本實(shí)用新型屬于氣基還原試驗(yàn)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種氣基還原試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

直接還原鐵(DRI)又稱(chēng)海綿鐵，是鐵礦石在低于熔化溫度下直接還原得到的含鐵產(chǎn)品。海綿鐵是一種廢鋼的代用品，是電爐冶煉純凈鋼、優(yōu)質(zhì)鋼不可缺少的雜質(zhì)稀釋劑，是轉(zhuǎn)爐煉鋼優(yōu)質(zhì)的冷卻劑，是發(fā)展鋼鐵冶金短流程不可或缺的原料。2014年，全世界直接還原鐵的年產(chǎn)量達(dá)7450萬(wàn)噸，創(chuàng)歷史新高。我國(guó)將直接還原工藝列為鋼鐵工業(yè)發(fā)展的主要方向之一。

生產(chǎn)直接還原鐵的工藝稱(chēng)為直接還原法，屬于非高爐煉鐵工藝，分為氣基法和煤基法兩大類(lèi)。目前世界范圍內(nèi)，76％的直接還原鐵是通過(guò)氣基法生產(chǎn)。每種不同的鐵礦石在進(jìn)行氣基豎爐直接還原工業(yè)化前，均需要進(jìn)行基礎(chǔ)氣基還原測(cè)試，以摸索確定氣基還原的基本參數(shù)和考察還原性能等指標(biāo)是否符合大型工業(yè)化要求。

CO是氣基還原測(cè)試時(shí)還原氣必需的氣體之一，CO氣體在500-700℃范圍內(nèi)易發(fā)生析碳反應(yīng)。配有大量比例CO的還原氣在進(jìn)氣管道預(yù)熱過(guò)程中會(huì)較長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)過(guò)該溫度段，故易發(fā)生析碳現(xiàn)象，而使?fàn)t內(nèi)反應(yīng)固體物料(氧化球團(tuán)/海綿鐵)表面粘上不少碳粉，而影響還原反應(yīng)的試驗(yàn)進(jìn)行，進(jìn)而影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；嚴(yán)重析碳情況下，還會(huì)造成還原氣進(jìn)氣管道堵塞，損壞反應(yīng)裝置使得試驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型期望提出一種氣基還原試驗(yàn)裝置，通過(guò)設(shè)置多條并聯(lián)的分枝管道，使得還原氣快速通過(guò)500～700℃溫度段，大大降低還原氣進(jìn)氣管道中析碳現(xiàn)象的發(fā)生，達(dá)到析碳現(xiàn)象基本對(duì)還原反應(yīng)不影響的程度。

本實(shí)用新型的目的之一是提供一種氣基還原試驗(yàn)裝置，包括加熱爐、反應(yīng)管、進(jìn)氣管、配氣裝置、稱(chēng)重裝置和測(cè)溫裝置；

所述加熱爐設(shè)有空腔；

所述反應(yīng)管內(nèi)部中空，底部設(shè)有進(jìn)氣口；

所述進(jìn)氣管包括上主管道、分枝管道和下主管道，所述分枝管道多條并聯(lián)，所述上主管道的出氣口連通所述分枝管道的進(jìn)氣口，所述分枝管道的出氣口連通所述下主管道進(jìn)氣口；

所述反應(yīng)管設(shè)置在所述加熱爐內(nèi)，所述配氣裝置出氣口連通所述上主管道進(jìn)氣口，所述下主管道出氣口連通所述反應(yīng)管進(jìn)氣口，所述稱(chēng)重裝置連接所述反應(yīng)管，所述測(cè)溫裝置設(shè)置所述反應(yīng)管的內(nèi)部。

稱(chēng)重裝置用于稱(chēng)量反應(yīng)管的重量，以記錄還原反應(yīng)過(guò)程中試樣的重量變化情況和還原度變化情況。測(cè)溫裝置用于測(cè)量反應(yīng)管內(nèi)試樣的溫度。

作為本實(shí)用新型優(yōu)選的方案，所述反應(yīng)管的頂部設(shè)有出氣口。反應(yīng)管的出氣口用于排出氣體，亦可設(shè)置在反應(yīng)管側(cè)壁的上部。根據(jù)實(shí)際使用的情況確定反應(yīng)管出氣口的位置。

優(yōu)選的，所述反應(yīng)管的頂部設(shè)有測(cè)溫裝置安裝孔，所述測(cè)溫裝置通過(guò)所述測(cè)溫裝置安裝孔固定。測(cè)溫裝置用于測(cè)量試樣的溫度，將試樣放入反應(yīng)管后，將測(cè)溫裝置通過(guò)測(cè)溫裝置安裝孔插入反應(yīng)管并固定，測(cè)溫裝置的一端延伸到試樣中。

進(jìn)一步的，本實(shí)用新型的裝置還包括孔板，所述孔板上設(shè)有貫通的孔；所述孔板安裝在所述反應(yīng)管內(nèi)，將所述反應(yīng)管的內(nèi)腔分隔為上腔和下腔。

優(yōu)選的，所述稱(chēng)重裝置包括電子天平和掛鉤，所述反應(yīng)管通過(guò)所述掛鉤懸掛在所述電子天平的下方。另一種方案，稱(chēng)重裝置也可以是電子秤，安裝在反應(yīng)管的下方，用于實(shí)時(shí)測(cè)量反應(yīng)管的重量。

作為本實(shí)用新型優(yōu)選的方案，所述配氣裝置包括多個(gè)氣瓶和混氣裝置，所述氣瓶連通所述混氣裝置。

本實(shí)用新型的另一目的是提供一種利用上述裝置進(jìn)行氣基還原試驗(yàn)的方法，包括以下步驟：

A、將試樣送入所述反應(yīng)管，對(duì)試樣進(jìn)行加熱，所述稱(chēng)重裝置實(shí)時(shí)測(cè)量所述反應(yīng)管的重量，所述測(cè)溫裝置測(cè)量所述反應(yīng)管內(nèi)試樣的溫度；

B、所述配氣裝置將還原氣送入所述上主管道，所述上主管道對(duì)所述還原氣進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱至350～450℃后送入所述分枝管道；

C、所述分枝管道對(duì)預(yù)熱后還原氣進(jìn)行加熱，將所述預(yù)熱后的還原氣加熱至800～850℃；

D、將所述加熱后的還原氣通過(guò)所述下部管道通入所述反應(yīng)管，與所述試樣發(fā)生還原反應(yīng)。

進(jìn)一步的，本實(shí)用新型的方法還包括步驟：通過(guò)所述反應(yīng)管頂部的出氣口，將所述反應(yīng)管內(nèi)的氣體排出。

作為本實(shí)用新型優(yōu)選的方案，所述步驟A中，將所述試樣放置在所述孔板上。試樣在孔板是可以更好的與還原氣接觸，有利于還原反應(yīng)的進(jìn)行。

具體的，在步驟B之前包括步驟：所述配氣裝置將多種不同的氣體混合為還原氣。

本實(shí)用新型提供的氣基還原試驗(yàn)裝置和方法，在還原氣的進(jìn)氣管上設(shè)置分枝管道，增加還原氣受熱的比表面積，使預(yù)熱到約400℃的還原氣快速升溫至800℃以上，極大的降低了CO析碳反應(yīng)的發(fā)生，提高了氣基還原測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例氣基還原試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例進(jìn)氣管結(jié)構(gòu)圖；

圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例氣基還原試驗(yàn)方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行更加詳細(xì)的說(shuō)明，以便能夠更好地理解本實(shí)用新型的方案及其各個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)。然而，以下描述的具體實(shí)施方式和實(shí)施例僅是說(shuō)明的目的，而不是對(duì)本實(shí)用新型的限制。

如圖1所示，一方面，本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種氣基還原試驗(yàn)裝置，用于鐵礦石的氣基還原測(cè)試，該裝置包括加熱爐1、反應(yīng)管2、進(jìn)氣管3、配氣裝置4、稱(chēng)重裝置5和測(cè)溫裝置6。

加熱爐1為電阻加熱爐，設(shè)有空腔，用于試樣和還原氣的加熱。

反應(yīng)管2為圓柱形，內(nèi)部中空，底部設(shè)有進(jìn)氣口。反應(yīng)管2的頂部密封，頂部設(shè)有出氣口和測(cè)溫裝置安裝孔。試樣放入反應(yīng)管2內(nèi)，將還原氣由進(jìn)氣口通入，與試樣發(fā)生還原反應(yīng)。

進(jìn)氣管3用于將冷還原氣加熱后送入反應(yīng)管2，以便還原反應(yīng)的進(jìn)行。加熱還原氣的熱量由加熱爐1提供。如圖2所示，進(jìn)氣管3包括上主管道301、分枝管道302和下主管道303。分枝管道302為四條，其并聯(lián)在一起。上主管道301的出氣口連通分枝管道302的進(jìn)氣口，分枝管道302的出氣口連通下主管道303進(jìn)氣口，下主管道303的出氣口連通反應(yīng)管2的進(jìn)氣口。

上主管道301可將冷還原氣余熱到約400℃，預(yù)熱后的還原氣進(jìn)入分枝管道302，由于分枝管道302增大了還原氣的受熱比表面積，使得還原氣可快速升溫至800℃以上。還原氣在500～700℃的時(shí)間極短，基本不發(fā)生析碳現(xiàn)象。避免了進(jìn)氣管的堵塞和析碳反應(yīng)對(duì)還原反應(yīng)的影響。

配氣裝置4用于生成還原氣，其包括氣體流量計(jì)控裝置、混氣裝置、N₂氣瓶401、CO氣瓶402、CO₂氣瓶403和H₂氣瓶404。各氣瓶與混氣裝置連通，混氣裝置的出氣口連通上主管道301的進(jìn)氣口。本實(shí)用新型實(shí)施例中，氣體流量計(jì)控裝置用于氣體流量的控制，優(yōu)選為質(zhì)量流量控制器。

稱(chēng)重裝置5用于稱(chēng)量反應(yīng)管的重量，以記錄還原反應(yīng)過(guò)程中試樣的重量變化情況和還原度變化情況。本實(shí)用新型實(shí)施例的稱(chēng)重裝置5包括電子天平501和掛鉤502。反應(yīng)管2通過(guò)掛鉤502懸掛在電子天平501的下方，反應(yīng)管2放置在加熱爐1內(nèi)。電子天平501可將試樣和反應(yīng)管的重量精確至1g。

測(cè)溫裝置6用于實(shí)時(shí)測(cè)量反應(yīng)管內(nèi)試樣的溫度。測(cè)溫裝置6為細(xì)長(zhǎng)的熱電偶。測(cè)溫裝置6的一端通過(guò)測(cè)溫裝置安裝孔固定在反應(yīng)管上，另一端插入試樣中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)試樣的溫度。

孔板7為餅狀，孔板7上設(shè)有貫通的孔?？装?安裝在反應(yīng)管2內(nèi)，將反應(yīng)管2的內(nèi)腔分隔為上腔201和下腔202。使用時(shí)，將試樣放置在孔板7上，還原氣經(jīng)反應(yīng)管的進(jìn)氣口進(jìn)入反應(yīng)管的下腔202，通過(guò)孔板7上的貫通孔，進(jìn)入上腔201?？装?可使試樣與還原氣接觸更充分，便于還原反應(yīng)的進(jìn)行。

另一方面，如圖3所示，本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種利用上述裝置進(jìn)行氣基還原試驗(yàn)的方法，包括以下步驟：

1、將試樣放置在孔板上，對(duì)試樣進(jìn)行加熱，稱(chēng)重裝置實(shí)時(shí)測(cè)量反應(yīng)管的重量，測(cè)溫裝置測(cè)量反應(yīng)管內(nèi)試樣的溫度。

2、配氣裝置將N₂、CO、CO₂和H₂混合為還原氣。

3、配氣裝置將還原氣送入上主管道，上主管道對(duì)還原氣進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱至350～450℃后送入分枝管道。

4、分枝管道對(duì)預(yù)熱后還原氣進(jìn)行加熱，將預(yù)熱后的還原氣加熱至800～850℃。

5、將加熱后的還原氣通過(guò)下部管道通入反應(yīng)管，與試樣發(fā)生還原反應(yīng)。

6、反應(yīng)管內(nèi)的氣體通過(guò)反應(yīng)管的出氣口排出。

實(shí)施例1

氣基還原試驗(yàn)的流程如下：

1、反應(yīng)管填裝試樣為氧化球團(tuán)，重量為500g，還原反應(yīng)溫度設(shè)定為830℃。

2、H₂、CO、CO₂、N₂等鋼瓶氣經(jīng)質(zhì)量流量控制器配氣、混勻成所需的還原氣，氣體成分的體積百分比為H2+CO＝92.0％、CO₂為2.5％、CH₄為1.5％、N₂為4.0％，氣體流量為16L/min。

3、還原氣經(jīng)進(jìn)氣管道的上主管段從室溫預(yù)熱到410℃后，進(jìn)入長(zhǎng)度約35cm長(zhǎng)的四條分枝并聯(lián)管道快速預(yù)熱到830℃后從底部通入反應(yīng)管。

4、熱還原氣流經(jīng)反應(yīng)管內(nèi)孔板和陶瓷球后與試樣接觸進(jìn)行還原反應(yīng)，將氧化球團(tuán)還原成海綿鐵，產(chǎn)生的還原尾氣從反應(yīng)管出氣口管道排出。

5、熱電偶插入到試樣中，用于測(cè)量反應(yīng)試樣溫度；加熱爐來(lái)給反應(yīng)管提供所需的830℃溫度；電子天平用于實(shí)時(shí)測(cè)量反應(yīng)管的重量，以記錄還原反應(yīng)過(guò)程中試樣的重量變化情況和還原度變化情況。1.5h后還原度為92％。還原反應(yīng)后取出并查看試樣，發(fā)現(xiàn)試樣表面只有少量的析碳，稱(chēng)重約2.3g。

實(shí)施例2

氣基還原試驗(yàn)的流程如下：

1、反應(yīng)管填裝試樣為氧化球團(tuán)，重量為500g，還原反應(yīng)溫度設(shè)定為840℃。

2、H₂、CO、CO₂、N₂等鋼瓶氣經(jīng)質(zhì)量流量控制器配氣、混勻成所需的還原氣，氣體成分的體積百分比為H2+CO＝94.0％、CO₂為1.5％、CH₄為1.5％、N₂為3.0％，氣體流量為16L/min。

3、還原氣經(jīng)進(jìn)氣管道的上主管段從室溫預(yù)熱到440℃后，進(jìn)入長(zhǎng)度約35cm長(zhǎng)的四條分枝并聯(lián)管道快速預(yù)熱到840℃后從底部通入反應(yīng)管。

4、熱還原氣流經(jīng)反應(yīng)管內(nèi)孔板和陶瓷球后與試樣接觸進(jìn)行還原反應(yīng)，將氧化球團(tuán)還原成海綿鐵，產(chǎn)生的還原尾氣從反應(yīng)管出氣口管道排出。

5、熱電偶插入到試樣中，用于測(cè)量反應(yīng)試樣溫度；加熱爐來(lái)給反應(yīng)管提供所需的840℃溫度；電子天平用于實(shí)時(shí)測(cè)量反應(yīng)管的重量，以記錄還原反應(yīng)過(guò)程中試樣的重量變化情況和還原度變化情況。1.5h后還原度為93％。還原反應(yīng)后取出并查看試樣，發(fā)現(xiàn)試樣表面只有少量的析碳，稱(chēng)重約1.9g。

實(shí)施例3

氣基還原試驗(yàn)的流程如下：

1、反應(yīng)管填裝試樣為氧化球團(tuán)，重量為500g，還原反應(yīng)溫度設(shè)定為810℃。

2、H₂、CO、CO₂、N₂等鋼瓶氣經(jīng)質(zhì)量流量控制器配氣、混勻成所需的還原氣，氣體成分的體積百分比為H2+CO＝92.0％、CO₂為2.3％、CH₄為1.6％、N₂為4.1％，氣體流量為16L/min。

3、還原氣經(jīng)進(jìn)氣管道的上主管段從室溫預(yù)熱到360℃后，進(jìn)入長(zhǎng)度約35cm長(zhǎng)的四條分枝并聯(lián)管道快速預(yù)熱到810℃后從底部通入反應(yīng)管。

4、熱還原氣流經(jīng)反應(yīng)管內(nèi)孔板和陶瓷球后與試樣接觸進(jìn)行還原反應(yīng)，將氧化球團(tuán)還原成海綿鐵，產(chǎn)生的還原尾氣從反應(yīng)管出氣口管道排出。

5、熱電偶插入到試樣中，用于測(cè)量反應(yīng)試樣溫度；加熱爐來(lái)給反應(yīng)管提供所需的810℃溫度；電子天平用于實(shí)時(shí)測(cè)量反應(yīng)管的重量，以記錄還原反應(yīng)過(guò)程中試樣的重量變化情況和還原度變化情況。1.5h后還原度為90％。還原反應(yīng)后取出并查看試樣，發(fā)現(xiàn)試樣表面只有少量的析碳，稱(chēng)重約2.6g。

需要說(shuō)明的是，以上參照附圖所描述的各個(gè)實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型而非限制本實(shí)用新型的范圍，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的前提下對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行的修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的范圍之內(nèi)。此外，除上下文另有所指外，以單數(shù)形式出現(xiàn)的詞包括復(fù)數(shù)形式，反之亦然。另外，除非特別說(shuō)明，那么任何實(shí)施例的全部或一部分可結(jié)合任何其它實(shí)施例的全部或一部分來(lái)使用。