檢測焦?fàn)t中煤成焦過程特性的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種檢測焦?fàn)t中煤成焦過程特性的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國擁有豐富的煤資源，在能源的利用過程中，對煤的依賴性比重較大。我國每年生產(chǎn)鐵水超過8億噸，這對煉鐵生產(chǎn)焦炭原料有著極大需求，焦炭生產(chǎn)仍然是我國利用煤資源的一個非常重要的途徑。煤在焦?fàn)t炭化室中受熱產(chǎn)生大量的膠質(zhì)體，并且發(fā)生了熱分解和聚合反應(yīng)，最終才形成了可用于高爐生產(chǎn)的焦炭。但是，焦炭在炭化室中發(fā)生了怎樣的變化，變化階段如何，由于炭化室中是一個高溫黑箱，一直不得而知。在專利文獻(xiàn)CN202881174U中提出了一種40kg可測量煉焦煤膨脹壓力的試驗焦?fàn)t，但是僅僅是一個常規(guī)試驗焦?fàn)t，并不能實現(xiàn)煤熱解成焦可視化功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，目的在于提供一種檢測焦?fàn)t中煤成焦過程特性的裝置和方法，可觀察煤在成焦過程中所發(fā)生的變化，對于煉焦過程溫度的控制，煤熱解成焦過程中焦炭質(zhì)量的控制以及膠質(zhì)體形成量的控制都具指導(dǎo)作用。
[0004]本發(fā)明所提供的檢測焦?fàn)t中煤成焦過程特性的裝置，包括煤樣加熱系統(tǒng)以及特性檢測系統(tǒng)。所述煤樣加熱系統(tǒng)包括:加熱爐，所述加熱爐內(nèi)具有高溫爐管，所述高溫爐管的一端設(shè)置有觀察窗；設(shè)置于所述高溫爐管中恒溫區(qū)的樣品基板；設(shè)置于所述樣品基板上方的樣品盒，所述樣品盒為六面框體，其四個側(cè)面中，除正對所述觀察窗的一面及其相對面以夕卜，另外兩個側(cè)面分別安裝有擋板，其中一面為固定擋板，另一面為安裝在滑軌上并能夠沿所述滑軌滑動的可移動擋板；測溫?zé)犭娕?，其測溫端與所述樣品基板相接觸，其測量值輸出至所述加熱爐的控溫裝置；所述特性檢測系統(tǒng)包括:與所述樣品盒相連接的膨脹壓力計，所述膨脹壓力計與所述可移動擋板相連接；鏡頭朝向所述觀察窗的數(shù)碼照相機(jī)；用于對所述膨脹壓力計和所述數(shù)碼照相機(jī)的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的計算機(jī)。
[0005]優(yōu)選地，本發(fā)明的檢測焦?fàn)t中煤成焦過程特性的裝置還包括光源調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其包括光源和用于調(diào)節(jié)所述光源明暗程度的光強度控制器，所述光源朝向所述高溫爐管未設(shè)置觀察窗的一端照射。
[0006]優(yōu)選地，本發(fā)明的檢測焦?fàn)t中煤成焦過程特性的裝置還包括用于保持所述高溫爐管中的氣路平穩(wěn)和將煤樣產(chǎn)生的焦油氣體吹掃出所述高溫爐管的氣氛系統(tǒng)，其包括分別與所述高溫爐管連通的進(jìn)氣口和出氣口，所述進(jìn)氣口和出氣口的直徑均為3-4_。
[0007]優(yōu)選地，本發(fā)明的檢測焦?fàn)t中煤成焦過程特性的裝置還包括用于對所述觀察窗進(jìn)行冷卻和清潔的水冷卻系統(tǒng)。
[0008]另外，本發(fā)明還提供一種基于本發(fā)明所提供的檢測焦?fàn)t中煤成焦過程特性的裝置的檢測焦?fàn)t中煤成焦過程特性的方法，包括以下步驟:
[0009]S1:將所述煤樣放入所述樣品盒中且緊貼所述可移動擋板，使用所述光源調(diào)節(jié)系統(tǒng)對光源的明暗程度進(jìn)行調(diào)節(jié)使得所述數(shù)碼照相機(jī)能夠拍攝到所述煤樣的清晰圖像；
[0010]S2:將惰性氣體通入所述高溫爐管中，啟動所述加熱爐對所述煤樣進(jìn)行加熱；
[0011]S3:透過所述觀察窗觀察所述煤樣，當(dāng)所述煤樣的體積變化時，通過所述膨脹壓力計測量當(dāng)前時刻所述煤樣的膨脹壓力，并利用所述數(shù)碼照相機(jī)對當(dāng)前時刻的所述煤樣進(jìn)行拍攝得到實時圖像；
[0012]S4:所述計算機(jī)記錄步驟S3中當(dāng)前時刻的溫度以及所述膨脹壓力和所述實時圖像，并利用圖像處理技術(shù)對所述實時圖像進(jìn)行處理以獲得反映所述煤成焦過程特性的參數(shù)。
[0013]優(yōu)選地，S2和S3之間還包括步驟S2-1:所述加熱爐的控溫裝置根據(jù)所述測溫?zé)犭娕紝λ鰳悠坊宓臏囟葴y量值進(jìn)行升溫速率控制，當(dāng)所述樣品基板的溫度為200-450°C時升溫速率設(shè)定為2°C /min,當(dāng)所述樣品基板的溫度為450-650°C時升溫速率設(shè)定為2.50C /min，其余階段的升溫速率設(shè)定為4°C /min。
[0014]優(yōu)選地，在步驟S2與S3中，可同時通過例如水冷卻系統(tǒng)對觀察窗進(jìn)行冷卻和清潔。
[0015]優(yōu)選地，在步驟SI之前還包括步驟SO:將煤磨制成煤粉顆粒后壓制成大小能夠被所述樣品盒容納的煤樣，壓制壓力在15-20MPa之間。所述煤粉顆粒的直徑優(yōu)選小于0.05mmo
[0016]利用本發(fā)明的檢測焦?fàn)t中煤成焦過程特性的裝置和方法，可觀察煤在成焦過程中所發(fā)生的變化，對于煉焦過程溫度的控制，煤熱解成焦過程中焦炭質(zhì)量的控制以及膠質(zhì)體形成量的控制都具有一定的指導(dǎo)作用。采用實時圖像采集可以重現(xiàn)過程行為特性，使過程可視化，從而可以觀測到直觀、形象的煤成焦過程的膨脹，獲得煤膨脹過程壓力，可以提高對煤在加熱成焦過程中其膨脹特性及煤焦形態(tài)變化的認(rèn)識，利用計算機(jī)圖像處理技術(shù)可以方便準(zhǔn)確的得到所需數(shù)據(jù)。通過模擬焦?fàn)t中煤成焦過程的裝置和方法能夠很好的檢測煤在不同溫度和不同加熱速度條件下的熱解和脫氣過程，膨脹行為及膨脹特性，從而為煉焦過程中煤的使用提供指導(dǎo)，同時也為解析炭化室結(jié)焦過程提供了一種新的方法。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的檢測焦?fàn)t中煤成焦過程特性的裝置的一個實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為本發(fā)明的檢測焦?fàn)t中煤成焦過程特性的裝置的一個實施方式中樣品盒與膨脹壓力計的連接示意圖。
【具體實施方式】
[0019]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行說明。
[0020]實施例1
[0021]圖1為本發(fā)明的檢測焦?fàn)t中煤成焦過程特性的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，本發(fā)明的檢測焦?fàn)t中煤成焦過程特性的裝置包括煤樣加熱系統(tǒng)、特性檢測系統(tǒng)、光源調(diào)節(jié)系統(tǒng)、氣氛系統(tǒng)以及水冷卻系統(tǒng)。
[0022]煤樣加熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系為:加熱爐5 ;加熱爐5內(nèi)具有高溫爐管3，在高溫爐管3的一端設(shè)置有石英窗10，石英窗10上具有帶刻度的毛玻璃；高溫爐管3中恒溫區(qū)設(shè)置有樣品基板7 ;樣品盒6設(shè)置在樣品基板7上且正對石英窗10 ;以及測溫?zé)犭娕?4，其測溫端與樣品基板7相接觸，其測量值輸出至加熱爐5的控溫裝置。其中樣品盒6如圖2所示為六面框體，其中4條長邊為滑軌63，其四個側(cè)面中，正對石英窗10的一面及其相對面未安裝擋板，另外兩個側(cè)面分別安裝有擋板，其中一面為固定擋板61，另一面為安裝在滑軌上并能夠沿滑軌滑動的可移動擋板62。雖然本實施例中采用石英窗10作為觀察窗，但本領(lǐng)域技術(shù)人員也能夠采用其他多種耐高溫的透光材料來制作觀察窗。
[0023]特性檢測系統(tǒng)安裝在高溫爐管3的一端，其結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系為:與樣品盒6的可移動擋板62相連接的膨脹壓力計15 ;還包括數(shù)碼照相機(jī)12，其鏡頭11朝向煤樣加熱系統(tǒng)的高溫爐管3的石英窗10且鏡頭中心線高出高溫爐管中心線5mm，此處鏡頭11為CXD鏡頭，分辨率> 400萬像素，可調(diào)焦距> 1.lm，且在CCD鏡頭上加載了濾光片和濾波片，使得所拍攝的圖像更清晰，鏡頭11與數(shù)碼照相機(jī)本體通過老虎皮相連接，另外，特性檢測系統(tǒng)還包括用于對膨脹壓力計15和所述數(shù)碼照相機(jī)12的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的計算機(jī)13。
[0024]光源調(diào)節(jié)系統(tǒng)安裝在高溫爐管3的另一端，包括光源2和用于調(diào)節(jié)光源2明暗程度的光強度控制器1，光源2朝向高溫爐管3未設(shè)置石英窗10的一端照射，光源中心線高于爐管中心線10_。通過光強度控制器I調(diào)節(jié)光源2的強度，使得數(shù)碼相機(jī)12能夠采集到清晰的過程圖像。
[0025]氣氛系統(tǒng)包括分別與高溫爐管連通的進(jìn)氣口 9和出氣口 8用于保持高溫爐管3中的氣路平穩(wěn)和將煤樣產(chǎn)生的焦油氣體吹掃出高溫爐管5，進(jìn)氣口 9和出氣口 8的直徑均為3-4mmη
[0026]水冷卻系統(tǒng)包括位于加熱爐5兩端的兩個水循環(huán)回路4，用于對石英窗10進(jìn)行冷卻和清潔。
[0027]實施例2
[0028]本實施例中采用實施例1中的檢測焦?fàn)t中煤成焦過程特性的裝置來進(jìn)行檢測。
[0029]SO:制作被檢測的煤樣A:將灰分為13.11%、固定碳含量為61.93%、揮發(fā)份含量為23.87%、水分含量