CN217304980U - 一种可变压力下粉体物料热解过程中膨胀系数测定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可变压力下粉体物料热解过程中膨胀系数测定装置，包括加热单元、膨胀系数测量单元及主控制系统；加热单元设中频加热控制箱、中频加热电容箱及电感加热圈；膨胀系数测量单元设料仓、加压装置及测量装置；测量装置包括红外测温枪及超声测距仪；中频加热控制箱、红外测温枪及超声测距仪分别连接主控制系统。本实用新型适用于多种原材料和多种操作条件下的膨胀系数测定；利用控制系统进行精确控制，使作用在煅烧物料上的温度和物料膨胀的位移按预定的过程变化，在完成煅烧物料的膨胀系数测定的同时，还可以通过改变作用在物料上的压力的大小控制煅烧后物料的膨胀度，即煅烧后物料的密度。

Description

一种可变压力下粉体物料热解过程中膨胀系数测定装置

技术领域

本实用新型涉及膨胀系数测量技术领域，尤其涉及一种可变压力下粉体物料热解过程中膨胀系数测定装置。

背景技术

膨胀系数测定是测量物料在升温煅烧过程中物料的体积膨胀系数。物料在升温煅烧过程中会随温度的变化发生物理或化学性质的改变，从而导致其体积也随升温煅烧过程发生变化。在对体积变化量进行测量后，利用一系列相关计算就可以确定物料在升温过程中的膨胀系数变化。

现有膨胀系数测定装置主要分两类：

一.实验室级别的热膨胀系数测定装置，由导轨、位移检测机构、气氛机构、控温炉及样品放置机构、自动控制系统、自动数据处理系统等构成。在预设的温度程序(升温、降温、恒温及其组合)控制下(负载力可忽略不计)，测量样品在测试方向上的长度随温度或时间的变化过程。用于精确测定材料在热处理过程中的膨胀或收缩情况，适合陶瓷、建材、玻璃、耐火材料、金属或合金等材料的测试。

二.岩土工程材料检测膨胀率测定装置，由百分表、玻璃板、试模立方体、铲勺、捣板、钢垫板等构成；用于测定浆液的补偿收缩性能，定量测定浆液材料的竖向膨胀量。

上述两类膨胀系数测定装置都存在以下的缺点：

1)测量的样品量非常小，导致在指导实际煅烧装置设计时产生较大误差；2)测量的用料量非常大，导致设备笨重、操作灵活性差，浪费物料和能源，设备成本高。最重要的是，无论哪种装置都没有实现物料在特定压力下膨胀性质的测定。而且通用型的膨胀系数测量装置适用条件单一，同一设备无法在实验过程中获得不同条件下的数据，利用率极低。

发明内容

本实用新型提供了一种可变压力下粉体物料热解过程中膨胀系数测定装置，适用于多种原材料和多种操作条件下的膨胀系数测定；利用控制系统进行精确控制，使作用在煅烧物料上的温度和物料膨胀的位移按预定的过程变化，在完成煅烧物料的膨胀系数测定的同时，还可以通过改变作用在物料上的压力的大小控制煅烧后物料的膨胀度，即煅烧后物料的密度。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：

一种可变压力下粉体物料热解过程中膨胀系数测定装置，包括加热单元、膨胀系数测量单元及主控制系统；所述加热单元设中频加热控制箱、中频加热电容箱及电感加热圈；所述膨胀系数测量单元设料仓、加压装置及测量装置；所述中频加热控制箱、中频加热电容箱及电感加热圈依次连接，料仓设于电感加热线圈中，料仓用于盛装粉体物料，加压装置用于向料仓内的粉体物料施压；所述测量装置包括红外测温枪及超声测距仪；中频加热控制箱、红外测温枪及超声测距仪分别连接主控制系统。

所述中频加热控制箱中设有中频加热电炉温度控制系统；中频加热控制箱上设中频加热控制开关、控温接口及中频加热电功表，中频加热控制箱通过控温接口连接主控制系统。

所述料仓为圆筒形料仓，顶部通过封盖封闭；加压装置由压板、施压杆、套管、配重支架、水平板及配重块组成；压板设于料仓内，施压杆的下端连接压板，上端穿过封盖后连接配重支架，施压杆与配重支架连接处的外侧设套管；配重支架的顶部设水平板，配重块置于水平板上。

所述料仓与封盖之间、施加杆与压板、套管与封盖之间、施压杆与配重支架之间均采用螺纹连接。

所述配重块为标准砝码，质量为2～10kg。

所述测量装置由测量支架、红外测温枪及超声测距仪组成；测量支架包括底座、立杆及耐高温垫，底座水平设置，耐高温垫设于底座上，料仓设于耐高温垫上；底座的一侧设竖直的立杆，超声测距仪、红外测温枪一上一下可滑动地设于立杆上。

所述主控制系统为PC机。

所述电感加热圈采用铜管绕制而成，内侧设保温隔热层。

所述粉体物料为碳材料、煤质材料、沥青材料或高分子材料。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1)适用于多种原材料和多种操作条件下的膨胀系数测定；利用PC系统进行精确控制，使作用在煅烧物料上的温度和物料膨胀的位移按预定的过程变化，在完成煅烧物料的膨胀系数测定的同时，还可以通过改变作用在物料上的压力的大小控制煅烧后物料的膨胀度，即煅烧后物料的密度；

2)能够精确测量物料在多种压力和温度条件下的煅烧过程中的膨胀系数；物料消耗数量适当，并可灵活调整样品使用量，对实际生产应用具有较高的指导性；

3)加热单元采用中频加热电炉温度控制系统，节能环保；

4)适用于广泛粒度分布固体颗粒材料在可调控压力及升温曲线条件下煅烧过程中的膨胀系数测定；涉及材料包括碳材料、煤质材料、沥青材料、高分子材料等，并可用于实验、测试与指导生产，适用条件广泛，同一设备在实验过程中可以获得不同条件下的数据，设备利用率高；

5)设备结构简单精巧，组装及操作方便快捷，投资少，控制精确，容易清理，节省能耗，具有很强的市场竞争力。

附图说明

图1是本实用新型所述一种可变压力下粉体物料热解过程中膨胀系数测定装置的结构示意图。

图2是本实用新型所述加热单元的结构示意图。

图3是本实用新型所述加压装置的结构示意图。

图4是本实用新型所述测量装置的结构示意图。

图中：1.中频加热控制箱 2.中频加热控制开关 3.控温接口 4.中频加热电功表5.中频加热电容箱 6.电感加热圈 7.料仓 8.压板 9.螺纹连接段 10.施压杆 11.封盖12.套管 13.配重支架 14.水平板 15.配重块 16.底座 17.耐高温垫 18.红外测温枪 19.立杆 20.超声测距仪 21.电脑主机 22.显示器

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：

如图1所示，本实用新型所述一种可变压力下粉体物料热解过程中膨胀系数测定装置，包括加热单元、膨胀系数测量单元及主控制系统；如图2所示，所述加热单元设中频加热控制箱1、中频加热电容箱5及电感加热圈6；所述膨胀系数测量单元设料仓7、加压装置及测量装置；所述中频加热控制箱1、中频加热电容箱5及电感加热圈6依次连接，料仓7设于电感加热线圈6中，料仓7用于盛装粉体物料，加压装置用于向料仓7内的粉体物料施压；所述测量装置包括红外测温枪18及超声测距仪20；中频加热控制箱1、红外测温枪18及超声测距仪20分别连接主控制系统。

所述中频加热控制箱1中设有中频加热电炉温度控制系统；中频加热控制箱1上设中频加热控制开关2、控温接口3及中频加热电功表4，中频加热控制箱1通过控温接口3连接主控制系统。

如图3所示，所述料仓7为圆筒形料仓，顶部通过封盖11封闭；加压装置由压板8、施压杆10、套管12、配重支架13、水平板14及配重块15组成；压板8设于料仓7内，施压杆10的下端连接压板8，上端穿过封盖11后连接配重支架13，施压杆10与配重支架13连接处的外侧设套管12；配重支架13的顶部设水平板14，配重块15置于水平板14上。

所述料仓7与封盖11之间、施压杆10与压板8、套管12与封盖11之间、施压杆10与配重支架13之间均采用螺纹连接。

所述配重块15为标准砝码，质量为2～10kg。

如图4所示，所述测量装置由测量支架、红外测温枪18及超声测距仪20组成；测量支架包括底座16、立杆19及耐高温垫17，底座16水平设置，耐高温垫17设于底座16上，料仓7设于耐高温垫17上；底座16的一侧设竖直的立杆19，超声测距仪18、红外测温枪20一上一下可滑动地设于立杆19上。

所述主控制系统为PC机。

所述电感加热圈6采用铜管绕制而成，内侧设保温隔热层。

所述粉体物料为碳材料、煤质材料、沥青材料或高分子材料。

本实用新型所述一种可变压力下粉体物料热解过程中膨胀系数测定装置的组装过程如下：

所述加热单元组装时，需要将电感加热圈6与中频加热电容箱5连接，中频加热电容箱5与中频加热控制箱1通过导线连接，中频加热控制箱1接入380V交流电源。

所述膨胀系数测量单元组装时，需要将料仓7置于电感加热圈12的中心位置，并整体放置在底座的耐高温垫17上。再将施压杆10与压板8连接，通过封盖11将料仓7的上部开口封闭(施压杆10自封盖11中间的通孔穿出)，将套管12通过螺纹与封盖11连接稳固，将配重支架13与施压杆10通过螺纹连接。

所述测量装置组装时，需要将红外测温枪17及超声测距仪20安装到立杆19上。然后将红外测温枪18的探头自电感加热圈6的空隙处伸入其内部，并与料仓7外壁保持一定距离，将超声波测距仪20垂直于水平板14置于水平板14上方，两者之间保持一定距离。

所述主控制系统组装时，需要将控温接口3、红外测温枪17、超声测距仪20通过数据线连接到PC机接口上，并接入220V交流电源。

本实用新型所述一种可变压力下粉体物料热解过程中膨胀系数测定装置的使用过程如下:

1)将一定量的物料加入到料仓7中，握住施压杆10的上端将压板8放入料仓7中并用力夯实物料，待夯实后将压板8平整的放在物料上，并使施压杆10呈竖直状态，再依次安装封盖11、套管12、配重支架13及水平板14。

2)根据需要选用合适重量的配重块15，将配重块15放置在水平板14上；

3)运行主控制系统中的测量程序，设置相关升温曲线，校正温度及距离参数，并最终确认；

4)打开中频加热控器开关2，此时中频加热电功表4显示“0000”，表示尚未运行加热程序；

5)再次确认上述操作无误后，通过主控制系统运行加热程序，同时运行测量程序；此时中频加热电功表4有数值显示，表示已经开始AI功率调节，进入自动升温阶段；

6)根据实际情况，参考电脑内记录的相关参数和曲线，通过与初始位置的参数进行比较，计算出水平板14的相对位移，从而得到对应某一温度或时间的膨胀系数；

7)实验结束后，主控制系统自动停止装置运行并保存实验数据，手动关闭中频加热控器开关2，装置自然冷却降温；

8)温度降到室温后，按与组装时相反的顺序拆除各部组件，并将料仓7中经煅烧后的物料取出待用；料仓7清理后待用。

以下实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

【实施例】

本实施例中，一种可变压力下粉体物料热解过程中膨胀系数测定装置，包括加热单元、膨胀系数测量单元及主控制系统。

料仓7放置在加热单元的电感加热圈6中；料仓7与底座16之间需放置耐高温垫17；红外测温枪18的探头自电感加热圈6空隙伸入其内部，并与料仓7外壁保持一定距离；超声波测距仪20的探头垂直水平板14设置并且两者之间保持一定距离。

中频加热控制箱1通过控温接口3与主控制系统连接，通过主控制系统对电感加热线圈6的加热功率进行控制，进而控制加热温度。通过红外测温枪18与主控制系统连接实现自动测温；通过超声波测距仪20与主控制系统连接，实现膨胀系数测量时的位移测量和记录。

中频加热控制箱1外接380V电源供电；主控制系统外接220V电源供电。

电感加热圈6的材质为铜管，根据料仓7的大小绕制而成，电感加热圈6内侧用保温泥烧制用来隔热(温度过高会使电磁作用消失，起不到磁力加热的效果)；本实施例中，加热单元包括中频加热控制箱1、中频加热控器开关2、控温接口3、中频加热电功表4、中频加热电容箱5为套装，整机外购，整机功率为35kW。

所述膨胀系数测量系统包括料仓7、压板8、施压杆10、封盖11、套管12、配重支架13、水平板14、配重块15。料仓7为圆筒形结构，壁厚为10mm，下端封闭，上端为敞开结构；上沿设外螺纹，与封盖11上的内螺纹连接。压板8是与料仓7横截面相配合的圆盘形，置于料仓7中，压板8与施压杆10通过螺纹连接段9连接，施压杆10固定在压板8的中心位置，压板8可在施压杆10的带动下竖直移动，在需要时两者可以拆卸分离。封盖11的中心开设通孔供施压杆10穿过，封盖11有一定的壁厚，对施压杆10具有导向定位作用，确保施压杆10只能竖直上下移动。套管12为圆筒形结构，壁厚为3mm，下部设内螺纹，与封盖11上端的外螺纹连接。配重支架13为圆筒形结构，下端焊接一螺母与施压杆10上端的外螺纹连接固定。水平板14为一矩形托盘，用于支撑配重块15，水平板15的一端向外延伸到超声测距仪20的下方；配重块15采用标准砝码，砝码的质量为2kg～10kg，砝码置于水平板14上，并可根据需要进行更换。

所述测量装置包括底座16、耐高温垫17、红外测温枪18、立杆19及超声测距仪20。底座16与立杆19连接，立杆19竖直设置；耐高温垫17采用具有耐热隔热效果的材料制成，耐高温垫17置于底座16上；红外测温枪18通过卡扣与立杆19连接，可滑动调整至任意位置并锁紧固定；超声测距仪20通过卡扣与立杆19连接，并可滑动调整至任意位置并锁紧固定。

所述主控制系统为PC机，由电脑主机21及显示器22组成，具有数据采集、数据整理及控制功能，可根据实际情况进行温度多段设置以形成温度梯度曲线，主输出为4～20mA模拟量输出，PC机采用信号线与控温接口3连接，PC机中的温度数据采集模块通过信号线与红外测温枪18连接；PC机中的位移数据采集模块通过信号线与超声测距仪20连接。

【实施例2】

本实施例采用实施例1所述膨胀系数测定装置进行实验，取5mm以下筛分后的生焦400g填装到料仓内，通过施压装置施加静压力2kg，通过主控制系统设定6段升温曲线，温度范围为20～900℃，升温时间为14小时，每0.5小时计数一次，并进行膨胀系数测量，整理后得到符合要求的膨胀系数。重复3次实验后数据一致，测定合格。

【实施例3】

本实施例采用实施例1所述膨胀系数测定装置进行实验，取5mm以下筛分后的生焦400g填装到料仓内，通过施压装置施加静压力5kg，通过主控制系统设定4段升温曲线，温度范围为20～800℃，升温时间为12小时，每0.5小时计数一次，并进行膨胀系数测量，整理后得到符合要求的膨胀系数。重复3次实验后数据一致，测定合格。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可变压力下粉体物料热解过程中膨胀系数测定装置，其特征在于，包括加热单元、膨胀系数测量单元及主控制系统；所述加热单元设中频加热控制箱、中频加热电容箱及电感加热圈；所述膨胀系数测量单元设料仓、加压装置及测量装置；所述中频加热控制箱、中频加热电容箱及电感加热圈依次连接，料仓设于电感加热线圈中，料仓用于盛装粉体物料，加压装置用于向料仓内的粉体物料施压；所述测量装置包括红外测温枪及超声测距仪；中频加热控制箱、红外测温枪及超声测距仪分别连接主控制系统。

2.根据权利要求1所述的一种可变压力下粉体物料热解过程中膨胀系数测定装置，其特征在于，所述中频加热控制箱中设有中频加热电炉温度控制系统；中频加热控制箱上设中频加热控制开关、控温接口及中频加热电功表，中频加热控制箱通过控温接口连接主控制系统。

3.根据权利要求1所述的一种可变压力下粉体物料热解过程中膨胀系数测定装置，其特征在于，所述料仓为圆筒形料仓，顶部通过封盖封闭；加压装置由压板、施压杆、套管、配重支架、水平板及配重块组成；压板设于料仓内，施压杆的下端连接压板，上端穿过封盖后连接配重支架，施压杆与配重支架连接处的外侧设套管；配重支架的顶部设水平板，配重块置于水平板上。

4.根据权利要求3所述的一种可变压力下粉体物料热解过程中膨胀系数测定装置，其特征在于，所述料仓与封盖之间、施压杆与压板、套管与封盖之间、施压杆与配重支架之间均采用螺纹连接。

5.根据权利要求3所述的一种可变压力下粉体物料热解过程中膨胀系数测定装置，其特征在于，所述配重块为标准砝码，质量为2～10kg。

6.根据权利要求1所述的一种可变压力下粉体物料热解过程中膨胀系数测定装置，其特征在于，所述测量装置由测量支架、红外测温枪及超声测距仪组成；测量支架包括底座、立杆及耐高温垫，底座水平设置，耐高温垫设于底座上，料仓设于耐高温垫上；底座的一侧设竖直的立杆，超声测距仪、红外测温枪一上一下可滑动地设于立杆上。

7.根据权利要求1所述的一种可变压力下粉体物料热解过程中膨胀系数测定装置，其特征在于，所述主控制系统为PC机。

8.根据权利要求1所述的一种可变压力下粉体物料热解过程中膨胀系数测定装置，其特征在于，所述电感加热圈采用铜管绕制而成，内侧设保温隔热层。

9.根据权利要求1所述的一种可变压力下粉体物料热解过程中膨胀系数测定装置，其特征在于，所述粉体物料为碳材料、煤质材料、沥青材料或高分子材料。

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