管(2)进入到加热管路(5)中，被分散到各个等内径刚玉管内，所述加热管路(5)的工作温度为1200-1800℃；
多个所述加热元件(4)覆盖在加热管路(5)的外侧壁面上，相邻加热元件(4)之间存在间隙；
所述第一测温元件(11)的温度感应端与加热管路(5)接触；
所述第二测温元件(12)的温度感应端与出气管(9)接触；
所述控温元件(3)与加热元件(4)电性连接，控制加热元件(4)对加热管路(5)加热。
2.根据权利要求1所述的气体加热装置，其特征在于：
所述加热管路(5)外设有***框架(01)，进气管(2)与出气管(9)伸出***框架(01)外，该***框架(01)采用不锈钢钣金材料，结构尺寸为0.3～0.5m3。
3.根据权利要求2所述的气体加热装置，其特征在于：
所述加热管路(5)放置在***框架(01)中心位置。
4.根据权利要求3所述的气体加热装置，其特征在于：
所述进气管(2)及出气管(9)均采用口径为6mm的耐高温宝塔型管接头。
5.根据权利要求4所述的气体加热装置，其特征在于：
所述加热元件(4)为硅钼棒，所述加热元件(4)的加热温度为1600-1700℃。
6.根据权利要求5所述的气体加热装置，其特征在于：
所述第一测温元件(11)为B型铠装铂铑热电偶，测温范围在1300～1800℃。
7.根据权利要求6所述的气体加热装置，其特征在于：所述加热管路(5)及出气管(9)外壁均设有保温元件(8)，所述保温元件(8)对进入加热管路(5)及出气管(9)中的气体进行保温，所述保温元件(8)包括氧化铝、氧化镁及碳化硅耐火砖。
8.根据权利要求7所述的气体加热装置，其特征在于：
在加热管路(5)外壁与所述***框架(01)之间填充有密封材料(7)，所述密封材料(7)为高温陶瓷胶，借助所述密封材料(7)使加热管路(5)固定在***框架内，且防止加热管路(5)内的气体泄漏。
9.根据权利要求1所述的气体加热装置，其特征在于：
该装置采用低压配电，实验室电源AC380V，不低于8KW。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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