一种多功能高炉有害元素吸附实验方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多功能高炉有害元素吸附实验方法及其装置，属于高炉炼铁技术领域；本发明专利技术吸附实验装置包括两段式加热炉、有害元素蒸气发生装置以及有害元素吸附装置，在实验时根据炉料吸附反应所需温度通入对应的气体以仿真高炉气氛，并按照设定的升温方式达到设定温度后以产生高炉有害元素蒸气进行吸附实验，反应结束后降温至400℃时通入N

A multi-functional experimental method and device for adsorption of harmful elements in blast furnace

【技术实现步骤摘要】
一种多功能高炉有害元素吸附实验方法及其装置
本专利技术属于高炉炼铁
，特别是提供了一种多功能高炉有害元素吸附实验方法及其装置。
技术介绍
高炉的入炉料中通常含有一定量的钾、钠、铅、锌等有害元素，但进入渣铁中的数量并不多，大部分有害元素会在高温区被还原蒸发而随高炉煤气流夹杂上升。且在上升过程中，会与高炉炉料及高炉内衬充分接触，其中的有害元素一部分被焦炭及矿石吸收，随之下降到高炉高温区后，被还原而重新进入煤气流中，导致有害元素的循环富集，从而给高炉冶炼过程带来巨大影响。有害元素在炉料中的富集会侵蚀高炉炉料结构，并影响原燃料的强度及炉料透气性能，进而干扰煤气流的分布。有害元素在高炉中还会侵蚀炉缸炉底，严重时甚至对高炉顺行产生巨大影响，从而造成频繁地悬料、崩料等问题；且会使高炉周期性出现结瘤、炉况不顺等不利于正常冶炼的状况，从而导致高炉生产技术经济指标下降。因此，了解并掌握高炉有害元素在高炉炉料中的富集分布情况及对炉料的影响对高炉顺利生产具有十分重要的意义。然而，目前在实验室进行高炉有害元素气相吸附实验研究所采用的方法多是通过喷洒、浸泡或熏蒸的方法向炉料中引入有害元素，但由液体和其他元素不可避免的会引入外界影响。此外，目前在实验室进行高炉有害元素气相吸附实验研究所使用的有害元素原材料种类比较单一，例如：单独使用高炉有害元素颗粒，或是高炉有害元素化合物，因此与高炉实际冶炼过程中有害元素种类相差较大；同时目前常用的吸附实验无法模拟高炉内的还原气氛，与真实高炉生产情况差异较大。因此，亟待提供一种多功能高炉有害元素吸附实验方法及其装置。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种多功能高炉有害元素吸附实验方法及其装置，不仅能用高炉有害元素单质颗粒作为原材料，同时也能用高炉有害元素化合物作为原材料，且能模拟高炉内不同温度条件下所需的气体环境，与高炉实际生产情况更加接近，提高了实验设备的适用性，与实际生产联系更紧密，从而降低了高炉生产实验成本。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种多功能高炉有害元素吸附实验方法，包括如下步骤：S1、将有害元素加入有害元素蒸气发生装置，然后将该装置放置于反应管底部；S2、将反应管竖直放置于两段式加热炉中；S3、将矿石和焦炭按照矿焦比为1.0～5.0加入有害元素吸附装置中，并盖上密封盖；S4、设定两段式加热炉升温方式、保温温度及保温时长，通入气体后开始升温；S5、保温结束后，待温度随炉冷却至400℃时，通入N2，流量为1L/min；S6、待炉料冷却至常温时，取出炉料，进行检测分析。优选的，步骤S1中，所述有害元素为金属单质或金属化合物。优选的，所述金属单质为钠、铅、锌中的一种或多种；所述金属化合物为钾、钠、铅、锌的碳酸盐。其中，焦炭和矿石可预先混合均匀后加入有害元素吸附实验装置，模拟高炉炉料混合均匀状态下对有害元素的吸附富集实验；也可直接将焦炭、矿石依次加入有害元素吸附实验装置中，模拟高炉炉料在未均匀混合状态下的吸附富集情况。优选的，步骤S4中，通入的气体为CO、CO2、N2的混合气体。优选的，所述有害元素为金属化合物，步骤S1中，还包括加入碳单质还原金属化合物。优选的，所述碳单质的加入量为根据化学反应式XnCO3+2C＝3CO+nX或YO+C＝CO+Y的化学计量比计算值的1.5倍；其中，X为钾、钠或锌中的一种；Y为铅。优选的，所述气体成分中CO、CO2和N2的体积比与温度的关系为：优选的，关系式(2)由高炉内氧化亚铁间接还原反应：FeO+CO＝Fe+CO2在600～1350℃达到平衡时的气相成分拟合得到。优选的，步骤S4中，所述两段式加热炉的升温方式、保温温度及保温时长的设定方式具体为：(1)根据实验需求设定加热炉的预加热温度T1、目标保温温度T0、目标保温时长t0、加热功率W1、W2、W3；(2)以功率W1开始进行预加热，接收由热电偶获取的当前实际温度，将该实际温度与设定的预加热温度T1进行比较，若小于，则继续以功率W1加热，否则进入步骤(3)；(3)计时开始，以功率W2开始进行加热，每半分钟检测一次当前实际温度，将该实际温度与设定的目标保温温度T0进行比较，若小于，则继续以功率W2加热，否则进入步骤(4)；(4)开始计时进入保温阶段，将实际温度与设定的目标保温温度T0进行比较，若不小于则维持加热炉的保温状态，发热体停止加热，否则，加热体以功率W3进行加热，加热完成后进入步骤(5)；(5)将当前获取的实际保温时长与设定的目标保温时长t0进行比较，若小于，则继续步骤(4)，否则进入步骤(6)；(6)关闭两段式加热炉。本专利技术还提供一种多功能高炉有害元素吸附实验装置，包括反应管，所述反应管采用两段式加热炉加热；所述反应管底部设有有害元素蒸气发生装置，所述反应管顶部设有密封盖，所述密封盖底部悬挂设置有有害元素吸附装置；出气管穿过密封盖与外界连通，进气管穿过密封盖与并气阀、导气管依次连接，用于向所述有害元素蒸气发生装置提供气源。优选的，所述有害元素吸附装置包括由圆环、支撑条和钢丝网组合构成的一开口端向上的网状圆柱体，其中圆环位于该圆柱体的两端，并通过轴向均布的支撑条作为支撑并连接为一体，所述圆柱体的下端及外侧表面覆盖有钢丝网；所述圆柱体的上圆环上连接有多根支撑杆，各支撑杆倾斜向上共同连接在挂钩的底部，所述挂钩悬挂于密封盖底部的吊环。优选的，所述支撑杆有四根，相邻支撑杆的水平投影之间的夹角为90°。优选的，所述挂钩通过活动转轴连接各支撑杆。优选的，所述有害元素蒸气发生装置包括设置于盛放器内部的上部支撑架、下部支撑架，所述下部支撑架通过支撑柱固定于盛放器底部；所述上部支撑架、下部支撑架上均布设有透气孔，且边缘均设有进气管通道；所述上部支撑架用于放置有害元素，所述下部支撑架用于放置刚玉球。优选的，所述上部支撑架的透气孔孔径与有害元素粒度大小相匹配。优选的，所述下部支撑架的透气孔孔径略小于刚玉球直径。优选的，所述进气管通道为内径与进气管外径相同的半圆孔。优选的，所述支撑柱有多个，多个所述支撑柱沿下支撑架底面圆周均匀分布。优选的，所述密封盖内部呈凹型。优选的，所述两段式加热炉由系统控制箱、高温箱组成；所述高温箱内包括自上而下依次设置的上部发热体、隔热层、下部发热体以及与上部发热体位于同一高度的上部热电偶和位于两个下部发热体之间的下部热电偶；所述隔热层用于隔绝上部发热体、下部发热体之间的热传递。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术通过调节吸附实验富集温度，并根据温度变化营造高炉冶炼时所需的还原气氛，实现了在不同温度下高炉有害元素的富集实验，与高炉实际冶炼情况更加接近，提高了实验设备的适用性及可预测性，从而降低了高炉生产实验成本。(2)本专利技术的实验装置简单本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多功能高炉有害元素吸附实验方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1、将有害元素加入有害元素蒸气发生装置，然后将该装置放置于反应管底部；/nS2、将反应管竖直放置于两段式加热炉中；/nS3、将矿石和焦炭按照矿焦比为1.0～5.0加入有害元素吸附装置中，并盖上密封盖；/nS4、设定两段式加热炉升温方式、保温温度及保温时长，通入气体后开始升温；/nS5、保温结束后，待温度随炉冷却至400℃时，通入N

【技术特征摘要】
1.一种多功能高炉有害元素吸附实验方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将有害元素加入有害元素蒸气发生装置，然后将该装置放置于反应管底部；
S2、将反应管竖直放置于两段式加热炉中；
S3、将矿石和焦炭按照矿焦比为1.0～5.0加入有害元素吸附装置中，并盖上密封盖；
S4、设定两段式加热炉升温方式、保温温度及保温时长，通入气体后开始升温；
S5、保温结束后，待温度随炉冷却至400℃时，通入N2，流量为1L/min；
S6、待炉料冷却至常温时，取出炉料，进行检测分析。


2.根据权利要求1所述的一种多功能高炉有害元素吸附实验方法，其特征在于，步骤S1中，所述有害元素为金属单质或金属化合物。


3.根据权利要求2所述的一种多功能高炉有害元素吸附实验方法，其特征在于，所述金属单质为铅、锌中的一种或多种；所述金属化合物为钾、钠、锌的碳酸盐或铅的氧化物。


4.根据权利要求1或2所述的一种多功能高炉有害元素吸附实验方法，其特征在于，步骤S4中，通入的气体为CO、CO2、N2的混合气体。


5.根据权利要求4所述的一种多功能高炉有害元素吸附实验方法，其特征在于，所述有害元素为金属化合物，步骤S1中，还包括加入碳单质还原金属化合物。


6.根据权利要求5所述的一种多功能高炉有害元素吸附实验方法，其特征在于，所述碳单质的加入量为根据化学反应式XnCO3+2C＝3CO+nX或YO+C＝CO+Y的化学计量比计算值的1.5倍，其中，X为钾、钠或锌中的一种；Y为铅。


7.根据权利要求4所述的一种多功能高炉有害元素吸附实验方法，其特征在于，所述气体成分中CO、CO2和N2的体积比与温度的关系为：




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【专利技术属性】
技术研发人员：王炜，王鑫杰，徐润生，周进东，杨代伟，昝日安，陈绪亨，李静轩，汤沉桀，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42