小型恒壓煉焦裝置及恒壓煉焦方法
【專利摘要】本發明涉及一種小型恒壓煉焦裝置及恒壓煉焦方法，包括實驗焦爐、溫控器、恒壓系統和控制系統；實驗焦爐設多組硅碳棒、電阻絲和炭化室；恒壓系統由液壓泵、緩沖缸和移動壓板組成，緩沖缸的推桿通過第一空心管連接移動壓板并可帶動其在炭化室內上下移動，第一空心管底端穿過移動壓板后連通炭化室煉焦側內部空間；炭化室內設有溫度傳感器，實驗焦爐頂部設位移傳感器，液壓泵與緩沖缸之間的液壓管路上設有油壓調節器。本發明可在恒壓條件下煉焦，從而獲得壓力與焦炭質量的對應關系，或在相同壓力條件下對不同煤種的焦炭質量進行對比研究，對于配煤煉焦和研究煉焦機理極具指導意義，達到優化煉焦生產工藝、節省煉焦設備投資及實現資源有效利用的目的。
【專利說明】
小型恒壓煉焦裝置及恒壓煉焦方法
技術領域
[0001]本發明涉及實驗室煉焦技術領域，尤其涉及一種實驗室用單孔小型恒壓煉焦裝置及恒壓煉焦方法。
【背景技術】
[0002]我國是焦炭生產、消費和出口大國，自20世紀90年代初以來產量和出口量一直居世界第一位，焦炭的第一消費大戶是鋼鐵行業，占80%以上，主要用于高爐煉鐵，其在高爐煉鐵過程中焦炭主要作為熱源、還原劑、滲碳劑和疏松骨架。隨著高爐的大型化和富氧噴吹煤粉等技術的開發應用(國內最大噴煤量可達261kg/t生鐵)，高爐生產對焦炭質量尤其是對焦炭熱性能的要求愈來愈高，由于我國優質煉焦煤資源供應日益緊張，因此穩定和改善焦炭質量且降低煉焦配煤成本已成為焦化工業亟待解決的課題。在生產焦炭之前預先通過小型實驗焦爐進行煉焦實驗，已經被廣大焦化企業普遍接受。
[0003]傳統實驗焦爐裝煤量從2Kg克到200Kg，有各種不同的規格，可實現常規煉焦或者搗固煉焦，如公告號為203754635U的中國專利公開了 “一種自動底裝式實驗焦爐”，包括升降電機、升降絲杠、升降絲母、爐門托盤、爐門底座、焦爐爐膛、加熱側墻、焦爐爐襯、實驗煤箱、煤箱托架、推進滑道、推進絲杠、升降擺架、推進電機、推進滑塊、電動拉桿、熄焦水栗、熄焦噴頭、旋轉電機，所述的升降電機與升降絲杠連接，升降絲母設置在升降絲杠上，升降絲母通過爐門托臂與爐門托盤連接，爐門底座設置在爐門托盤上，爐門底座、爐門托盤、升降絲母通過升降電機正、反向旋轉沿升降絲杠上下運動；從煤樣推進入爐、爐門壓緊密封、至煉焦結束的出焦、熄焦等系列過程由計算機控制各執行機構自動完成，自動將煤箱置入8000C高溫的實驗焦爐爐膛內，煉焦結束后自動將10000C焦餅由爐膛內取出轉送到熄焦柜內，在密封的熄焦柜內以氣化冷卻方式將高溫焦餅迅速冷卻到常溫，行成能真實模擬實際焦爐生產的焦炭試樣，把煉焦實驗人員從繁重的高溫作業工作中解脫出來。該焦爐炭化室容積固定，煉焦過程中膨脹壓力不斷變化，無法實時監測，也無法進行恒壓煉焦。
[0004]隨著人們對結焦膨脹力的認識加深，可移動爐墻的實驗焦爐也出現了。如授權號為CN202881174U的中國專利公開了 “一種40Kg可測量煉焦膨脹壓力的試驗焦爐”，其結構包括:固定爐墻、移動爐墻、框架、爐門、滑動小車、密封系統、荒煤氣處理系統、加熱系統、膨脹壓力采集系統、煤餅縱向膨脹及收縮度測量系統。固定爐墻固定在框架底部，移動爐墻安裝在滑動小車上，滑動小車與框架底部滑動連接，爐門安裝在框架上，固定爐墻與移動爐墻通過密封系統連接。荒煤氣處理系統安裝在框架頂部，加熱系統的加熱元件安裝在加熱元件支撐磚上，測溫元件安裝在加熱元件兩側及爐頂部位，膨脹壓力采集系統的壓力傳感器安裝在移動墻的外側與框架之間，煤餅縱向膨脹及收縮度測量系統的位移傳感器安裝在爐頂磚鐵件的上，加熱系統、膨脹壓力采集系統及煤餅縱向膨脹及收縮度測量系統的其余部分安裝在控制柜中。可得到煉焦煤膨脹壓力的動態變化曲線，及煤餅縱向膨脹和收縮量的動態變化曲線。該焦爐炭化室容積隨爐墻移動而變化，煉焦過程中膨脹壓力不斷變化，可以實時監測，但無法進行恒壓煉焦。
【發明內容】
[0005]本發明提供了一種小型恒壓煉焦裝置及恒壓煉焦方法，可以在恒壓力條件下煉焦，從而獲得壓力與焦炭質量的對應關系，或者在相同壓力條件下對不同煤種的焦炭質量進行對比研究，對于配煤煉焦和研究煉焦機理極具指導意義，進而達到優化煉焦生產工藝、節省煉焦設備投資及實現資源有效利用的目的。
[0006]為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案實現:
[0007]小型恒壓煉焦裝置，包括實驗焦爐、溫控器、恒壓系統和控制系統;所述實驗焦爐設高鋁磚圍墻，圍墻內沿周向設有多組硅碳棒，實驗焦爐底部設電阻絲，硅碳棒和電阻絲均由溫控器控制，實驗焦爐內設炭化室;恒壓系統由液壓栗、緩沖缸和移動壓板組成，液壓栗為緩沖缸提供動力，緩沖缸的推桿通過第一空心管連接移動壓板并可帶動其在炭化室內上下移動;緩沖缸下部設第二空心管，第一空心管可在第二空心管內滑動;第一空心管底端穿過移動壓板后連通炭化室煉焦側內部空間，第一空心管下部的管壁上設第一氣孔，實驗焦爐頂部設第二氣孔;炭化室內設有溫度傳感器，實驗焦爐頂部設位移傳感器用于檢測移動壓板的位移量，液壓栗與緩沖缸之間的液壓管路上設有油壓調節器，位移傳感器、溫度傳感器、油壓調節器和溫控器分別連接控制系統。
[0008]所述緩沖缸通過固定支架固定在實驗焦爐上方，緩沖缸底部設位移傳感器;定位桿的一端通過套管套裝在第一空心管外側并固定，另一端連接定位螺母;第一空心管移動時定位螺母沿位移傳感器軸線同步移動。
[0009]所述溫度傳感器為多個，沿炭化室周向均勻設置，溫度傳感器優選S型熱電偶。
[0010]基于小型恒壓煉焦裝置的恒壓煉焦方法，包括如下步驟:
[0011]I)稱量煤樣，裝煤量為40?60kg;人工將煉焦煤送入炭化室內，啟動液壓栗，使緩沖缸推桿伸出，通過第一空心管帶動移動壓板壓緊在煉焦煤表面;通過控制系統設定炭化室內的壓強和溫度，點火升溫；
[0012]2)采用單孔全熱式加熱，即通過實驗焦爐周向設置的硅碳棒和底部設置的電阻絲，從各個方向對煤進行加熱;通過溫度傳感器對炭化室內各部位的溫度進行測量，并將測得的溫度數據傳送到控制系統與設定溫度進行比較，當測量溫度與設定溫度出現偏差時，通過溫控器調整通過硅碳棒、電阻絲的電流大小，使炭化室內溫度保持恒定；
[0013]3)煤煉焦過程中，當炭化室內壓力超過設定壓力時，控制系統通過油壓調節器驅動緩沖缸推桿向上移動，并通過第一空心管帶動移動壓板向上方移動，增大炭化室內煉焦空間的體積以減少膨脹壓強；當煤煉焦過程中，炭化室內壓力小于設定壓力時，控制系統通過油壓調節器驅動緩沖缸推桿向下移動，并通過第一空心管帶動移動壓板向下方移動，減小炭化室內煉焦空間的體積以增大膨脹壓強;從而保證炭化室內處于恒壓狀態；
[0014]4)煤煉焦過程產生的廢氣進入第一空氣管，通過設置在第一空心管管壁上的第一氣孔進入炭化室上方的實驗焦爐頂部空間，再通過實驗焦爐頂部的第二氣孔排出或收集；
[0015]5)通過實驗焦爐頂部安裝的位移傳感器，檢測移動壓板的上下移動量，并傳送到控制系統存儲；當煉焦過程結束，液壓栗停止工作時，通過對比煉焦開始時及煉焦結束時移動壓板的位移量差值來判斷煤煉焦后的形變量；
[0016]6)取出焦炭，根據需要對焦炭質量進行檢測，包括抗碎強度、耐磨強度、熱性能及其它常規性能指標。
[0017]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0018]I)采用單孔全熱式加熱方法，實驗焦爐四周設硅碳棒，底部設電阻絲，從各個方向對煤進行加熱，使煤受熱均勻且加熱速率明顯提高，提高加熱效率，縮短煉焦時間，提高焦炭質量；
[0019]2)通過恒壓系統調節炭化室內的壓力，使煤煉焦過程全程壓力恒定，通過多組實驗結果可以更好地協調膨脹壓力和焦炭質量之間的關系，進而預測煉焦過程最適合壓強及煤的堆密度，避免在搗固煉焦生產時可能產生的推焦失敗事故；
[0020]3)在煉焦過程中，通過控制壓力和溫度能更精確的得到煤煉焦時產生的膨脹力及溫度與焦炭質量的關系，進而對不同煤種在煉焦過程產生的結焦膨脹力進行預測，并設定最佳溫度，從而提尚焦炭質量；
[0021]4)所述裝置為無回收廢料、無污染、投資省、建設快的小型實驗焦爐設施。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發明所述小型恒壓煉焦裝置的結構示意圖。
[0023]圖2是本發明所述恒壓煉焦方法中炭化室溫度控制流程圖。
[0024]圖3是本發明所述恒壓煉焦方法中炭化室壓力控制流程圖。
[0025]圖中:1.實驗焦爐2.溫控器3.定位桿4.控制系統5.炭化室6.硅碳棒7.電阻絲8.液壓栗9.緩沖缸10.第一空心管11.第二空心管12.定位螺母13.位移傳感器14.第一氣孔15.移動壓板16.第二氣孔17.固定支架18.溫度傳感器19.油壓調節器
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步說明:
[0027]如圖1所示，本發明所述小型恒壓煉焦裝置，包括實驗焦爐1、溫控器2、恒壓系統和控制系統;所述實驗焦爐I設高鋁磚圍墻，圍墻內沿周向設有多組硅碳棒6，實驗焦爐I底部設電阻絲7，硅碳棒6和電阻絲7均由溫控器2控制，實驗焦爐I內設炭化室5;恒壓系統由液壓栗8、緩沖缸9和移動壓板15組成，液壓栗8為緩沖缸9提供動力，緩沖缸9的推桿通過第一空心管10連接移動壓板15并可帶動其在炭化室5內上下移動;緩沖缸9下部設第二空心管11，第一空心管10可在第二空心管11內滑動;第一空心管10底端穿過移動壓板15后連通炭化室5煉焦側內部空間，第一空心管10下部的管壁上設第一氣孔14，實驗焦爐I頂部設第二氣孔16;炭化室5內設有溫度傳感器18，實驗焦爐I頂部設位移傳感器13用于檢測移動壓板15的位移量，液壓栗8與緩沖缸9之間的液壓管路上設有油壓調節器19，位移傳感器13、溫度傳感器18、油壓調節器19和溫控器2分別連接控制系統4。
[0028]所述緩沖缸9通過固定支架17固定在實驗焦爐I上方，緩沖缸9底部設位移傳感器13;定位桿3的一端通過套管套裝在第一空心管10外側并固定，另一端連接定位螺母12;第一空心管1移動時定位螺母12沿位移傳感器13軸線同步移動。
[0029]所述溫度傳感器18為多個，沿炭化室5周向均勻設置，溫度傳感器18優選S型熱電偶。
[0030]基于小型恒壓煉焦裝置的恒壓煉焦方法，包括如下步驟:[0031 ] I)稱量煤樣，裝煤量為40?60kg;人工將煉焦煤送入炭化室5內，啟動液壓栗8，使緩沖缸9推桿伸出，通過第一空心管10帶動移動壓板15壓緊在煉焦煤表面;通過控制系統4設定炭化室5內的壓強和溫度，點火升溫；
[0032]2)采用單孔全熱式加熱，即通過實驗焦爐I周向設置的硅碳棒6和底部設置的電阻絲7，從各個方向對煤進行加熱;通過溫度傳感器18對炭化室5內各部位的溫度進行測量，并將測得的溫度數據傳送到控制系統4與設定溫度進行比較，當測量溫度與設定溫度出現偏差時，通過溫控器2調整通過硅碳棒6、電阻絲7的電流大小，使炭化室5內溫度保持恒定；
[0033]3)煤煉焦過程中，當炭化室5內壓力超過設定壓力時，控制系統4通過油壓調節器19驅動緩沖缸9推桿向上移動，并通過第一空心管10帶動移動壓板15向上方移動，增大炭化室5內煉焦空間的體積以減少膨脹壓強；當煤煉焦過程中，炭化室5內壓力小于設定壓力時，控制系統4通過油壓調節器19驅動緩沖缸9推桿向下移動，并通過第一空心管10帶動移動壓板15向下方移動，減小炭化室5內煉焦空間的體積以增大膨脹壓強;從而保證炭化室5內處于恒壓狀態；
[0034]4)煤煉焦過程產生的廢氣進入第一空氣管10，通過設置在第一空心管10管壁上的第一氣孔14進入炭化室5上方的實驗焦爐I頂部空間，再通過實驗焦爐I頂部的第二氣孔16排出或收集；
[0035]5)通過實驗焦爐I頂部安裝的位移傳感器13，檢測移動壓板15的上下移動量，并傳送到控制系統4存儲；當煉焦過程結束，液壓栗8停止工作時，通過對比煉焦開始時及煉焦結束時移動壓板15的位移量差值來判斷煤煉焦后的形變量；
[0036]6)取出焦炭，根據需要對焦炭質量進行檢測，包括抗碎強度、耐磨強度、熱性能及其它常規性能指標。
[0037]本發明通過設置硅碳棒6、電阻絲7給實驗焦爐I內的炭化室5提供熱量，達到煉焦目的，通過溫控器2對煉焦過程中爐內的溫度進行控制。
[0038]控制系統4由電腦和信號轉換器組成，信號轉換器用于將溫度信號、位移信號轉化為電信號傳送到電腦中，電腦用于儲存測得的溫度值、位移傳感器13測得的移動壓板15的位移量。經電腦對以上數據的進一步分析處理數據，對煉焦生產提供正確的指導信息。
[0039]第一空心管10下部的第一氣孔14開設于炭化室5到實驗焦爐I頂部之間的行程范圍內，確保炭化室5內煉焦時產生的廢氣從第一氣孔14導出到實驗焦爐I頂部空間，并通過第二氣孔16排出或收集。
[0040]定位桿3的一端設有套管，套裝在第一空心管10外側，通過螺釘將其緊固。另一端通過定位螺母12與位移傳感器13的移動桿配合檢測位移量，安裝時要注意給移動桿留下足夠的行程。
[0041]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.小型恒壓煉焦裝置，其特征在于，包括實驗焦爐、溫控器、恒壓系統和控制系統;所述實驗焦爐設高鋁磚圍墻，圍墻內沿周向設有多組硅碳棒，實驗焦爐底部設電阻絲，硅碳棒和電阻絲均由溫控器控制，實驗焦爐內設炭化室；恒壓系統由液壓栗、緩沖缸和移動壓板組成，液壓栗為緩沖缸提供動力，緩沖缸的推桿通過第一空心管連接移動壓板并可帶動其在炭化室內上下移動;緩沖缸下部設第二空心管，第一空心管可在第二空心管內滑動;第一空心管底端穿過移動壓板后連通炭化室煉焦側內部空間，第一空心管下部的管壁上設第一氣孔，實驗焦爐頂部設第二氣孔;炭化室內設有溫度傳感器，實驗焦爐頂部設位移傳感器用于檢測移動壓板的位移量，液壓栗與緩沖缸之間的液壓管路上設有油壓調節器，位移傳感器、溫度傳感器、油壓調節器和溫控器分別連接控制系統。2.根據權利要求1所述的小型恒壓煉焦裝置，其特征在于，所述緩沖缸通過固定支架固定在實驗焦爐上方，緩沖缸底部設位移傳感器;定位桿的一端通過套管套裝在第一空心管外側并固定，另一端連接定位螺母;第一空心管移動時定位螺母沿位移傳感器軸線同步移動。3.根據權利要求1所述的小型恒壓煉焦裝置，其特征在于，所述溫度傳感器為多個，沿炭化室周向均勻設置，溫度傳感器優選S型熱電偶。4.基于權利要求1所述的小型恒壓煉焦裝置的恒壓煉焦方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)稱量煤樣，裝煤量為40?60kg;人工將煉焦煤送入炭化室內，啟動液壓栗，使緩沖缸推桿伸出，通過第一空心管帶動移動壓板壓緊在煉焦煤表面;通過控制系統設定炭化室內的壓強和溫度，點火升溫； 2)采用單孔全熱式加熱，即通過實驗焦爐周向設置的硅碳棒和底部設置的電阻絲，從各個方向對煤進行加熱;通過溫度傳感器對炭化室內各部位的溫度進行測量，并將測得的溫度數據傳送到控制系統與設定溫度進行比較，當測量溫度與設定溫度出現偏差時，通過溫控器調整通過硅碳棒、電阻絲的電流大小，使炭化室內溫度保持恒定； 3)煤煉焦過程中，當炭化室內壓力超過設定壓力時，控制系統通過油壓調節器驅動緩沖缸推桿向上移動，并通過第一空心管帶動移動壓板向上方移動，增大炭化室內煉焦空間的體積以減少膨脹壓強；當煤煉焦過程中，炭化室內壓力小于設定壓力時，控制系統通過油壓調節器驅動緩沖缸推桿向下移動，并通過第一空心管帶動移動壓板向下方移動，減小炭化室內煉焦空間的體積以增大膨脹壓強;從而保證炭化室內處于恒壓狀態； 4)煤煉焦過程產生的廢氣進入第一空氣管，通過設置在第一空心管管壁上的第一氣孔進入炭化室上方的實驗焦爐頂部空間，再通過實驗焦爐頂部的第二氣孔排出或收集； 5)通過實驗焦爐頂部安裝的位移傳感器，檢測移動壓板的上下移動量，并傳送到控制系統存儲；當煉焦過程結束，液壓栗停止工作時，通過對比煉焦開始時及煉焦結束時移動壓板的位移量差值來判斷煤煉焦后的形變量； 6)取出焦炭，根據需要對焦炭質量進行檢測，包括抗碎強度、耐磨強度、熱性能及其它常規性能指標。
【文檔編號】C10B19/00GK105861002SQ201610356818
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月26日
【發明人】趙振寧, 余鋒波, 孫春雨, 陸輝揚, 常琪琪, 蘇鐸, 閆壯壯, 沈明剛, 方志剛, 徐國中
【申請人】遼寧科技大學