鐵礦懸浮焙燒爐中實時壓力及顆粒濃度測量裝置及方法與流程

本發明屬于礦物加工
技術領域：
，特別涉及一種鐵礦石懸浮焙燒爐中實時壓力及顆粒濃度測量裝置及方法。
背景技術：
：微細粒赤鐵礦、鮞狀赤鐵礦、鏡褐鐵礦及堆存鐵尾礦等鐵礦資源因其結晶粒度細，礦物組成復雜、鐵賦存量低等特性，采用常規選礦技術手段難以獲得理想的技術經濟指標，難以獲得大規模工業化開發利用，或部分資源雖得以開發但利用效率極低。磁化焙燒-磁選技術是處理上述鐵礦資源的有效途徑，其中懸浮磁化焙燒具有氣固接觸充分，傳熱、傳質效果好，反應速度快等優點，目前在難選鐵礦處理方面多有應用；如中國發明專利局公開號為cn200720014578的《懸浮磁化焙燒爐》發明，公開號為cn200710012802的《鐵礦物懸浮磁化焙燒爐系統及焙燒工藝》發明。盡管復雜難選鐵礦石懸浮焙燒新技術能使鐵品位和回收率都大幅度提高，但在懸浮焙燒試驗過程中仍存在還原產品質量不均、排料不暢等問題，主要是因為對懸浮焙燒過程中爐內顆粒運動狀態研究不足；如果能對不同操作條件下爐內氣固兩相流動特性有清楚地認識，對整個焙燒過程的調控及系統的穩定運行有重要的指導意義；但由于懸浮焙燒爐整個過程均為高溫運行，多數測量手段均無法實現耐高溫運行，故現階段大多學者采用冷態試驗方法對其中氣固流動特性進行系統研究。技術實現要素：本發明的目的是提供一種鐵礦石懸浮焙燒爐中實時壓力及顆粒濃度測量裝置及方法，通過改進裝置結構和數據處理方法，實現壓力和濃度的實時同步測量。本發明的裝置包括氣體供給系統、連續給料系統、還原爐和壓力采集及處理系統；其中氣體供給系統為空氣壓縮機，連續給料系統為漏斗式的儲料塔；還原爐的爐體側壁上裝配有壓力傳感器，頂板上設有進料口，底板上設有進氣口，爐體內部設有布風板，布風板的上方為還原室，布風板的下方為風室；壓力采集及處理系統包括ni數據采集卡和計算機；空氣壓縮機通過浮子流量計與還原爐的進氣口連通，儲料塔底端的設有放料閥的下料管插入還原爐頂部的進料口，還原爐上部設有出料管，出料管下端與接料斗相對應；壓力傳感器與ni數據采集卡裝配在一起，ni數據采集卡與計算機裝配在一起。上述裝置中，風室分為流化風室和松動風室，流化風室和松動風室分別與一個空氣壓縮機連通。上述的布風板上均勻分布有小孔，孔徑為8～15微米，布風板的開孔率為6～10％。上述裝置中，還原爐的爐體側壁從上到下依次開設有多個測壓孔，測壓孔為外螺紋結構，每個測壓孔直接與壓力傳感器連接構成一個測壓點，各相鄰的測壓孔的高度差相同；各測壓孔的軸線與還原爐的爐體軸線垂直相交。上述的壓力傳感器為齊平膜片結構，直接與測壓孔連接，接收的壓力信號經差分放大器和輸出放大器放大后，再經過v/a轉換器的轉換，轉換為與輸入壓力成線性對應關系的標準電流輸出信號。上述的儲料塔和還原爐的材質為有機玻璃。本發明的方法是采用上述裝置，按以下步驟進行；1、向還原室內加入礦粉，使布風板上形成料封，防止氣體向進料口反竄；2、將礦粉置于儲料塔中，通過放料閥標定進料的固體流率后，開啟放料閥將礦粉加入到還原爐的還原室內，同時通過兩個空氣壓縮機向風室通入空氣，并通過浮子流量計控制空氣流量；3、在出料管開始排出物料時，通過測量單位時間內出料質量計算出出料的固體流率；當出料的固體流率與進料的固體流率相同時，即判定系統運行穩定；4、啟動計算機labview軟件開始測量，此時壓力傳感器將壓力信號轉換為與輸入壓力成線性對應關系的標準電流輸出信號，然后通過ni數據采集卡將電流信號轉化為數字信號，由計算機內的labview軟件完成數據的檢測、儲存和分析；測量60s后停止運行；5、通過獲得不同測壓點的絕對壓力值，進而求得靜壓差；在忽略氣固兩相的加速度及閥體壁面的摩擦力之后，判定靜壓差是由兩個測壓點之間氣固兩相的重力造成的，因此有公式：δp＝ρs(1-ε)gδh+ρgεgδh＝ρscgδh+ρgcgδh(1)由于顆粒的密度遠大于氣體密度，將公式(1)近似為：δp＝ρs(1-ε)gδh＝ρscgδh(2)即：c＝δp/ρsgδh(3)按公式(3)計算出固體顆粒濃度；式中：δp為測壓點之間的壓力差，單位pa；ρs為礦粉實際密度，單位kg/m3；ε為堆積物料的空隙率；g為重力加速度，單位m/s2；c為固體顆粒濃度，單位％；△h為測壓點之間的高度差，單位m。上述方法中，選用的固體流率為20kg/h～150kg/h。上述方法中，試驗工作時采樣頻率0～500hz，采樣時間60s，測壓點動態壓力值的計算公式按：y＝12.5x-515762.5(4)式中，x為壓力傳感器采集值；y為對應的壓力值，單位pa。本發明的原理是：通過空氣壓縮機提供恒定的氣源，保證流化風和松動風的穩定；輸出的氣體通過浮子流量計調節，實現試驗所需要的參數；物料儲存于儲料塔內，通過調節放料閥調整給料速度；為方便后續試驗開展，對給料速度進行了標定，保證了給料速度的穩定；還原爐主床采用有機玻璃制成，布風板孔徑小于物料最小粒度，可防止出現物料阻塞并使得氣體均勻分布；測孔設計為外螺紋結構，方便與壓力傳感器相連；壓力采集系統是該冷態試驗系統最重要的部分，壓力傳感器直接連接到測壓孔，壓力傳感器齊平膜片結構，有效防止結垢等問題。本發明與當前測量方法相比，可以同時準確的測量還原爐內每個位置的實時壓力及某一部分的顆粒平均濃度，且測量裝置簡單、經濟，操作方便，具有實時性、同步性的優點。附圖說明圖1為本發明實施例中的鐵礦石懸浮焙燒爐中實時壓力及顆粒濃度測量裝置結構示意圖；圖中，i、氣體供給系統，ⅱ、連續給料系統，ⅲ、還原爐，ⅳ、壓力采集及處理系統；1、空氣壓縮機，2、浮子流量計，3、儲料塔，4、還原爐的爐腔(包括還原室和風室)，5、壓力傳感器，6、ni數據采集卡，7、計算機，8、接料斗；圖2為圖1中的還原爐的剖面結構示意圖；圖3為圖1中的還原爐的立體結構示意圖；圖中，9、進料口，10、出料管，11、布風板，12、還原室，13、流化風室，14、松動風室，15、風室，16、測壓孔；圖4為本發明實施例中的壓力采集及處理系統的工作原理圖；圖5為本發明實施例1中的原料氧化鋁粉的x射線衍射圖；圖6為本發明實施例1中的相對壓力隨流化風變化曲線圖；圖中1～6分別為還原爐上的由下到上的6個測壓點；圖7為本發明實施例1中的相對壓力實時變化曲線圖；圖中1～6分別為還原爐上的由下到上的6個測壓點；圖8為本發明實施例1中的不同軸向高度顆粒濃度隨流化風變化曲線圖。具體實施方式本發明實施里中的壓力傳感器為wh131-pm型，фm20×1.5外螺紋式，絕對壓力量程范圍0～200kpa；綜合精度0.1％；供電電源24v；輸出信號4～20ma；工作方式：壓力傳感器將壓力信號轉換為電信號，經差分放大器、輸出放大器放大后，再經過v/a轉換器的轉換，轉換為與輸入壓力成線性對應關系的4-20ma標準電流輸出信號。本發明實施里中由機箱nidaq9171、輸入模塊ni9208和附件ni9923構成了ni數據采集卡，其功能是實現電流信號轉換為數字信號，傳送至計算機；ni9208模塊的性能參數如下：16通道電流輸入，500s/s；±21.5ma，24位分辨率；高分辨率模式具有50/60hz工頻干擾抑制；vsup引腳可用于外接電源，最大2a/30v；60vdccati組隔離；工業標準的37針d-sub連接器；-40℃到70℃的工作溫度范圍，50g抗震，5g防振動。本發明實施例中的labview軟件是一種程序開發環境，由美國國家儀器(ni)公司研制開發，類似于c和basic開發環境，使用的是圖形化編輯語言g編寫程序，產生的程序是框圖的形式。本發明實施例中，按體積比流化風室:松動風室＝2:1。本發明實施例中，料封高度為還原室高度的1/5。本發明實施例中，出料的固體流率是通過測量30s排料質量計算出固體流率，與進料的固體流率相差不超過5％，即認為相同。本發明實施例中，還原室內物料懸浮狀態是通過控制氣體流量實現的，根據物料的密度、黏度、粒度等流化態參數確定需要的懸浮狀態初始氣量，例如：當鐵礦粉的細度為-200目占其總質量的50％以上時，給礦量為80kg/h～150kg/h時，所需要氣體流量為1.5m3/h～5m3/h；當氧化鋁粉的細度為100～150μm時，給礦量為20kg/h～150kg/h時，所需要的氣體流量為1m3/h～3.5m3/h。依據本發明的原理，松動風室在實際鐵礦還原焙燒過程中通入n2，而流化風室通入還原氣體co或h2；還原室內的主要化學反應為：若還原氣為h2：3fe2o3(s)+h2(g)＝2fe3o4(s)+h2o(g)若還原氣為co：3fe2o3(s)+co(g)＝2fe3o4(s)+co2(g)。本發明為了試驗中便于觀察物料的運動狀態，選用粒度均一的白色物料氧化鋁粉作為礦粉進行試驗；氧化鋁粉物料x射線衍射圖譜如圖5所示，其物理特性如表1所示。表1平均粒徑，dp(mm)0.15顆粒真密度，ρp(kg/m3)2719顆粒堆密度，ρb(kg/m3)1132臨界流化風速，umf(m/s)0.02顆粒終端速度，ut(m/s)0.3球形度，φs1實施例1鐵礦石懸浮焙燒爐中實時壓力及顆粒濃度測量裝置結構如圖1所示，包括氣體供給系統i、連續給料系統ⅱ、還原爐ⅲ和壓力采集及處理系統ⅳ；其中氣體供給系統為空氣壓縮機1，連續給料系統為漏斗式的儲料塔3；還原爐ⅲ結構如圖2所示，立體結構如圖3所示，爐體側壁上裝配有壓力傳感器5，頂板上設有進料口9，底板上設有進氣口，爐體內部設有布風板11，布風板11的上方為還原室12，布風板11的下方為風室15；壓力采集及處理系統包括ni數據采集卡6和計算機7；空氣壓縮機1通過浮子流量計2與還原爐ⅲ的進氣口連通，儲料塔3底端的設有放料閥的下料管插入還原爐ⅲ頂部的進料口9，還原爐上部設有出料管10，出料管10下端與接料斗8相對應；壓力傳感器5與ni數據采集卡6裝配在一起，ni數據采集卡6與計算機7裝配在一起；風室15分為流化風室13和松動風室14，流化風室13和松動風室14分別與一個空氣壓縮機1連通；布風板11上均勻分布有小孔，孔徑為12微米，布風板的開孔率為8％；還原爐ⅲ的爐體側壁從上到下依次開設有測壓孔16，其中還原室部分的測壓孔為6個；測壓孔16為外螺紋結構，每個測壓孔16直接與壓力傳感器5連接構成一個測壓點，各相鄰的測壓孔16的高度差相同；各測壓孔16的軸線與還原爐ⅲ的爐體軸線垂直相交；壓力傳感器5為齊平膜片結構，直接與測壓孔連接，接收的壓力信號經差分放大器和輸出放大器放大后，再經過v/a轉換器的轉換，轉換為與輸入壓力成線性對應關系的標準電流輸出信號；儲料塔3和還原爐ⅲ的材質為有機玻璃；鐵礦石懸浮焙燒爐中實時壓力及顆粒濃度測量方法為：向還原室內加入部分礦粉，使布風板上形成料封，防止氣體向進料口反竄；將其余礦粉置于儲料塔中，通過放料閥標定進料的固體流率后，開啟放料閥將礦粉加入到還原爐的還原室內，同時通過兩個空氣壓縮機向風室通入空氣，并通過浮子流量計控制空氣流量；在出料管開始排出物料時，通過測量單位時間內出料質量計算出出料的固體流率；當出料的固體流率與進料的固體流率相同時，即判定系統運行穩定；啟動計算機labview軟件開始測量，此時壓力傳感器將壓力信號轉換為與輸入壓力成線性對應關系的標準電流輸出信號，然后通過ni數據采集卡將電流信號轉化為數字信號，由計算機內的labview軟件完成數據的檢測、儲存和分析；測量60s后停止運行；通過獲得不同測壓點的絕對壓力值，進而求得靜壓差；在忽略氣固兩相的加速度及閥體壁面的摩擦力之后，判定靜壓差是由兩個測壓點之間氣固兩相的重力造成的，按公式(3)計算出固體顆粒濃度；選用放料的固體流率為20kg/h～150kg/h；試驗工作時采樣頻率0～500hz，采樣時間60s，測壓點動態壓力值按公式(4)計算；選取的松動風量為0.4m3/h，流化風量為0.8m3/h～1.2m3/h，由浮子流量計控制調節；還原室長為150mm，寬度為50mm，左側高為800mm，右側高1000mm；6個軸向測壓點間距為138mm；待運行一定時間后，還原室排料管恒定出料，可通過測量30s排料質量計算出固體流率，若排料量為240g～260g，便與給料量(理論排料量為250g/30s)相等，即此刻系統運行穩定，同時打開計算機labview軟件開始測量，測量1min后停止運行，輸出數據后續進行處理；試驗過程中人工加料控制儲料塔內料位在一定高度以上，排出的物料均儲存在接料斗中循環使用；采用工作原理如圖4所示；在松動風量為0.4m3/h，流化風量為0.8m3/h～1.2m3/h的條件下，流化室6個測壓點的相對壓力變化情況如圖6所示；在松動風量為0.4m3/h，流化風量為0.8m3/h的條件下，流化室6個測壓點的相對壓力實時測量值如圖7所示(測試時間：60s)；根據上述數據處理方法，將測得的壓力值代入式1.4，得出的不同軸向高度顆粒濃度隨流化風變化曲線如圖8所示。實施例2裝置結構同實施例1，不同點在于：布風板11上均勻分布有小孔，孔徑為8微米，布風板的開孔率為6％；還原室部分的測壓孔為8個；方法同實施例1。實施例3裝置結構同實施例1，不同點在于：布風板11上均勻分布有小孔，孔徑為15微米，布風板的開孔率為10％；還原室部分的測壓孔為8個；方法同實施例1。當前第1頁12