CN107643242B - 一种高炉料柱透液性的评价方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于高炉炼铁技术领域，具体涉及一种高炉料柱透液性的评价方法与装置。该装置包括：玻璃杯、设置在玻璃杯上方的长筒状的石英坩埚和支架，在石英坩埚的外壁螺旋缠绕后加热丝，支架包括下部的托盘和上部的横架，玻璃杯放置在托盘上，石英坩埚挂在横架上。该方法包含制取料柱样品、树脂渗透料柱实验和料柱透液性评估。本发明考虑高炉内部料柱的形成条件、渣铁粘度变化、料柱内颗粒尺寸变化等情况，开发了一种能够模拟高炉料柱透液性的滴落实验装置，提出了一种高炉料柱透液性的评价方法。

Description

一种高炉料柱透液性的评价方法与装置

技术领域

本发明属于高炉炼铁技术领域，具体涉及一种高炉料柱透液性的评价方法与装置。

背景技术

高炉料柱透液性的好坏对高炉的稳定顺行、高效冶炼、安全长寿及高煤比操作都具有重要的影响。保持良好的料柱透液性是高炉操作者日常管理的重要方面。目前针对高炉料柱透液性的评价主要采用两种方式：一种是，通过炉缸炉底碳砖和炉底中心温度来间接的判断；另一种是，通过对休风后料柱进行取样分析，进行计算料柱的透液性指数。虽然上述两种方法都能获取高炉料柱的透液性相关信息，但操作较为复杂，且未能直观的给出不同渣铁特性或不同料柱颗粒尺寸分布条件下的料柱透液性变化规律。为了真实评价高炉料柱透液性情况及其影响因素，探究一种简单易行的高炉料柱透液性评价的实验装置，该发明提出了一种高炉料柱透液性的评价方法与装置。该实验方法操作简单，对现场高炉料柱透液性的评价具有重要的指导意义。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供了一种高炉料柱透液性的评价方法与装置。该技术方案能够较为真实的模拟高炉内部的料柱情况、渣铁粘度特性，实验方法操作简单，评价结果直观，解决了背景技术存在的上述问题。

本发明所提供的技术方案如下：

一种高炉料柱透液性的评价装置，包括：玻璃杯、设置在所述玻璃杯上方的长筒状的石英坩埚和支架，在所述石英坩埚的外壁螺旋缠绕有加热丝，所述支架包括下部的托盘、上部的横架以及连接所述托盘和所述横架的竖架，所述玻璃杯放置在所述托盘上，所述石英坩埚挂在所述横架上，所述石英坩埚的底面均匀的设置有若干滴落孔。

进一步的，所述高炉料柱透液性的评价装置还设置有电脑。所述电脑电连接有加热控制器，用于控制所述加热控制器的工作状态；所述加热控制器电连接所述加热丝，用于加热所述加热丝；所述电脑还电连接有摄像机，用于通过摄像机记录实验中树脂从开始滴落到结束滴落的图像。

上述技术方案中，玻璃杯位于石英坩埚的正下方，用以收集滴落的树脂；加热丝螺旋缠绕在石英坩埚外壁，用以加热石英坩埚内部的树脂和料柱；加热控制器连接加热丝，用以调控加热丝的加热温度；电脑连接加热控制器和摄像机，用来设置加热控制器的软件和摄像机的软件。采用摄像机记录实验过程，方便对比不同料柱透液性实验，验证树脂滴落开始时间、滴落结束时间。

本发明还提供了一种高炉料柱透液性的评价方法，包括以下步骤：采用本发明所提供的高炉料柱透液性的评价装置进行树脂渗透料柱实验，进而根据实验结果评价料柱的透液性。

具体的，该方法包含制取料柱样品、树脂渗透料柱实验和料柱透液性评估。其中，制取料柱样品，是将一定粒度的焦炭在高温真空炭化炉内炭化，且在焦炭料面施加荷载压力，保证制备的料柱具有高炉料柱特征；采用滴落实验装置进行树脂渗透料柱实验；采用四种透液性特征参数来评价料柱的透液性，滴落开始时间(T_i)、滴落结束时间(T_f)、滞留率(η)和透液均匀性(α)。

采用滴落实验装置进行树脂渗透料柱实验时，树脂的粘度、总量可以调节，用来模拟不同粘度渣铁在相同料柱中的透液性。

实验中通过加热所述丝加热来调控所述料柱的温度，从而间接调控所述树脂的温度，进而调整所述树脂的粘度。料柱被加热的温度越高，树脂的温度越高，树脂的粘度越小。

进一步的，将炭化后的高炉料柱样品加入到所述石英坩埚中，通过加热所述加热丝对所述石英坩埚加热，将所述高炉料柱加热到预设温度，并可同时调整摄像机录制效果，再倒入定量的树脂进行树脂渗透料柱实验。

在上述技术方案中，注入料柱上部的树脂高度控制在200mm以内；注入树脂前通过加热丝将料柱加热至设定温度，并调整摄像机录制效果；注入树脂后，同步记录实验时间。

基于上述技术方案中，改变料柱的加热温度能够改变树脂的粘度，进而模拟不同粘度渣铁在相同料柱的透液性情况；改变料柱内焦炭的尺寸分布，可以用来模拟不同料柱时相同渣铁的透液性情况。

采用摄像机记录实验过程，方便对比不同料柱透液性实验，验证树脂滴落开始时间、滴落结束时间。

进一步的，倒入质量为m₀的树脂后开始记时，记录树脂滴落开始时间T_i，记录树脂滴落结束时间T_f，记录滴落的树脂重量m₁，记录所述石英坩埚底部树脂流经孔数n，计算滞留率η和透液均匀性α。

本发明采用四种透液性特征参数来评价料柱的透液性，分别为滴落开始时间T_i、滴落结束时间T_f、滞留率η和透液均匀性α

具体的，滞留率η的计算公式如下：

m₁为滴落的树脂的重量，单位为g，通过称量玻璃杯里收集的树脂重量获得；m₀为实验用树脂总重量，单位为g，通过称量待注入的树脂重量获得。

具体的，透液均匀性α的计算公式如下：

n通过实验后的观察统计获得。

基于上述技术方案，实验中通过加热所述丝加热来调控所述料柱的温度，从而间接调控所述树脂的温度，进而调整所述树脂的粘度。滴落开始时间越小，且滴落结束时间越小，表明料柱的透液性越好；滞留率越小、透液均匀性越大表明料柱的透液性越好。

具体的，所述炭化后的高炉料柱样品的制备方法包括以下步骤：将焦炭放置于石英坩埚中堆积成焦炭料柱，再在焦炭料柱的料面上方加载高温合金柱，再将坩埚放在高温真空炭化炉内炭化，高温真空炭化炉冷却至后即得所述炭化后的高炉料柱样品。

具体的，高炉料柱样品的制备是模拟高炉炉身下部料柱的工作环境所得，是将一定粒度的焦炭放置于定制石英坩埚后，放在1300℃高温真空炭化炉内炭化2h，且在焦炭料面加载5kg高温合金柱施加荷载压力，保证制备的料柱具有高炉料柱特征；炭化前的料柱在石英坩埚内的高度控制在200～250mm。

优选的：

所述石英坩埚高500mm、内径100mm，所述石英坩埚底部有60个直径为10mm的滴落孔；

所述石英坩埚内高炉料柱样品的高度为150～250mm；

所述树脂的高度小于等于200mm。

本发明的有益效果是：本发明考虑高炉内部料柱的形成条件、渣铁粘度变化、料柱内颗粒尺寸变化等情况，开发了一种能够模拟高炉料柱透液性的滴落实验装置，提出了一种高炉料柱透液性的评价方法。本发明操作简单，评价结果直观可靠，解决了高炉内料柱透液性的评价问题，进而有助于炉料结构优化，高炉的稳定操作。同时该方法可用于高炉及其他竖式炉内块状料柱透液性的确定。

附图说明

图1是本发明所提供的高炉料柱透液性的评价装置的结构示意图。

附图1中，各标号所代表的结构列表如下：

1、石英坩埚，2、加热丝，3、玻璃杯，4、支架，5、加热控制器，6、电脑，7、摄像机。

具体实施方式

为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

高炉料柱透液性的评价装置包括玻璃杯3、设置在所述玻璃杯3上方的长筒状的石英坩埚1和支架4，在所述石英坩埚1的外壁螺旋缠绕后加热丝2，所述支架4包括下部的托盘和上部的横架，所述玻璃杯3放置在所述托盘上，所述石英坩埚1挂在所述横架上。玻璃杯3位于石英坩埚1的正下方，用以收集滴落的树脂；加热丝2螺旋缠绕在石英坩埚1外壁，用以加热石英坩埚1内部的树脂和料柱；加热控制器5连接加热丝2，用以调控加热丝2的加热温度；电脑6连接加热控制器5和摄像机7，用来设置加热控制器5的软件和摄像机7的软件。采用摄像机7记录实验过程，方便对比不同料柱透液性实验，验证树脂滴落开始时间、滴落结束时间。

高炉料柱透液性的评价方法包含制取料柱样品、树脂渗透料柱实验和料柱透液性评估。其中制取料柱样品，是将一定粒度的焦炭在高温真空炭化炉内炭化，且在焦炭料面施加荷载压力，保证制备的料柱具有高炉料柱特征；采用滴落实验装置进行树脂渗透料柱实验；采用滴落开始时间、滴落结束时间、滞留率和透液均匀度来评价料柱的透液性。

料柱样品的制备是模拟高炉炉身下部料柱所处的温度、上部料柱压力所得。将20-25mm粒级的焦炭放置于定制石英坩埚1后，焦炭料柱高度控制在200-250mm，且在焦炭料面上方加载5kg高温合金柱，用来模拟上部料柱对焦炭料柱的荷载压力。随后将样品坩埚放在1300℃高温真空炭化炉内炭化2h，待高温真空炭化炉冷却至室温后取出坩埚。

本发明的制取料柱样品，制取双样进行实验，以免出现人为的误差。

采用滴落实验装置进行树脂渗透料柱实验时，树脂的粘度、总量可以调节，用来模拟不同粘度渣铁在相同料柱中的透液性；将炭化后的料柱样品石英坩埚1放置于滴落实验装置后，倒入特定量的树脂到实验装置进行滴落实验，记录树脂开始滴落时间、滴落结束时间，称量滴落得到的树脂，统计树脂流经的滴落孔数目。

注入料柱上部的树脂高度控制在200mm以内；注入树脂前通过加热丝2将料柱加热至设定温度，并调整摄像机7录制效果；注入树脂后，同步记录实验时间。

改变料柱的加热温度能够改变树脂的粘度，进而模拟不同粘度渣铁在相同料柱的透液性情况；改变料柱内颗粒的尺寸分布，可以用来模拟不同料柱时相同渣铁的透液性情况。柱内颗粒的尺寸分布需要在制取料柱样品进行样品的筛选和搭配。

本发明采用四种透液性特征参数来评价料柱的透液性，滴落开始时间(T_i)、滴落结束时间(T_f)采用秒表测得，滞留率(η)和透液均匀性(α)结合实验结果计算得到：

式中

m₁为滴落的树脂重量，g，通过称量玻璃杯(3)里收集的树脂重量获得；

m₀为实验用树脂总重量，g，通过称量待注入的树脂重量获得；

式中n为石英坩埚1底部树脂流经孔数，通过实验后的观察统计获得；

滴落开始时间越小，且滴落结束时间越小，表明料柱的透液性越好；滞留率越小、透液均匀性越大表明料柱的透液性越好。

高炉料柱透液性评价的装置包含石英坩埚1、加热丝2、玻璃杯3、支架4、加热控制器5、电脑6、摄像机7；支架4连接石英坩埚1，用以固定石英坩埚1的位置；玻璃杯3位于石英坩埚1的正下方，用以收集滴落的树脂；加热丝2螺旋缠绕在石英坩埚1外壁，用以加热石英坩埚1内部的树脂和料柱；加热控制器5连接加热丝2，用以调控加热丝2的加热温度；电脑6连接加热控制器5和摄像机7，用来设置加热控制器5的软件和摄像机7的软件。

采用的石英坩埚1高500mm，内径100mm，坩埚底部有60个直径为10mm的滴落孔。

采用摄像机7记录实验过程，方便对比不同料柱透液性实验，验证树脂滴落开始时间、滴落结束时间。

实施例1

(1)制备20-25mm焦炭颗粒，放入石英坩埚1中，装入高度为200mm；随后将高温合金柱放置于焦柱料面；

(2)随后将石英坩埚1放置于高温真空炭化炉，高温真空炭化炉自室温以10℃/min的升温速率升至1300℃后保温2h，停止升温，自然冷却到室温后取出样品；

(3)将加热丝2螺旋缠绕在石英坩埚1外壁，用支架4固定石英坩埚1的操作位置，将玻璃杯3放于石英坩埚1的下方，用于收集实验中滴落的树脂；

(4)打开加热控制器5、摄像机7，通过电脑6设置加热丝2的温度和摄像机7的参数；

(5)将事先准备好的树脂倒入石英坩埚(1)，注入高度为200mm，开始记录实验时间；

(6)实验后称量玻璃杯3收集的树脂，统计树脂流经的滴落孔数、滴落开始时间、滴落结束时间。

(7)采用上述实验过程，选取不同粒径的样品作为实验对象，即15-20mm、12.5-15mm、10-12.5mm和5-10mm，可以获得不同料柱透液性参数，用来对比分析粒径对料柱透液性的影响，如表1所示。

表1树脂穿过料柱的透液性参数

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高炉料柱透液性的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：采用高炉料柱透液性的评价装置进行树脂渗透料柱实验，获取特征参数滴落开始时间T_i、滴落结束时间T_f、滞留率η和透液均匀性α，进而根据特征参数评价料柱的透液性，其中，所述高炉料柱透液性的评价装置，其特征在于，包括：玻璃杯(3)、设置在所述玻璃杯(3)上方的长筒状的石英坩埚(1)和支架(4)，在所述石英坩埚(1)的外壁螺旋缠绕有加热丝(2)，所述支架(4)包括下部的托盘、上部的横架以及连接所述托盘和所述横架的竖架，所述玻璃杯(3)放置在所述托盘上，所述石英坩埚(1)挂在所述横架上，所述石英坩埚(1)的底面均匀的设置有若干滴落孔。

2.根据权利要求1所述的高炉料柱透液性的评价方法，其特征在于，所述高炉料柱透液性的评价装置还设置有电脑(6)，其中：

所述电脑(6)电连接有加热控制器(5)，用于控制所述加热控制器(5)的工作状态；

所述加热控制器(5)电连接所述加热丝(2)，用于加热所述加热丝(2)；

所述电脑(6)还电连接有摄像机(7)，用于通过摄像机(7)记录实验中树脂从开始滴落到结束滴落的图像。

3.根据权利要求1或2所述的高炉料柱透液性的评价方法，其特征在于：将炭化后的高炉料柱样品加入到所述石英坩埚(1)中，通过加热所述加热丝(2)对所述石英坩埚(1)加热，将所述高炉料柱加热到预设温度，再倒入定量的树脂，进行树脂渗透料柱实验。

4.根据权利要求3所述高炉料柱透液性的评价方法，其特征在于：倒入质量为m₀的树脂后开始记时，记录树脂滴落开始时间T_i，记录树脂滴落结束时间T_f，记录滴落的树脂重量m₁，记录所述石英坩埚(1)底部树脂流经孔数n，计算滞留率η和透液均匀性α。

5.根据权利要求4所述的高炉料柱透液性的评价方法，其特征在于，滞留率η的计算公式如下：

m₁为滴落的树脂重量，单位为g，m₀为实验用树脂总重量，单位为g。

6.根据权利要求4所述的高炉料柱透液性的评价方法，其特征在于，透液均匀性α的计算公式如下：

n为石英坩埚(1)底部树脂流经孔数，60为石英坩埚底部滴落孔的数目。

7.根据权利要求3所述的高炉料柱透液性的评价方法，其特征在于，所述炭化后的高炉料柱样品的制备方法包括以下步骤：将焦炭放置于石英坩埚(1)中堆积成焦炭料柱，再在焦炭料柱的料面上方加载高温合金柱，再将坩埚放在高温真空炭化炉内炭化，高温真空炭化炉冷却之后即得所述炭化后的高炉料柱样品。

8.根据权利要求3所述的高炉料柱透液性的评价方法，其特征在于：

所述石英坩埚(1)高500mm、内径100mm，所述石英坩埚(1)底部有60个直径为10mm的滴落孔；

所述石英坩埚(1)内高炉料柱样品的高度为150～250mm；

所述树脂的高度小于等于200mm。