CN103045787A - 一种观察铁矿粉颗粒表面铁晶须生长过程的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种观察铁矿粉颗粒表面铁晶须生长过程的方法和装置，先将散状铁矿粉颗粒置于电加热片上，铁矿粉颗粒间互不接触，再将电加热片送入带透明视窗的腔体内并密闭；然后，向腔体内通入N2或Ar吹扫，同时对电加热片通电升温；当温度升高到设定温度后保温，向腔体内通入具有还原作用的气体H2或CO，同时利用成像系统实时观察并自动记录铁矿粉颗粒表面特征的演变、表面新生产物的形成和生长过程。本发明可以直接观察分析铁矿粉表面铁晶须的形成、生长、粘接作用过程，可为研究和预防铁矿粉在流化预还原过程中的粘连、团聚失流机理提供技术支撑。

Description

一种观察铁矿粉颗粒表面铁晶须生长过程的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种可直接观察铁矿粉颗粒在还原气氛中的加热、表面新生产物的形成和生长过程的方法和装置，本方法和装置专门针对采用气体还原的铁矿粉颗粒表面特征演变过程的在线观察而设计。
 
背景技术
流态化技术应用于冶金过程的最大优势就是可直接利用粉矿，还原气体与铁矿粉颗粒间的接触条件好，可有效强化颗粒与气体间的传热、传质和还原过程，还原动力学条件明显优于填充式竖炉，被认为是最具吸引力的非高炉炼铁工艺，受到国内外的高度重视。该技术的特点是铁矿粉处于流化状态下被预还原，然而，铁矿粉在流化预还原过程中往往会相互粘连、团聚，甚至粘结失流，成为限制该工艺技术推广应用最关键的瓶颈问题。
目前，导致颗粒间粘结、聚团、失稳问题最盛行的解释是有新生铁晶须的形成，且从预防的角度考虑，采取加入添加剂、低温预还原等一些物理化学的措施抑制铁晶须生成。纵观现有的研究方法和措施，几乎都是通过分析研究铁矿粉失流后的总体效应或粘连结块后的现象来阐述铁矿粉流态化还原过程中产生或拟制粘结失流问题的。如通过以石英管为反应器的流化装置观察铁精粉流态化还原过程，研究失流后引起的料层膨胀程度；通过SEM 扫描分析研究铁矿粉颗粒相互粘结微观结构和形貌特征；专利201110214272.8和200910144424.4分别提出通过向铁矿粉表面喷洒或浸渍MgNO3溶液进行预处理和采用焦炭粉或石灰石粉或白云石粉等添加剂改善铁矿粉流化效果，抑制失流的方法，等等。这些方法和措施均不能揭示散状铁矿粉颗粒间的相互粘连、聚团结块等与颗粒自身在还原过程中表面性质的变化和表面新生金属铁晶粒间相互作用密切相关的现象和过程。
 
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种方法，可以直接观察分析铁矿粉表面铁晶须的形成、生长、粘接作用过程。
本发明还同时提供了一种观察铁矿粉颗粒表面铁晶须生长过程的装置。
本发明实现上述目的的技术解决方案如下：
一种观察铁矿粉颗粒表面铁晶须生长过程的方法，首先，将散状铁矿粉颗粒置于表面平整的电加热片上，铁矿粉颗粒间互不接触，再将装有铁矿粉颗粒的电加热片送入带透明视窗的腔体内并密闭，腔体具有进气口和排气口；然后，通过进气口向腔体内通入N2或Ar吹扫以排尽腔体内的空气，同时对电加热片通电升温；当电加热片温度升高到设定温度后保温，此时通过进气口向腔体内通入具有还原作用的气体H2或CO，同时利用成像系统通过透明视窗实时观察并自动记录铁矿粉颗粒表面特征的演变、表面新生产物的形成和生长过程。
一种观察铁矿粉颗粒表面铁晶须生长过程的装置，它包括封闭的带透明视窗的腔体，腔体内通过隔板分隔为上下两腔室，上部腔室设有进气口，下部腔室设有排气口；在隔板上设有作为承载铁矿粉颗粒平台的电加热片，电加热片和所在的隔板上分别设有若干气孔以将上下两腔室连通；所述电加热片安装在可移动的电源夹紧支架上并通过电缆线与温度控制系统连接；在电加热片底部设有与电加热片底部接触的测温热电偶；在腔体外设有成像系统，成像系统正对透明视窗以记录电加热片上铁矿粉颗粒的变化。
所述电加热片为钼片且为底部平整的舟状，测温热电偶置于底面正下方并与钼舟底部紧密接触，气孔设于钼舟底部。
另一种观察铁矿粉颗粒表面铁晶须生长过程的装置，它包括封闭的带透明视窗的腔体，腔体上部设有进气口，下部设有排气口；腔体内中部设有电加热体，电加热体由热偶丝和石英玻璃套构成，热偶丝兼作发热元件和测温元件；热偶丝头部呈U字型，石英玻璃套嵌套在热偶丝的U型头部上，石英玻璃套采用厚度小于0.5mm的透明石英玻璃制成，所述石英玻璃套的上表面平整作为承载铁矿粉颗粒的平台；所述热偶丝安装在可移动的电源夹紧支架上并通过电缆线与温度控制系统连接；在腔体外设有成像系统，成像系统正对透明视窗以记录电加热片上铁矿粉颗粒的变化。
通过本发明所述的方法或装置，可以直接观察分析铁矿粉表面铁晶须的形成、生长、粘接作用过程，可为研究和预防铁矿粉在流化预还原过程中的粘连、团聚失流机理提供技术支撑。本发明被加热铁矿粉可以是单颗粒或离散多颗粒。
 
附图说明
图1-本发明实施例一结构示意图。
图2-图1的剖视图。
图3-本发明实施例二结构示意图。
 
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明观察铁矿粉颗粒表面铁晶须生长过程的方法为：首先，将散状铁矿粉颗粒置于表面平整的电加热片上，铁矿粉颗粒间互不接触，再将装有铁矿粉颗粒的电加热片送入带透明视窗的腔体内并密闭，腔体具有进气口和排气口；然后，通过进气口向腔体内通入N2或Ar吹扫以排尽腔体内的空气，同时对电加热片通电升温；当电加热片温度升高到设定温度后保温，此时进行气体切换，通过进气口向腔体内通入具有还原作用的气体H2或CO，同时利用成像系统通过透明视窗实时观察并自动记录铁矿粉颗粒表面特征的演变、表面新生产物的形成和生长过程。
本发明观察铁矿粉颗粒表面铁晶须生长过程的装置主要有两种结构，分别介绍如下：
    第一种装置结构见图1和图2：该装置以多孔钼片作为电热体和承载铁矿粉的平台。从图1和图2可以看出，本装置包括封闭的带透明视窗的腔体1，腔体内通过隔板分隔为上下两腔室，上部腔室设有进气口4，进气口4设有可进行气体调节转换的调节转换开关，下部腔室设有排气口5；在隔板上设有作为承载铁矿粉颗粒平台的电加热片2，电加热片和所在的隔板上分别设有若干气孔以将上下两腔室连通。所述电加热片2安装在可移动的电源夹紧支架6上并通过电缆线7与温度控制系统连接。在电加热片2底部设有与电加热片底部接触的测温热电偶3；在腔体外设有成像系统，成像系统正对透明视窗以记录电加热片上铁矿粉颗粒的变化。所述电加热片为钼片且为底部平整的舟状，测温热电偶置于底面正下方并与钼舟底部紧密接触，气孔设于钼舟底部。
开始进行观察前，首先将200～100目的铁矿粉颗粒直接放置于带孔电加热片2（钼片）的中心区域，即测温热电偶3热点所在区域且颗粒间相对独立互不接触；然后，送入气氛可控的腔体1中密封，检测气密性后调节成像系统和温度控制系统，使矿粉颗粒成像清晰，便于实时观察和摄取图像。通入N2或Ar吹扫排出腔体内残留的空气，通电升温到设定的实验温度后保温，再将通入腔体内的气体切换为H2或CO等具有还原作用的气体，并通过成像系统实时观察并自动记录铁矿粉颗粒表面特征的演变、表面新生产物的形成和生长过程。
第二种装置结构见图3：用热偶丝作发热体，透明石英玻璃片作承载铁矿粉的平台，置于带透明视窗的腔体1中部，腔体1的上部腔室设有进气口4，进气口4设有可进行气体调节转换的调节转换开关，腔体1的下部腔室设有排气口5；电加热体由热偶丝8和石英玻璃套9构成，热偶丝8兼作发热元件和测温元件；热偶丝8头部呈U字型，石英玻璃套9嵌套在热偶丝的U型头部上，石英玻璃套9采用厚度小于0.5mm的透明石英玻璃制成，所述石英玻璃套9的上表面平整作为承载铁矿粉颗粒的平台；石英玻璃套和所在的隔板上分别设有若干气孔以将上下两腔室连通；所述热偶丝安装在可移动的电源夹紧支架上并通过电缆线与温度控制系统连接；在腔体外设有成像系统，成像系统正对透明视窗以记录电加热片上铁矿粉颗粒的变化。
开始进行实验前，首先将200～100目的铁矿粉颗粒直接放置于石英玻璃套9表面中心区域且相对独立互不接触；然后，送入气氛可控的腔体1中密封，检测气密性后调节成像系统和温度控制系统，使矿粉颗粒成像清晰，便于实时观察和摄取图像。通入N2或Ar吹扫排出腔体内残留的空气，再通电升温到设定的实验温度后保温，再将通入腔体内的气体切换为H2或CO等具有还原作用的气体，并通过成像系统实时观察并自动记录铁矿粉颗粒表面特征的演变、表面新生产物的形成和生长过程。
本发明专门针对采用气体还原的铁矿粉颗粒表面特征演变过程的在线观察而设计，同时这种加热方法和装置也可以推广适用于其他类似表面新生产物的形成和生长过程的加热。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种观察铁矿粉颗粒表面铁晶须生长过程的方法，其特征在于：首先，将散状铁矿粉颗粒置于表面平整的电加热片上，铁矿粉颗粒间互不接触，再将装有铁矿粉颗粒的电加热片送入带透明视窗的腔体内并密闭，腔体具有进气口和排气口；然后，通过进气口向腔体内通入N2或Ar吹扫以排尽腔体内的空气，同时对电加热片通电升温；当电加热片温度升高到设定温度后保温，此时通过进气口向腔体内通入具有还原作用的气体H2或CO，同时利用成像系统通过透明视窗实时观察并自动记录铁矿粉颗粒表面特征的演变、表面新生产物的形成和生长过程。
2.一种观察铁矿粉颗粒表面铁晶须生长过程的装置，其特征在于：它包括封闭的带透明视窗的腔体（1），腔体内通过隔板分隔为上下两腔室，上部腔室设有进气口（4），下部腔室设有排气口（5）；在隔板上设有作为承载铁矿粉颗粒平台的电加热片（2），电加热片和所在的隔板上分别设有若干气孔以将上下两腔室连通；所述电加热片（2）安装在可移动的电源夹紧支架（6）上并通过电缆线（7）与温度控制系统连接；在电加热片（2）底部设有与电加热片底部接触的测温热电偶（3）；在腔体外设有成像系统，成像系统正对透明视窗以记录电加热片上铁矿粉颗粒的变化。
3.根据权利要求2所述的观察铁矿粉颗粒表面铁晶须生长过程的装置，其特征在于：所述电加热片（2）为钼片且为底部平整的舟状，测温热电偶（3）置于底面正下方并与钼舟底部紧密接触，气孔设于钼舟底部。
4.一种观察铁矿粉颗粒表面铁晶须生长过程的装置，其特征在于：它包括封闭的带透明视窗的腔体（1），腔体上部设有进气口，下部设有排气口；腔体内中部设有电加热体，电加热体由热偶丝（8）和石英玻璃套（9）构成，热偶丝（8）兼作发热元件和测温元件；热偶丝头部呈U字型，石英玻璃套（9）嵌套在热偶丝的U型头部上，石英玻璃套采用厚度小于0.5mm的透明石英玻璃制成，所述石英玻璃套的上表面平整作为承载铁矿粉颗粒的平台；所述热偶丝（8）安装在可移动的电源夹紧支架（6）上并通过电缆线（7）与温度控制系统连接；在腔体外设有成像系统，成像系统正对透明视窗以记录电加热片上铁矿粉颗粒的变化。
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