[发明专利]一种含铁原料气基还原、成渣过程实验方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及冶金工程技术领域，尤其涉及一种含铁原料气基还原、成渣过程实验方法，以及一种实现该方法的装置。

 

背景技术

测定烧结矿、球团矿、块矿等含铁原料的冶金性能是冶金工程实验中一项重要研究内容，其有助于指导炼铁过程，特别是高炉炼铁过程选择适宜的炉料结构以达到降本增效的目的。概括而言，含铁炉料的冶金性能通常主要包括还原性、低温还原粉化性、荷重还原软化-熔融滴落性等，并且各冶金性能检测的实验方法及装置较为独立。与此相对的是，高炉炼铁过程实际上是一个连续的系统，不同冶金性能之间并非相互独立，反而通过彼此间相互作用共同影响炉况的顺行。因此，有必要开发一种相对更为综合、兼顾含铁原料不同冶金性能间相互关系的实验方法及装置。

高炉冶炼过程中，软熔带作为炉内“承上启下”的关键区域，影响着煤气流的二次分布和高炉渣的初步形成，研究并掌握高炉软熔带的形成机理及影响因素对于实际生产有着重要的指导意义。就软熔带内部而言，含铁原料同时参与还原和成渣反应，涉及到其还原性、荷重还原软化-熔融滴落性等冶金性能，特别是两者间的相互作用关系对于解析软熔带特征至关重要。就现有的检测手段而言，含铁原料的还原性主要采用国家标准GB/T 13241-91所述的实验方法及装置来测试，而荷重还原软化-熔融滴落性的测试并未有相关的国内或国际标准，更为重要的是目前缺乏相应的实验方法及装置以研究考察上述两种冶金性能间的相互作用关系。除此以外，就现有针对含铁原料冶金性能检测的实验方法及装置而言，其主要存在以下几点不足：                                                由于试样所要求的粒度较大，固体颗粒反应物层内扩散和产物层外扩散成为限制性环节易影响对试样冶金性能的测量； 由于单次试样量较多，各颗粒处于不同的实验环境，所造成冶金性能的差异增大了实验后期取样工作的难度； 高温实验后，试样主要靠气体冷却，较低的冷却速率不利于保存高温条件下的炉渣结构； 单天平测量要求试样、吊篮和金属丝的总质量不能超过天平的量程，在一定程度上限制未来对测量系统的进一步开发。综上所述，围绕研究含铁原料在高炉软熔带内的还原、成渣行为及其相互作用，现有的实验方法及装置无法满足过程检测和后期取样要求。

 

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的主要在于提供一种实验方法以研究含铁原料还原性与成渣性（即软熔-滴落性）的相互作用关系，解决现有的实验方法及装置无法满足过程检测和后期取样要求，以及需要采用不同的设备来研究含铁原料的还原性和成渣特性，存在结构复杂、操作不方便的问题。

此外，本发明还提供实现含铁原料气基还原、成渣过程实验方法的装置。

为实现上述目的，本发明采用如下技术手段：

一种含铁原料气基还原、成渣过程实验方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将含铁原料磨碎后压制成块状作为试样；

2）将试样放入模拟气基还原、成渣的环境中，进行气基还原实验；同时实时记录还原过程中试样的失重和尾气成分数据；其中，还原气体成分、反应温度和反应时间进行根据气基还原实验要求设定；

3）待气基还原实验结束后，对试样进行成渣实验，试样经高温熔融滴落后通过水淬方法以保存其高温晶体结构；其中，气体成分、反应温度的升温速率根据高温成渣实验要求设定。

所述步骤3）设定的气体成分取决于实验方案，若设置为惰性气氛（包括但不限于N₂、He），则研究考察试样的静态还原度对其成渣性的作用规律；若设置为还原气氛（包括但不限于CO、H₂），则研究考察试样的动态还原度对其成渣性的作用规律。

所述步骤2）和3）设定的反应温度均取决于实验方案，对于含铁原料的气基还原反应，其反应温度通常设定在800~1100℃；而对于含铁原料的高温成渣反应，其温度通常设定在1200~1500℃。

进一步，本发明还提供一种实现上述方法的含铁原料气基还原、成渣过程实验装置，其特征在于，包括气源系统、反应炉及其加热系统、称量系统和样品收集水槽；

所述气源系统包括CO、CO₂、H₂和惰性气体的多个气瓶，还包括分别与各气瓶相连的气瓶阀及转子流量计；所述气瓶的出气管与主管道气路相连并设有气阀及转子流量计、干燥瓶、加湿装置和U型压差计；