一種焦炭反應性和熱態強度測定裝置及檢測方法
【專利摘要】本發明涉及一種焦炭反應性和熱態強度測定裝置，包括反應裝置、反應裝置升降機構、加熱裝置、轉動裝置；轉動裝置包括支架、轉軸、原動件、減速器、轉速測量裝置，反應裝置包括供氣裝置、排氣裝置和反應器；供氣裝置包括氣體提供裝置、氣體輸送管和管道支架；排氣裝置包括排氣管、管道支架；反應器包括反應容器和測溫裝置，測溫裝置的測溫端置于反應器內；本發明還涉及一種焦炭反應性和熱態強度檢測的方法；可以將焦炭反應性和熱態強度檢測同時進行，使測量數據更能真實模擬實際高爐煉鐵過程中焦炭劣化情況。
【專利說明】一種焦炭反應性和熱態強度測定裝置及檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及焦炭熱態性能測量領域，具體涉及一種焦炭反應性和熱態強度測定裝 置及檢測方法。
【背景技術】
[0002] 焦炭是高爐煉鐵生產中必不可少的原料，其在高爐內主要起著熱源、還原劑、支撐 骨架和滲碳劑等作用，但是焦炭在高爐中會產生劣化現象，因此嚴重影響著其作為支撐骨 架的功能。
[0003] 為了測定焦炭的劣化程度常常通過測定焦炭反應性（CRI)和反應后強度（CSR)來 反映，CRI和CSR為熱態強度指標，目前測定方法采用GB/T4000-2008《焦炭反應性及反應 后強度試驗方法》測定。
[0004] 本 申請人:在使用該方法時發現GB/T4000-2008的方法中焦炭反應后強度由焦炭 高溫反應后經冷卻再做轉鼓所得，由于冷態時所測數據很難準確反映高爐內焦炭劣化情 況，因此并不能準確模擬實際高爐煉鐵過程中焦炭劣化情況。
【發明內容】
[0005] 為了解決以上技術問題，本發明提供一種焦炭反應性和熱態強度測定裝置及檢測 方法，可以將焦炭反應性和熱態強度檢測同時進行，使測量數據更能真實模擬實際高爐煉 鐵過程中焦炭劣化情況。
[0006] 本發明通過以下技術方案實現：
[0007] 一種焦炭反應性和熱態強度測定裝置，包括反應裝置、反應裝置升降機構、加熱裝 置、轉動裝置；
[0008] 所述轉動裝置包括支架、轉軸、原動件、減速器、轉速測量裝置，所述反應裝置包括 供氣裝置、排氣裝置和反應器；所述供氣裝置包括氣體提供裝置、氣體輸送管、旋轉接頭和 管道支架；所述排氣裝置包括排氣管、旋轉接頭和管道支架；所述旋轉接頭通過管道支架 固定在支架上，且旋轉接頭設置在與轉軸可同心轉動的位置，所述氣體輸送管通過旋轉接 頭可旋轉連接；所述排氣管通過旋轉接頭可旋轉連接；所述反應器還包括反應容器和測溫 裝置，所述測溫裝置的測溫端置于反應器內；所述轉速測量裝置與支架固定連接；
[0009] 所述轉軸與支架可轉動連接，所述原動件連接減速器，所述減速器與所述轉軸連 接，所述加熱裝置與所述轉軸固定連接，所述反應裝置升降機構與加熱裝置固定連接，所述 反應裝置升降機構可升降的一端可容納反應容器并且可被容納于加熱裝置中，所述反應容 器與所述反應裝置升降機構可拆卸連接；
[0010] 所述轉軸兩端的端部中心都具有軸心孔，所述軸心孔的另一端開口于垂直軸向的 轉軸上；所述氣體輸送管一端連接氣體提供裝置，另一端穿過所述轉軸一端的軸心孔與反 應器內部連通；所述排氣管一端與反應器內部連通，另一端穿過所述轉軸另一端的軸心孔 與外界連通。 toon] 在上述技術方案中，所述反應容器包括反應容器蓋，所述反應容器蓋蓋住所述反 應容器上部開口，并通過固定部件分別與所述反應容器及所述反應裝置升降機構可拆卸連 接。
[0012] 在上述技術方案中，所述反應容器內部設置有兩塊擋板，所述擋板每塊都與反應 容器內部的橫截面形狀和大小相同，所述擋板上具有小于被測焦炭粒的孔。
[0013] 在上述技術方案中，所述測溫裝置為熱電偶，所述熱電偶上套裝有熱電偶套管。
[0014] 在上述技術方案中，所述供氣裝置為co2供氣裝置和N2供氣裝置，所述co 2供氣裝 置和N2供氣裝置上設有流量監測裝置及流量控制閥。
[0015] 在上述技術方案中，所述轉速測量裝置為霍爾傳感器，所述霍爾傳感器包括霍爾 器件和磁鋼，所述霍爾器件固定在支架上，所述磁鋼固定在霍爾器件上方的轉軸上。
[0016] 在上述技術方案中，還包括控制系統，所述控制系統包括計算機與下層控制單元， 所述下層控制單元包括溫度調控單元、氣體流量調控單元、轉速調控單元和警報單元，所述 計算機通過局域網與下層控制單元分別連接，所述溫度調控單元通過連接線路連接所述測 溫裝置和所述加熱裝置，所述氣體流量調控單元通過連接線路連接所述流量控制閥和所述 流量監測裝置，所述轉速調控單元連接所述霍爾傳感器與所述原動件，所述警報單元連接 所述測溫裝置、所述流量檢測裝置和所述霍爾傳感器。
[0017] 在上述技術方案中，還包括連接線路固定裝置，所述連接線路固定裝置包含絕緣 底片、絕緣環片、導電環片、電刷，所述絕緣底片嵌套固定在轉軸上，所述絕緣環片與導電環 片在絕緣底片上相間設置，導電環片接有連接線路，連接線路通過電刷和導電環片導電連 接，所述連接線路包括控制系統中各單元的連接線路以及反應裝置升降機構和加熱裝置所 需連接線路。
[0018] 利用以上任一所述的裝置進行焦炭反應性和熱態強度檢測的方法，包括如下步 驟：
[0019] (1)稱取焦炭試樣，將焦炭試樣置入反應器中，再將反應器置于升降機構上并固定 牢靠，連接氣體輸送管及排氣管，啟動反應裝置升降機構，將反應器置于加熱裝置中；
[0020] (2)加熱裝置開始以10°C /min?20°C /min的升溫速率從室溫升至400°C，接著 向反應器中通入流量為1. 〇L/min?2. OL/min的N2氣體，同時將升溫速率降為5°C /min? 10°C /min，升溫至 1KKTC ;
[0021] (3)達到1100°C后，保持lOmin?20min，停止通入隊氣體，并立即切換通入流量 為5. OL/min的C02氣體，同時啟動轉動裝置，使加熱裝置以5r/min?30r/min的速率開始 轉動，并開始計時，時間為120min ;
[0022] (4)達到120min后，電加熱爐停止加熱并停止轉動，停止通入C02氣體，并立即切 換通入流量為2L/min?5L/min的N 2氣體，同時反應裝置升降機構帶動反應器緩慢升起， 當焦炭試樣溫度冷卻至l〇〇°C以下，停止通入N2氣體；
[0023] (5)打開反應器蓋，取出焦炭試樣稱量，再用圓孔篩篩分，稱量篩上物質量，計算焦 炭反應性和熱態強度。
[0024] 本發明的裝置及方法可以使焦炭反應性和熱態強度檢測同時進行，焦炭試樣既受 到反應容器中氣固反應的化學侵蝕作用，又在加熱裝置產生的高溫下受到轉動裝置引起的 焦粒之間及焦粒與反應器壁之間的物理碰撞作用，可以很好地模擬高爐中焦炭劣化情況， 為高爐生產提供可靠依據。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發明實施例提供的焦炭反應性和熱態強度測定裝置結構示意圖；
[0026] 圖2為本發明實施例提供的反應容器結構示意圖；
[0027] 圖3為本發明實施例提供的升降機構結構示意圖；
[0028] 圖4為本發明實施例提供的連接線路固定裝置結構示意圖；
[0029] 圖5為本發明實施例提供的控制系統連接情況示意圖。
【具體實施方式】
[0030] 下面結合附圖和實施例對本發明的技術方案進行詳細描述。
[0031] 實施例一
[0032] 參見圖1，本發明實施例提供的一種焦炭反應性和熱態強度測定裝置，包括反應裝 置、反應裝置升降機構、加熱裝置1、轉動裝置、轉速測量裝置24 ;轉動裝置包括支架3、轉軸 2、原動件4、減速器5,反應裝置包括供氣裝置、排氣裝置和反應器；供氣裝置包括氣體提供 裝置、氣體輸送管10、旋轉接頭26和管道支架25 ;排氣裝置包括排氣管12、旋轉接頭26和 管道支架25 ;旋轉接頭26通過管道支架25固定在支架3上，且旋轉接頭26設置在與轉軸 2可同心轉動的位置，氣體輸送管10通過旋轉接頭26可旋轉連接；排氣管12通過旋轉接 頭26可旋轉連接；反應器還包括反應容器7和測溫裝置8,測溫裝置8的測溫端置于反應 器內；轉速測量裝置24為霍爾傳感器。
[0033] 轉軸2與支架3可轉動連接，本實施例中原動件4為馬達，馬達連接減速器5,減速 器5與轉軸2連接可驅動轉軸2轉動，加熱裝置1與轉軸2固定連接可隨轉軸2 -起轉動， 反應裝置升降機構與加熱裝置1固定連接，反應裝置升降機構可升降的一端可容納反應容 器7并且可被容納于加熱裝置1中，所述升降機構可升降的一端包括反應容器上托盤18、支 撐桿17和底盤16,反應容器7置于底盤16上并可與反應器上托盤18可拆卸連接，支撐桿 連接反應器上托盤18和底盤16,升降機構另一端包括升降動力裝置13、支撐桿14和連接 件15 (如圖3所示），升降動力裝置13可通過升起或降下支撐桿14帶動連接件15及反應 容器7升起或降下。
[0034] 本實施例中的加熱裝置1為電加熱爐，采用多段獨立控溫加熱方式，以保證有足 夠的恒溫區。
[0035] 轉軸2兩端的端部中心都具有軸心孔，軸心孔的另一端開口于垂直軸向的轉軸2 上；氣體輸送管10 -端連接氣體提供裝置，另一端穿過所述轉軸2 -端的軸心孔與反應器 內部連通；排氣管12 -端與反應器內部連通，另一端穿過轉軸2另一端的軸心孔與外界連 通。
[0036] 反應容器7為圓筒狀，采用SiC或Si3N4陶瓷材質，直徑Φ 100mm，反應容器7還包 括反應容器蓋11，反應容器蓋11蓋住所述反應容器7上部開口，并通過固定部件分別與反 應容器7及反應裝置升降機構可拆卸連接。
[0037] 反應容器7內部設置有兩塊擋板6,兩擋板6間的距離為350mm，擋板6每塊都與 反應容器7內部的橫截面形狀和大小相同，擋板6上具有小于被測焦炭粒的孔，可使反應容 器7中氣流分布均勻；兩擋板6位置固定，從而保證焦炭來回撞擊時的距離（回程）是一致 的。
[0038] 測溫裝置8為熱電偶，所述熱電偶上套裝有熱電偶套管9,保護熱電偶免受撞擊及 腐蝕。
[0039] 供氣裝置為C02供氣裝置27和N2供氣裝置28, C02供氣裝置27和N2供氣裝置28 上設有流量監測裝置及流量控制閥。
[0040] 實施例二
[0041] 如實施例一提供的一種焦炭反應性和熱態強度測定裝置，還包括了控制系統29， 控制系統29包括計算機與下層控制單元，下層控制單元包括溫度調控單元、氣體流量調控 單元、轉速調控單元、警報單元，計算機通過局域網與下層控制單元分別連接，計算機可向 下層控制單元下發指令，并接收下層控制單元發送的反饋信號；溫度調控單元通過連接線 路19連接測溫裝置8和所述加熱裝置1，本實施例中溫度調控單元為單片機；本實施例中 測溫裝置8為熱電偶，加熱裝置1為電加熱爐，溫度調控單元連接反應器內的熱電偶，實時 采集反應器內溫度信息，并與設定溫度比較，若兩者不一致，則通過調控輸出到電加熱爐的 功率來調節反應器內溫度，若從反應器的熱電偶處采集溫度低于設定溫度，則增大輸出到 電加熱爐的功率，直到反應器內溫度達到設定溫度；若從反應器的熱電偶處采集溫度高于 設定溫度，則降低輸出到電加熱爐的功率。本實施例中氣體流量調控單元為單片機，單片機 通過連接線路19連接流量控制閥和流量監測裝置；轉速調控單元連接霍爾傳感器與原動 件4,本實施例中轉速調控單元包括單片機和變頻器，變頻器通過改變電流頻率可調節原動 件4轉速；本實施例中的熱電偶、流量監測裝置和霍爾傳感器中都含有警報裝置，各警報裝 置構成警報單元，當熱電偶測量到的溫度、流量監測裝置測量的氣體流量或霍爾傳感器測 量的轉速超過安全限度時熱電偶、流量監測裝置和霍爾傳感器分別會發出報警信號給計算 機并啟動警報發聲部件，計算機會發出終止運行信號給連接著加熱裝置1、流量控制閥和變 頻器的單片機，各單片機發出終止信號，終止加熱、氣體輸送及原動件4轉動。本實施例還 包括連接線路固定裝置，連接線路固定裝置包含絕緣底片、絕緣環片20、導電環片21、電刷 22,絕緣底片嵌套固定在轉軸2上，絕緣環片20與導電環片21在絕緣底片上相間設置，導 電環片21接有連接線路19,電刷22固定在線路連接固定支架23上，線路連接固定支架23 固定在轉軸上，連接線路19通過電刷22導電連接，連接線路19包括控制系統29中各控制 單元的連接線路、反應裝置升降機構和加熱裝置1所需連接線路（見附圖4)，這樣線路通過 電刷22和導電環片21連接設置，線路可旋轉連接并且導電，因此避免線路纏繞。
[0042] 具體測試開始后，計算機向溫度調控單元發送指令，電加熱爐開始加熱升溫；當反 應器內熱電偶檢測溫度達到400°C時，溫度調控單元向計算機發送信號，計算機再向氣體流 量調控單元發送指令，向反應器內通入1. 〇L/min的N2氣體；當溫度達到1KKTC，溫度調控 單元向計算機發送信號，計算機控制電加熱爐溫度穩定l〇min后，計算機同時向氣體流量 調控單元和轉速調控單元發送指令并開始計時，停止向反應器內通入N 2氣體，并立即切換 通入流量為5. OL/min的C02氣體，同時，馬達開始工作，帶動電加熱爐以設定轉速開始轉 動，霍爾傳感器檢測電加熱爐轉動的轉數，并將信號反饋至計算機；待達到120min后，監督 式計算機同時向氣體流量調控單元和轉速調控單元發送指令，停止往向反應器內通入C0 2 氣體，并立即切換通入流量為2. OL/min的N2氣體，同時，馬達停止工作；待熱電偶檢測的溫 度小于100°C時，溫度調控單元向監督式計算機發送信號，監督式計算機向氣體流量系統發 送指令，停止通入N2氣體。
[0043] 實施例三
[0044] 一種焦炭反應性和熱態強度檢測方法，焦炭與C02氣體在反應器內高溫反應的同 時反應器繞轉軸2轉動，故焦炭反應性與熱態強度同時檢測，步驟如下：
[0045] (1)準確稱取焦炭試樣200. 0±2. 0g，將試樣置入反應器中，再將反應器置于升降 機構上并固定牢靠，連接進氣及出氣管路，啟動升降機構，將反應器置于電加熱爐中；
[0046] (2)啟動升溫程序，加熱爐以10°C /min?20°C /min的升溫速率從室溫升至 400°C，接著向反應器中通入流量為1. OL/min?2. OL/min的N2氣體，以防止焦炭燒損，同 時將升溫速率降為5°C /min?10°C /min，升溫至1100°C ;
[0047] (3)達到設定溫度后，穩定lOmin?20min，停止通入N2氣體，并立即切換通入流 量為5. OL/min的C02氣體，同時電加熱爐以5r/min?30r/min的速率開始轉動，并開始計 時，時間為120min ;
[0048] (4)達到設定時間后，電加熱爐停止加熱并停止轉動，停止通入C02氣體，并立即切 換通入流量為2L/min?5L/min的N 2氣體，同時升降機構帶動反應器緩慢升起，當焦炭試 樣溫度冷卻至l〇〇°C以下，停止通入N2氣體；
[0049] (5)打開反應器蓋，取出試樣稱量，再用Φ 10mm圓孔篩篩分，稱量篩上物質量，計 算焦炭反應性和熱態強度。
[0050] 最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本材料的技術實施方案而非限制，盡 管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本 發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和范圍，其均應 涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
【權利要求】
1. 一種焦炭反應性和熱態強度測定裝置，其特征在于：包括反應裝置、反應裝置升降 機構、加熱裝置（1)、轉動裝置； 所述轉動裝置包括支架（3)、轉軸（2)、原動件（4)、減速器（5)、轉速測量裝置（24)，所 述反應裝置包括供氣裝置、排氣裝置和反應器；所述供氣裝置包括氣體提供裝置、氣體輸送 管（10)、旋轉接頭（26)和管道支架（25);所述排氣裝置包括排氣管（12)、旋轉接頭（26) 和管道支架（25);所述旋轉接頭（26)通過管道支架（25)固定在支架（3)上，且旋轉接頭 (26)設置在與轉軸（2)可同心轉動的位置，所述氣體輸送管（10)通過旋轉接頭（26)可旋 轉連接；所述排氣管（12)通過旋轉接頭（26)可旋轉連接；所述反應器還包括反應容器（7) 和測溫裝置（8)，所述測溫裝置（8)的測溫端置于反應器內；所述轉速測量裝置（24)與支 架⑶固定連接； 所述轉軸（2)與支架（3)可轉動連接，所述原動件（4)連接減速器（5)，所述減速器（5) 與所述轉軸（2)連接，所述加熱裝置（1)與所述轉軸（2)固定連接，所述反應裝置升降機構 與加熱裝置（1)固定連接，所述反應裝置升降機構可升降的一端可容納反應容器（7)并且 可被容納于加熱裝置（1)中，所述反應容器（7)與所述反應裝置升降機構可拆卸連接； 所述轉軸（2)兩端的端部中心都具有軸心孔，所述軸心孔的另一端開口于垂直軸向的 轉軸（2)上；所述氣體輸送管（10) -端連接氣體提供裝置，另一端穿過所述轉軸（2) -端 的軸心孔與反應器內部連通；所述排氣管（12) -端與反應器內部連通，另一端穿過所述轉 軸（2)另一端的軸心孔與外界連通。
2. 如權利要求1所述的焦炭反應性和熱態強度測定裝置，其特征在于：所述反應容器 ⑵包括反應容器蓋（11)，所述反應容器蓋（11)蓋住所述反應容器（7)上部開口，并通過 固定部件分別與所述反應容器（7)及所述反應裝置升降機構可拆卸連接。
3. 如權利要求1所述的焦炭反應性和熱態強度測定裝置，其特征在于：所述反應容器 (7) 內部設置有兩塊擋板￠)，所述擋板（6)每塊都與反應容器（7)內部的橫截面形狀和大 小相同，所述擋板（6)上具有小于被測焦炭粒的孔。
4. 如權利要求1所述的焦炭反應性和熱態強度測定裝置，其特征在于：所述測溫裝置 (8) 為熱電偶，所述熱電偶上套裝有熱電偶套管（9)。
5. 如權利要求1所述的焦炭反應性和熱態強度測定裝置，其特征在于：所述供氣裝置 為C02供氣裝置（27)和N 2供氣裝置（28)，所述C02供氣裝置（27)和N2供氣裝置（28)上 設有流量監測裝置及流量控制閥。
6. 如權利要求1所述的焦炭反應性和熱態強度測定裝置，其特征在于：所述轉速測量 裝置（24)為霍爾傳感器，所述霍爾傳感器包括霍爾器件和磁鋼，所述霍爾器件固定在支架 (3)上，所述磁鋼固定在霍爾器件上方的轉軸（2)上。
7. 如權利要求6所述的焦炭反應性和熱態強度測定裝置，其特征在于：還包括控制系 統（29)，所述控制系統（29)包括計算機與下層控制單元，所述下層控制單元包括溫度調控 單元、氣體流量調控單元、轉速調控單元和警報單元，所述計算機通過局域網與下層控制單 元分別連接，所述溫度調控單元通過連接線路（19)連接所述測溫裝置（8)和所述加熱裝 置（1)，所述氣體流量調控單元通過連接線路（19)連接所述流量控制閥和所述流量監測裝 置，所述轉速調控單元連接所述霍爾傳感器與所述原動件（4)，所述警報單元連接所述測溫 裝置（8)、所述流量檢測裝置和所述霍爾傳感器。
8. 如權利要求7所述的焦炭反應性和熱態強度測定裝置，其特征在于：還包括連接線 路固定裝置，所述連接線路固定裝置包含絕緣底片、絕緣環片（20)、導電環片（21)、電刷 (22) ，所述絕緣底片嵌套固定在轉軸（2)上，所述絕緣環片（20)與導電環片（21)在絕緣底 片上相間設置，導電環片（21)接有連接線路（19)，所述電刷（22)固定在線路連接固定支架 (23) 上，所述線路連接固定支架（23)固定在轉軸上，連接線路（19)通過電刷（22)和導電 環片（21)導電連接，所述連接線路（19)包括控制系統（29)中各單元的連接線路（19)以 及反應裝置升降機構和加熱裝置（1)所需連接線路（19)。
9. 通過如權利要求1-8中任一所述的裝置進行焦炭反應性和熱態強度檢測的方法，其 特征在于：包括如下步驟： (1) 稱取焦炭試樣，將焦炭試樣置入反應器中，再將反應器置于升降機構上并固定牢 靠，連接氣體輸送管（10)及排氣管（12)，啟動反應裝置升降機構，將反應器置于加熱裝置 ⑴中； (2) 加熱裝置（1)開始以10°C /min?20°C /min的升溫速率從室溫升至400°C，接著 向反應器中通入流量為1. 〇L/min?2. OL/min的N2氣體，同時將升溫速率降為5°C /min? 10°C /min，升溫至 1KKTC ; (3) 達到1KKTC后，保持lOmin?20min，停止通入隊氣體，并立即切換通入流量為 5. OL/min的C02氣體，同時啟動轉動裝置，使加熱裝置（1)以5r/min?30r/min的速率開 始轉動，并開始計時，時間為120min ; (4) 達到120min后，電加熱爐停止加熱并停止轉動，停止通入C02氣體，并立即切換通 入流量為2L/min?5L/min的N 2氣體，同時反應裝置升降機構帶動反應器緩慢升起，當焦 炭試樣溫度冷卻至l〇〇°C以下，停止通入N2氣體； (5) 打開反應器蓋，取出焦炭試樣稱量，再用圓孔篩篩分，稱量篩上物質量，計算焦炭反 應性和熱態強度。
【文檔編號】G01N5/00GK104101554SQ201410338920
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月16日 優先權日:2014年7月16日
【發明者】徐榮廣, 李東濤, 馬澤軍, 劉洋, 郭德英, 張小明, 晁偉, 薛立民, 馬超, 何亞斌, 趙鵬 申請人:首鋼總公司