CN105067657A - 一种铁矿石烧结高温特性检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁矿石烧结高温特性检测装置及其检测方法，属于铁矿石检测技术领域。本发明的检测装置包括炉体、设置在炉体上部内的炉膛、送料机构、加热元件和排气系统，所述炉膛内设有加热元件，炉膛底部设有炉膛底座，在炉膛底座上开设有进料孔；所述炉体中部设置有装料腔，在装料腔一侧开设炉门，所述的送料机构上端位于装料腔内，送料机构上放置的待测试样从进料孔中穿过并送入炉膛内加热。采用该装置进行检测时，升温降温速度快，炉膛内温度不易散失，一次可检测多个试样，且检测结果可靠，便于使用。

Description

一种铁矿石烧结高温特性检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及铁矿石检测技术领域，更具体地说，涉及一种铁矿石烧结高温特性检测装置及其检测方法。

背景技术

铁矿石烧结高温特性是指铁矿石在烧结过程中表现出来的高温物理化学特性，铁矿石高温性能的研究对弄清铁矿石在烧结过程高温条件下的行为有很强的指导意义。

目前，国内检测铁矿石烧结高温特性的方法主要有两种，一种是采用点状红外线炉进行检测，该方法的特点是升、降温速度快，能较好地模拟烧结过程，但缺点如下：①点状红外线炉价格昂贵、运行费用高；②一次只能检测一个试样，效率较低；③受红外线炉聚焦点范围限制，试样大小一般只有8mm，由于一次试样量偏少，因此需通过多个试样的检测才能提高检测试样的代表性，检测工作量大。另一种检测方法是采用简易电炉进行检测，该检测方法的特点是简易电炉价格便宜，成本较低，一次可以做一批试样，效率较高，但简易电炉的升温速度慢、炉体的保温效果较差，难以模拟烧结过程，所得结果代表性不强，实用性较差。

如中国专利申请号：201310020056.9，申请日：2013年1月21日，该申请案公开了一种高温升降炉，包括炉壳、设置在炉壳内部的炉膛、炉底升降平台、测温热电偶、加热元件、进气系统和排气管，炉膛是由炉顶和方形的炉体组成，所述炉体的底部和顶部敞开，炉顶设置在炉体的顶部，炉底升降平台的上端连接有用于封闭炉膛内腔的炉门，炉壳内设置有伸入炉膛内腔中的加热元件和测温热电偶，炉膛下部设置有进气系统，所述的进气系统由进气管和串接在进气管上的预热器组成，进气管一端与炉膛内腔连通，另一端穿出炉壳与外界连通；炉膛的上部设置有排气管，排气管一端与炉膛内腔连通，另一端穿出炉壳与外界连通。

中国专利号：ZL201310347878.8，授权公告日：2014年11月5日，该申请案公开了一种炉门升降式全纤维炉膛高效节能高温电炉，该方案在炉体结构设计、炉膛材料选择和温度控制方面与传统电炉相比创新优势明显：炉门在底部，通过丝杠控制升降，炉门降下后可在其上面摆放煅烧样品，摆放方便且装载量多，炉门上升关闭后，密封性极好，不易从炉口散热；采用多层梯度耐温全纤维炉膛，隔热性能优异，蓄热量少，电炉节能效果十分显著，升降温迅速；独特的炉顶拼装结构设计使其不易坍塌；发热体四面加热，炉内温场均匀。

上述两种电炉装置在更换试样时，料台整体升降，热量外泄，无法连续检测使用。在下次使用时，仍需经过长时间加热才能达到烧结温度，效率低，且不适用于铁矿石烧结高温特性的检测使用。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中普通电炉升温速率慢、保温效果差的不足，提供了一种铁矿石烧结高温特性检测装置及其检测方法，本发明的技术方案，提高了炉膛内的温变效率，改善了传统升降试验电炉的保温效果，并能够对铁矿石的同化性温度、液相流动性、液相生成量、液相强度和粘结相强度进行检测，使用方便，试验效率高，试验成本低。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种铁矿石烧结高温特性检测装置，包括炉体、设置在炉体上部内的炉膛、送料机构、加热元件和排气系统，所述炉膛内设有加热元件，炉膛底部设有炉膛底座，在炉膛底座上开设有进料孔；所述炉体中部设置有装料腔，在装料腔一侧开设炉门，所述的送料机构上端位于装料腔内，送料机构上放置的待测试样从进料孔中穿过并送入炉膛内加热。

作为本发明更进一步的改进，所述加热元件为U形结构，且加热元件的直线段直径大于弯折段的直径，弯折段直径d≤4mm，加热元件自身中心距20mm≤D≤25mm。

作为本发明更进一步的改进，所述炉膛上部开设有观察孔，在观察孔中设置有摄像装置。

作为本发明更进一步的改进，所述的送料机构包括升降机构、支撑座和送料台，用于放置试样的送料台固定在支撑座上与进料孔相对的位置，升降机构设置在支撑座下方并控制支撑座上下运动。

作为本发明更进一步的改进，所述炉膛底座的下表面与炉膛侧壁围成凹槽，进料孔与凹槽连通，在送料机构中的支撑座上设有与凹槽相配合的底座凸台。

作为本发明更进一步的改进，沿炉体长度方向铰接有隔焰板，该隔焰板旋转至水平位置时与凹槽相配合堵住进料孔。

作为本发明更进一步的改进，所述送料机构包括步进电机、丝杆和定位杆，所述定位杆与支撑座固定连接限制支撑座晃动，丝杆与支撑座活动连接，步进电机带动丝杆转动，进而驱动支撑座上下运动。

作为本发明更进一步的改进，该检测装置还包括设在炉膛外周的冷却系统和炉体底部的控制箱，在控制箱内装有温控装置。

本发明的一种铁矿石烧结高温特性检测方法，采用铁矿石烧结高温特性检测装置进行检测，其步骤为：

步骤一、将铁矿石烧结高温特性检测装置的炉膛升温至试验目标温度并保温，然后通入试验气体，在送料台上装载待测试样并送入炉膛；

步骤二、通过温控装置设置目标温度、温变速率及恒温时间；

步骤三、启动试验开关，温控装置按程序执行炉体温度的升温及降温操作，通过摄像装置拍摄的图像观测试样的状态变化和试验进度，通过设定程序或人工手动停止试验；

步骤四、记录试验参数，完成试验后进行下一轮试验。

作为本发明更进一步的改进，步骤一中试样上升速度为8～15mm/s，通入试验气体的流量为5～15L/min。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明的一种铁矿石烧结高温特性检测装置，在炉膛底部设置炉膛底座，在炉膛底座开设进料孔，试样从进料孔被送入炉膛，改变了传统升降电炉的整体进料方式，炉膛内温度不易散失，连续检测时减少了升温时间；所采用的加热元件弯折段的直径较小，因而可具有更小的中心距，炉膛内排列的加热元件更紧密，升温快，进一步提高了升温速率；

(2)本发明的一种铁矿石烧结高温特性检测装置，炉膛底座的下表面与炉膛侧壁围成凹槽，在送料机构中的支撑座上设有与凹槽相配合的底座凸台，沿炉体长度方向铰接有隔焰板，在试样检测时，底座凸台与凹槽配合防止热量外泄，在非检测时段，将隔焰板转入凹槽内堵住进料孔，起到保温作用，减少下次试验的升温时间，可进行连续检测试验；

(3)本发明的一种铁矿石烧结高温特性检测装置，在炉膛上部开设有观察孔，在观察孔中设置有摄像装置，便于观测炉体内试样的状态变化，为操作人员在线判断试验进度提供了便利；

(4)本发明的一种铁矿石烧结高温特性检测方法，检测时最高温度能达到1600℃，恒温区温差≤±1℃，且具有快速升、降温功能，炉内试样可视功能，同工况下多个平行试样同时检测功能，该检测装置造价只有红外线炉的1/4，但检测效率却是红外线炉的四倍(料台为4个时)，且能较好地模拟工业烧结过程，检测结果代表性好，极大地提高了铁矿石烧结高温特性的检测效率。

附图说明

图1为本发明的一种铁矿石烧结高温特性检测装置的主视结构示意图；

图2为本发明的一种铁矿石烧结高温特性检测装置的侧视结构示意图；

图3为本发明中加热元件的结构示意图。

示意图中的标号说明：1、控制箱；2、送料机构；201、支撑座；202、底座凸台；203、送料台；204、步进电机；205、丝杆；206、定位杆；3、炉膛；301、炉膛底座；302、凹槽；303、隔焰板；304、进料孔；305、加热元件；3051、直线段；3052、弯折段；4、摄像装置；5、排风扇。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例1

结合图1和图2，本实施例的一种铁矿石烧结高温特性检测装置，包括炉体、设置在炉体上部内的炉膛3、送料机构2、加热元件305、热电偶和排气系统，在炉膛3内设有加热元件305。与传统炉膛结构不同，本实施例中的炉膛3采用陶瓷纤维板材料，具有低蓄热、高节能的特点。炉膛3底部设有炉膛底座301，该炉膛底座301使炉膛3下部封闭，热量无法散失。在炉膛底座301上开设有两个圆形进料孔304，进料孔304直径不大于50mm，进料孔越小保温效果越好，可选择为50mm。

此外，与普通电炉开放式进料结构不同，本实施例的炉体中部设置有装料腔，在装料腔一侧开设炉门，送料机构2上端位于装料腔内，送料机构2上放置的待测试样从进料孔304中穿过并送入炉膛3内加热。送料机构2包括升降机构、支撑座201和送料台203，用于放置试样的送料台203固定在支撑座201上与进料孔304相对的位置，升降机构设置在支撑座201下方并控制支撑座201上下运动。

值得说明的是，为了配合进料孔304的结构，采用圆柱形的刚玉管作为送料台203，刚玉管上端面放置了耐高温垫片，有效保证了送料台203的强度与使用寿命。在每个送料台203上均设置热电偶，刚玉管竖直设置，其直径范围为20～45mm，可选为45mm，刚玉管内径可为10～35mm，以便装载圆柱形试样。在送料时，升降机构驱动送料台203上移，两根刚玉管与进料孔304位置对应，恰好能够从进料孔304中穿过，支撑座201与炉膛底座301接触，可在一定程度上防止热量从进料孔304泄漏，所有送料台203上端面在实验状态均能处于炉膛3的恒温区范围。当测试完毕后，降下送料台203，由于进料孔304截面积较小，热量不易散失，具有较好的保温效果，在二次检测时无需长时间升温，提高了检测效率。

本实施例中的送料机构2包括步进电机204、丝杆205和定位杆206，所述定位杆206平行设置在支撑座201两端并与支撑座201固定连接，定位杆206下端从炉体上设置的圆孔中穿过，以限制支撑座201在运动时晃动。丝杆205与支撑座201活动连接，即丝杆205可相对支撑座201转动；步进电机204带动丝杆205转动，进而驱动支撑座201上下运动。

在炉膛3外周设有冷却系统，多条水管环绕在炉膛3四周，也可采用其他降温装置进行降温，以便提高降温速度。炉体底部设有控制箱1，在控制箱1内装有温控装置，该温控装置通过设定程序调节炉膛3内温度。实施时，温控装置内采用可控硅移相调压方式控温，控温元件选用可控硅模块；控温仪表选用高精度多段可编程序控制智能温度调节仪表，该仪表具有连续PID调节、超温报警、断偶指示、温度补偿等功能；炉体温控曲线可在线设定及记录。

本实施例中的排气系统包括排风扇5及其他空气通道，炉体及装料腔采用全密封设计，排风扇5设置在炉体顶部，在装料腔底部开设有进气孔，利用炉膛3底部与送料机构2间的间隙把配置气氛的气体通入炉内，通过排风扇5把炉体内气体排出，实现对炉内气氛的调节控制。

实施例2

参看图1和图2，本实施例的一种铁矿石烧结高温特性检测装置，其基本结构与实施例1相同，其不同之处在于：炉膛底座301的下表面与炉膛3侧壁围成凹槽302，竖直设置的4个直径为45mm的进料孔304与凹槽302连通。在送料机构2中的支撑座201上设有与凹槽302相配合的底座凸台202，该底座凸台202固定在支撑座201上，送料台203从底座凸台202中穿过。送料台203的直径小于进料孔304直径，大小为40mm，当送料台203插入进料孔304后，底座凸台202卡入凹槽302，同时支撑座201与炉膛3侧壁突出部分接触，形成两次封堵，具有更好的保温效果。

此外，沿炉体长度方向铰接有隔焰板303，该隔焰板303位于与炉门相对的一侧，非使用状态下隔焰板303位于竖直方向，贴住装料腔侧壁，不会影响到升降机构的正常作业；当送料台203从进料孔304中落下时，为了避免热量外泄，把隔焰板303旋转至水平位置，使其与凹槽302相配合堵住进料孔304，进一步提高了本装置的保温效果。

本实施例中的升降装置可在支撑座201底部连接带有齿条的长杆，通过齿轮驱动长杆上下运动，实现送料台203的升降。同时，升降方式设有手动和自动两种控制方式。

实施例3

参看图1、图2和图3，本实施例的一种铁矿石烧结高温特性检测装置，其基本结构与实施例2相同，其不同之处在于：本实施例中的加热元件305为U形结构的涂有耐高温防氧化保护膜的硅钼棒，且加热元件305的直线段3051直径大于弯折段3052的直径，弯折段3052直径d≤4mm，加热元件305自身中心距20mm≤D≤25mm。一般的U形硅钼棒的自身间距通常大于40mm，太近则会使硅钼棒自身相抵触，使用寿命极短。而本实施例使弯折段3052直径小于直线段3051直径，且弯折段3052直径d＝3mm，加热元件305自身中心距D＝20mm，极大的缩小了间距。以矩形的炉膛3为例，炉内每个实验焦点区周围的加热元件305采用等效原理布置，各实验焦点区温差<1℃，加热效果更好，具有更快的升温速度。

为了观测试样的状态变化，在炉膛3两侧壁及顶部设有多个观察孔，在观察孔中设置有摄像装置4，该摄像装置4为配置调焦的微型高清工业摄像装置，可显示和存储炉内所有试样变化的影像，为操作人员判断试验进度提供了便利。

该结构设计升温速度快，在15min内可升温至1600℃，且稳态后，温度波动小，控温精度≤±1℃，能够模拟工况。

实施例4

参看图1、图2和图3，本实施例的一种铁矿石烧结高温特性检测装置，其基本结构与实施例3相同，其不同之处在于：本实施例中弯折段3052直径d＝4mm，加热元件305自身中心距D＝25mm。

本发明由现有技术的整体升降方式改为仅柱状的送料台203的升降，极大减少了因试样从炉膛进出造成的热量损失，从而保证了炉膛温度的稳定，提高了试验的连续性。本发明在炉膛底部还设置有摆动式隔焰板，当试样离开炉膛后，关闭试样进料孔，进一步减少了散热造成的炉膛温度波动。本发明具备升温和降温功能，由于多个结构及材料的改进，从600℃升温到1600℃控制在15min内，且稳态后，控温精度≤±1℃，能够模拟工况。为实现本发明装置的快速升、降温功能，本发明设计采用了“小炉膛、低热容”的炉膛结构，炉膛材料全部采用热容小的高温进口陶瓷纤维板，另外硅钼棒的布置尽量密，并采取大电流、大功率的加热设计，控温采用可控硅移相调压方式，极大的提高了升温效率，还可采用硅碳棒代替硅钼棒作为加热元件。

实施例5

本实施例的一种铁矿石烧结高温特性检测方法，采用一种铁矿石烧结高温特性检测装置进行检测，以检测铁矿石的同化性温度为例，其步骤为：

步骤一、将铁矿石烧结高温特性检测装置的炉膛3升温至试验目标温度并保温，然后以5L/min的速度从装料腔底部的进气孔通入试验气体，在4个送料台203上分别装载圆柱形待测试样，试样直径与长度尺寸为然后关闭炉门以防止热量散失，放下隔焰板303，将试样从进料孔304送入炉膛3，试样上升速度为8mm/s，速度太快将影响会使热量损耗；

步骤二、通过温控装置设置目标温度、升温速率及恒温停留时间；

步骤三、启动试验开关，温控装置按程序执行炉体温度的升温，同时通过摄像装置4拍摄的图像观测试样的软化变化，待所有试样都达到规定的形变后，按下停止开关，人工手动停止试验；

步骤四、通过图像显示的对应温度，确定每个试样的同化性温度，完成一组试样的同化性温度检测，以此反复进行。

为更好地对比本检测装置与日本红外线炉检测装置检测结果的差异，在进一步的试验中选用了表1所列的三种铁矿石分别在两种检测装置中进行了烧结高温特性“同化性温度”指标的对比。

表1三种用于测试的铁矿石及主要化学成分

铁矿石名称	产地	TFe	FeO	SiO2	CaO	Al2O3	MgO	P	S	LOI
											卡粉	巴西	66.27	0.06	2.86	0.03	1.14	0.02	0.022	0.008	1.75
杨迪粉	澳大利亚	57.16	0.20	6.78	0.05	1.62	0.07	0.040	0.014	10.00
											纽曼粉	澳大利亚	62.59	0.20	4.77	0.04	1.92	0.09	0.084	0.014	3.56

表2三种铁矿石同化性温度在两种检测装置的测试结果对比

从对比结果看，表2两种检测装置的检验结果非常接近，说明本检测装置可以达到日本红外线炉检测装置同等的效果。但本检测装置成本只有红外线炉检测装置的1/4，且极大地提高了检测效率，可一次检测多个试样，具有显著的进步。

实施例6

本实施例的一种铁矿石烧结高温特性检测方法，采用一种铁矿石烧结高温特性检测装置进行检测，以铁矿石的液相流动性和液相生成量为例，其步骤为：

步骤一、将铁矿石烧结高温特性检测装置的炉膛3升温至试验目标温度并保温，然后以15L/min的速度从装料腔底部的进气孔通入试验气体，在4个送料台203上分别装载圆柱形待测试样，试样尺寸为然后关闭炉门以防止热量散失，放下隔焰板303，将试样从进料孔304送入炉膛3，试样上升速度为15mm/s；

步骤二、在温控装置中的温控仪上分别设置目标温度、升温速率、恒温时间及位移降温目标和降温速率；

步骤三、启动试验开关，温控仪按程序将温度升至目标温度并恒温至设定的时间后，自动通过位移降温方式完成试样的一轮检测。

步骤四、人工根据试样液相的测量进行液相流动性和液相生成量的确定，与此同时进行下一轮的试样检测。

实施例7

本实施例的一种铁矿石烧结高温特性检测方法，采用一种铁矿石烧结高温特性检测装置进行检测，以检测铁矿石的液相强度和粘结相强度为例，其步骤为：

步骤一、将铁矿石烧结高温特性检测装置的炉膛3升温至试验目标温度并保温，然后以10L/min的速度从装料腔底部的进气孔通入试验气体，在4个送料台203上分别装载圆柱形待测试样，试样尺寸为然后关闭炉门以防止热量散失，放下隔焰板303，将试样从进料孔304送入炉膛3，试样上升速度为12mm/s；

步骤二、在温控装置中的温控仪上分别设置升温一段目标温度及升温时间、升温二段目标温度及升温时间、升温三段目标温度及升温时间、实验恒温温度及恒温时间、冷却一段目标温度及冷却时间、冷却二段目标温度及冷却时间、冷却三段目标温度及冷却时间，在计时器上设置“冷却四段和冷却五段冷却时间”；

步骤三、启动试验开关，温控仪按程序执行炉体温度的升温及降温操作，待实验完成到冷却三段时，冷却温度已要求低于600℃，此时料台升降机构根据计时器上设置的“冷却四段和冷却五段冷却时间”分别自动降低到炉膛底座301下部及炉外位置进行降温，待冷却时间全部完成后，控制系统会提示试验已全部完成；

步骤四、打开炉门，合上炉膛底部隔焰板303，从送料台203上拿下试样，即完成了一次完整的试验流程，继续按上述步骤，装新试样，试验重复。

本发明利用铁矿石烧结高温特性检测装置的多试样、多功能的特点，用于检测上述各铁矿石烧结高温特性指标，实现铁矿石烧结高温特性高效检测的功能。本发明的检测装置最高温度能达到1600℃，恒温区温差≤±1℃，且具有快速升、降温功能，炉内气氛调节功能，炉内试样可视功能，同工况下多个平行试样同时检测功能，该检测装置成本只有红外线炉的1/4，但检测效率却高于红外线炉，一次可检测多个试样，且能较好地模拟工业烧结过程，采用该装置进行检测时，检测结果代表性好、重现性高，极大地提高了铁矿石烧结高温特性的检测效率。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种铁矿石烧结高温特性检测装置，包括炉体、设置在炉体上部内的炉膛(3)、送料机构(2)、加热元件(305)和排气系统，其特征在于：所述炉膛(3)内设有加热元件(305)，炉膛(3)底部设有炉膛底座(301)，在炉膛底座(301)上开设有进料孔(304)；所述炉体中部设置有装料腔，在装料腔一侧开设炉门，所述的送料机构(2)上端位于装料腔内，送料机构(2)上放置的待测试样从进料孔(304)中穿过并送入炉膛(3)内加热。

2.根据权利要求1所述的一种铁矿石烧结高温特性检测装置，其特征在于：所述加热元件(305)为U形结构，且加热元件(305)的直线段(3051)直径大于弯折段(3052)的直径，弯折段(3052)直径d≤4mm，加热元件(305)自身中心距20mm≤D≤25mm。

3.根据权利要求1所述的一种铁矿石烧结高温特性检测装置，其特征在于：所述炉膛(3)上部开设有观察孔，在观察孔中设置有摄像装置(4)。

4.根据权利要求1所述的一种铁矿石烧结高温特性检测装置，其特征在于：所述的送料机构(2)包括升降机构、支撑座(201)和送料台(203)，用于放置试样的送料台(203)固定在支撑座(201)上与进料孔(304)相对的位置，升降机构设置在支撑座(201)下方并控制支撑座(201)上下运动。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种铁矿石烧结高温特性检测装置，其特征在于：所述炉膛底座(301)的下表面与炉膛(3)侧壁围成凹槽(302)，进料孔(304)与凹槽(302)连通，在送料机构(2)中的支撑座(201)上设有与凹槽(302)相配合的底座凸台(202)。

6.根据权利要求5所述的一种铁矿石烧结高温特性检测装置，其特征在于：沿炉体长度方向铰接有隔焰板(303)，该隔焰板(303)旋转至水平位置时与凹槽(302)相配合堵住进料孔(304)。

7.根据权利要求6所述的一种铁矿石烧结高温特性检测装置，其特征在于：所述送料机构(2)包括步进电机(204)、丝杆(205)和定位杆(206)，所述定位杆(206)与支撑座(201)固定连接限制支撑座(201)晃动，丝杆(205)与支撑座(201)活动连接，步进电机(204)带动丝杆(205)转动，进而驱动支撑座(201)上下运动。

8.根据权利要求7所述的一种铁矿石烧结高温特性检测装置，其特征在于：该检测装置还包括设在炉膛(3)外周的冷却系统和炉体底部的控制箱(1)，在控制箱(1)内装有温控装置。

9.一种铁矿石烧结高温特性检测方法，其特征在于，其步骤为：

步骤一、将铁矿石烧结高温特性检测装置的炉膛(3)升温至试验目标温度并保温，然后通入试验气体，在送料台(203)上装载待测试样并送入炉膛(3)；

步骤二、通过温控装置设置目标温度、温变速率及恒温时间；

步骤三、启动试验开关，温控装置按程序执行炉体温度的升温及降温操作，通过摄像装置(4)拍摄的图像观测试样的状态变化和试验进度，通过设定程序或人工手动停止试验；

步骤四、记录试验参数，完成试验后进行下一轮试验。

10.根据权利要求9所述的一种铁矿石烧结高温特性检测方法，其特征在于：步骤一中试样上升速度为8～15mm/s，通入试验气体的流量为5～15L/min。