本實(shí)用新型屬于鋼鐵冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種測量焦炭高溫冶金性能的裝置。

背景技術(shù)：

焦炭在高爐生產(chǎn)中有重要作用，起還原劑、發(fā)熱劑和料柱骨架的作用。隨著高爐大型化和噴煤水平的提高，對焦炭質(zhì)量的要求也越來越高，目前各鋼鐵廠越來越重視焦炭在高溫下的性能。1983年，我國制訂了“焦炭反應(yīng)性和反應(yīng)后強(qiáng)度試驗(yàn)方法”國家標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定以焦炭在1100℃下與CO₂氣體反應(yīng)的能力，即反應(yīng)性和反應(yīng)后強(qiáng)度作為表征焦炭高溫冶金性能的重要質(zhì)量指標(biāo)，并相繼為國內(nèi)鋼鐵廠廣泛采用。但通過煉鐵工作者長期以來的研究發(fā)現(xiàn)，這兩項(xiàng)指標(biāo)本身也并非盡善盡美，它也有一些缺陷：

1)是焦炭在高爐內(nèi)參與反應(yīng)時(shí)，焦炭周圍的反應(yīng)氣氛為高爐煤氣，而該標(biāo)準(zhǔn)是檢測焦炭在1100℃下與CO₂氣體反應(yīng)的能力，該標(biāo)準(zhǔn)不能真實(shí)模擬焦炭在高爐內(nèi)反應(yīng)的氣氛；

2)是高爐內(nèi)由于焦炭、礦石的互相擠壓，焦炭處于高溫高壓的狀態(tài)，而該標(biāo)準(zhǔn)對于焦炭與CO₂氣體反應(yīng)時(shí)的壓力狀態(tài)未有提及；

3)焦炭在高爐軟融帶至爐缸周圍均發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)溫度在800～1400℃之間，而標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以1100℃作為試驗(yàn)的溫度存在一定局限性，不能真實(shí)模擬焦炭在高爐內(nèi)的行為，該標(biāo)準(zhǔn)也無法檢測焦炭在800～1400℃之間反應(yīng)速度。所以目前經(jīng)常出現(xiàn)以下生產(chǎn)狀況：不同批次的焦炭，根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)的檢測結(jié)果，雖然焦炭反應(yīng)性和反應(yīng)后強(qiáng)度相近，但焦炭在高爐內(nèi)的使用效果差別較大。

專利申請CN201210416234公開了一種測定焦炭高溫冶金性能的方法，該專利申請通過動(dòng)態(tài)檢測焦炭與CO2氣體的開始反應(yīng)溫度、反應(yīng)終了實(shí)際溫度、反應(yīng)性，計(jì)算焦炭與CO2氣體的反應(yīng)特征值，并對焦炭質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)，反應(yīng)特征值越小，焦炭實(shí)物質(zhì)量越好，但該方法還是不能模擬焦炭在高爐內(nèi)反應(yīng)的氣氛也不能模擬焦炭在高爐內(nèi)的高溫高壓的狀態(tài)，方法存在一定缺陷。

專利申請CN201010251139公開了高溫環(huán)境下測試焦炭強(qiáng)度和反應(yīng)后強(qiáng)度的方法，該方法在焦炭反應(yīng)結(jié)束時(shí)，在高溫反應(yīng)器內(nèi)通過施壓篩板對焦樣恒速向下施壓一定距離后停止加熱，冷卻焦樣，篩分剩余焦樣，計(jì)算得到高溫環(huán)境下的焦炭強(qiáng)度。但該方法對于模擬焦炭在反應(yīng)過程中的反應(yīng)氣氛、高爐內(nèi)的高溫高壓的狀態(tài)、以及焦炭800～1400℃之間反應(yīng)速度未有提及，方法也存在一定的缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對以上問題，本實(shí)用新型提供一種能檢測高溫下焦炭的冶金性能的方法，該方法模擬高爐內(nèi)焦炭的物理反應(yīng)環(huán)境和熱力學(xué)反應(yīng)環(huán)境，并檢測焦炭在800～1400℃反應(yīng)過程中焦炭反應(yīng)失重量與反應(yīng)時(shí)間的曲線關(guān)系，能較準(zhǔn)確的反應(yīng)焦炭在高爐內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)過程，進(jìn)而表征出焦炭的高溫冶金性能。

本實(shí)用新型提供了一種檢測高溫下焦炭的冶金性能的裝置，所述裝置包括反應(yīng)器、電爐和尾氣稱量裝置；

所述尾氣稱量裝置包括氣體收集裝置和稱重裝置；

所述反應(yīng)器包括上蓋、施壓篩板、承壓篩板、出氣孔、高鋁球、熱電偶和施壓裝置；所述反應(yīng)器通過上蓋密封，所述反應(yīng)器的上蓋設(shè)置有出氣孔，所述施壓篩板和施壓裝置的底部相連接，所述施壓篩板和承壓篩板間空腔放置焦炭，所述高鋁球設(shè)置于承壓篩板的底部和反應(yīng)器底部之間，進(jìn)氣孔設(shè)置于所述反應(yīng)器的底部；

所述電爐為反應(yīng)器提供熱源，所述氣體收集裝置收集反應(yīng)器排出的尾氣，所述稱重裝置稱量所述尾氣的質(zhì)量。

優(yōu)選的，所述裝置還包括配氣控制柜，氮?dú)?、二氧化碳和高爐煤氣經(jīng)配氣控制柜進(jìn)入反應(yīng)器，所述反應(yīng)器排出的氣體經(jīng)配氣控制柜進(jìn)入氣體收集裝置。

優(yōu)選的，所述施壓裝置包括動(dòng)力裝置、轉(zhuǎn)軸和螺旋密封裝置，所述轉(zhuǎn)軸通過螺旋密封裝置伸入反應(yīng)器內(nèi)，所述動(dòng)力裝置驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)并向篩板施力。

本實(shí)用新型提供的檢測高溫下焦炭的冶金性能方法包括如下步驟：

1)制備焦炭試樣；

2)將焦炭試樣放入干燥箱，在170～180℃溫度下烘干2h，后取出冷卻至室溫；

3)將冷卻至室溫的焦炭試樣裝于承壓篩板和施壓篩板間，使用上蓋將反應(yīng)器密封，后將反應(yīng)器懸置于爐內(nèi)，并使反應(yīng)器中的焦炭處于電爐恒溫區(qū)內(nèi)；

4)升溫加熱焦炭至其中心溫度達(dá)300℃時(shí)，以0.7～0.9L/min的流量通氮?dú)?，保護(hù)焦炭，防止其燒損；

5)繼續(xù)加熱焦炭至其中心溫度達(dá)到750～900℃時(shí)，切斷氮?dú)?，通入流量?2～4L/min的二氧化碳和流量為5～10L/min的高爐煤氣,反應(yīng)3～3.5h，期間控制爐溫升溫速度為3±0.5℃/min和反應(yīng)終了時(shí)刻爐溫為1290～1440℃，期間控制反應(yīng)器內(nèi)氣體壓強(qiáng)為0.27～0.36Mpa，并通過施壓篩板可以對焦炭施壓，并且施加的壓力是隨著時(shí)間勻速增加的，反應(yīng)開始時(shí)對焦炭施加壓強(qiáng)為0.05Mpa的力,反應(yīng)結(jié)束時(shí)對焦炭施加壓強(qiáng)為0.5Mpa的力,期間采用動(dòng)態(tài)自動(dòng)控制的方法梯度加壓，并收集出口氣體，并記錄不同反應(yīng)時(shí)間收集到的出口氣體質(zhì)量；

6)反應(yīng)結(jié)束后，停止加熱，切斷二氧化碳，通入流量為2～3L/min的氮?dú)?，直至焦炭溫度降至室溫，停止通氮?dú)猓?/p>

7)計(jì)算焦炭的失重量與反應(yīng)時(shí)間的函數(shù)曲線關(guān)系和焦炭強(qiáng)度CHS，

所述焦炭的失重量為出口氣體的質(zhì)量減去入口氣體的質(zhì)量；

所述焦炭強(qiáng)度CHS為篩分剩余焦樣，篩分選取10mm以上焦樣測量其質(zhì)量m1，并按公式CHS＝m1/m×100計(jì)算焦炭強(qiáng)度CHS，其中m為反應(yīng)開始時(shí)反應(yīng)器內(nèi)焦炭的總質(zhì)量。

優(yōu)選的，按GB/T 1997標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的取樣方法制備焦炭，具體過程可以如下：取焦炭20kg，用φ25mm圓孔篩篩分，大于φ25mm焦塊用顎式破碎機(jī)破碎后篩分，直至整體焦炭粒度均小于φ25mm，將較厚片狀焦、條狀焦用手工修整成顆粒狀焦塊。用φ23mm圓孔篩篩分后，取篩上物混勻、縮分得焦塊2kg，分兩次(每次1kg)置于Ⅰ型轉(zhuǎn)鼓中，以20r/min的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)50r，取出后再用φ2mm圓孔篩篩分，將篩上物縮分出900g作為試樣，用四分法將試樣分成四份，每份不少于220g

優(yōu)選的，降溫后的焦炭使用φ23mm圓孔篩篩除表面粉末。

本實(shí)用新型中反應(yīng)器內(nèi)焦炭的化學(xué)反應(yīng)方程為：

C+CO₂↑＝2CO↑

根據(jù)此化學(xué)反應(yīng)方程，出口氣體的質(zhì)量減去入口氣體的質(zhì)量即為焦炭的失重量，利用該方法計(jì)算焦炭的失重量與反應(yīng)時(shí)間的函數(shù)曲線關(guān)系。

所述高鋁球?yàn)檠趸X球的一個(gè)類別，由于其氧化鋁含量較高而被簡稱為高鋁球。高鋁球根據(jù)氧化鋁含量又可細(xì)分為90、92、95、99等系列，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)做出靈活選擇，其并不影響最終獲取的結(jié)果。

本實(shí)用新型可以逼真模擬了焦炭在高爐內(nèi)反應(yīng)的熱力學(xué)環(huán)境、高溫高壓狀態(tài)和物理環(huán)境，相應(yīng)的檢測結(jié)果也更能表征焦炭在高爐內(nèi)的高溫冶金性能；本實(shí)用新型的方法能檢測出焦炭的失重重量與反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度的關(guān)系，能計(jì)算出焦炭的反應(yīng)速率曲線；本實(shí)用新型需要的設(shè)備簡單，僅需對目前冶金行業(yè)通用的焦炭冶金性能檢測設(shè)備做少許改造就可實(shí)現(xiàn)。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型測試裝置示意圖；

其中1為氮?dú)馄俊?為CO₂氣瓶、3為高爐煤氣氣瓶、4為配氣控制柜、5為溫度控制柜、6為計(jì)算機(jī)測控器、7為控制柜、8為動(dòng)力裝置、9為施壓轉(zhuǎn)軸、10為熱電偶、11為出氣孔、12為電爐、13為施壓篩板、14為焦炭、15為承載焦炭的篩板、 16為高鋁球、17為進(jìn)氣孔、18為收集出口氣體的裝置、19為電子天平、20為反應(yīng)器、21為上蓋；

圖2是反應(yīng)器上部的局部放大示意圖；

圖3是反應(yīng)器內(nèi)施壓篩板俯視圖；

圖4為實(shí)施例1焦炭的失重量與反應(yīng)時(shí)間的函數(shù)曲線關(guān)系圖。

圖5為實(shí)施例2焦炭的失重量與反應(yīng)時(shí)間的函數(shù)曲線關(guān)系圖。

具體實(shí)施方式

如下為本實(shí)用新型的實(shí)施例，其僅用作對本實(shí)用新型的解釋而并非限制。

請參見圖1-3，本實(shí)用新型提供了一種檢測高溫下焦炭的冶金性能的裝置，所述裝置包括反應(yīng)器、電爐和尾氣稱量裝置；

所述尾氣稱量裝置包括氣體收集裝置和稱重裝置；

所述反應(yīng)器包括上蓋21、施壓篩板13、承壓篩板15、出氣孔11、高鋁球16、熱電偶10和施壓裝置；所述反應(yīng)器20通過上蓋21密封，所述上蓋21上設(shè)置有出氣孔11，所述施壓篩板13和施壓裝置的底部相連接，所述施壓篩板13和承壓篩板 15間空腔放置焦炭14，所述高鋁球16設(shè)置于承壓篩板15的底部和反應(yīng)器底部之間，所述進(jìn)氣孔17設(shè)置于所述反應(yīng)器的底部；

所述電爐12為反應(yīng)器20提供熱源。

可選的，所述檢測高溫下焦炭的冶金性能的裝置還包括配氣控制柜4，氮?dú)馄?、 CO₂氣瓶2、高爐煤氣氣瓶3內(nèi)的氮?dú)?、二氧化碳和高爐煤氣經(jīng)配氣控制柜4進(jìn)入反應(yīng)器20，所述反應(yīng)器20排出的氣體經(jīng)配氣控制柜4進(jìn)入氣體收集裝置。

可選的，所述施壓裝置包括動(dòng)力裝置8、施壓轉(zhuǎn)軸9和螺紋密封裝置91，所述施壓轉(zhuǎn)軸9通過螺紋密封裝置91伸入反應(yīng)器內(nèi)和施壓篩板在轉(zhuǎn)軸向篩板施壓的受力點(diǎn)92接觸，所述動(dòng)力裝置驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)并向施壓篩板13施力。

可選的，所述檢測高溫下焦炭的冶金性能的裝置還包括溫度控制柜5、計(jì)算機(jī)測控柜6、控制柜7。

以上未提及之處均可以采用現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)記載的技術(shù)手段，如選用電子天平用于計(jì)量氣體。下述的方法中焦炭的制備方法可以選用常規(guī)焦炭，而并非必須選用實(shí)施例采用的方法制備焦炭。

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對檢測高溫下焦炭的冶金性能的做進(jìn)一步說明.

實(shí)施例1：

A.按GB/T 1997標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的取樣方法，取焦炭20kg，用φ25mm圓孔篩篩分，大于φ25mm焦塊用顎式破碎機(jī)破碎后篩分，直至整體焦炭粒度均小于φ25mm，將較厚片狀焦、條狀焦用手工修整成顆粒狀焦塊。用φ23mm圓孔篩篩分后，取篩上物混勻、縮分得焦塊2kg，分兩次(每次1kg)置于Ⅰ型轉(zhuǎn)鼓中，以20r/min的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn) 50r，取出后再用φ2mm圓孔篩篩分，將篩上物縮分出900g作為試樣，用四分法將試樣分成四份，每份不少于220g備用。

B.將制好的試樣放入干燥箱，在170℃溫度下烘干2h，取出焦炭冷卻至室溫，稱取200g±0.5g待用；

C.反應(yīng)器上帶進(jìn)氣管和排氣管，其內(nèi)裝熱電偶的反應(yīng)器底部鋪一層厚度為 l00mm高鋁球，高鋁球上平放篩板，將步驟B備好的200g±0.5g焦炭試樣裝于篩板上，將上蓋固定在反應(yīng)器上；將反應(yīng)器懸置于爐內(nèi)，并使反應(yīng)器中的焦炭處于電爐恒溫區(qū)內(nèi)；

D.在焦樣上方設(shè)置施壓篩板，施壓篩板與反應(yīng)器外的動(dòng)力傳輸裝置相連，施壓篩板與反應(yīng)器上蓋的密封方式為螺紋密封，施壓篩板可以對焦炭施壓，動(dòng)力源為反應(yīng)器外的動(dòng)力傳輸裝置，通過施壓轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)即可對篩板施壓。

E、升溫加熱焦炭至其中心溫度達(dá)300℃時(shí)，以0.8L/min的流量通氮?dú)猓Ｗo(hù)焦炭，防止其燒損；

F.繼續(xù)加熱焦炭至其中心溫度達(dá)到750℃時(shí)，切斷氮?dú)?，通入流量?L/min 的二氧化碳和流量為15L/min的高爐煤氣,反應(yīng)3h，期間爐溫升溫速度為3℃ /min，反應(yīng)終了時(shí)刻爐溫為1290℃，期間控制反應(yīng)器內(nèi)氣體壓強(qiáng)控制為0.35Mpa，并通過施壓篩板對焦炭施壓，并且施加的壓力是隨著時(shí)間勻速增加的，反應(yīng)開始時(shí)對焦炭施加壓強(qiáng)為0.05Mpa的力,反應(yīng)結(jié)束時(shí)對焦炭施加壓強(qiáng)為0.5Mpa的力,期間采用動(dòng)態(tài)自動(dòng)控制的方法梯度加他，并收集出口氣體，并通過計(jì)算機(jī)測控器記錄收集到的出口氣體質(zhì)量與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系，出口氣體的質(zhì)量減去入口氣體的質(zhì)量即為焦炭的失重量。

G.反應(yīng)3h后，停止加熱，切斷二氧化碳，通入流量為2L/min的氮?dú)?，直至焦炭溫度降降至室溫，停止通氮?dú)猓?/p>

H、計(jì)算焦炭的失重量與反應(yīng)時(shí)間的函數(shù)曲線關(guān)系見圖4。

I、篩分剩余焦樣，篩分選取10mm以上焦樣測量其質(zhì)量m1，計(jì)算得到高溫環(huán)境下的焦炭強(qiáng)度CHS為：

CHS(％)＝m1/m×100

其中m為反應(yīng)開始時(shí)反應(yīng)器內(nèi)焦炭的總質(zhì)量，經(jīng)檢測CHS為43.3。

實(shí)施例2：

A.按GB/T 1997標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的取樣方法，取焦炭20kg，用φ25mm圓孔篩篩分，大于φ25mm焦塊用顎式破碎機(jī)破碎后篩分，直至整體焦炭粒度均小于φ25mm，將較厚片狀焦、條狀焦用手工修整成顆粒狀焦塊。用φ23mm圓孔篩篩分后，取篩上物混勻、縮分得焦塊2kg，分兩次(每次1kg)置于Ⅰ型轉(zhuǎn)鼓中，以20r/min的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn) 50r，取出后再用φ2mm圓孔篩篩分，將篩上物縮分出900g作為試樣，用四分法將試樣分成四份，每份不少于220g備用。

B.將制好的試樣放入干燥箱，在170℃溫度下烘干2h，取出焦炭冷卻至室溫，稱取200g±0.5g待用；

C.反應(yīng)器上帶進(jìn)氣管和排氣管，其內(nèi)裝熱電偶的反應(yīng)器底部鋪一層厚度為 l00mm的高鋁球，高鋁球上平放篩板，將步驟B備好的200g±0.5g焦炭試樣裝于篩板上，將上蓋固定在反應(yīng)器上；將反應(yīng)器懸置于爐內(nèi)，并使反應(yīng)器中的焦炭處于電爐恒溫區(qū)內(nèi)；

D.在焦樣上方設(shè)置施壓篩板，施壓篩板與反應(yīng)器外的動(dòng)力傳輸裝置相連，施壓篩板與反應(yīng)器上蓋的密封方式為螺紋密封，施壓篩板可以對焦炭施壓，動(dòng)力源為反應(yīng)器外的動(dòng)力傳輸裝置，通過施壓轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)即可對篩板施壓。

E、升溫加熱焦炭至其中心溫度達(dá)300℃時(shí)，以0.8L/min的流量通氮?dú)?，保護(hù)焦炭，防止其燒損；

F.繼續(xù)加熱焦炭至其中心溫度達(dá)到900℃時(shí)，切斷氮?dú)猓ㄈ肓髁繛?L/min 的二氧化碳和流量為5L/min的高爐煤氣,反應(yīng)3h，期間爐溫升溫速度為3℃/min，反應(yīng)終了時(shí)刻爐溫為1440℃，期間控制反應(yīng)器內(nèi)氣體壓強(qiáng)控制為0.3Mpa，并通過施壓篩板對焦炭施壓，并且施加的壓力是隨著時(shí)間勻速增加的，反應(yīng)開始時(shí)對焦炭施加壓強(qiáng)為0.05Mpa的力,反應(yīng)結(jié)束時(shí)對焦炭施加壓強(qiáng)為0.5Mpa的力,期間采用動(dòng)態(tài)自動(dòng)控制的方法梯度加壓，并收集出口氣體，并通過計(jì)算機(jī)測控器記錄收集到的出口氣體質(zhì)量與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系，出口氣體的質(zhì)量減去入口氣體的質(zhì)量即為焦炭的失重量。

G.反應(yīng)3h后，停止加熱，切斷二氧化碳，通入流量為2L/min的氮?dú)?，直至焦炭溫度降降至室溫，停止通氮?dú)猓?/p>

H、計(jì)算焦炭的失重量與反應(yīng)時(shí)間的函數(shù)曲線關(guān)系見圖5。

I、篩分剩余焦樣，篩分選取10mm以上焦樣測量其質(zhì)量m1，計(jì)算得到高溫環(huán)境下的焦炭強(qiáng)度CHS為：

CHS(％)＝m1/m×100

其中m為反應(yīng)開始時(shí)反應(yīng)器內(nèi)焦炭的總質(zhì)量，經(jīng)檢測經(jīng)檢測CHS為35.4。