CN103882166B

CN103882166B - 碱蒸气发生速率调控装置

Info

Publication number: CN103882166B
Application number: CN201410133758.2A
Authority: CN
Inventors: 徐荣广; 李东涛; 刘洋; 郭德英; 张小明; 晁伟; 薛立民; 马超
Original assignee: Shougang Corp
Current assignee: Shougang Group Co Ltd
Priority date: 2014-04-03
Filing date: 2014-04-03
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2034-04-03
Also published as: CN103882166A

Abstract

本发明涉及一种碱蒸气发生速率调控装置，包括：碱金属容器、加热单元、称重单元、隔热单元及控制单元；加热单元设置在碱金属容器外侧。隔热单元为上、下端开有孔的半封闭结构，碱金属容器及加热单元均设置在隔热单元的内部。称重单元设置在碱金属容器下方，称重单元顶端穿过隔热单元下端的孔与碱金属容器的底部外壁接触。控制单元分别与加热单元及称重单元连接，控制单元采集称重单元获取的碱金属质量数据，并计算出碱蒸气实时发生速率；控制单元调节加热单元的温度以调节碱蒸气的实时发生速率与需要的碱蒸气目标发生速率一致。本发明提供的碱蒸气发生速率调控装置，能够准确、方便的设定碱蒸气的发生速率。

Description

碱蒸气发生速率调控装置

技术领域

本发明涉及高炉冶炼技术领域，特别涉及一种碱蒸气发生速率调控装置。

背景技术

焦炭是高炉生产中必不可少的原料，其在高炉炼铁过程主要起着热源、还原剂、支撑骨架等作用。随着现代高炉风口喷吹煤粉技术强化并普及后，焦炭负荷得到提高，其作为高炉料柱的支撑骨架作用却愈发突出。然而，随着高炉的相关技术的进步，焦比下降以及高炉采用精料后渣量减少，由此减少了渣中碱金属的排出量，加剧了高炉内碱金属的富集，使得高炉内焦炭中碱金属的含量有十几倍甚至几十倍的增长，在高炉内循环富集的碱金属对焦炭的破坏已引起重视。为此有人设计了高温下碱金属蒸气在焦炭上的吸附实验和碱蒸气存在时的气化反应实验，并根据高炉碱负荷和焦比确定实验时气固体系中碱金属蒸气与焦炭的质量比例，将盛有碱金属的小刚玉坩埚放在反应管底部，利用刚玉支管垫起一定高度后，在透气垫圈上再放置实验焦炭，反应终了时碱金属已完全挥发或反应生成碱金属蒸气，以无剩余为准。这种产生碱蒸气的方式，不能保证稳定的碱蒸气发生速率，也难以调控，故难以实现对碱金属影响的定量研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够准确、方便的设定碱蒸气发生速率的碱蒸气发生速率调控装置。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种碱蒸气发生速率调控装置，包括：碱金属容器、加热单元、称重单元、隔热单元及控制单元；所述加热单元设置在所述碱金属容器外侧，用于加热所述碱金属容器内的碱金属；所述隔热单元为上、下端开有孔的半封闭结构且上端可拆卸，拆卸后方便碱金属容器取出或放入，所述碱金属容器及所述加热单元均设置在所述隔热单元的内部；所述称重单元设置在所述碱金属容器下方，所述称重单元顶端穿过所述隔热单元下端的孔与所述碱金属容器的底部外壁接触，用于称量所述碱金属容器内的碱金属；所述控制单元分别与所述加热单元及所述称重单元连接，所述控制单元采集所述称重单元获取的碱金属质量数据，并计算出碱蒸气实时发生速率；所述控制单元还用于调节所述加热单元的温度以调节碱蒸气的实时发生速率，使碱蒸气的实时发生速率与需要的碱蒸气目标发生速率一致。

进一步地，还包括：托盘；所述托盘与所述称重单元的顶端连接，所述碱金属容器放置在所述托盘上。

进一步地，所述碱金属容器包括：坩埚及坩埚上盖；所述坩埚上盖的下端为与所述坩埚相配合的螺纹结构，所述坩埚上盖的上端为导通碱蒸气的导管结构；所述坩埚放置在所述托盘上，所述坩埚上盖的下端密闭地与所述坩埚螺接在一起，所述坩埚上盖的上端穿过所述隔热单元上端的孔。

进一步地，还包括：惰性气体源及导管；所述惰性气体源通过所述导管与所述隔热单元的内部连接；所述惰性气体源通过所述导管与所述控制单元连接。

进一步地，还包括：热电偶；所述热电偶设置在所述加热单元附近，且所述热电偶与所述控制单元连接。

进一步地，所述控制单元包括：质量记录模块，用于每隔一段时间T记录一次所述碱金属容器内的碱金属质量M；处理模块，用于从所述质量记录模块中获取每隔一段时间T记录的所述碱金属容器内的碱金属质量M，并计算出该段时间T内碱金属的质量变化量ΔM，并根据公式V＝ΔM/T计算一次碱蒸气的实时发生速率V；取用不同的碱蒸气的实时发生速率V的值与碱蒸气的目标发生速率V₀的值比较，若V小于V₀，则控制所述加热单元升高碱金属的加热温度，直到V等于V₀时，保持加热温度不变；若V大于V₀，则控制所述加热单元降低碱金属的加热温度，直到V等于V₀时，保持加热温度不变；气体调控模块，用于控制所述惰性气体源向所述隔热单元内部充入惰性气体。

进一步地，还包括：显示模块，用于从所述处理模块中获取碱蒸气的实时发生速率V和从所述热电偶获取所述加热单元的实时温度T并实时显示。

本发明提供的碱蒸气发生速率调控装置，通过每隔一段时间记录碱金属的质量，并计算出该段时间内碱金属的质量变化量，进而计算出碱蒸气的实时发生速率，通过碱蒸气的实时发生速率与设定的碱蒸气目标发生速率对比，能够准确、方便的设定碱蒸气的发生速率。此外，碱蒸气发生速率调控装置结构简单、成本较低，便于在工业、科研领域广泛应用。

附图说明

图1为本发明实施例提供的碱蒸气发生速率调控装置结构示意图；

图2为本发明实施例提供的控制单元结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种碱蒸气发生速率调控方法，包括：

步骤10：设定碱蒸气的目标发生速率V₀。

步骤20：将碱金属加热逐渐转化成碱蒸气，每隔一段时间T记录所述碱金属的质量M。

步骤30：每隔一段时间T计算出该段时间T内碱金属的质量变化量ΔM，根据公式V＝ΔM/T计算一次碱蒸气的实时发生速率V。

步骤40：取用碱蒸气的实时发生速率V的值与碱蒸气的目标发生速率V₀的值比较，若V小于V₀，则增加所述碱金属的加热温度，直到V等于V₀时，保持加热温度不变；若V大于V₀，则降低所述碱金属的加热温度，直到V等于V₀时，保持加热温度不变。

基于上述碱蒸气发生速率调控方法，本发明实施例还提供了一种碱蒸气发生速率调控装置，参见图1，具体包括：碱金属容器、加热单元1、称重单元5、隔热单元9、托盘4、惰性气体源10、导管7、热电偶6及控制单元11。加热单元1设置在碱金属容器外侧，用于均匀地加热碱金属容器内的碱金属(如钾、钠)；本实施例中，加热单元1采用红外加热方式。隔热单元9为上、下端开有孔的半封闭结构(即在一个封闭的隔热结构的上、下两端分别开设一个孔)，且上端可拆卸，拆卸后方便碱金属容器取出或放入，碱金属容器及加热单元1均设置在隔热单元9的内部。称重单元5(用于称量碱金属容器内的碱金属)设置在碱金属容器下方，称重单元5的顶端穿过隔热单元9下端的孔，托盘4与称重单元5的顶端连接，碱金属容器放置在托盘4上。控制单元11分别与加热单元1及称重单元5连接，控制单元11采集称重单元5获取的碱金属质量数据，并计算出碱蒸气实时发生速率；控制单元11还用于调节加热单元1的温度以调节碱蒸气的实时发生速率，使碱蒸气的实时发生速率与需要的碱蒸气目标发生速率一致。惰性气体源10通过导管7与隔热单元9的内部连接，惰性气体源10通过导管7与控制单元11连接(通过控制单元11控制惰性气体的流量大小，最小值为0)。热电偶6设置在加热单元1附近(以能够探测加热单元1的温度为准)，且热电偶6与控制单元11连接。其中，碱金属容器包括：坩埚3及坩埚上盖2；坩埚上盖2的下端为与坩埚3相配合的螺纹结构，坩埚上盖2的上端为导通碱蒸气的导管结构；坩埚3放置在托盘4上，坩埚上盖2的下端密闭地与坩埚3螺接在一起，坩埚上盖2的上端穿过隔热单元9上端的孔。本发明实施例提供的碱蒸气发生速率调控装置，参见图2，控制单元包括：质量记录模块，用于每隔一段时间T记录一次碱金属容器内的碱金属质量M；处理模块，用于从质量记录模块中获取每隔一段时间T记录的碱金属容器内的碱金属质量M，并计算出该段时间T内碱金属的质量变化量ΔM，并根据公式V＝M/T计算一次碱蒸气的实时发生速率V；并取用不同的碱蒸气的实时发生速率V的值与碱蒸气的目标发生速率V₀的值比较，若V小于V₀，则控制加热单元1升高碱金属的加热温度，直到V等于V₀时，保持当前的加热温度不变；若V大于V₀，则控制加热单元1降低碱金属的加热温度，直到V等于V₀时，保持当前的加热温度不变；气体调控模块，用于控制惰性气体源11向隔热单元2内部充入惰性气体；显示模块，用于从处理模块中获取碱蒸气的实时发生速率V和从热电偶6获取加热单元1的实时温度T并实时显示。

参见图1及图2，在使用本发明实施例提供的碱蒸气发生速率调控装置时，若要求碱金属(如钾)的发生速率为0.05g/min，则坩埚3内应先放有足量的钾金属(大于6g)。由于钾金属易被氧化，在钾金属上覆盖少量煤油，加热时煤油会先挥发，实验表明不会对后续反应造成影响。首先，在控制单元中输入碱金属种类及碱蒸气的目标发生速率(如K，0.05g/min)，将会从控制单元11中调出对应的升温程序(预先在控制单元11中设定不同种类碱金属的升温程序，需要时调用对应的程序即可)，接着通过控制单元11中的气体调控模块控制惰性气体源10向隔热单元9内通入惰性气体，将其内空气排净以保证惰性气氛。然后通过处理模块控制加热单元1进行加热升温，使钾金属表面煤油将先挥发，达到一定温度后，将会有钾蒸气产生。质量记录模块隔一段时间T记录一次碱金属容器内的碱金属质量M；处理模块从质量记录模块中获取每隔一段时间T记录的碱金属容器内的碱金属质量M，并计算出该段时间T内碱金属的质量变化量ΔM，并根据公式V＝ΔM/T计算一次碱蒸气的实时发生速率V；并取用不同的碱蒸气的实时发生速率V的值与碱蒸气的目标发生速率V₀(0.05g/min)的值比较，若V小于V₀

(0.05g/min)，则控制加热单元升高碱金属的加热温度，直到V等于V₀(0.05g/min)时，保持加热温度不变；若V大于V₀(0.05g/min)，则控制加热单元降低碱金属的加热温度，直到V等于V₀(0.05g/min)时，保持加热温度不变。显示模块从处理模块中获取碱蒸气的实时发生速率V和从热电偶获取加热单元的实时温度T并实时显示。这样，将会获得较稳定发生速率的钾蒸气，与焦炭热反应性测试装置配用，可定量研究钾蒸气对焦炭性能的影响，或用于研究钾金属在高炉内循环富集规律。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实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精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种碱蒸气发生速率调控装置，其特征在于，包括：碱金属容器、加热单元、称重单元、隔热单元及控制单元；

所述加热单元设置在所述碱金属容器外侧，用于加热所述碱金属容器内的碱金属；

所述隔热单元为上、下端开有孔的半封闭结构且上端可拆卸，拆卸后方便碱金属容器取出或放入，所述碱金属容器及所述加热单元均设置在所述隔热单元的内部；

所述称重单元设置在所述碱金属容器下方，所述称重单元顶端穿过所述隔热单元下端的孔与所述碱金属容器的底部外壁接触，用于称量所述碱金属容器内的碱金属；

所述控制单元分别与所述加热单元及所述称重单元连接，所述控制单元采集所述称重单元获取的碱金属质量数据，并计算出碱蒸气实时发生速率；所述控制单元还用于调节所述加热单元的温度以调节碱蒸气的实时发生速率，使碱蒸气的实时发生速率与需要的碱蒸气目标发生速率一致。

2.根据权利要求1所述的碱蒸气发生速率调控装置，其特征在于，还包括：托盘；所述托盘与所述称重单元的顶端连接，所述碱金属容器放置在所述托盘上。

3.根据权利要求2所述的碱蒸气发生速率调控装置，其特征在于，所述碱金属容器包括：坩埚及坩埚上盖；所述坩埚上盖的下端为与所述坩埚相配合的螺纹结构，所述坩埚上盖的上端为导通碱蒸气的导管结构；所述坩埚放置在所述托盘上，所述坩埚上盖的下端密闭地与所述坩埚螺接在一起，所述坩埚上盖的上端穿过所述隔热单元上端的孔。

4.根据权利要求3所述的碱蒸气发生速率调控装置，其特征在于，还包括：惰性气体源及导管；所述惰性气体源通过所述导管与所述隔热单元的内部连接；所述惰性气体源通过所述导管与所述控制单元连接。

5.根据权利要求4所述的碱蒸气发生速率调控装置，其特征在于，还包括：热电偶；所述热电偶设置在所述加热单元附近，且所述热电偶与所述控制单元连接。

6.根据权利要求5所述的碱蒸气发生速率调控装置，其特征在于，所述控制单元包括：

质量记录模块，用于每隔一段时间T记录一次所述碱金属容器内的碱金属质量M；

处理模块，用于从所述质量记录模块中获取每隔一段时间T记录的所述碱金属容器内的碱金属质量M，并每隔一段时间T根据公式V＝ΔM/T计算一次碱蒸气的实时发生速率V；取用不同的碱蒸气的实时发生速率V的值与碱蒸气的目标发生速率V₀的值比较，若V小于V₀，则控制所述加热单元升高碱金属的加热温度，直到V等于V₀时，保持加热温度不变；若V大于V₀，则控制所述加热单元降低碱金属的加热温度，直到V等于V₀时，保持加热温度不变；

气体调控模块，用于控制所述惰性气体源向所述隔热单元内部充入惰性气体。

7.根据权利要求6所述的碱蒸气发生速率调控装置，其特征在于，还包括：

显示模块，用于从所述处理模块中获取碱蒸气的实时发生速率V和从所述热电偶获取所述加热单元的实时温度T并实时显示。