專利名稱：初渣實驗爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域 本實用新型涉及一種高爐治煉行業(yè)的實驗爐，具體的是一種初渣實驗爐。

背景技術(shù)：
高爐中爐渣的形成經(jīng)歷滴落初渣、爐腹初渣、風(fēng)口渣、終渣共四個階段。滴落初渣和爐腹初渣又可統(tǒng)稱為“初成渣”或簡稱為“初渣”。初渣形成過程的特點通常用開始軟化溫度、開始滴落溫度、礦石層的透氣性等指標(biāo)表征。一般希望礦石的開始軟化溫度要高，軟熔區(qū)間(開始滴落溫度和開始軟化溫度的差值)要窄，透氣性要好，以利于高爐的強(qiáng)化冶煉。所謂的高爐爐料結(jié)構(gòu)，系指從高爐爐頂裝入的鐵礦石的種類及其配比，初渣的形成過程與爐料結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系。
高爐噴吹煤粉有利于降低生鐵成本，降低焦比，減輕對環(huán)境和優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源的壓力。擴(kuò)大噴煤量是我國高爐企業(yè)永遠(yuǎn)的追求。高爐噴吹廢塑料、廢輪胎、廢機(jī)油等大宗社會廢棄物以及天然氣、水煤漿等，不僅有利于降低焦比，而且增加煤氣中的H2濃度，改善鐵礦石的還原和減少CO2排放，有利于改善環(huán)境。但煤粉等噴吹物在高爐風(fēng)口前不可能完全燃燒，燃燒率的高低與噴吹物種類與噴吹量，以及風(fēng)溫、富氧率、濕分等鼓風(fēng)條件密切相關(guān)。燃燒率越低、噴吹量越大，生成和被初渣卷入的未燃物就越多。一般來說，初渣中未燃物的含量越高其流動性越差，而不同爐料結(jié)構(gòu)生成的初渣對未燃物的敏感程度各不相同。因此，初渣分析對于優(yōu)化爐料結(jié)構(gòu)具有重要的指導(dǎo)意義。
目前，國內(nèi)外對高爐渣性能的研究一般限于終渣，對初渣形成過程，特別是對大量噴煤和其他輔助燃料條件下的初渣性能研究甚少。這主要是因為高爐是一種封閉的高溫反應(yīng)器，難以直接采集初成渣的樣品和對其進(jìn)行研究，無論是在生產(chǎn)高爐上，還是在傳統(tǒng)的實驗高爐上進(jìn)行初成渣的熔滴試驗，費用都十分昂貴，結(jié)果也不理想。因此，急需一種簡便易行、結(jié)果可靠又能比較真實地反映高爐內(nèi)部現(xiàn)象的實驗爐。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型旨在提出一種模擬高爐條件可獲取初渣的初渣爐，能很好的模擬高爐條件，且能直接采集初渣對其進(jìn)行實驗研究。
本實用新型初渣實驗爐，包括設(shè)有爐膛管的電爐和配氣柜，所述爐膛管內(nèi)設(shè)有位于石墨底座上的石墨坩堝，石墨坩堝上端設(shè)有中心壓桿，所述中心壓桿上端穿過爐膛管并插設(shè)有熱電偶，中心壓桿上設(shè)料面荷重調(diào)整裝置，所述爐膛管上端設(shè)上蓋并設(shè)排氣口及位移傳感器，下端設(shè)接料盒并通過還原氣體進(jìn)口與配氣柜連通，所述還原氣體進(jìn)口與配氣柜的連接管路上設(shè)壓差變送器。
所述排氣口經(jīng)通氣管與質(zhì)譜儀連接。
所述接料盒上還設(shè)有用于感應(yīng)試樣滴落物的光電感應(yīng)器。
所述料面荷重調(diào)整裝置為液壓缸。
試樣置于爐膛管內(nèi)的石墨坩堝中，由中心壓桿壓緊，所述料面荷重由料面荷重調(diào)整裝置控制中心壓桿下壓調(diào)節(jié)。配氣柜經(jīng)壓差變送器與還原氣體進(jìn)口連通，可通入還原氣體與試樣反應(yīng)，在反應(yīng)前后還可通入N2氣保護(hù)，熱電偶由中心壓桿上端插入，用于檢測料面溫度。試樣熔化的初渣(即滴落物)可由石墨坩堝及坩堝底座滴落至接料盒中。
發(fā)明人仔細(xì)研究了高爐中初渣的形成過程及條件，特別設(shè)計了初渣實驗爐，解決了現(xiàn)有高爐無法直接獲取初渣并對初渣進(jìn)行分析研究的問題，在初渣實驗爐中模擬高爐條件進(jìn)行升溫，調(diào)節(jié)煤氣成分和荷重，能夠采集得到滴落的初渣，對初渣進(jìn)行化學(xué)分析和微觀檢測，并進(jìn)一步利用初渣配制爐渣樣品，并檢測其熔點、自由流動溫度與粘度，從而可以研究噴吹物種類、噴吹量等對爐腹初渣流動性的影響，進(jìn)一步得以指導(dǎo)高爐爐料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。
有益效果 1，利用初渣實驗爐，通過模擬高爐條件可獲得滴落的初渣，解決了目前各種實驗方法均無法獲得初渣，從而無法對初渣進(jìn)行研究的問題。
2，本實用新型初渣實驗爐專為獲取初渣而設(shè)計，較大型的實驗高爐相比其結(jié)構(gòu)簡單、制作成本低，有利于以較低的成本開展對高爐初成渣的實驗研究。
3，控制液壓缸自動調(diào)整料面荷重，利用光電感應(yīng)器自動感應(yīng)初渣滴落，更為安全、精確、可靠。
4，采用初渣實驗爐獲取初渣的分析結(jié)果更接近高爐實際，為優(yōu)化指導(dǎo)高爐爐料結(jié)構(gòu)，從而擴(kuò)大噴吹量、降低焦比和生鐵成本，減少CO2排放，減輕煉鐵高爐對環(huán)境的負(fù)荷提供可靠依據(jù)。

圖1為初渣實驗爐的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中，1-配氣柜、2-差壓變送器、3-支撐架、4-電爐、5-還原氣體進(jìn)口、6-接料盒、7-光電感應(yīng)器、8-石墨底座、9-試樣、10-石墨坩鍋、11-爐膛管、12-中心壓桿、13-上蓋、14-排氣口、15-位移傳感器、16-液壓缸、17-熱電偶、18-通氣管、19-質(zhì)譜儀。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型初渣實驗爐作進(jìn)一步解釋說明 參照圖1，包括安裝在支撐架3上的設(shè)有爐膛管11的電爐4和配氣柜1，所述爐膛管11內(nèi)設(shè)有位于石墨底座8上的石墨坩堝10，石墨坩堝10上端設(shè)有中心壓桿12，所述中心壓桿12上端穿過爐膛管11并插設(shè)有熱電偶17，爐膛管11內(nèi)的中心壓桿12連接有液壓缸16，所述爐膛管11上端設(shè)上蓋13并設(shè)排氣口14及位移傳感器15，下端設(shè)接料盒6，并通有還原氣體進(jìn)口5與配氣柜1連通，所述還原氣體進(jìn)口5與配氣柜1的連接管路上設(shè)壓差變送器2。所述排氣口14經(jīng)通氣管18與質(zhì)譜儀19連接。所述接料盒6上還設(shè)有用于感應(yīng)試樣滴落物的光電感應(yīng)器7。
初渣爐的爐膛沿周緣裝U型硅鉬棒發(fā)熱元件，在電壓作用下硅鉬棒發(fā)熱并向爐膛管內(nèi)供熱，利用控制柜裝有的智能控溫儀表，按照預(yù)先設(shè)定各段時間內(nèi)應(yīng)到達(dá)的指定溫度控制電爐升溫。
實驗方法 試樣準(zhǔn)備 按照如下方案準(zhǔn)備了8種爐料結(jié)構(gòu)分別作為試樣進(jìn)行實驗，百分?jǐn)?shù)為質(zhì)量百分比 (1)100％酸性球團(tuán)礦 (2)100％澳大利亞塊礦 (3)燒結(jié)礦75％，球團(tuán)礦15％，5％澳礦，5％海南礦 (4)燒結(jié)礦65％，球團(tuán)礦25％，5％澳礦，5％海南礦 (5)燒結(jié)礦55％，球團(tuán)礦35％，5％澳礦，5％海南礦 (6)燒結(jié)礦45％，球團(tuán)礦45％，5％澳礦，5％海南礦 (7)燒結(jié)礦35％，球團(tuán)礦55％，5％澳礦，5％海南礦 (8)100％高堿度燒結(jié)礦 實驗條件為
方法 (1)先將粒度10～12mm的小顆粒焦炭鋪入石墨坩堝9底部，鋪入厚度為20mm，再稱粒度為6.3-10mm的800克試樣9裝入石墨坩堝10中，高約100mm。在試樣9上部再鋪一層焦炭，鋪入1～10％氫厚度為20mm，壓緊中心壓桿12，并蓋嚴(yán)上蓋13，插好熱電偶17，并裝好位移傳感器15； (2)通電，制定升溫程序控制初渣實驗爐升溫，熱電偶17感應(yīng)爐內(nèi)溫度，爐溫達(dá)500℃時通N2氣保護(hù)，升溫至900℃后改通含1～10％體積H2的還原氣體與試樣反應(yīng)，并點燃排氣口煤氣，試樣料面的溫度為900-1550℃。
(3)用熱電偶17測定試樣料面溫度、位移傳感器15測定料柱位移量、差壓變送器2測定氣體通過料柱的壓差值，用質(zhì)譜儀19在線分析排氣口14排出的還原后氣體(即煤氣)成份并送放計算機(jī)分析，試樣9在受熱、受壓、還原的過程中，將發(fā)生失重、軟化和熔化，最后滴落，用接料盒6收集熔化滴落的初渣，同時用光電感應(yīng)器7感應(yīng)報警并記錄滴落溫度。
(4)收集3～4次滴落物后停還原氣體，改通N2保護(hù)，切斷電源，由接料盒6卸料后獲得初渣并分析其化學(xué)成份并進(jìn)行微觀檢測，根據(jù)上述檢測得到的各項數(shù)據(jù)，計算機(jī)自動計算試樣的軟化開始溫度、軟化結(jié)束溫度、熔化滴落溫度、軟化溫度區(qū)間、軟熔溫度區(qū)間、壓差積分值、高溫還原性、直接還原度、間接還原度等表征高爐含鐵爐料冶金性能和初成渣形成特點的各種指數(shù)。
(5)以上述滴落的初渣作為基礎(chǔ)渣配加未燃燒煤粉制備爐渣樣品，之后實驗測定它們的熔點、自由流動溫度與粘度，其中，所述未燃煤粉的配比按下式計算 Ub＝Q(1-η)(1-Ua)(1-Uc)(1) Ac＝0.5QηAd (2) 以上兩式中，Ub為高爐初渣卷入的未燃燒煤粉量，kg/t鐵；Q為噴煤量，kg/t鐵，；η為風(fēng)口前煤粉燃燒率；Ua為進(jìn)入高爐終渣的未燃煤粉的百分比，取40-70質(zhì)量％；Uc為參加直接還原與氣化反應(yīng)的未燃煤粉量，取40-70質(zhì)量％；Ac為與高爐初渣接觸的煤粉中的灰分量，kg/t鐵；Ad為所噴吹煤粉中灰分含量，質(zhì)量％。本實施例中，按照煤比180kg/t鐵，60質(zhì)量％、70質(zhì)量％、80質(zhì)量％和100質(zhì)量％四種煤粉燃燒率計算確定了初成渣中未燃煤粉的配比和煤灰的配比。
通過對與初渣有關(guān)的各種參數(shù)進(jìn)行了分析比較，發(fā)現(xiàn)當(dāng)球團(tuán)礦配比從15％增加到25％和35％時，初渣中的FeO含量減少，軟化區(qū)間和軟熔區(qū)間變窄，透氣阻力指數(shù)略有增加，而且在相同未燃煤含量時，增加球團(tuán)礦配比，初渣的自由流動溫度和熔點下降。由此證實，對于大量噴煤高爐，在一定范圍內(nèi)，適當(dāng)增加球團(tuán)礦配比對改善初渣流動性和熱穩(wěn)定性十分有利。根據(jù)以上對初渣有關(guān)的各種參數(shù)進(jìn)行的綜合分析，制定出如下爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案天然塊礦配比10％(即澳礦及海南礦)、球團(tuán)礦配比為25％～35％、高堿度燒結(jié)礦配比為65％～55％。
權(quán)利要求1.一種初渣實驗爐，包括設(shè)有爐膛管的電爐和配氣柜，其特征在于，所述爐膛管內(nèi)設(shè)有位于石墨底座上的石墨坩堝，石墨坩堝上端設(shè)有中心壓桿，所述中心壓桿上端穿過爐膛管并插設(shè)有熱電偶，中心壓桿上設(shè)料面荷重調(diào)整裝置，所述爐膛管上端設(shè)上蓋并設(shè)排氣口及位移傳感器，下端設(shè)接料盒并通過還原氣體進(jìn)口與配氣柜連通，所述還原氣體進(jìn)口與配氣柜的連接管路上設(shè)壓差變送器。
2.如權(quán)利要求1所述的初渣實驗爐，其特征在于，所述排氣口經(jīng)通氣管與質(zhì)譜儀連接。
3.如權(quán)利要求1所述的初渣實驗爐，其特征在于，所述接料盒上還設(shè)有用于感應(yīng)試樣滴落初渣的光電感應(yīng)器。
4.如權(quán)利要求1所述的初渣實驗爐，其特征在于，所述料面荷重調(diào)整裝置為液壓缸。
專利摘要本實用新型涉及一種初渣實驗爐，解決了現(xiàn)有高爐無法直接獲取初渣對其分析的問題。技術(shù)方案包括設(shè)有爐膛管的電爐和配氣柜，其特征在于，所述爐膛管內(nèi)設(shè)有位于石墨底座上的石墨坩堝，石墨坩堝上端設(shè)有中心壓桿，所述中心壓桿上端穿過爐膛管并插設(shè)有熱電偶，中心壓桿上設(shè)料面荷重調(diào)整裝置，所述爐膛管上端設(shè)上蓋并設(shè)排氣口及位移傳感器，下端設(shè)接料盒并通過還原氣體進(jìn)口與配氣柜連通，所述還原氣體進(jìn)口與配氣柜的連接管路上設(shè)壓差變送器。本實用新型能模擬高爐條件直接獲取初渣，能很好的模擬高爐條件，從而達(dá)到指導(dǎo)優(yōu)化爐料結(jié)構(gòu)的目的。
文檔編號F27B17/02GK201561645SQ20092023000
公開日2010年8月25日 申請日期2009年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月19日
發(fā)明者畢學(xué)工, 周國凡, 傅連春, 楊福, 熊瑋, 于仲杰, 熊亞非, 李懷遠(yuǎn) 申請人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司, 武漢科技大學(xué)