CN114924023A - 一种模拟高炉炉内碱金属环境检测设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟高炉炉内碱金属环境检测设备，包括加热炉、计算机监测系统、配气系统、温度测量装置和用于称重焦炭的天平，还包括检测组件，检测组件设置在加热炉的炉膛中，检测组件包括刚玉筒，刚玉筒加入定量的焦炭试样，刚玉筒的焦炭试样中部插入热电偶，刚玉筒底端设置有混合管，混合管与配气系统连通，加热炉、计算机监测系统、热电偶和温度测量装置组成闭环控温回路。本发明克服现有的高炉炼铁业内对冶金焦炭的工业检测项目仅为化学成分、转鼓强度、筛分、反应性，反应后强度，无法真实有效的评价焦炭在高炉炉内反应劣化情况，不能有效的对高炉用冶金焦炭实施性价比评价的问题。

Description

一种模拟高炉炉内碱金属环境检测设备

技术领域

本发明涉及高炉炼铁技术领域，尤其涉及一种模拟高炉炉内碱金属环境检测设备。

背景技术

随着现代炼铁技术的发展，高炉冶炼技术对资源的需求越来越强烈，而焦炭作为高炉料柱的骨架作用愈发突出，但焦炭在高炉行程中由于机械破坏、热应力、熔损反应等其强度和粒度都在下降，当焦炭劣化严重时将直接导致料柱透气性透液性下降和煤气流分布失衡，破坏高炉的顺行高产，在加剧焦炭劣化的众多因素中，高炉内循环富集的碱金属（K在其中尤为活跃）对焦炭的破坏已引起重视。

但是现有的高炉炼铁业内对冶金焦炭的工业检测项目仅为化学成分、转鼓强度、筛分、反应性（CRI），反应后强度（CSR），但这些项目均为“炉外”下的测定数据，无法真实有效的评价焦炭在高炉炉内反应劣化情况，不能有效的对高炉用冶金焦炭实施性价比评价。

因此需要一种模拟高炉炉内碱金属环境检测设备，能够在“炉外”测定焦炭的反应数据，有效的对高炉用冶金焦炭实施性价比评价。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模拟高炉炉内碱金属环境检测设备，旨在改善现有的高炉炼铁业内对冶金焦炭的工业检测项目仅为化学成分、转鼓强度、筛分、反应性（CRI），反应后强度（CSR），但这些项目均为“炉外”下的测定数据，无法真实有效的评价焦炭在高炉炉内反应劣化情况，不能有效的对高炉用冶金焦炭实施性价比评价的问题。

本发明是这样实现的：

一种模拟高炉炉内碱金属环境检测设备，包括加热炉、计算机监测系统、配气系统、温度测量装置和用于称重焦炭的天平，还包括检测组件，检测组件设置在加热炉的炉膛中，检测组件包括刚玉筒，刚玉筒加入定量的焦炭试样，刚玉筒的焦炭试样中部插入热电偶，刚玉筒底端设置有混合管，混合管与配气系统连通，加热炉、计算机监测系统、热电偶和温度测量装置组成闭环控温回路，加热炉、计算机监测系统和配气系统组成闭环供气回路，加热炉、计算机监测系统和天平构成称重自控制体系。

进一步的，刚玉筒的内部设置有筛状隔板，筛状隔板的顶面上放置有焦炭试样，刚玉筒的内圆周底部开设有内螺纹。

进而通过刚玉筒的内部设置有筛状隔板，筛状隔板的顶面上放置有焦炭试样，刚玉筒的内圆周底部开设有内螺纹方便后期组装拆解更换不同型号孔径的筛状隔板。

进一步的，筛状隔板的正上方焦炭试样的顶端设置有压盖，压盖的中部竖直贯通固定有插筒，压盖的插筒中竖直插接有热电偶。

进而通过筛状隔板的正上方焦炭试样的顶端设置有压盖，压盖的中部竖直贯通固定有插筒，压盖的插筒中竖直插接有热电偶，保证热电偶插接的竖直性，保证热电偶测温的精准性。

进一步的，筛状隔板的外圆周上开设有外螺纹，外螺纹与刚玉筒上的内螺纹螺纹配合连接。

进而通过筛状隔板的外圆周上开设有外螺纹，外螺纹与刚玉筒上的内螺纹螺纹配合连接，方便后期组装拆解更换不同型号孔径的筛状隔板。

进一步的，混合筒的底端连通有氮气管，混合筒外圆周的一侧连通有二氧化碳管，混合筒的外圆周上部安装有阀门，氮气管和二氧化碳管上均安装有流量阀和流量计，二氧化碳管的外圆周上连通有分散筒，分散筒上安装有放散电磁阀。

进而通过混合筒的底端连通有氮气管，混合筒外圆周的一侧连通有二氧化碳管，混合筒的外圆周上部安装有阀门，氮气管和二氧化碳管上均安装有流量阀和流量计，二氧化碳管的外圆周上连通有分散筒，分散筒上安装有放散电磁阀，氮气管和二氧化碳管上均安装有流量阀和流量计均与计算机监测系统连接，方便改变流量阀和流量计，调整通氮气和通二氧化碳流量。

进一步的，加热炉的外端面上从上到下设置有多个电热线圈，加热炉的顶端开设有分散口，加热炉的底面上竖直固定有多块支撑板，支撑板上竖直固定有升降气缸。

进而通过加热炉的外端面上从上到下设置有多个电热线圈，加热炉的顶端开设有分散口，加热炉的底面上竖直固定有多块支撑板，支撑板上竖直固定有升降气缸，多个电热线圈设置多个分区，用于分区加热，独立通电。方便根据需求加热不同的稳定。

进一步的，混合筒的底面上竖直固定有多根支杆，多根支杆竖直滑动贯穿加热炉的底面设置，多根支杆的底端与升降气缸的输出端连接。

进而通过混合筒的底面上竖直固定有多根支杆，多根支杆竖直滑动贯穿加热炉的底面设置，多根支杆的底端与升降气缸的输出端连接，便于根据加热需求，调整检测组件在加热炉的位置，对应不同的加热分区。

进一步的，通过天平量取两份等量的焦炭样本；将其中的一份焦炭样本放入检测组件的筛状网板中，此时检测组件位于第一分区的电热线圈内；在焦炭样本顶端放置压盖，并且将热电偶贯穿压盖上的插筒插接在焦炭样本中，然后将混合管上的氮气管和二氧化碳管分别与配气系统连接，热电偶与计算机监测系统连接；接通加热炉上第一分区上电热线圈的电源，以10℃/min进行升温，对检测组件进行加热，当试样料层中心温度达到400℃时打开氮气管上的流量阀开始对检测组件通氮气，保护焦炭防止其烧损；当焦炭样本中心温度达到1100℃时，恒温10min后，关闭氮气管上的流量阀，打开二氧化碳管上的流量阀，以5L/min通二氧化碳，恒温反应2h后，关闭二氧化碳管上的流量阀，改通氮气降温；检测组件冷却到100℃以下，停止通氮气，打开检测组件上盖，倒出焦炭样本，利用天平称量质量、记录；将反应后的焦炭试样全部装入I型转鼓内，以20r/min的转速共转30min，总转数为600r；然后取出用φ10mm圆孔筛筛分、称量筛上物质量、记录；将第二份焦炭样本进行浸K液试验，然后将浸k液后的焦炭样本再次进行上述检测，得到劣化后的焦炭检测结果。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明

通过天平量取两份等量的焦炭样本；将其中的一份焦炭样本放入检测组件的筛状网板中，此时检测组件位于第一分区的电热线圈内；在焦炭样本顶端放置压盖，并且将热电偶贯穿压盖上的插筒插接在焦炭样本中，然后将混合管上的氮气管和二氧化碳管分别与配气系统连接，热电偶与计算机监测系统连接；接通加热炉上第一分区上电热线圈的电源，以10℃/min进行升温，对检测组件进行加热，当试样料层中心温度达到400℃时打开氮气管上的流量阀开始对检测组件通氮气，保护焦炭防止其烧损；当焦炭样本中心温度达到1100℃时，恒温10min后，关闭氮气管上的流量阀，打开二氧化碳管上的流量阀，以5L/min通二氧化碳，恒温反应2h后，关闭二氧化碳管上的流量阀，改通氮气降温；检测组件冷却到100℃以下，停止通氮气，打开检测组件上盖，倒出焦炭样本，利用天平称量质量、记录；将反应后的焦炭试样全部装入I型转鼓内，以20r/min的转速共转30min，总转数为600r；然后取出用φ10mm圆孔筛筛分、称量筛上物质量、记录；将第二份焦炭样本进行浸K液试验，然后将浸k液后的焦炭样本再次进行上述检测，得到劣化后的焦炭检测结果，从而克服了现有的高炉炼铁业内对冶金焦炭的工业检测项目仅为化学成分、转鼓强度、筛分、反应性（CRI），反应后强度（CSR），但这些项目均为“炉外”下的测定数据，无法真实有效的评价焦炭在高炉炉内反应劣化情况，不能有效的对高炉用冶金焦炭实施性价比评价的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是模拟高炉炉内碱金属环节检测设备实施例中加热炉的整体结构示意图；

图2是模拟高炉炉内碱金属环节检测设备实施例中加热炉的分解结构示意图；

图3是模拟高炉炉内碱金属环节检测设备实施例中检测组件的分解结构示意图；

图4是模拟高炉炉内碱金属环节检测设备实施例中筛状隔板和刚玉筒的分解结构示意图；

图5是模拟高炉炉内碱金属环节检测设备实施例中混合管的结构示意图；

图6是模拟高炉炉内碱金属环节检测设备实施例中加热炉的结构示意图；

图7是模拟高炉炉内碱金属环节检测设备示意图；

图8是模拟高炉炉内碱金属环节检测流程图。

图中：1、加热炉；11、支撑板；12、升降气缸；13、电热线圈；14、分散口；2、检测组件；21、刚玉筒；211、内螺纹；22、混合筒；221、支杆；23、筛状隔板；231、外螺纹；24、焦炭块；25、压盖；26、热电偶；27、混合管；271、氮气罐；272、二氧化碳管；2721、分散筒；273、阀门；28、流量阀；29、流量计；3、天平。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8所示，一种模拟高炉炉内碱金属环境检测设备，包括加热炉1、计算机监测系统、配气系统、温度测量装置和用于称重焦炭的天平3，还包括检测组件2，检测组件2设置在加热炉1的炉膛中，检测组件2包括刚玉筒21，刚玉筒21加入定量的焦炭试样，刚玉筒21的焦炭试样中部插入热电偶26，刚玉筒21底端设置有混合管27，混合管27与配气系统连通，加热炉1、计算机监测系统、热电偶26和温度测量装置组成闭环控温回路，加热炉1、计算机监测系统和配气系统组成闭环供气回路，加热炉1、计算机监测系统和天平3构成称重自控制体系。

请参阅图4，刚玉筒21的内部设置有筛状隔板23，筛状隔板23的顶面上放置有焦炭试样，刚玉筒21的内圆周底部开设有内螺纹211。

进而通过刚玉筒21的内部设置有筛状隔板23，筛状隔板23的顶面上放置有焦炭试样，刚玉筒21的内圆周底部开设有内螺纹211方便后期组装拆解更换不同型号孔径的筛状隔板23。

请参阅图4，筛状隔板23的正上方焦炭试样的顶端设置有压盖25，压盖25的中部竖直贯通固定有插筒，压盖25的插筒中竖直插接有热电偶26。

进而通过筛状隔板23的正上方焦炭试样的顶端设置有压盖25，压盖25的中部竖直贯通固定有插筒，压盖25的插筒中竖直插接有热电偶26，保证热电偶26插接的竖直性，博鳌会增测温的精准性。

请参阅图4，筛状隔板23的外圆周上开设有外螺纹231，外螺纹231与刚玉筒21上的内螺纹211螺纹配合连接。

进而通过筛状隔板23的外圆周上开设有外螺纹231，外螺纹231与刚玉筒21上的内螺纹211螺纹配合连接，方便后期组装拆解更换不同型号孔径的筛状隔板23。

请参阅图5，混合筒22的底端连通有氮气管271，混合筒22外圆周的一侧连通有二氧化碳管272，混合筒22的外圆周上部安装有阀门273，氮气管271和二氧化碳管272上均安装有流量阀28和流量计29，二氧化碳管272的外圆周上连通有分散筒2721，分散筒2721上安装有放散电磁阀。

进而通过混合筒22的底端连通有氮气管271，混合筒22外圆周的一侧连通有二氧化碳管272，混合筒22的外圆周上部安装有阀门273，氮气管271和二氧化碳管272上均安装有流量阀28和流量计29，二氧化碳管272的外圆周上连通有分散筒2721，分散筒2721上安装有放散电磁阀，氮气管271和二氧化碳管272上均安装有流量阀28和流量计29均与计算机监测系统连接，方便改变流量阀28和流量计29，调整通氮气和通二氧化碳流量。

请参阅图6，加热炉1的外端面上从上到下设置有多个电热线圈13，加热炉1的顶端开设有分散口14，加热炉1的底面上竖直固定有多块支撑板11，支撑板11上竖直固定有升降气缸12。

进而通过加热炉1的外端面上从上到下设置有多个电热线圈13，加热炉1的顶端开设有分散口14，加热炉1的底面上竖直固定有多块支撑板11，支撑板11上竖直固定有升降气缸12，多个电热线圈13设置多个分区，用于分区加热，独立通电。方便根据需求加热不同的稳定。

请参阅图2，混合筒22的底面上竖直固定有多根支杆221，多根支杆221竖直滑动贯穿加热炉1的底面设置，多根支杆221的底端与升降气缸12的输出端连接。

进而通过混合筒22的底面上竖直固定有多根支杆221，多根支杆221竖直滑动贯穿加热炉1的底面设置，多根支杆221的底端与升降气缸12的输出端连接，便于根据加热需求，调整检测组件2在加热炉1的位置，对应不同的加热分区。

一种模拟高炉炉内碱金属环节检测方法，包括以下步骤：

通过天平3量取两份等量的焦炭样本；将其中的一份焦炭样本放入检测组件2的筛状网板23中，此时检测组件2位于第一分区的电热线圈13内；在焦炭样本顶端放置压盖25，并且将热电偶26贯穿压盖25上的插筒插接在焦炭样本中，然后将混合管27上的氮气管271和二氧化碳管272分别与配气系统连接，热电偶26与计算机监测系统连接；接通加热炉1上第一分区上电热线圈13的电源，以10℃/min进行升温，对检测组件2进行加热，当试样料层中心温度达到400℃时打开氮气管271上的流量阀28开始对检测组件2通氮气，保护焦炭防止其烧损；当焦炭样本中心温度达到1100℃时，恒温10min后，关闭氮气管271上的流量阀28，打开二氧化碳管272上的流量阀28，以5L/min通二氧化碳，恒温反应2h后，关闭二氧化碳管272上的流量阀28，改通氮气降温；检测组件2冷却到100℃以下，停止通氮气，打开检测组件2上盖，倒出焦炭样本，利用天平称量质量、记录；将反应后的焦炭试样全部装入I型转鼓内，以20r/min的转速共转30min，总转数为600r；然后取出用φ10mm圆孔筛筛分、称量筛上物质量、记录；将第二份焦炭样本进行浸K液试验，然后将浸k液后的焦炭样本再次进行上述检测，得到劣化后的焦炭检测结果，浸K液试验方法如下：选取K2CO3试剂作为K源（原因是KO碱性过强，使用过程具有腐蚀性；K2CO3易溶于水，能够配制均匀溶液，保障K在焦炭试样中的富集）；配制5%浓度的K2CO3溶液，静置4h，保证溶液充分溶解，烧杯底部没有明显沉淀物；按照GB/T1996-2017标准，取粒级为23mm-25mm待测焦炭试样250g，放入1L的烧杯中，倒入以配好的K2CO3溶液，使溶液完全淹没焦炭试样；将浸泡焦炭的K2CO3溶液，静置24h，使焦炭充分浸K，以备后续试验使用；取出浸K后的焦炭试样，置于85℃烘箱内干燥约4h，直至浸K后试样不在失重为止；取200g浸K后试样作CSR和CPI分析，取剩余试样（约50g）用于成分分析，主要关注K含量的富集情况。

工作原理：通过天平3量取两份等量的焦炭样本；将其中的一份焦炭样本放入检测组件2的筛状网板23中，此时检测组件2位于第一分区的电热线圈13内；在焦炭样本顶端放置压盖25，并且将热电偶26贯穿压盖25上的插筒插接在焦炭样本中，然后将混合管27上的氮气管271和二氧化碳管272分别与配气系统连接，热电偶26与计算机监测系统连接；接通加热炉1上第一分区上电热线圈13的电源，以10℃/min进行升温，对检测组件2进行加热，当试样料层中心温度达到400℃时打开氮气管271上的流量阀28开始对检测组件2通氮气，保护焦炭防止其烧损；当焦炭样本中心温度达到1100℃时，恒温10min后，关闭氮气管271上的流量阀28，打开二氧化碳管272上的流量阀28，以5L/min通二氧化碳，恒温反应2h后，关闭二氧化碳管272上的流量阀28，改通氮气降温；检测组件2冷却到100℃以下，停止通氮气，打开检测组件2上盖，倒出焦炭样本，利用天平称量质量、记录；将反应后的焦炭试样全部装入I型转鼓内，以20r/min的转速共转30min，总转数为600r；然后取出用φ10mm圆孔筛筛分、称量筛上物质量、记录；将第二份焦炭样本进行浸K液试验，然后将浸k液后的焦炭样本再次进行上述检测，得到劣化后的焦炭检测结果两个焦炭样本进行对比。

通过上述设计得到的装置已基本能满足一种能够在“炉外”测定焦炭的反应数据，有效的对高炉用冶金焦炭实施性价比评价的模拟高炉炉内碱金属环节检测设备的使用，但本着进一步完善其功能的宗旨，设计者对该装置进行了进一步的改良。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (9)

1.一种模拟高炉炉内碱金属环境检测设备，包括加热炉（1）、计算机监测系统、配气系统、温度测量装置和用于称重焦炭的天平（3），其特征在于：还包括检测组件（2），所述检测组件（2）设置在所述加热炉（1）的炉膛中，所述检测组件（2）包括刚玉筒（21），所述刚玉筒（21）加入定量的焦炭试样，所述刚玉筒（21）的焦炭试样中部插入热电偶（26），所述刚玉筒（21）底端设置有混合管（27），所述混合管（27）与所述配气系统连通，所述加热炉（1）、计算机监测系统、热电偶（26）和温度测量装置组成闭环控温回路，所述加热炉（1）、计算机监测系统和配气系统组成闭环供气回路，所述加热炉（1）、计算机监测系统和天平（3）构成称重自控制体系。

2.根据权利要求1所述的一种模拟高炉炉内碱金属环境检测设备，其特征在于，所述刚玉筒（21）的内部设置有筛状隔板（23），所述筛状隔板（23）的顶面上放置有焦炭试样，所述刚玉筒（21）的内圆周底部开设有内螺纹（211）。

3.根据权利要求2所述的一种模拟高炉炉内碱金属环境检测设备，其特征在于，所述筛状隔板（23）的正上方焦炭试样的顶端设置有压盖（25），所述压盖（25）的中部竖直贯通固定有插筒，所述压盖（25）的插筒中竖直插接有所述热电偶（26）。

4.根据权利要求2所述的一种模拟高炉炉内碱金属环境检测设备，其特征在于，所述筛状隔板（23）的外圆周上开设有外螺纹（231），所述外螺纹（231）与所述刚玉筒（21）上的内螺纹（211）螺纹配合连接。

5.根据权利要求1所述的一种模拟高炉炉内碱金属环境检测设备，其特征在于，所述刚玉筒（21）的底端连通有混合筒（22），所述混合筒（22）的底端竖直连通有混合管（27），所述混合管（27）底端竖直贯穿所述加热炉（1）的底端设置。

6.根据权利要求5所述的一种模拟高炉炉内碱金属环境检测设备，其特征在于，所述混合筒（22）的底端连通有氮气管（271），所述混合筒（22）外圆周的一侧连通有二氧化碳管（272），所述混合筒（22）的外圆周上部安装有阀门（273），所述氮气管（271）和二氧化碳管（272）上均安装有流量阀（28）和流量计（29），所述二氧化碳管（272）的外圆周上连通有分散筒（2721），所述分散筒（2721）上安装有放散电磁阀。

7.根据权利要求1所述的一种模拟高炉炉内碱金属环境检测设备，其特征在于，所述加热炉（1）的外端面上从上到下设置有多个电热线圈（13），所述加热炉（1）的顶端开设有分散口（14），所述加热炉（1）的底面上竖直固定有多块支撑板（11），所述支撑板（11）上竖直固定有升降气缸（12）。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种模拟高炉炉内碱金属环境检测设备，其特征在于，所述混合筒（22）的底面上竖直固定有多根支杆（221），所述多根支杆（221）竖直滑动贯穿所述加热炉（1）的底面设置，所述多根支杆（221）的底端与所述升降气缸（12）的输出端连接。

9.一种模拟高炉炉内碱金属环节检测方法，包括以下步骤：

（1）、通过天平（3）量取两份等量的焦炭样本；

（2）、将其中的一份焦炭样本放入检测组件（2）的筛状网板（23）中，此时检测组件（2）位于第一分区的电热线圈（13）内；

（3）、在焦炭样本顶端放置压盖（25），并且将热电偶（26）贯穿压盖（25）上的插筒插接在焦炭样本中，然后将混合管（27）上的氮气管（271）和二氧化碳管（272）分别与配气系统连接，热电偶（26）与计算机监测系统连接；

（4）、接通加热炉（1）上第一分区上电热线圈（13）的电源，以10℃/min进行升温，对检测组件（2）进行加热，当试样料层中心温度达到400℃时打开氮气管（271）上的流量阀（28）开始对检测组件（2）通氮气，保护焦炭防止其烧损，然后启动升降气缸（12）推动检测组件（2）位于第二分区上电热线圈（13）中，接通第二分区上电热线圈（13）的电源开始加热；

（5）、当焦炭样本中心温度达到1100℃时，恒温10min后，关闭氮气管（271）上的流量阀（28），打开二氧化碳管（272）上的流量阀（28），以5L/min通二氧化碳，恒温反应2h后，关闭二氧化碳管（272）上的流量阀（28），改通氮气降温；

（6）、检测组件（2）冷却到100℃以下，停止通氮气，打开检测组件（2）上盖，倒出焦炭样本，利用天平称量质量、记录；

（7）、将反应后的焦炭试样全部装入I型转鼓内，以20r/min的转速共转30min，总转数为600r；然后取出用φ10mm圆孔筛筛分、称量筛上物质量、记录；

（8）、将第二份焦炭样本进行浸K液试验，然后将浸k液后的焦炭样本再次进行上述检测，得到劣化后的焦炭检测结果。

Images