可调压循环焦炉煤气竖炉制备海绵铁的模拟实验系统技术方案

本发明专利技术公开了一种可调压循环焦炉煤气竖炉制备海绵铁的模拟实验系统，其包括配气单元、还原单元以及分析单元；所述配气单元包括气瓶、配气管以及循环尾气管；所述还原单元包括竖炉本体、温度控制装置、压力调节装置以及尾气冷却装置，所述气瓶通过气管连通竖炉本体的底部入气口，竖炉本体的炉顶气出口连通压力调节装置的入口，压力调节装置的出口连通尾气冷却装置的入口，所述温度控制装置调控竖炉本体内部温度；所述分析单元包括气体成分检测装置，尾气冷却装置的出口连通气体成分检测装置；所述竖炉本体的底部入气口通过循环尾气管连通气体成分检测装置的出气口。本系统既利用了焦炉煤气资源又避免了其爆炸风险，并模拟了真实竖炉实际生产情况。真实竖炉实际生产情况。真实竖炉实际生产情况。

【技术实现步骤摘要】
可调压循环焦炉煤气竖炉制备海绵铁的模拟实验系统


[0001]本专利技术涉及一种冶金实验设备，尤其是一种可调压循环焦炉煤气竖炉制备海绵铁的模拟实验系统。

技术介绍

[0002]直接还原铁（DRI）是指在铁矿石低于熔化温度时被还原性气体还原为海绵铁。其对比高炉炼铁具有
‘
低能耗、低污染
’
等特点。 尽管在冶金行业飞速发展的今天，高炉炼铁始终扮演着举足轻重的角色，但传统的高炉炼铁技术始终存在着高能耗、高污染等问题。近几年来国内采用气基直接还原技术获得的优质海绵铁作为冶炼优质钢、特殊钢的原材料中发挥了非常重要的作用。与此同时，高炉炼铁作为我国钢铁生产中的主流方式，炼焦是炼铁过程中碳排放最大的工序之一，每年因为炼焦产生大量的焦炉煤气和CO2。如何有效地回收这些焦炉煤气并加以与气基直接还原炼铁技术有效地结合起来，尽一切可能降低钢铁企业的能耗、减少炼铁污染是今后我国炼铁发展的主要方向。因此，对于研究如何将焦炉煤气利用到气基直接还原技术中具有十分重要的意义。
[0003]但由于冶金反应器具有工艺复杂和不易于观察的特点，所以在现有的研究方法中还存在以下问题：进行这类研究的过程中往往是使用热力学模拟、数值模拟、小型实验室内常压加热炉与中试级别的大型实验炉；由于实际竖炉内部压力一般为0.8～1.2Mpa，所以常压加热炉存在与工业应用条件差别较大等问题，难以对工业情况提供准确直接的参考依据；（3）由于实际竖炉还原气通常为循环使用，所以一般实验炉的持续给气系统难以对实际工程应用提供准确参考；（4）大型中试试验竖炉又存在经济性差、设备复杂、人员要求高、精度控制困难以及项目周期长等一系列问题，所以应用起来具有一定的困难；

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种可模拟不同压力情况的可调压循环焦炉煤气竖炉制备海绵铁的模拟实验系统。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：其包括配气单元、还原单元以及分析单元；所述配气单元包括气瓶、配气管和循环尾气管；所述还原单元包括竖炉本体、温度控制装置、压力调节装置和尾气冷却装置；所述气瓶通过配气管连通竖炉本体的底部入气口，竖炉本体的炉顶气出口连通压力调节装置的入口，压力调节装置的出口连通尾气冷却装置的入口；所述温度控制装置调控竖炉本体内部温度；所述分析单元包括气体成分检测装置，尾气冷却装置的出口连通气体成分检测装置；所述竖炉本体的底部入气口通过循环尾气管连通气体成分检测装置的出气口。
[0006]进一步的，所述分析单元还包括气体干燥装置，气体干燥装置连通在尾气冷却装
置和气体成分检测装置之间。
[0007]进一步的，所述配气单元还包括配气装置；所述气瓶有若干个，各个气瓶均通过配气管连通配气装置的入口，配气装置的出口通过配气管连通竖炉本体的底部入气口。
[0008]进一步的，所述竖炉本体的内底部铺有刚玉球，竖炉本体的内中部设有可拆卸吊篮。
[0009]进一步的，所述温度控制装置包括硅碳棒、热电偶和显示仪表；所述硅碳棒位于竖炉本体的内部并连接有电源，热电偶设置在竖炉本体的内部，显示仪表通过热电偶测量的温度控制硅碳棒进行加热。
[0010]采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本专利技术提供的压力控制装置可以有效调节竖炉内部压力，使竖炉内部的压力与工程上实际竖炉压力相同，为焦炉煤气气基竖炉提供理论指导；配气单元可以有效将循环尾气供入竖炉内部与海绵铁发生还原，做到了实验竖炉内部循环气氛与工程实际竖炉相似；通过配气单元不通气瓶之间的组合该专利技术还可以模拟竖炉中焦炉煤气重整过程，为焦炉煤气重整提供理论指导；气体检测装置可以将焦炉煤气尾气进行收集分析，从而为焦炉煤气在竖炉内部的重整提供原始数据，对直接还原过程的产物分析提供理论支撑。
[0011]本专利技术既利用了由高炉炼焦产生的大量焦炉煤气资源又避免了其可能存在的爆炸风险，并且通过循环尾气管进一步模拟了真实竖炉实际生产情况，还减少了体系中CO2排放的问题，实现海绵铁生产过程中的资源、能源高效利用，相比于现有实验用焦炉煤气竖炉模拟系统，本专利技术有效模拟了高压和循环给气情况下焦炉煤气还原制备海绵铁的情况，并且可以通过煤气成分检测装置检测尾气成分，为焦炉煤气竖炉的生产提供参数优化以及理论指导。并且该系统还可以模拟竖炉中焦炉煤气重整过程，为焦炉煤气重整提供理论指导。
附图说明
[0012]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0013]图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术的系统示意图；图3是本专利技术模拟实验1所得还原势和还原气体含量曲线图；图4是本专利技术模拟实验1所得CH4转化率和压力曲线图；图5是本专利技术模拟实验2所得金属化率和还原时间曲线图。
[0014]图中：1
‑
气瓶、2
‑
配气装置、3
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配气管、4
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竖炉本体、5
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温度控制装置、6
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压力调节装置、7
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尾气冷却装置、8
‑
干燥装置、9
‑
气体成分检测装置、10
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循环尾气管、11
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配气单元、12
‑
还原单元、13
‑
分析单元。
具体实施方式
[0015]图1、图2所示，本可调压循环焦炉煤气竖炉制备海绵铁的模拟实验系统包括配气单元11、还原单元12以及分析单元13。所述配气单元包括气瓶1、配气装置2、配气管3和循环尾气管10；所述气瓶1有若干个，各个气瓶1均通过配气管连通配气装置2的入口，配气装置2的出口通过配气管3连通竖炉本体4，配气管3的直径φ=5
±
1mm；配气装置2可以将不通气瓶内气体经流量调节后混合，用以控制混合气各组分比例，单个气体工作流量应小于5L/min。
所述还原单元包括竖炉本体4、温度控制装置5、压力调节装置6以及尾气冷却装置7；所述竖炉本体4为圆柱筒状、上下封口结构，竖炉本体4的顶部设有炉顶气出口，上部设有球团矿入口，底部设有底部入气口；所述竖炉本体4的内底部铺有刚玉球，竖炉本体的内中部设有吊篮，吊篮采用可拆卸结构，拆除吊篮后，根据气瓶1配入气体不同，本模拟实验系统还可以模拟不同焦炉煤气重整工艺对焦炉煤气重整的影响；所述配气装置2的出口通过配气管3连通竖炉本体4的底部入气口；所述竖炉本体4的炉顶气出口连通压力调节装置6的入口，压力调节装置6由管路调压阀和管路外部显示仪表组成，通过改变出口流量与进口流量调节竖炉内部压力，压力调节装置的工作压力不能超过3Mpa；所述压力调节装置6的出口连通尾气冷却装置7的入口；尾气冷却装置7由水冷机箱和围绕与管路外部的循环水组成，用于将尾气进行冷却；所述温度控制装置5调控竖炉本体4内部温度，由贴于竖炉本体4内壁的两根硅碳棒、贴于竖炉本体4内壁的热电偶以及置于竖炉本体4外部用于调节温度的显示仪表组成；硅碳棒连接有电源，显示仪表通过热电偶测量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可调压循环焦炉煤气竖炉制备海绵铁的模拟实验系统，其特征在于：其包括配气单元（11）、还原单元（12）以及分析单元（13）；所述配气单元（11）包括气瓶（1）、配气管（3）和循环尾气管（10）；所述还原单元（12）包括竖炉本体（4）、温度控制装置（5）、压力调节装置（6）和尾气冷却装置（7）；所述气瓶（1）通过配气管（3）连通竖炉本体（4）的底部入气口，竖炉本体（4）的炉顶气出口连通压力调节装置（6）的入口，压力调节装置（6）的出口连通尾气冷却装置（7）的入口；所述温度控制装置（5）调控竖炉本体（4）内部温度；所述分析单元（13）包括气体成分检测装置（9），尾气冷却装置（7）的出口连通气体成分检测装置（9）；所述竖炉本体（4）的底部入气口通过循环尾气管（10）连通气体成分检测装置（9）的出气口。2.根据权利要求1所述的可调压循环焦炉煤气竖炉制备海绵铁的模拟实验系统，其特征在于：所述分析单元（13）还包括气体干燥装...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑艾军，王锋，王宏斌，于樾，王金龙，杨永强，贾建平，李洋，韩涛，覃开伟，王中华，李小成，
申请(专利权)人：钢铁研究总院有限公司河北张宣高科科技有限公司，
类型：发明
国别省市：