【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及冶金工程，具體是涉及一種氫基閃速煉鐵反應動力學實驗裝置及方法。
技術介紹
1、目前氫基閃速煉鐵作為一種無需炭質還原劑和燃料的新型火法煉鐵工藝，已成為備受關注的一項綠色低碳冶煉技術，氫基閃速煉鐵技術采用閃速爐，礦物粒子在反應塔內受熱并與氫氣接觸發生氣固還原反應。
2、基于小型實驗用閃速爐或立式高溫管式爐進行氫基閃速煉鐵還原實驗，是探究鐵礦粉顆粒還原速率的主要實驗手段，實驗過程中，鐵礦粉顆粒在爐內自頂向下自由落體，并與爐管內h2等還原性氣體進行氣固反應，反應時間的長短受爐管尺寸的直接影響：對于粒度在75um—150um的礦物鐵礦粉顆粒，往往需要高達3～6米的爐管，才能確保鐵礦粉顆粒在爐內有大約2s的反應下降時間，而使用3～6米的爐管存在設計尺寸大、加熱模組耗能高、價格高昂等問題，制約了氫基閃速煉鐵還原動力學研究的深入進行。
技術實現思路
1、針對現有技術中所存在的不足，本專利技術提供了一種氫基閃速煉鐵反應動力學實驗裝置及方法。
2、本專利技術解決上述問題的技術方案是：
3、一種氫基閃速煉鐵反應動力學實驗裝置，包括：立式高溫管式爐升降機構、底部緩沖減速機構、供氣系統、加料裝置、冷淬器、溫控儀、激光位移傳感器、加速度傳感器和計算機；其中；
4、立式高溫管式爐升降機構包括底座、豎向導軌支架、導軌、滑塊、立式高溫管式爐、拉繩、滑輪組和電動絞盤，所述底座的兩側分別設有豎向導軌支架，豎向導軌支架的內側分別設有導軌，立式高溫管式爐的兩側分
5、底部緩沖減速機構包括彈簧，彈簧設于底座上對應滑塊；
6、供氣系統包括還原氣供應系統和惰性氣供應系統，還原氣供應系統和惰性氣供應系統均包括壓縮氣體鋼瓶、減壓器和質量流量控制器，壓縮氣體鋼瓶通過減壓器、質量流量控制器與立式高溫管式爐的進氣口連接；
7、加料裝置為壓電驅動式加料機，壓電驅動式加料機的出口通過豎直金屬圓管與立式高溫管式爐的進料口連接，壓電驅動式加料機隨立式高溫管式爐一起升降；
8、冷淬器包括冷淬器本體、電子制冷片和制冷片控制器，冷淬器本體呈上窄下寬的圓臺狀結構，冷淬器本體通過法蘭盤與立式高溫管式爐的出口連接；冷淬器本體的底部設有電子制冷片，電子制冷片與制冷片控制器連接；
9、質量流量控制器、壓電驅動式加料機、制冷片控制器、溫控儀、激光位移傳感器、加速度傳感器、電動絞盤控制器均與計算機通訊連接；激光位移傳感器用于測量立式高溫管式爐的位置，加速度傳感器用于測量立式高溫管式爐的下降加速度。
10、進一步，底部緩沖減速機構還包括永磁鐵，所述立式高溫管式爐的底部以及底座上對應設有極性相對的永磁鐵。
11、進一步，拉繩的最大釋放長度滿足冷淬器本體與底座間距10～15cm。
12、進一步，導軌上下兩端設有限位開關，限位開關與電動絞盤控制器聯動，當立式高溫管式爐觸發限位開關時，電動絞盤停止。
13、進一步，質量流量控制器通過彈簧伸縮管與立式高溫管式爐的進氣口連接。
14、進一步，立式高溫管式爐的爐管的下部一側設有出氣口，出氣口連接有尾氣處理裝置。
15、進一步，冷淬器本體的內底部設有十字格柵。
16、進一步，立式高溫管式爐通過彈簧電纜與溫控儀連接。
17、本專利技術還公開了上述一種氫基閃速煉鐵反應動力學實驗裝置的實驗方法，其具體步驟如下：
18、步驟s1：開始：清理立式高溫管式爐，檢查各設備連接情況；
19、步驟s2：設置實驗參數，實驗參數包括鐵礦粉顆粒粒度、加熱溫度、氣流量和鐵礦粉顆粒加入量；
20、步驟s3：在冷淬器本體中放入淬火介質，在壓電驅動式加料機中添加篩分好的指定粒度的鐵礦粉顆粒；
21、步驟s4：將立式高溫管式爐安裝就位，爐管的頂部連接壓電驅動式加料機，底部連接冷淬器，檢查設備氣密性，抽真空進行試漏測試，測試完畢后通過計算機程序控制惰性氣供應系統通入惰性氣體，確保爐內氧氣徹底排空，關閉惰性氣供應系統，清理周邊現場并設置金屬護欄以免人員進入；
22、步驟s5：以10～20℃/min的速度將爐管加熱到指定溫度并持續保溫，控制還原氣供應系統通入還原氣體，以0.1～5l/min的流量，持續通入至少30分鐘，確保爐管內完全填充還原氣體后關閉；
23、步驟s6：計算鐵礦粉顆粒的最長下降時間t，根據最長下降時間t計算控制參數并導入電動絞盤控制器，鐵礦粉顆粒的最長下降時間t為立式高溫管式爐恒定加速度下降前鐵礦粉顆粒自由落體階段時間t1、立式高溫管式爐恒定加速度階段時間tw和立式高溫管式爐減速及靜止階段時間te之和，即t＝t1+tw+te；
24、步驟s7：根據鐵礦粉顆粒的投料量計算單次加料量和加料次數；
25、步驟s8：將立式高溫管式爐拉升至高位點t，關閉氣體閥門停止供氣；
26、步驟s9：控制壓電驅動式加料機進行加料，鐵礦粉顆粒通過豎直金屬圓管落入爐管中；
27、步驟s10：當鐵礦粉顆粒下降至接近立式高溫管式爐的高溫區時，電動絞盤控制器根據控制參數控制立式高溫管式爐下降，整個下降過程分為三個階段，第一階段為自由落體階段，第二階段為恒定加速度階段，第三階段為減速及靜止階段；
28、第二階段時計算機接收激光位移傳感器和加速度傳感器的數據，進行實時分析，計算機軟件的數據處理模塊計算當前下降加速度與控制參數的目標恒定加速度aw的偏差，根據偏差，運用pid控制算法計算電動絞盤的輸出調整量，從而控制高溫管式爐恒加速下降；目標恒定加速度低于重力加速度，以確保鐵礦粉顆粒能相對立式高溫管式爐持續下降；
29、步驟s11：鐵礦粉顆粒逐步落入冷淬器本體，當鐵礦粉顆粒自由下降至接近立式高溫管式爐的中下部時，立式高溫管式爐處于減速及靜止階段，在拉繩、永磁鐵和彈簧三方的共同減速作用下，立式高溫管式爐處于減速下降狀態直至停止下降，此時立式高溫管式爐處于低位點b；
30、步驟s12：控制還原氣供應系統通入還原氣體，保持3～5分鐘，接著，返回步驟s8重復實驗過程，直至循環達到設定的次數后進入步驟s13；
31、步驟s13：控制惰性氣供應系統通入惰性氣體，立式高溫管式爐停止工作，立式高溫管式爐進入降溫階段，整個降溫過程持續4～6小時，直至立式高溫管式爐冷卻到室溫；
32、步驟s14：拆卸冷淬器本體，收集冷卻的還原鐵礦粉顆粒，并將其放置于氮氣保護的干燥箱進行干燥；隨后，對干燥后的樣品進行檢測分析；
33、步驟s15：是否完成條件實驗，如果還未完成，進入步驟s2；若完成條件實驗，進入步驟s16；
34、步驟s16：根據冶金反應動力學原理，計算反應動力學參數；
35、步驟s17：結束本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種氫基閃速煉鐵反應動力學實驗裝置，其特征在于，包括：立式高溫管式爐升降機構、底部緩沖減速機構、供氣系統、加料裝置、冷淬器、溫控儀、激光位移傳感器、加速度傳感器和計算機；其中；
2.根據權利要求1所述的一種氫基閃速煉鐵反應動力學實驗裝置，其特征在于，底部緩沖減速機構還包括永磁鐵，所述立式高溫管式爐的底部以及底座上對應設有極性相對的永磁鐵。
3.根據權利要求1所述的一種氫基閃速煉鐵反應動力學實驗裝置，其特征在于，拉繩的最大釋放長度滿足冷淬器本體與底座間距10～15cm。
4.根據權利要求1所述的一種氫基閃速煉鐵反應動力學實驗裝置，其特征在于，導軌上下兩端設有限位開關，限位開關與電動絞盤控制器聯動，當立式高溫管式爐觸發限位開關時，電動絞盤停止。
5.根據權利要求1所述的一種氫基閃速煉鐵反應動力學實驗裝置，其特征在于，質量流量控制器通過彈簧伸縮管與立式高溫管式爐的進氣口連接。
6.根據權利要求1所述的一種氫基閃速煉鐵反應動力學實驗裝置，其特征在于，立式高溫管式爐的爐管的下部一側設有出氣口，出氣口連接有尾氣處理裝置。
...【技術特征摘要】
1.一種氫基閃速煉鐵反應動力學實驗裝置，其特征在于，包括：立式高溫管式爐升降機構、底部緩沖減速機構、供氣系統、加料裝置、冷淬器、溫控儀、激光位移傳感器、加速度傳感器和計算機；其中；
2.根據權利要求1所述的一種氫基閃速煉鐵反應動力學實驗裝置，其特征在于，底部緩沖減速機構還包括永磁鐵，所述立式高溫管式爐的底部以及底座上對應設有極性相對的永磁鐵。
3.根據權利要求1所述的一種氫基閃速煉鐵反應動力學實驗裝置，其特征在于，拉繩的最大釋放長度滿足冷淬器本體與底座間距10～15cm。
4.根據權利要求1所述的一種氫基閃速煉鐵反應動力學實驗裝置，其特征在于，導軌上下兩端設有限位開關，限位開關與電動絞盤控制器聯動，當立式高溫管式爐觸發限位開關時，電動絞盤停止。
5.根據權利要求1所述...
【專利技術屬性】
技術研發人員：黃金堤，易濤，李靜，謝飛，李宗瑋，汪金良，劉付朋，李明周，
申請(專利權)人：江西理工大學，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。