CN101914644B - 高炉入炉物料碱金属熔融负载装置及其方法 - Google Patents

Abstract

高炉入炉物料碱金属熔融负载装置及其方法，属于用熔融覆层材料的镀覆，其特点是加热炉设摆动轴与炉体摆动机构连接，加热炉固定在机座的支架上；滚筒置于加热炉内，由固定在加热炉两端设的滚筒托辊和滚筒托辊支承；滚筒轴轴端与固定在炉体上的滚筒旋转机构连接；设有装料腔和气体连接管的附着器置于滚筒内，气体连接管一端与抽气机构连接，另一端与装料腔连通。其负载方法按物料制粒-配料-装料-装配、调整附着器-抽真空-加热-碱金属氧化-取样步骤进行。优点是：构思新颖，装置结构筒单、紧凑，操作方便；附着过程短，含量可控，数据准确；保持物料的原来性状，有利于对物料性能进一步研究；不产生废液，有利于环境保护。

Description

高炉入炉物料碱金属熔融负载装置及其方法

技术领域

本发明属于用熔融覆层材料的镀覆，尤其涉及高炉用原燃料颗粒上镀覆碱金属的装置及其方法。 

背景技术

随着炼铁高炉大型化和富氧喷煤强化冶炼技术的发展，对焦炭质量提出了更高的要求。实践表明入炉物料如焦炭、烧结矿带入的碱金属钾、钠，严重影响焦炭的热态性能，直接影响高炉生产。因此，国内外企业非常重视碱金属对焦炭热态性能影响的研究。其方法是：先对入炉物料负载不同含量的碱金属，然后模拟高炉冶炼温度研究碱金属对焦炭热性能影响规律。当前，入炉物料碱金属负载是采用碳酸盐溶液浸泡法，即将入炉的焦炭、烧结矿试样浸泡在不同浓度的碱金属碳酸盐溶液中，从而在焦炭或烧结矿中负载不同含量的Na₂O/K₂O，再研究Na₂O/K₂O对焦炭热态性能影响。其缺陷是：试样制备时间长，浸泡时间一般超过24小时，晾干或干燥还需要一定时间；浸泡过程中，试样吸附碱金属不易控制，含量不易准确；试样经溶液浸泡、干燥，其性状受到损害，影响实验效果；浸泡后的废液处理复杂，容易污染环境。 

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种高炉入炉物料碱金属熔融负载装置，还提供一种负载方法。利用碱金属熔点低的特性，将碱金属熔融后负载在入炉物料上，保持物料原来性状；过程筒化，缩短负载时间；碱金属含量容易准确控制。 

高炉入炉物料碱金属熔融负载装置，其特点是该装置是由加热炉及炉体摆动机构、滚筒及滚筒旋转机构、附着器、抽气机构和机座连接构成；加热炉设摆动轴和炉体摆动机构连接，加热炉固定在机座的支架上；滚筒置于加热炉内，由固定在加热炉两端的滚筒托辊和滚筒轴托辊支承，滚筒轴轴端与固定在炉体上的滚筒旋转机构连接；设有装料腔和气体连接管的附着器置于滚筒内，三通阀分别经管道与装料腔、真空泵与大气连接连通。 

所述的加热炉炉体由炉壳和炉管连接构成，炉壳与炉管之间充填耐火砖衬；炉壳中部两侧外设摆动轴与机座支架上设的轴承连接，摆动轴轴端设摆动链轮；炉壳两端分别设支承滚筒的滚筒托辊和滚筒轴托辊，加热炉两端与滚筒、滚筒轴之间充填耐火纤维；加热炉炉体内对应附着器装料腔设加热段，在加热段内耐火砖衬中缠绕电热丝、炉管设送热的豁口，测温热电偶置于豁口内，测温热电偶与温控装置电气连接；加热炉旁还设置活动托架小车，取出的附着器置于 托架小车上。 

所述的炉体摆动机构由设在摆动轴上的摆动链轮、摆动链条和摆动电机组合而成，摆动电机固定在机座上。摆动电机驱动炉体两端上下摆动，便于从滚筒内取出或装入附着器。 

所述的滚筒呈钟罩形，置于加热炉炉管内，一端开口由滚筒托辊支承，开口端设防滑螺栓孔，由螺栓卡紧附着器；另一端设滚筒轴由滚筒轴托辊支承，滚筒轴端设旋转链轮。 

所述的滚筒旋转机构由设在滚筒轴上的旋转链轮、旋转链条和旋转电机组合而成，旋转电机固定在炉壳设的电机支架上，旋转链条连接滚筒轴和旋转电机轴，旋转电机驱动滚筒旋转，带动附着器旋转，翻动物料。 

所述的附着器由外筒和内筒滑动配合组成，均为带底的套筒，内筒筒底中心设气体连接管的通孔，内筒口部设法兰，法兰上设螺栓孔；外筒口部设端盖，端盖中心设有气体连接管的通孔，端盖四周设螺栓孔与内筒法兰的螺栓孔对应；外筒端盖与内筒法兰之间设密封垫，由螺栓紧固，内筒与外筒之间还设有密封止阀，进一步密封装料腔。 

所述的抽气机构由气体连接管、压力表、三通阀、抽气软管和真空泵连接构成，真空泵固定在机座上；气体连接管一端穿进附着器的外筒端盖和内筒底部中心的通孔与装料腔相通，气体连接管另一端与三通阀连接，三通阀与抽气软管和真空泵连接，由三通阀启闭装料腔和真空泵、大气之间的气体通道。 

使用时，将物料和碱金属装入附着器的装料腔内，封闭附着器；启动炉体摆动机构使炉体左端上仰，附着器装于滚筒内后，再使炉体保持水平状态；启动真空泵，排除装料室的空气；接通加热炉电源，加热升温，启动滚筒旋转机构，碱金属熔化并镀覆在滚动的物料上；关闭加热炉电源，向附着器装料腔充入空气，碱金属氧化并以氧化物形态负载物料上；冷却后，从附着器装料腔中取出试样。 

本发明还提供一种高炉入炉物料碱金属熔融负载方法，按以下步骤进行： 

a.物料制粒将物料、碱金属破碎成粒，物料粒度10～25mm；碱金属粒度≤6mm； 

b.配料按重量比配料：碱金属K和/Na与物料之比为1～10∶100； 

c.装料与密封先将碱金属与物料混合，然后装入附着器的装料腔；装料腔外筒和内筒之间由止阀密封，内筒和外筒口部由密封垫圈密封，由螺栓紧固； 

d.装配、调整附着器先启动炉体摆动机构，使滚筒开口端上倾20～30°，然后将密封后的附着器装入滚筒内，拧紧防滑螺栓，再启动炉体摆动机构，将炉体和附着器调整至水平状态； 

e.抽真空连接好抽气软管，三通阀置于抽气开通状态；启动真空泵，对附着器装料腔进行抽真空，压力维持在-0.06～-0.09MPa之间，由压力表指示；达到规定负压后，转换三通阀，使附着器装料腔处于真空状态，关闭真空泵，取下抽气软管； 

f.加热与混匀接通加热炉电源，以5～10℃/min速率升温，温度高于碱金属熔点后恒温10～25min，碱金属熔化为液体；同时，启动滚筒旋转装置，滚筒带动附着器以3～10rpm速度旋转，将熔融的碱金属均匀地附着在物料上； 

h.碱金属氧化恒温结束后，关闭加热电源，打开三通阀，使气体连接管与大气连通，向装料腔内通入空气，碱金属氧化，以氧化物形态镀覆在物料上；待温度降到一定值后，停止滚筒旋转； 

i.取样检测物料冷却到环境温度后，启动炉体摆动装置，使滚筒开口端向下倾斜10～20°，松开防滑螺栓36，将附着器从滚筒内取出，并置于活动托架小车上，然后打开附着器取出试样，然后检验物料中碱金属氧化物含量。 

以上碱金属负载过程仅用2～3h。 

本发明利用碱性金属钾K和钠Na低熔点的特点，将碱金属熔融负载在物料上。与现有技术相比，优点是：构思新颖，装置结构筒单、紧凑，操作方便；附着过程短，节省时间，碱金属含量可控，数据准确可靠；不损害物料的原来性状，有利于对试样进一步分析研究；负载过程不产生废液，有利于环境保护；本发明还为附着其它低熔点金属提供负载装置及方法。 

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。 

图1是高炉入炉物料碱金属熔融负载装置结构示意图。 

图2为图1之A向视图。 

图3是图1之加热炉、附着器剖视图。 

图4是焦炭中负载的K₂O含量与金属K配入比例的关系图。 

具体实施方式

由图1、图2、图3可以看出，高炉入炉物料碱金属熔融负载装置，是由加热炉4及炉体摆动机构、滚筒3及滚筒旋转机构、附着器2、抽气机构、机座5、活动托架小车37构成。加热炉摆动轴7和炉体摆动机构连接，加热炉4固定在机座5设的支架6上，摆动电机10固定在机座5上。滚筒3置于加热炉4内，由设在加热炉4两端的滚筒托辊18、滚筒轴托辊12支承。滚筒轴11轴端与固定在炉体上的滚筒旋转机构连接，旋转电机14固定在炉体设的电机支架15上。附着器2设有装料腔29和气体连接管1，附着器2置于滚筒3内，由防滑螺栓36固定。气体连接管1一端与抽气机构连接连通，气体连接管1另一端穿进附 着器与装料腔连通。 

由图1、图2、图3可以看出，加热炉4由炉壳21和炉管23连接构成，炉壳21与炉管23之间充填耐火砖衬22。炉壳21中部两侧外设摆动轴7与机座的支架6上设的轴承8连接，摆动轴7轴端设摆动链轮，与摆动链条9、摆动电机10连接，摆动电机10固定在机座5上。炉壳两端设滚筒托辊18和滚筒轴托辊12，支撑滚筒3。加热炉炉体内对应装料腔29的耐火砖衬22中缠绕电热丝25、加热炉管设送热豁口24，向装料腔送热加温，加热炉两端与滚筒3、滚筒轴11之间充填耐火纤维31保温。测温热电偶26置于豁口24内，热电偶26与温控装置(图中未标)电气连接，以控制加热炉内温度。 

由图3可以看出，滚筒3呈钟罩形，滚筒3一端开口，开口端设防滑螺栓36孔，另一端设滚筒轴11，滚筒置于加热炉炉管23内，滚筒3开口端由滚筒托辊18支承，滚筒轴11由滚筒轴托辊12支承。滚筒轴11轴端设旋转链轮，与旋转链条13、旋转电机14连接，旋转电机14固定在炉壳22设的电机支架6上。 

由图1、图3可以看出，附着器2由外筒27和内筒28滑动配合。外筒27底部封闭，内设密封止阀30，外筒27口部设端盖33，端盖中心设有气体连接管1的通孔，端盖四周设螺栓35孔；内筒28底部中心设气体连接管1的通孔，口部设法兰32，法兰上均匀设螺栓35孔，端盖上的螺栓35孔与法兰上的螺栓35孔对应，在端盖与法兰之间设密封垫，组装时由螺栓35紧固；内筒28组装到位后，密封止阀30进一步密封装料腔29；附着器2和滚筒3之间由防滑螺栓36固定。 

由图1、图3可以看出，气体连接管1右端穿过外筒端盖33与装料腔29连通，左端设压力表9、三通阀20，三通阀20经抽气软管17与真空泵16连接连通，启闭三通阀20，气体连接管1和装料腔29或真空泵16或大气连通。当装料腔29经三通阀20、抽气软管17与真空泵16连通时，真空泵16对装料腔29抽真空。当三通阀20开启，空气经气体连接管1进入装料腔29，碱金属迅速氧化。 

所述的高炉入炉物料碱金属熔融负载方法，按以下步骤进行： 

a.物料制粒将焦炭、金属钾K破碎成粒，焦炭粒度10～25mm；金属钾K粒度≤6mm； 

b.配料按重量比配料，金属钾K与物料之比为1～10∶100；称取金属钾6～60g，焦炭600g； 

c.装料与密封先将焦炭与金属钾K混合，然后装入附着器2的装料腔29；外筒27和内筒28之间由止阀密封成装料腔29，内筒28、外筒27口部由密封 垫圈34密封，由螺栓35紧固； 

d.装配、调整附着器先启动炉体摆动机构，使滚筒3开口端向上倾斜20～30°，然后将密封后的附着器2装入滚筒3内，拧紧防滑螺栓36，再启动炉体摆动机构，将附着器2调整至水平状态； 

e.抽真空连接好抽气软管17，三通阀20置于抽气开通状态；启动真空泵16，对附着器2装料腔29进行抽真空，压力维持在-0.06～-0.09MPa之间，由压力表19指示；达到规定负压后，转换三通阀20，使装料腔29处于真空状态，关闭真空泵16，取下抽气软管17； 

f.加热与混匀接通加热炉电源，以5～10℃/min速率升温，温度高于金属钾点后恒温10～25min，金属钾熔化为液体；同时，启动滚筒旋转机构，滚筒3带动附着器2以3～10rpm速度旋转，将熔融的金属钾熔化为液体，均匀地附着在焦炭上； 

h.碱金属氧化恒温结束后，关闭加热电源，打开三通阀20，使气体连接管1与大气连通，向装料腔29内通入空气，金属钾氧化，以氧化物形态镀覆在焦炭上；待温度降到一定值后，停止滚筒3旋转； 

i.取样检测焦炭冷却到环境温度后，启动炉体摆动机构，使滚筒3开口端向下倾斜10～20°，松开防滑螺栓36，将附着器2从滚筒3内取出，置于活动托架小车37上，然后打开附着器2取出试样，然后检验焦炭中金属钾氧化物含量。一次负载试验用时2～3h。 

由图4可以看出纵坐标为焦炭中负载的K₂O的含量(％)，横坐标为焦炭中配入的金属钾K的比例。当焦炭中配入的金属钾K低于0.04％时，焦炭中K₂O的含量(％)几乎呈直线对应关系，而当焦炭中配入的金属钾K高于0.04％时，焦炭中K₂O的含量(％)呈饱和状态。 

Claims (7)

1.高炉入炉物料碱金属熔融负载装置，其特征在于该装置是由加热炉(4)及炉体摆动机构、滚筒(3)及滚筒旋转机构、附着器(2)、抽气机构、机座(5)连接构成；加热炉设摆动轴(7)与炉体摆动机构连接，加热炉(4)固定在机座(5)设的支架(6)上；滚筒(3)置于加热炉(4)内，由固定在加热炉两端的滚筒托辊(18)和滚筒轴托辊(12)支承，滚筒轴(11)与固定在加热炉(4)炉体上的滚筒旋转机构连接；设有装料腔(29)和气体连接管(1)的附着器(2)置于滚筒(3)内，气体连接管(1)一端与装料腔(29)相通，另一端与三通阀(20)连接，三通阀与抽气软管(17)和真空泵(16)连接，由三通阀(20)启闭装料腔(29)与真空泵(16)、大气之间的气体通道。

2.根据权利要求1所述的高炉入炉物料碱金属熔融负载装置，其特征在于所述的加热炉(4)由炉壳(21)和炉管(23)连接构成，炉壳(21)与炉管(23)之间充填耐火砖衬(22)；炉壳(21)中部两侧外设摆动轴(7)与机座支架(6)上设的轴承(8)连接，摆动轴(7)轴端设摆动链轮；炉壳(21)两端分别设支承滚筒(3)的滚筒托辊(18)和滚筒轴托辊(12)，加热炉(4)两端与滚筒、滚筒轴之间充填耐火纤维(31)；加热炉(4)炉体内对应附着器装料腔(29)设加热段，在加热段内耐火砖衬(22)中缠绕电热丝(25)、加热炉管设送热豁口(24)，测温热电偶(26)置于豁口(24)内；加热炉(4)旁还设置活动托架小车(37)。

3.根据权利要求1所述的高炉入炉物料碱金属熔融负载装置，其特征在于所述的炉体摆动机构由设在摆动轴(11)上的摆动链轮、摆动链条(9)和摆动电机(16)连接而成，摆动电机(10)固定在机座上。

4.根据权利要求1所述的高炉入炉物料碱金属熔融负载装置，其特征在于所述的滚筒(3)呈钟罩形，开口端由滚筒托辊(18)支承，开口端设防滑螺栓(36)孔，另一端设滚筒轴(11)，由滚筒轴托辊(12)支承，滚筒(3)置于所述的加热炉炉管(23)内，滚筒轴(11)轴端设旋转链轮。

5.根据权利要求1所述的高炉入炉物料碱金属熔融负载装置，其特征在于所述的滚筒旋转机构由设在滚筒轴(11)上的旋转链轮、旋转链条(13)和旋转电机(14)连接构成，旋转电机(14)固定在炉壳(22)设的电机支架(15)上。

6.根据权利要求1所述的高炉入炉物料碱金属熔融负载装置，其特征在于所述的附着器(2)由外筒(27)和内筒(28)滑动配合组成，二者均为带底的套筒；内筒筒底中心设气体连接管(1)的通孔，内筒口部设法兰(32)，法兰上设螺栓(35)孔；外筒(27)口部设端盖(33)，端盖中心设有气体连接管(1)的通孔，端盖(33)四周设螺栓(35)孔与内筒(28)法兰(32)的螺栓(35)孔对应；端盖(33)与法兰(32)之间设密封垫(34)，由螺栓(35)紧固；内筒与外筒之间还设有密封止阀(30)，进一步密封装料腔(29)。

7.高炉入炉物料碱金属熔融负载方法，其特征在于采用权利要求1-6中任意一项所述的高炉入炉物料碱金属熔融负载装置，按以下步骤进行：

a.物料制粒将物料、碱金属破碎成粒，物料粒度10～25mm；碱金属粒度≤6mm；

b.配料按重量比配料，碱金属钾K和/钠Na与物料之比为1～10∶100；

c.装料与密封先将碱金属与物料混合，然后装入附着器(2)的装料腔(29)；外筒(27)和内筒(28)之间由止阀密封成装料腔(29)，内筒(28)、外筒(27)口部由密封垫圈(34)密封，由螺栓(35)紧固；

d.装配、调整附着器先启动炉体摆动机构，使滚筒(3)开口端向上倾斜20-30°，然后将密封后的附着器(2)装入滚筒(3)内，拧紧防滑螺栓(36)再启动炉体摆动机构，将附着器(2)调整至水平状态；

e.抽真空连接好抽气软管(17)，三通阀(20)置于抽气开通状态；启动真空泵(16)，对附着器装料腔(29)进行抽真空，压力维持在-0.06～-0.09MPa之间，由压力表(19)指示；达到规定负压后，转换三通阀(20)，使装料腔(29)处于真空状态，关闭真空泵(16)，取下抽气软管(17)；

f.加热与混匀接通加热炉电源，以5～10℃/min速率升温，温度高于碱金属熔点后恒温10～25min，碱金属熔化为液体；同时，启动滚筒旋转机构，滚筒(3)带动附着器(2)以3～10rpm速度旋转，将熔融的碱金属均匀地附着在物料上；

h.碱金属氧化恒温结束后，关闭加热电源，打开三通阀(20)，使气体连接管(1)与大气连通，向装料腔(29)内通入空气，碱金属氧化，以氧化物形态镀覆在物料上；待温度降到一定值后，停止滚筒(3)旋转；

i.取样检测物料冷却到环境温度后，启动炉体摆动机构，使滚筒(3)开口端向下倾斜10-20°，松开防滑螺栓(36)，将附着器(2)从滚筒(3)内取出，置于活动托架小车(37)上，然后打开附着器(2)取出试样，然后检验物料中碱金属氧化物含量。

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