一种粉状铁矿石直接还原及综合热性分析测定系统、方法及其应用技术方案

本发明专利技术属于钢铁冶炼技术领域，具体公开了一种粉状铁矿石直接还原及综合热性分析测定系统、方法及其应用。所述测定系统包括加热炉、炉体基座、热失重天平、还原反应罐、中心热电偶、差热反应器、差热试样用坩埚、差热热电偶；基于所述系统可以进行粉状铁矿石直接还原性能及综合热性能的分析测定。本发明专利技术通过独立的装置系统实现了细颗粒的粉状铁矿石还原性能测试和热性能分析测试的耦合，解决了现有炼铁及原料行业尚无开展粉矿气固直接还原、内部机理分析测试的相关装置及方法的问题，为粉状铁矿石物料开展氢冶金及低碳应用技术提供了很好的研究手段。好的研究手段。好的研究手段。

A system, method and application of direct reduction and comprehensive thermal analysis and determination of powdery iron ore

【技术实现步骤摘要】
一种粉状铁矿石直接还原及综合热性分析测定系统、方法及其应用


[0001]本专利技术涉及钢铁冶炼
，具体涉及铁矿石冶金性能测试
，特别是涉及一种粉状铁矿石直接还原及综合热性分析测定系统、方法及其应用。

技术介绍

[0002]铁矿石是炼铁工序的必备原料，当前以高炉为主流应用的炼铁技术，主要采用烧结矿和球团矿为主要的铁质原料，俗称熟料。其均为通过铁矿石原矿(一般为颗粒状或粉状)经由造块工艺来制备而成，从而达到符合高炉冶炼所需的理化性能和冶金性能的要求，针对烧结矿、球团矿等熟料性能检测的配套方法及手段现已十分成熟。
[0003]此外，以气基竖炉工艺、熔融还原工艺为应用的非高炉炼铁技术，一般采用球团矿为主辅之以块矿的原料结构，同样地，针对竖炉用球团矿或块矿在理化性能和冶金性能等的检测方面，均已有专门的试验装置或标准测试方法可以参照。但对于不采用人工造块的方式，直接利用矿山开采的或港口堆存的颗粒状或粉状铁矿石，去模拟炼铁冶炼的工况条件实现铁矿石原矿直接还原性能及热性能分析的方法及装置系统，目前尚未有成熟应用的解决方案。

技术实现思路

[0004]基于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种粉状铁矿石直接还原及综合热性分析测定系统、方法及其应用，所述测定系统及方法可对细颗粒状或粉状铁矿石同时开展还原性能和热性能分析测试的耦合，从而解决现有行业内尚无开展粉矿气固直接还原、内部机理分析测试的相关装置及方法的问题，为直接利用粉状铁矿石原料，开展氢冶金及低碳技术提供更好的研究手段。
[0005]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术第一方面提供一种粉状铁矿石直接还原及综合热性分析测定系统，所述测定系统包括加热炉、炉体基座、热失重天平、还原反应罐、中心热电偶、差热反应器、差热试样用坩埚、差热热电偶；
[0006]所述加热炉安装在炉体基座上，所述炉体基座上安装有竖直设置并具有旋转、升降功能的机械臂，所述机械臂用于将还原反应罐和差热反应器放入或托出加热炉，所述机械臂包括竖直设置的支撑立柱和安装在支撑立柱上并水平设置的旋转臂，所述旋转臂可以支撑立柱为轴进行旋转，并可沿支撑立柱上下升降；
[0007]所述热失重天平和差热热电偶分别安装在旋转臂的两端；
[0008]所述还原反应罐为进行粉状铁矿石直接还原性能测定的场所，吊装在所述热失重天平底部；所述还原反应罐内从下至上依次放置有粗孔筛板和细孔筛板，粗孔筛板和细孔筛板可拆卸连接在还原反应罐内；所述还原反应罐设有用于密封还原反应罐的反应罐顶盖和石墨密封垫，所述还原反应罐设有可供中心热电偶插入的通道；
[0009]所述差热反应器为进行粉状铁矿石综合热性能分析测定的场所，所述差热试样用
坩埚置于差热反应器内腔，差热试样用坩埚内设置有中间隔板，所述中间隔板将差热试样用坩埚分隔为左右两个相互独立的腔体；所述差热反应器设有可供差热热电偶插入的通道，所述差热热电偶包括两个测温热电偶，所述两个测温热电偶分别为试样热电偶和参比物热电偶。
[0010]进一步，所述还原反应罐上设有还原气预热管，所述还原反应罐侧壁设置有与还原气预热管连通的气体通道，所述气体通道与还原反应罐罐体内部连通。
[0011]进一步，所述还原反应罐采用承受≥1200℃高温的材料制成；优选地，所述还原反应罐采用GH3044材质制成。
[0012]进一步，所述反应罐顶盖和石墨密封垫盖通过螺钉固定在还原反应罐上。
[0013]进一步，所述还原反应罐顶部或所述热失重天平底部设有挂钩，所述还原反应罐通过挂钩吊装在所述热失重天平底部。
[0014]进一步，所述炉体基座上设有差热装置底座，所述差热装置底座活动安装在炉体基座上且能在炉体基座上左右摆动，所述差热反应器可安装在差热装置底座上。
[0015]进一步，所述差热试样用坩埚置于差热反应器内腔的中下部。
[0016]进一步，所述差热试样用坩埚为石墨坩埚。
[0017]进一步，所述中心热电偶的测温范围为常温至1200℃。
[0018]进一步，所述试样热电偶和参比物热电偶为K型或S型热电偶，测温上限为1300℃～1400℃。
[0019]本专利技术第二方面提供一种粉状铁矿石直接还原性能的测定方法，采用第一方面所述的系统进行，包括以下步骤：
[0020]A1.将粗孔筛板放置在还原反应罐的底部，高铝球放置在粗孔筛板的上方，并轻微摇晃还原反应罐使高铝球平稳均匀放置；将细孔筛板放置在高铝球层的上方，并确保其放平，然后将铁矿粉放入至还原反应罐内部的细孔筛板上方；
[0021]A2.将反应罐顶盖与石墨密封垫盖上，密封好罐体；将中心热电偶插入还原反应罐中，并将还原反应罐吊装在热失重天平上，通过机械臂将其放置于加热炉中；
[0022]A3.将还原气预热后通入还原反应罐罐体内部，铁矿粉试样在还原气的作用下悬浮在还原反应罐内，进行气固直接还原；
[0023]A4.还原反应完成后，通入保护气体，用机械臂将还原反应罐托出加热炉，在炉外进行冷却；
[0024]A5.待铁矿粉试样冷却后，将试样从还原反应罐中移出，并称量试样重量，按实验过程对应的热失重曲线，测得铁矿粉试样的还原度指数和还原速率。
[0025]进一步，所述步骤A1中，所述铁矿粉为处理后的铁矿粉，所述处理后的铁矿粉为经过缩分、称量后的粉状铁矿石，粒度为0.15mm～8mm，试样重量为100g～1000g；优选地，所述处理后的铁矿粉为经过缩分、称量后的粉状铁矿石，粒度为0.5mm～3.0mm，试样重量为500～1000g。
[0026]进一步，所述步骤A3中，所述还原气由H2、CO、CO2、N2、H2O中的一种气体或若干种气体按任意比例混配而成。
[0027]进一步，所述步骤A4中，所述保护气体为氮气或氩气，优选为高纯氮气或高纯氩气，高纯氮气的纯度为≥99.0％，高纯氩气的纯度为≥99.0％；更优选地，所述高纯氮气的
纯度为≥99.5％，所述高纯氩气的纯度为≥99.5％。
[0028]进一步，所述步骤A5中，待铁矿粉试样冷却至≤100℃，将试样从反应罐中移出。
[0029]本专利技术第三方面提供一种粉状铁矿石综合热性能分析的测定方法，采用第一方面所述的系统进行，包括以下步骤：
[0030]B1.将铁矿粉试样倒入坩埚其中一侧腔体内，并测量试样顶部表面至坩埚上沿高度；
[0031]B2.以高铝粉为参比物，将高铝粉倒入至坩埚另一侧腔体内，并测量高铝粉表面至坩埚上沿高度，保证高铝粉和铁矿粉试样高度一致；
[0032]B3.将坩埚放入差热反应器中，再将差热反应器放置到加热炉内，再通过控制机械臂使试样热电偶和参比物热电偶分别插入至坩埚中试样和参比物的中心位置；
[0033]B4.将保护气体通入至差热反应器内，同时加热炉按照设定温度曲线进行升温；在升温过程中，对试样热电偶和参比物热电偶同步测得的数据进行实时记录，并形成差热温度和试样温度记录曲线；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种粉状铁矿石直接还原及综合热性分析测定系统，其特征在于，所述测定系统包括加热炉、炉体基座、热失重天平、还原反应罐、中心热电偶、差热反应器、差热试样用坩埚、差热热电偶；所述加热炉安装在炉体基座上，所述炉体基座上安装有竖直设置并具有旋转、升降功能的机械臂，所述机械臂用于将还原反应罐和差热反应器放入或托出加热炉；所述机械臂包括竖直设置的支撑立柱和安装在支撑立柱上并水平设置的旋转臂，所述旋转臂可以支撑立柱为轴进行旋转，并可沿支撑立柱上下升降；所述热失重天平和差热热电偶分别安装在旋转臂的两端；所述还原反应罐为进行粉状铁矿石直接还原性能测定的场所，吊装在所述热失重天平底部；所述还原反应罐内从下至上依次放置有粗孔筛板和细孔筛板，粗孔筛板和细孔筛板可拆卸连接在还原反应罐内；所述还原反应罐设有用于密封还原反应罐的反应罐顶盖和石墨密封垫，所述还原反应罐设有可供中心热电偶插入的通道；所述差热反应器为进行粉状铁矿石综合热性能分析测定的场所，所述差热试样用坩埚置于差热反应器内腔，差热试样用坩埚内设置有中间隔板，所述中间隔板将差热试样用坩埚分隔为左右两个相互独立的腔体；所述差热反应器设有可供差热热电偶插入的通道，所述差热热电偶包括两个测温热电偶，所述两个测温热电偶分别为试样热电偶和参比物热电偶。2.根据权利要求1所述的测定系统，其特征在于：所述还原反应罐上设有还原气预热管，所述还原反应罐侧壁设置有与还原气预热管连通的气体通道，所述气体通道与还原反应罐罐体内部连通；和/或，所述还原反应罐采用承受≥1200℃高温的材料制成；和/或，所述反应罐顶盖和石墨密封垫盖通过螺钉固定在还原反应罐上；和/或，所述还原反应罐顶部或所述热失重天平底部设有挂钩，所述还原反应罐通过挂钩吊装在所述热失重天平底部。3.根据权利要求1所述的测定系统，其特征在于：所述炉体基座上设有差热装置底座，所述差热装置底座活动安装在炉体基座上，且能在炉体基座上左右摆动，所述差热反应器可安装在差热装置底座上；和/或，所述差热试样用坩埚为石墨坩埚；和/或，所述中心热电偶的测温范围为常温至1200℃；和/或，所述试样热电偶和参比物热电偶为K型或S型热电偶，测温上限为1300℃～1400℃。4.一种粉状铁矿石直接还原性能的测定方法，其特征在于，采用权利要求1～3任一项所述的系统进行，包括以下步骤：A1.将粗孔筛板放置在还原反应罐的底部，高铝球放置在粗孔筛板的上方，并轻微摇晃还原反应罐使高铝球平稳均匀放置；将细孔筛板放置在高铝球层的上方，并确保其放平，然后将铁矿粉放入至还原反应罐内部的细孔筛板上方；A2.将反应罐顶盖与石墨密封垫盖上，密封好罐体；将中心热电偶插入还原反应罐中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴开基，王刚，李牧明，翟晓波，何茂成，洪志斌，赖菲菲，
申请(专利权)人：中冶赛迪工程技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：