CN103926117B - 一种简易的转底炉气氛分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种简易的转底炉气氛分析方法，所述方法包括以下步骤：a、在转底炉的炉顶预留至少一个取样通道；b、采用能够插入所述取样通道并伸进转底炉中的取气装置收集转底炉炉膛中的炉气；c、对所述取气装置收集的炉气样品进行在线或离线的分析检测，进而获得转底炉气氛的成分。本发明的方法需要人工操作并且不能连续在线检测，但鉴于在原燃料成分稳定及转底炉空煤比一定的条件下，转底炉内的气氛均可保持稳定，故稳定生产时采集的气体样品具有代表性。同时，该方法操作简单、设备费用低、维护检修方便，还可根据需要对不同区域提取气体试样，能够为工艺参数的优化调整提供依据，使转底炉能够更好地发挥功效，推广应用前景广阔。

Description

一种简易的转底炉气氛分析方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，更具体地讲，涉及转底炉直接还原法的气氛分析方法。

背景技术

目前，转底炉直接还原是冶金领域的一个热点，它以还原温度高、还原速度快，炉料与炉底相对静止因而对炉料强度要求低等特点受到众多厂家的青睐，此外，转底炉直接还原法不需烧结工序，不使用焦炭，环境友好，符合当今社会清洁生产的主流思想，因此，近年来多家企业建设转底炉项目，用来处理冶金废料或特殊矿种。

有些厂用转底炉处理含铅锌尘泥及钢厂固体废弃物，有些厂采用转底炉还原普通铁精矿，攀钢依据自身特色资源优势，采用转底炉处理钒钛磁铁矿并配以电炉熔分深还原、脱硫、提钒等工序，最终达到分离回收钒钛磁铁矿中铁、钒、钛的目的。

以攀钢资源综合利用中试行转底炉直接还原钒钛磁铁矿为例简单介绍此工艺的主要流程：将钒钛磁铁精矿、煤粉（还原剂）和粘结剂按一定比例混合均匀后经高压压球机压制成生球，生球团经干燥后由振动给料机给入转底炉并均匀铺设在炉底表面上。随着炉底旋转，物料依次经过预热区、中温区、高温区和冷却区，最后由出料螺旋排出炉外，矿煤混合球团在转底炉内完成直接还原得到具有一定金属化率的金属化球团。

金属化率为球团中金属铁含量与全铁含量的比值，其数值大小直接反映了直接还原效果，而转底炉内的气氛对金属化率有直接影响。还原性气氛能够促进直接还原反应的进行，氧化性气氛则会抑制反应进行，严重的时候还会将还原到位的金属铁氧化为铁氧化物，产品质量下降，因此，对转底炉内气氛的监测及调控显得尤为重要。

目前，多数转底炉设备安装有在线气氛分析仪，能够对高温区的气氛（主要为CO、CO₂、O₂）进行实时监控，但也存在一些瓶颈问题，限制了其作用的发挥，主要包括：

1）受工艺和设备条件限制，在线气体分析仪的取气探头一般安装在转底炉高温区外环靠近炉墙区域，此处的气体成分与转底炉炉底中环区域气氛有较大差别，气体样不具有代表性。

2）气体取样探头长期暴露在高温环境中（1200～1400℃），为易损件，在线更换困难，备件费用较高。

3）由于物料在转底炉内产生粉尘，造成转底炉内气体携带粉尘量较高，气氛分析仪的气体冷却及净化设施承担负荷较重，需要及时清理或更换，维护检修工作量大。

4）气氛分析仪使用一段时间后会出现零点漂移、检测误差增大的情况，需要采用标准样气进行校准，要求精度高，作业量大。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的目的在于解决上述技术问题中的一个或多个。

本发明的目的在于提供一种操作简单、设备费用低、维护方便的转底炉气氛分析方法，以克服现有方法的众多不足。

为了实现上述目的，本发明提供了一种简易的转底炉气氛分析方法，所述方法包括以下步骤：a、在转底炉的炉顶预留至少一个取样通道；b、采用能够插入所述取样通道并伸进转底炉中的取气装置收集转底炉炉膛中的炉气；c、对所述取气装置收集的炉气样品进行在线或离线的分析检测，进而获得转底炉气氛的成分。

根据本发明简易的转底炉气氛分析方法的一个实施例，所述取样通道位于转底炉的环形炉床的中心线上。

根据本发明简易的转底炉气氛分析方法的一个实施例，所述取样通道位于转底炉的高温区范围内。

根据本发明简易的转底炉气氛分析方法的一个实施例，所述取样通道由转底炉炉顶、第一连接管和盖帽围成，所述第一连接管的底部与转底炉炉顶连接并且顶部可拆卸地设置盖帽，所述第一连接管与转底炉的炉膛连通。

根据本发明简易的转底炉气氛分析方法的一个实施例，所述第一连接管的内壁衬有耐火材料，所述第一连接管的中上部还填充耐火石棉绒。

根据本发明简易的转底炉气氛分析方法的一个实施例，所述取气装置包括取气硬管、取气软管、连接硬管、挤压气囊、储气气囊和夹子，其中，所述取气硬管的一端能够插入取样通道并伸进转底炉中，所述取气硬管的另一端在转底炉外与取气软管的一端连接；所述取气软管的另一端通过连接硬管与挤压气囊的进气口连接；所述挤压气囊的出气口通过连接硬管与储气气囊连接；所述夹子可移动地设置在储气气囊的前端。

根据本发明简易的转底炉气氛分析方法的一个实施例，所述挤压气囊的进气口内部设置圆锥形活塞，当挤压所述挤压气囊时，圆锥形活塞堵住进气口，则挤压气囊内的气体通过出气口排出；当松开所述挤压气囊时，圆锥形活塞离开进气口，则挤压气囊外的气体通过进气口进入。

根据本发明简易的转底炉气氛分析方法的一个实施例，所述夹子位于储气气囊前端的连接硬管时，气路通畅；所述夹子位于储气气囊前端的软管时，气路阻断；当储气气囊充满炉气时，将所述夹子从储气气囊前端的连接硬管移动至储气气囊前端的软管并将炉气密封在储气气囊中。

根据本发明简易的转底炉气氛分析方法的一个实施例，采用气体分析组件对所述取气装置收集的炉气样品进行在线或离线的分析检测，所述气体分析组件包括依次连接的气体分析取气管、气体净化装置和气体分析装置。

根据本发明简易的转底炉气氛分析方法的一个实施例，所述方法在转底炉稳定生产1～2h后进行，并且进行多次取样、分析检测后计算平均值。

本发明的方法需要人工操作并且不能连续在线检测，但鉴于在原燃料成分稳定及转底炉空煤比一定的条件下，转底炉内的气氛均可保持稳定，故稳定生产时采集的气体样品具有代表性。同时，该方法操作简单、设备费用低、维护检修方便，还可根据需要对不同区域提取气体试样，能够为工艺参数的优化调整提供依据，使转底炉能够更好地发挥功效，推广应用前景广阔。

附图说明

图1是本发明中转底炉炉顶预留的取样通道的结构示意图。

图2是本发明中取样通道的较优分布位置示意图。

图3是本发明中取气装置的结构示意图。

图4是本发明中挤压气囊的结构示意图。

图5是本发明中气体分析组件的结构示意图。

附图标记说明：

1-转底炉炉顶、2-第一连接管、3-盖帽、4-耐火石棉绒、5-取气硬管、6-取气软管、7-连接硬管、8-挤压气囊、9-夹子、10-储气气囊、11-圆锥形活塞、12-气体分析取气管、13-气体净化装置、14-气体分析装置、15-气体分析组件、16-环形炉床的中心线。

具体实施方式

在下文中，将结合示例性实施例具体说明本发明的简易转底炉气氛分析方法。

本发明的转底炉气氛分析方法主要包括取样和分析两个主要步骤：取样的步骤是通过在设计及安装转底炉时在其炉顶先预留取气通道，然后利用自制的简易取气装置并根据需要利用取气通道在转底炉的适宜取气点进行现场取样；而分析的步骤则是对现场取出的气体样品采用常规的气体分析仪或其它方法进行在线或离线检测，从而了解转底炉内气氛的主要成分及含量，并为优化转底炉工艺生产参数提供依据，保证产品质量。

根据本发明的示例性实施例，所述转底炉气氛分析方法包括以下步骤：

步骤a：

在转底炉的炉顶预留至少一个取样通道。

在步骤a中，在转底炉炉顶1预留取样通道是为了能够根据需要在适宜的取气点进行转底炉的现场取气。取样通道可以根据需求预留在炉顶的任意位置，但是为了使所收集的炉气样品更具有代表性，优选地将取样通道设置在转底炉的环形炉床的中心线16上，具体设置位置如图2所示。进一步地，由于转底炉内的化学反应主要发生在高温区，更加优选地将取样通道设置在高温区范围内。其中，为了保证取样的多样性和均匀性，可以设置至少一个取样通道并按一定间隔设置，例如设置三个取样通道并按一定间隔均匀地设置在高温区的炉床中心线上。

根据本发明的示例性实施例，上述取样通道由转底炉炉顶1、第一连接管2和盖帽3围成，图1示出了在转底炉炉顶预留的取样通道的结构。转底炉炉顶1通常由钢板和位于内侧的耐火材料层构成，设计和制造时在钢板上预留孔洞即可。如图1所示，第一连接管2的底部与转底炉炉顶1连接，二者之间可以采用任意有效的连接形式，例如采用焊接方式将第一连接管2的底部与转底炉炉顶1的钢板连接。第一连接管2的顶部可拆卸地设置盖帽3，并且第一连接管2与转底炉的炉膛连通。为了保证使用寿命，优选地，第一连接管2与盖帽3均为不锈钢材质，但本发明不限于此。并且，第一连接管2和盖帽3之间也可以采用任意有效的连接形式，例如可采用螺纹连接的方式，即第一连接管2的上部外侧和盖帽3的底部内侧拥有相互啮合的螺纹，由此可将二者密封连接。

根据本发明，第一连接管2的内壁还衬有耐火材料，例如可以采用胶泥或耐火泥敷设在第一连接管2的内壁上，并且衬有耐火材料的第一连接管2的内径不宜过粗，以20～50mm为宜。并且，第一连接管2的中上部还填充耐火石棉绒4，以防止炉气上蹿并降低盖帽3的表面温度。

但事实上，本发明的取样通道也可以为炉顶的普通开孔，本发明不限于以上特定结构的取样通道。

步骤b：

采用能够插入所述取样通道并伸进转底炉中的取气装置收集转底炉炉膛中的炉气。

取气装置用于通过取样通道将炉气从转底炉内取出，因而取气装置可以为任意有效的形式。根据本发明的示例性实施例，上述取气装置包括取气硬管5、取气软管6、连接硬管7、挤压气囊8、储气气囊10和夹子9，图3示出了本发明的取气装置的结构示意图。

如图3所示，取气硬管5的一端能够插入取样通道并伸进转底炉中，取气硬管5的另一端在转底炉外与取气软管6的一端连接。由于取气硬管5需要插入取样通道中，因而取气硬管5的直径应小于取样通道的直径；取气硬管5的长度则可以根据炉膛高度及所取炉气的位置确定，例如长度为1.5～2.5m；此外，取气硬管5的材质也优选地为不锈钢材质以提高使用寿命。

取气软管6的另一端通过连接硬管7与挤压气囊8的进气口连接，挤压气囊8的出气口通过连接硬管7与储气气囊10连接。事实上，取气软管6与挤压气囊8、挤压气囊8与储气气囊10的连接方式可以为任意形式，只要能够实现互相连接即可，但优选地采用硬质、金属质地的连接硬管7进行连接以保证连接的稳固性和拆卸的便利性。

并且，本发明的挤压气囊8的进气口内部设置圆锥形活塞11，图4示出了挤压气囊8的结构。如图4所示，当按压挤压气囊8时，在气体压力下，圆锥形活塞11堵住进气口，气体无法从进气口排出，则挤压气囊内的气体只能通过出气口排出并进入储气气囊10；当松开挤压气囊8时，在炉气的压力下，圆锥形活塞11离开进气口，则挤压气囊外的气体（如炉气）通过进气口进入挤压气囊8并充满整个挤压气囊；当再次按压挤压气囊8时，炉气便进入储气气囊10中。由此，在不断的按压和松开挤压气囊8的过程中，炉气便从转底炉的炉膛进入到储气气囊10中，达到采集炉气样品的目的。优选地，在收集气体之前，先将挤压气囊8内的空气排出以保证炉气样品的纯净。

并且，为了对取气装置的气路通断进行控制，取气装置还包括可移动地设置在储气气囊的前端的夹子9。当夹子9位于储气气囊10前端的连接硬管7时，气路通畅；当夹子位于储气气囊10前端的软管时，气路阻断；当储气气囊10充满炉气时，将夹子9从储气气囊10前端的连接硬管7移动至储气气囊10前端的软管并将炉气密封在储气气囊10中，其中，储气气囊10前端的软管是储气气囊10本身的结构。此外，储气气囊的容量大小需根据后续分析检测时的样品需要量来确定。

步骤c：

对所述取气装置收集的炉气样品进行在线或离线的分析检测，进而获得转底炉气氛的成分。

根据本发明的示例性实施例，采用气体分析组件15对取气装置收集的炉气样品进行在线或离线的分析检测，图5示出了气体分析组件15的结构示意图。由于所采集的炉气样品在储气气囊10中停留的时间越短越有利于检测结果的准确性，因此可以使气体分析的步骤与气体采集的步骤同时进行，即优选地采取在线检测的方式。

如图5所示，上述气体分析组件15包括依次连接的气体分析取气管12、气体净化装置13和气体分析装置14。当需要对所收集的炉气样品进行分析检测时，可以将装有炉气样品的储气气囊10直接与气体分析取气管12连接，然后经过气体净化装置13的净化和气体分析装置14的分析后排出检测后的尾气。其中，气体分析装置14可以为符合精度和成分要求的任意仪表，例如采用价格较低并能够测量具有一定温度的气体样品的分析仪表。

根据本发明，为了保证所收集的炉气样品的代表性，应在转底炉稳定生产时采集炉气样品。因此，本发明的方法优选地在转底炉稳定生产1～2h后进行，还可以在一个取样通道或多个取样通道进行多次取样、分析检测后计算气氛成分的平均值。

下面结合具体示例进一步对本发明进行说明。

本示例所使用的是炉床宽度为5m的转底炉，其金属化球团的产量为12t/h，所处理的物料为干燥后的矿煤混合球团。球团通过振动给料机给料并均匀铺设在转底炉的炉床上，炉底转速为45min/r。随着炉底转动，物料依次经过预热区、中温区、高温区和冷却区，最后由出料螺旋排出炉外。

本示例在高温区的炉顶设置4个取样通道，取样通道的结构如图1所示，4个取样通道的布置位置沿图2中的高温区区域的炉床中心线（虚线部分）等距分布。

生产时，初始设定高温区的空煤比为2.5～2.8。由于转底炉依靠燃烧可燃性气体来为炉膛供热以提供较高的反应温度，一般采用煤气为燃料。空煤比就是通过烧嘴喷入炉内的空气和煤气的比例，一般需要根据煤气的成分和热值来计算空煤比的值，并控制空气适度过量以使煤气充分燃烧。空煤比过高，空气过量多，导致气氛中的氧含量升高，对还原不利；空煤比过低，煤气不能充分燃烧，炉膛难以保持高温，并造成燃料的浪费，因此需要根据实际的炉内气氛调整空煤比，使空煤比在合理的范围内。

当转底炉稳定生产1～2h后，利用图3所示的取气装置通过取样通道伸入转底炉的炉膛内采集炉气，具体步骤如下：

1）启动气体分析组件，对其中的各装置进行预热和校正，使其处于待机状态。（此过程可与取样操作同时进行）

2）拧开取样通道的盖帽，露出塞在第一连接管内部的耐火石棉绒，采用比取气装置中的取气硬管外径稍粗的实心钢管在耐火石棉绒中插孔，直至实心钢管能够穿过耐火石棉绒并可从此孔观察到内部火焰冒出为止。

3）按图3连接好取气装置，并将夹子置于储气气囊前端的连接硬管上以保持气路畅通。此时需要注意的是，暂不连接储气气囊。之后，将取气装置的取气硬管通过步骤2）形成的孔插入转底炉的炉膛中并停留在料面上10～30mm的位置。

4）持续按压和松开挤压气囊，待排空取气装置气路中原有的空气后再将储气气囊与连接硬管连接，以防止空气进入储气气囊引起误差。

5）继续按压和松开挤压气囊，直至炉气充满整个储气气囊后停止按压。

6）将夹子移动至储气气囊前端的胶管上，将取气硬管从取样通道中拔出，再将储气气囊与连接硬管分离。

7）按照步骤2～6对其余三个取样通道进行炉气采集。

8）将盛装从第一个取样通道取出的炉气样品的储气气囊与气体分析组件的气体分析取气管连接并测试炉气样品的气体成分，结果为O₂：1.2％、CO：7.8％、CO₂：10.8％（均为体积百分比）。注意，此时的分析步骤可与采集步骤同时进行以使炉气在储气气囊中停留的时间尽量的短。

由上述分析测试结果可知，此时在第一个取样通道附近的转底炉气氛中的O₂浓度偏高，将影响产品的金属化率，因而在不改变其它条件的前提下，通过调整距离第一个取样通道最近的煤气烧嘴和补风烧嘴，将此区域的空煤比逐步下降至2.2～2.5、1.9～2.2。当空煤比为2.0左右时，经取样检测，第一个取样通道附近的料面上部的气体成分为O₂：0.56％、CO：14.6％、CO₂：5.7％（均为体积百分比），基本符合气氛要求，不再对此处的空煤比进行调整。

并且，对其余三个取样通道取出的炉气样品的气体成分分析和相应位置空煤比的调整与对第一个取样通道附近气氛的处理方式相同，最终使转底炉的整个高温区域内的气氛处于还原性，有利于铁氧化物的还原和防止还原产物被氧化。

综上所述，本发明提出了一种简易的转底炉气氛分析方法，通过设计制造的简易取气装置可根据需求对转底炉内的炉气进行取样，通过离线或在线地对所取炉气样品进行分析检测可以掌握转底炉内各区域的气氛情况，为优化转底炉的生产工艺条件提供依据。并且，该方法操作简单、分析准确、成本低廉、维护检修方便、劳动强度降低，可推广应用于类似行业和领域。

尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims (9)

1.一种简易的转底炉气氛分析方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

a、在转底炉的炉顶预留至少一个取样通道；

b、采用能够插入所述取样通道并伸进转底炉中的取气装置收集转底炉炉膛中的炉气；

c、对所述取气装置收集的炉气样品进行在线或离线的分析检测，进而获得转底炉气氛的成分；

所述取气装置包括取气硬管、取气软管、连接硬管、挤压气囊、储气气囊和夹子，其中，

所述取气硬管的一端能够插入取样通道并伸进转底炉中，所述取气硬管的另一端在转底炉外与取气软管的一端连接；

所述取气软管的另一端通过连接硬管与挤压气囊的进气口连接；

所述挤压气囊的出气口通过连接硬管与储气气囊连接；

所述夹子可移动地设置在储气气囊的前端。

2.根据权利要求1所述的简易的转底炉气氛分析方法，其特征在于，所述取样通道位于转底炉的环形炉床的中心线上。

3.根据权利要求1或2所述的简易的转底炉气氛分析方法，其特征在于，所述取样通道位于转底炉的高温区范围内。

4.根据权利要求1所述的简易的转底炉气氛分析方法，其特征在于，所述取样通道由转底炉炉顶、第一连接管和盖帽围成，所述第一连接管的底部与转底炉炉顶连接并且顶部可拆卸地设置盖帽，所述第一连接管与转底炉的炉膛连通。

5.根据权利要求4所述的简易的转底炉气氛分析方法，其特征在于，所述第一连接管的内壁衬有耐火材料，所述第一连接管的中上部还填充耐火石棉绒。

6.根据权利要求1所述的简易的转底炉气氛分析方法，其特征在于，所述挤压气囊的进气口内部设置圆锥形活塞，当挤压所述挤压气囊时，圆锥形活塞堵住进气口，则挤压气囊内的气体通过出气口排出；当松开所述挤压气囊时，圆锥形活塞离开进气口，则挤压气囊外的气体通过进气口进入。

7.根据权利要求1所述的简易的转底炉气氛分析方法，其特征在于，所述夹子位于储气气囊前端的连接硬管时，气路通畅；所述夹子位于储气气囊前端的软管时，气路阻断；当储气气囊充满炉气时，将所述夹子从储气气囊前端的连接硬管移动至储气气囊前端的软管并将炉气密封在储气气囊中。

8.根据权利要求1所述的简易的转底炉气氛分析方法，其特征在于，采用气体分析组件对所述取气装置收集的炉气样品进行在线或离线的分析检测，所述气体分析组件包括依次连接的气体分析取气管、气体净化装置和气体分析装置。

9.根据权利要求1所述的简易的转底炉气氛分析方法，其特征在于，所述方法在转底炉稳定生产1～2h后进行，并且进行多次取样、分析检测后计算平均值。