铁矿石循环富氢还原、熔滴过程H2利用率检测方法及系统技术方案

本发明专利技术属于冶金工程技术领域，具体涉及一种铁矿石循环富氢还原、熔滴过程H2利用率检测方法及系统。该系统包括高温还原熔滴炉、循环管路和控制系统，所述循环管路上依次设置有气体除尘装置、气体分析仪、气体冷凝装置、循环气泵、循环气流量计和补气系统；初始时，控制系统控制补气系统向被抽出空气的高温还原熔滴炉炉膛充入指定气体，所述指定气体中包括CO和H2；循环中，控制系统控制补气系统的补气流量与当前循环气泵输出气体的流量之和为一指定流量数值；所述控制系统还用于，根据气体分析仪输出的实时气体成分数据计算并记录当前CO和H2的实时利用率和还原贡献度。本发明专利技术为提升H2还原效率提供了实验基础。还原效率提供了实验基础。还原效率提供了实验基础。

【技术实现步骤摘要】
铁矿石循环富氢还原、熔滴过程H2利用率检测方法及系统


[0001]本专利技术属于冶金工程
，具体涉及一种铁矿石循环富氢还原、熔滴过程H2利用率检测方法及系统。

技术介绍

[0002]氢冶金是目前钢铁冶金领域的研究热点，主要包括高炉富氢还原技术和氢基竖炉还原技术，如日本COURSE50富氢高炉和中国宝武富氢碳循环氧气高炉，以及美国MIDREX工艺、墨西哥HYL工艺和瑞典HYBRIT工艺等。以上技术中暨需解决的核心问题均是铁矿石在H2或富H2状态下的还原行为以及如何提高H2在还原过程中的利用率，但目前国内外尚未发现针对这一问题的专业化研究装置。
[0003]现阶段与该问题相关的有两个国家标准，即GBT 13241
‑
2017铁矿石还原性的测定方法和GB/T 34211
‑
2017铁矿石高温荷重还原软熔滴落性能测定方法，此外还有申请人已获权的专利技术专利：一种变压式软熔滴落性能测试方法及设备(CN109991125B)。
[0004]现有技术存在的主要不足是两个方面，第一，不能实时动态测定H2在铁矿石还原过程中的贡献度，无法量化描述H2在高炉内中的实际利用程度；第二，目前的单体研究设备，无法对含H2和CO的尾气进行处理，使之可以循环使用，为铁矿石低或超低碳素还原研究创造实验条件。

技术实现思路

[0005]本专利针对上述两方面问题中的一个或多个，提出一种铁矿石循环富氢还原、熔滴过程H2利用率检测方法及系统，为提升H2还原效率提供实验基础。
[0006]本专利技术中的系统包括高温还原熔滴炉、循环管路和控制系统，所述循环管路上依次设置有气体除尘装置、气体分析仪、气体冷凝装置、循环气泵、循环气流量计和补气系统；
[0007]所述高温还原熔滴炉用于为铁矿石还原、熔滴过程提供温度和气氛条件，高温还原熔滴炉上部配备一个出气口，气体从出气口排出后进入循环管路；
[0008]气体除尘装置用于脱除出气口所排出的气体中的粉尘；
[0009]气体分析仪用于分析气体除尘装置排出的气体成分，并将该气体成分数据传输至控制系统；
[0010]气体冷凝装置用于冷却、脱除所述气体除尘装置和气体分析仪排出的气体中的H2O和CO2；
[0011]循环气泵用于将气体冷凝装置排出的气体送回高温还原熔滴炉；
[0012]循环气流量计用于监控循环气泵排出的气体流量，并将该气体流量数据传输至控制系统；
[0013]补气系统用于在控制系统的控制下，向高温还原熔滴炉充入或补充指定气体；
[0014]控制系统与气体分析仪、循环气流量计和补气系统电性连接，用于根据当前工作阶段的不同以及循环气泵排出气体的流量，控制补气系统向高温还原熔滴炉充入或补充指
定气体；
[0015]初始时，控制系统控制补气系统向被抽出空气的高温还原熔滴炉炉膛充入指定气体，直至高温还原熔滴炉炉膛内的气压与外界环境相同，所述指定气体中包括CO和H2；
[0016]循环中，控制系统控制补气系统的补气流量与当前循环气泵输出气体的流量之和为一指定流量数值；
[0017]所述控制系统还用于，根据气体分析仪输出的实时气体成分数据计算并记录当前CO和H2的实时利用率和还原贡献度。
[0018]进一步的，所述气体成分数据分别为CO、CO2、H2和H2O当前的体积浓度；
[0019]所述控制系统以下述方式计算还原气体的CO和H2的实时利用率及其还原贡献度:
[0020][0021][0022][0023][0024]其中η
CO
和η
H2
分别代表CO和H2的实时利用率；和分别代表气体分析仪检测到的CO、CO2、H2和H2O当前的体积浓度；G
CO
和G
H2
分别代表CO和H2的实时还原贡献度。
[0025]进一步的，所述指定气体由CO、CO2、H2、H2O和N2按一定比例混合得到。
[0026]进一步的，补气系统包括多个气体容器，各容器内分别充有成分单一的气体，各容器的出气流量由一流量检测控制装置控制和测量，所述流量检测控制装置与控制系统相连，根据控制系统的指令控制自身流量。
[0027]进一步的，所述气体容器为气瓶，是数量为5个，各自用于盛放CO、CO2、H2、H2O和N2气体中的一种。
[0028]进一步是，流量检测控制装置为内置可控阀门的电子式质量流量计。
[0029]进一步的，所述补气系统还用于将充入或补充的指定气体中H2的流量数据传输至控制系统；
[0030]所述气体冷凝装置还用于记录所收集到的H2O量并传输至控制系统；
[0031]所述控制系统还用于在熔滴结束后，根据整个过程中的H2的流量数据统计补气系统输入高温还原熔滴炉的总H2量V
H2
，以及气体冷凝装置所收集到的水量M
H2O
，计算总H2利用率Ф
H2
如下：
[0032]Ф
H2
＝(M
H2O
/18
×
22.4)/V
H2
，
[0033]其中，总H2量V
H2
的单位为m3，水量M
H2O
的单位为g。
[0034]进一步的，循环管路上，所述气体冷凝装置和循环气泵间还设有气压平衡箱；
[0035]所述气压平衡箱用于通过一个体积可控的气室，将自出气口到气压平衡箱的气体流通路线上的压力稳定在指定数值；
[0036]所述循环气泵用于以制定流量抽取气压平衡箱中气体并送回高温还原熔滴炉，该流量能确保气压平衡箱中的气体量维持在一个指定的范围。
[0037]一种铁矿石循环富氢还原、熔滴过程H2利用率检测方法，包括：
[0038]步骤一，将焦炭和铁矿石样品置于高温还原熔滴炉内；
[0039]步骤二，向抽出了空气的高温还原熔滴炉炉膛内通入指定气体，直至高温还原熔滴炉炉膛内的气压与外界环境相同；
[0040]指定气体中含H2和CO气体；
[0041]步骤三，高温还原熔滴炉以指定方式开始升温，并对样品表面施加载荷；
[0042]步骤四，开启高温还原熔滴炉的出气口，令出气口排出的气体经气体除尘装置后分为两部分，一部分直接进入气体冷凝装置脱除H2O和CO2，另一部分经气体分析仪检测气体成分后进入气体冷凝装置脱除H2O和CO2；
[0043]每隔一定时间从气体分析仪获得气体成分数据，并以下方式计算还原气体的CO和H2的实时利用率及还原贡献度:
[0044][0045][0046][0047][0048]其中η
CO
和η
H2
分别代表CO和H2的实时利用率；和分别代表气体分析仪检测到的CO、CO2、H2和H2O当前的体积浓度；G
CO
和G
H2
分别代表CO和H2的实时还原贡献度；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.铁矿石循环富氢还原、熔滴过程H2利用率检测系统，其特征在于，包括高温还原熔滴炉、循环管路和控制系统，所述循环管路上依次设置有气体除尘装置、气体分析仪、气体冷凝装置、循环气泵、循环气流量计和补气系统；所述高温还原熔滴炉用于为铁矿石还原、熔滴过程提供温度和气氛条件，高温还原熔滴炉上部配备一个出气口，气体从出气口排出后进入循环管路；气体除尘装置用于脱除出气口所排出的气体中的粉尘；气体分析仪用于分析气体除尘装置排出的气体成分，并将该气体成分数据传输至控制系统；气体冷凝装置用于冷却、脱除所述气体除尘装置和气体分析仪排出的气体中的H2O和CO2；循环气泵用于将气体冷凝装置排出的气体送回高温还原熔滴炉；循环气流量计用于监控循环气泵排出的气体流量，并将该气体流量数据传输至控制系统；补气系统用于在控制系统的控制下，向高温还原熔滴炉充入或补充指定气体；控制系统与气体分析仪、循环气流量计和补气系统电性连接，用于根据当前工作阶段的不同以及循环气泵排出气体的流量，控制补气系统向高温还原熔滴炉充入或补充指定气体；初始时，控制系统控制补气系统向被抽出空气的高温还原熔滴炉炉膛充入指定气体，直至高温还原熔滴炉炉膛内的气压与外界环境相同，所述指定气体中包括CO和H2；循环中，控制系统控制补气系统的补气流量与当前循环气泵输出气体的流量之和为一指定流量数值；所述控制系统还用于，根据气体分析仪输出的实时气体成分数据计算并记录当前CO和H2的实时利用率和还原贡献度。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气体成分数据分别为CO、CO2、H2和H2O当前的体积浓度；所述控制系统以下述方式计算还原气体的CO和H2的实时利用率及其还原贡献度:的实时利用率及其还原贡献度:的实时利用率及其还原贡献度:的实时利用率及其还原贡献度:其中η
CO
和η
H2
分别代表CO和H2的实时利用率；和分别代表气体分析仪检测到的CO、CO2、H2和H2O当前的体积浓度；G
CO
和G
H2
分别代表CO和H2的实时还原贡献度。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述指定气体由CO、CO2、H2、H2O和N2按一定比例混合得到。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述补气系统包括多个气体容器，各容器内分别充有成分单一的气体，各容器的出气流量由一流量检测控制装置控制和测量，所述流量检测控制装置与控制系统相连，根据控制系统的指令控制自身流量；优选的，所述气体容器为气瓶，是数量为5个，各自用于盛放CO、CO2、H2、H2O和N2气体中的一种。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，流量检测控制装置为内置可控阀门的电子式质量流量计。6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述补气系统还用于将充入或补充的指定气体中H2的流量数据传输至控制系统；所述气体冷凝装置还用于记录所收集到的H2O量并传输至控制系统；所述控制系统还用于在熔滴结束后，根据整个过程中的H2的流量数据统计补气系统输入高温还原熔滴炉的总H2量V
H2
，以及气体冷凝装置所收集到的水量M

【专利技术属性】
技术研发人员：张生富，潘成，尹铖，余文轴，扈玫珑，白晨光，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：