本發(fā)明涉及氫冶金，特別是涉及一種模擬氫基豎爐爐內(nèi)反應(yīng)的測試裝置及測試方法。

背景技術(shù)：

1、目前，在氫冶金領(lǐng)域，已經(jīng)存在一些測試裝置和方法用于模擬氫基豎爐爐內(nèi)反應(yīng)，例如如iso11256、iso11257和iso11258中分別給出了豎爐爐料的成團(tuán)指數(shù)、低溫還原粉化指數(shù)和還原指數(shù)的測定方法，但這些測定方法主要使用co、co2、h2和n2作為還原氣體，并未考慮ch4和蒸汽的存在。而根據(jù)現(xiàn)有研究可知，在氫基豎爐風(fēng)口區(qū)，外部未轉(zhuǎn)化的ch4和蒸汽會發(fā)生原位重整，提高了還原氣中co和h2的比例，但同時(shí)大幅降低了還原氣體的溫度，對氣固還原起到一定的消極影響，可見現(xiàn)有的測試裝置和測試方法模擬的爐內(nèi)反應(yīng)與實(shí)際的爐內(nèi)反應(yīng)差別較大，試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性低。

2、因此，亟需一種測試裝置及測試方法來改善試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種模擬氫基豎爐爐內(nèi)反應(yīng)的測試裝置及測試方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中測試裝置模擬的氫基豎爐爐內(nèi)反應(yīng)與實(shí)際爐內(nèi)反應(yīng)差別大、試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性低的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種模擬氫基豎爐爐內(nèi)反應(yīng)的測試裝置，包括：

3、電加熱爐；

4、反應(yīng)器，所述反應(yīng)器置于所述電加熱爐內(nèi)，所述反應(yīng)器具有用于容納鐵礦石試樣層的反應(yīng)腔；

5、荷重機(jī)構(gòu)，所述荷重機(jī)構(gòu)的至少部分伸入所述反應(yīng)腔內(nèi)以對所述鐵礦石試樣層施加荷重；

6、還原氣發(fā)生機(jī)構(gòu)，與所述反應(yīng)器連通并用于向所述反應(yīng)腔內(nèi)通入還原氣；

7、蒸汽供給器，與所述反應(yīng)器連通并用于向所述反應(yīng)腔內(nèi)通入蒸汽。

8、可選的，所述反應(yīng)器包括內(nèi)管和外管，所述外管包括外管底壁和外管側(cè)壁，所述內(nèi)管位于所述外管內(nèi)并支撐于所述外管底壁上，所述內(nèi)管的內(nèi)側(cè)壁與所述外管底壁共同限定出所述反應(yīng)腔，所述內(nèi)管的外側(cè)壁與所述外管側(cè)壁之間形成進(jìn)氣通道，所述內(nèi)管的下部或者所述內(nèi)管與所述外管底壁之間設(shè)置有通氣結(jié)構(gòu)，所述進(jìn)氣通道通過所述通氣結(jié)構(gòu)與所述反應(yīng)腔連通。

9、可選的，所述通氣結(jié)構(gòu)為設(shè)置在所述內(nèi)管的下部側(cè)壁上的通孔，或者，所述內(nèi)管的下端壁與所述外管底壁之間的間隙形成所述通氣結(jié)構(gòu)。

10、可選的，所述外管底壁上設(shè)有位于所述反應(yīng)腔內(nèi)的支撐座，所述支撐座包括支撐板和多個支撐柱，所述支撐柱的頂部和底部分別與所述支撐板和所述外管底壁焊接固定，所述支撐板用于支撐所述鐵礦石試樣層，且所述支撐板上設(shè)有用于所述還原氣和所述蒸汽通過的氣孔。

11、可選的，所述外管為不銹鋼管，所述內(nèi)管為剛玉管。

12、可選的，所述內(nèi)管的內(nèi)側(cè)壁為斜壁。

13、可選的，所述內(nèi)管包括相連的上管段和下管段，所述上管段為直管，所述下管段的內(nèi)側(cè)壁為斜壁。

14、可選的，所述內(nèi)管的內(nèi)側(cè)壁為斜壁的管段的內(nèi)徑由上至下逐漸增大。

15、可選的，所述斜壁與所述內(nèi)管的軸心線的夾角為α，2°≤α＜10°。

16、可選的，所述反應(yīng)器還包括頂蓋，所述內(nèi)管的下端伸入所述外管內(nèi)，所述內(nèi)管的上端與所述外管的上端通過第一密封件密封，所述頂蓋通過第二密封件與所述內(nèi)管的上端口密封配合，所述頂蓋上設(shè)有與所述進(jìn)氣通道連通的還原氣入口和與所述反應(yīng)腔連通的頂煤氣出口。

17、可選的，所述荷重機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動件和伸入所述反應(yīng)腔內(nèi)的壓頭和縱向熱電偶，所述驅(qū)動件通過壓桿與所述壓頭連接，并帶動所述壓頭在所述反應(yīng)腔內(nèi)縱向移動以調(diào)整對所述鐵礦石試樣層的荷重大小，所述縱向熱電偶穿過所述驅(qū)動件、所述壓桿和所述壓頭后伸入所述鐵礦石試樣層。

18、可選的，所述還原氣發(fā)生機(jī)構(gòu)包括氫氣供給器、甲烷供給器、一氧化碳供給器、二氧化碳供給器、氮?dú)夤┙o器和流量控制箱，所述流量控制箱分別與所述氫氣供給器、所述甲烷供給器、所述一氧化碳供給器、所述二氧化碳供給器和所述氮?dú)夤┙o器連接以調(diào)節(jié)對應(yīng)氣體的流量，所述流量控制箱和所述蒸汽供給器通過管路組件與所述反應(yīng)器連通。

19、為了實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明還提供一種測試方法，通過如上所述的模擬氫基豎爐爐內(nèi)反應(yīng)的測試裝置測試，包括以下步驟：

20、在所述反應(yīng)腔內(nèi)由下至上依次鋪設(shè)第一剛玉單球?qū)?、鐵礦石試樣層和第二剛玉單球?qū)樱?/p>

21、通過所述電加熱爐加熱所述反應(yīng)器內(nèi)的所述鐵礦石試樣層升溫至第一預(yù)設(shè)溫度t1，并在升溫過程中通入氮?dú)猓?/p>

22、所述鐵礦石試樣層保持在所述第一預(yù)設(shè)溫度t1，向所述反應(yīng)腔內(nèi)通入蒸汽和氫氣、甲烷、一氧化碳、二氧化碳和氮?dú)獾幕旌线€原氣；通過所述荷重機(jī)構(gòu)對所述鐵礦石試樣層施加荷重，所述鐵礦石試樣層還原后獲得海綿鐵試樣；

23、停止對所述海綿鐵試樣施加荷重、停止加熱、停止通入所述蒸汽和停止通入所述混合還原氣，通入氮?dú)饫鋮s所述海綿鐵試樣；

24、通過所述荷重機(jī)構(gòu)將冷卻后的所述海綿鐵試樣從所述反應(yīng)腔內(nèi)推出，并檢測所述海綿鐵試樣的粘結(jié)指數(shù)和/或檢測所述海綿鐵試樣的金屬化率。

25、可選的，所述第一剛玉單球?qū)?、所述鐵礦石試樣層和所述第二剛玉單球?qū)拥牧骄鶠閐，10mm≤d≤12.5mm；

26、所述鐵礦石試樣層以升溫速率v1升溫至第一預(yù)設(shè)溫度t1，且升溫過程中所述氮?dú)獾牧髁繛間1，8℃/min≤v1≤12℃/min，900℃≤t1≤1100℃，8l/min≤g1≤12l/min；

27、所述蒸汽和所述混合還原氣的通入時(shí)長達(dá)到h1時(shí)對所述鐵礦石試樣層施加荷重，且鐵礦石試樣層與所述混合還原氣的比例為f，0.5h≤h1≤1.5h，45g/(l/min)≤f≤55g/(l/min)；

28、所述鐵礦石試樣層施加荷重的時(shí)長為h2，且荷重的大小為p，2.5h≤h2≤3.5h，0≤p≤0.3mpa；

29、所述海綿鐵試樣在冷卻過程中通入的氮?dú)獾牧髁繛間2直至所述海綿鐵試樣冷卻至第二預(yù)設(shè)溫度t2，8l/min≤g2≤12l/min；40℃≤t2≤60℃。

30、可選的，檢測所述海綿鐵試樣的粘結(jié)指數(shù)包括：

31、所述海綿鐵試樣包括海綿鐵顆粒和海綿鐵團(tuán)塊，所述海綿鐵團(tuán)塊為兩個及兩個以上所述海綿鐵顆粒粘結(jié)而成，稱取所述海綿鐵試樣的總質(zhì)量m1和所述海綿鐵團(tuán)塊的總質(zhì)量m2；

32、將所述海綿鐵團(tuán)塊放入轉(zhuǎn)鼓中旋轉(zhuǎn)，以使至少部分所述海綿鐵團(tuán)塊散開形成為海綿鐵顆粒，稱取剩下海綿鐵團(tuán)塊的總質(zhì)量m3；

33、計(jì)算所述海綿鐵試樣的粘結(jié)指數(shù)，所述海綿鐵試樣的粘結(jié)指數(shù)為k，

34、

35、可選的，檢測所述海綿鐵試樣的金屬化率包括：

36、破碎所述海綿鐵試樣直至粒級小于0.074mm；

37、檢測所述海綿鐵試樣中的全鐵含量為n1，所述海綿鐵試樣中的金屬鐵的含量為n2；

38、計(jì)算所述海綿鐵試樣的金屬化率mr，

39、

40、可選的，所述轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速為v2，25r/min≤v2≤35r/min；所述轉(zhuǎn)鼓的直徑為d1，所述轉(zhuǎn)鼓的直徑d1與所述海綿鐵試樣的總質(zhì)量m1的比值為w1，0.5mm/g≤w1≤0.6mm/g；所述轉(zhuǎn)鼓的高度為d2，所述轉(zhuǎn)鼓的高度d2與所述海綿鐵試樣的總質(zhì)量m1的比值為w2，0.8mm/g≤w2≤0.9mm/g。

41、如上所述，本發(fā)明的模擬氫基豎爐爐內(nèi)反應(yīng)的測試裝置及測試方法，至少具有以下有益效果：(1)還原氣發(fā)生機(jī)構(gòu)和蒸汽供給器配合使用，以向反應(yīng)腔提供還原氣和蒸汽，使得還原氣發(fā)生機(jī)構(gòu)、蒸汽供給器、荷重機(jī)構(gòu)、反應(yīng)器和電加熱爐配合以更加準(zhǔn)確的模擬出氫基豎爐爐內(nèi)反應(yīng)，有利于提高測試結(jié)果的準(zhǔn)確性；(2)反應(yīng)器的內(nèi)管的內(nèi)側(cè)壁具有斜壁，使得反應(yīng)器與海綿鐵試樣接觸的內(nèi)壁帶傾角，不對海綿鐵試樣產(chǎn)生破壞，更容易捕捉海綿鐵試樣的粘結(jié)狀態(tài)，較為準(zhǔn)確地測定海綿鐵試樣的粘結(jié)指數(shù)；(3)測試方法所用到的鐵礦石試樣的質(zhì)量是可變的，并與還原氣流量成比例，滿足了不同規(guī)模的試驗(yàn)需求。