一种焦炭反应性和热态强度测定装置及检测方法
【专利摘要】本发明涉及一种焦炭反应性和热态强度测定装置，包括反应装置、反应装置升降机构、加热装置、转动装置；转动装置包括支架、转轴、原动件、减速器、转速测量装置，反应装置包括供气装置、排气装置和反应器；供气装置包括气体提供装置、气体输送管和管道支架；排气装置包括排气管、管道支架；反应器包括反应容器和测温装置，测温装置的测温端置于反应器内；本发明还涉及一种焦炭反应性和热态强度检测的方法；可以将焦炭反应性和热态强度检测同时进行，使测量数据更能真实模拟实际高炉炼铁过程中焦炭劣化情况。
【专利说明】一种焦炭反应性和热态强度测定装置及检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及焦炭热态性能测量领域，具体涉及一种焦炭反应性和热态强度测定装 置及检测方法。
【背景技术】
[0002] 焦炭是高炉炼铁生产中必不可少的原料，其在高炉内主要起着热源、还原剂、支撑 骨架和渗碳剂等作用，但是焦炭在高炉中会产生劣化现象，因此严重影响着其作为支撑骨 架的功能。
[0003] 为了测定焦炭的劣化程度常常通过测定焦炭反应性（CRI)和反应后强度（CSR)来 反映，CRI和CSR为热态强度指标，目前测定方法采用GB/T4000-2008《焦炭反应性及反应 后强度试验方法》测定。
[0004] 本 申请人:在使用该方法时发现GB/T4000-2008的方法中焦炭反应后强度由焦炭 高温反应后经冷却再做转鼓所得，由于冷态时所测数据很难准确反映高炉内焦炭劣化情 况，因此并不能准确模拟实际高炉炼铁过程中焦炭劣化情况。
【发明内容】
[0005] 为了解决以上技术问题，本发明提供一种焦炭反应性和热态强度测定装置及检测 方法，可以将焦炭反应性和热态强度检测同时进行，使测量数据更能真实模拟实际高炉炼 铁过程中焦炭劣化情况。
[0006] 本发明通过以下技术方案实现：
[0007] 一种焦炭反应性和热态强度测定装置，包括反应装置、反应装置升降机构、加热装 置、转动装置；
[0008] 所述转动装置包括支架、转轴、原动件、减速器、转速测量装置，所述反应装置包括 供气装置、排气装置和反应器；所述供气装置包括气体提供装置、气体输送管、旋转接头和 管道支架；所述排气装置包括排气管、旋转接头和管道支架；所述旋转接头通过管道支架 固定在支架上，且旋转接头设置在与转轴可同心转动的位置，所述气体输送管通过旋转接 头可旋转连接；所述排气管通过旋转接头可旋转连接；所述反应器还包括反应容器和测温 装置，所述测温装置的测温端置于反应器内；所述转速测量装置与支架固定连接；
[0009] 所述转轴与支架可转动连接，所述原动件连接减速器，所述减速器与所述转轴连 接，所述加热装置与所述转轴固定连接，所述反应装置升降机构与加热装置固定连接，所述 反应装置升降机构可升降的一端可容纳反应容器并且可被容纳于加热装置中，所述反应容 器与所述反应装置升降机构可拆卸连接；
[0010] 所述转轴两端的端部中心都具有轴心孔，所述轴心孔的另一端开口于垂直轴向的 转轴上；所述气体输送管一端连接气体提供装置，另一端穿过所述转轴一端的轴心孔与反 应器内部连通；所述排气管一端与反应器内部连通，另一端穿过所述转轴另一端的轴心孔 与外界连通。 toon] 在上述技术方案中，所述反应容器包括反应容器盖，所述反应容器盖盖住所述反 应容器上部开口，并通过固定部件分别与所述反应容器及所述反应装置升降机构可拆卸连 接。
[0012] 在上述技术方案中，所述反应容器内部设置有两块挡板，所述挡板每块都与反应 容器内部的横截面形状和大小相同，所述挡板上具有小于被测焦炭粒的孔。
[0013] 在上述技术方案中，所述测温装置为热电偶，所述热电偶上套装有热电偶套管。
[0014] 在上述技术方案中，所述供气装置为co2供气装置和N2供气装置，所述co 2供气装 置和N2供气装置上设有流量监测装置及流量控制阀。
[0015] 在上述技术方案中，所述转速测量装置为霍尔传感器，所述霍尔传感器包括霍尔 器件和磁钢，所述霍尔器件固定在支架上，所述磁钢固定在霍尔器件上方的转轴上。
[0016] 在上述技术方案中，还包括控制系统，所述控制系统包括计算机与下层控制单元， 所述下层控制单元包括温度调控单元、气体流量调控单元、转速调控单元和警报单元，所述 计算机通过局域网与下层控制单元分别连接，所述温度调控单元通过连接线路连接所述测 温装置和所述加热装置，所述气体流量调控单元通过连接线路连接所述流量控制阀和所述 流量监测装置，所述转速调控单元连接所述霍尔传感器与所述原动件，所述警报单元连接 所述测温装置、所述流量检测装置和所述霍尔传感器。
[0017] 在上述技术方案中，还包括连接线路固定装置，所述连接线路固定装置包含绝缘 底片、绝缘环片、导电环片、电刷，所述绝缘底片嵌套固定在转轴上，所述绝缘环片与导电环 片在绝缘底片上相间设置，导电环片接有连接线路，连接线路通过电刷和导电环片导电连 接，所述连接线路包括控制系统中各单元的连接线路以及反应装置升降机构和加热装置所 需连接线路。
[0018] 利用以上任一所述的装置进行焦炭反应性和热态强度检测的方法，包括如下步 骤：
[0019] (1)称取焦炭试样，将焦炭试样置入反应器中，再将反应器置于升降机构上并固定 牢靠，连接气体输送管及排气管，启动反应装置升降机构，将反应器置于加热装置中；
[0020] (2)加热装置开始以10°C /min?20°C /min的升温速率从室温升至400°C，接着 向反应器中通入流量为1. 〇L/min?2. OL/min的N2气体，同时将升温速率降为5°C /min? 10°C /min，升温至 1KKTC ;
[0021] (3)达到1100°C后，保持lOmin?20min，停止通入队气体，并立即切换通入流量 为5. OL/min的C02气体，同时启动转动装置，使加热装置以5r/min?30r/min的速率开始 转动，并开始计时，时间为120min ;
[0022] (4)达到120min后，电加热炉停止加热并停止转动，停止通入C02气体，并立即切 换通入流量为2L/min?5L/min的N 2气体，同时反应装置升降机构带动反应器缓慢升起， 当焦炭试样温度冷却至l〇〇°C以下，停止通入N2气体；
[0023] (5)打开反应器盖，取出焦炭试样称量，再用圆孔筛筛分，称量筛上物质量，计算焦 炭反应性和热态强度。
[0024] 本发明的装置及方法可以使焦炭反应性和热态强度检测同时进行，焦炭试样既受 到反应容器中气固反应的化学侵蚀作用，又在加热装置产生的高温下受到转动装置引起的 焦粒之间及焦粒与反应器壁之间的物理碰撞作用，可以很好地模拟高炉中焦炭劣化情况， 为高炉生产提供可靠依据。
【专利附图】
【附图说明】
[0025] 图1为本发明实施例提供的焦炭反应性和热态强度测定装置结构示意图；
[0026] 图2为本发明实施例提供的反应容器结构示意图；
[0027] 图3为本发明实施例提供的升降机构结构示意图；
[0028] 图4为本发明实施例提供的连接线路固定装置结构示意图；
[0029] 图5为本发明实施例提供的控制系统连接情况示意图。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
[0031] 实施例一
[0032] 参见图1，本发明实施例提供的一种焦炭反应性和热态强度测定装置，包括反应装 置、反应装置升降机构、加热装置1、转动装置、转速测量装置24 ;转动装置包括支架3、转轴 2、原动件4、减速器5,反应装置包括供气装置、排气装置和反应器；供气装置包括气体提供 装置、气体输送管10、旋转接头26和管道支架25 ;排气装置包括排气管12、旋转接头26和 管道支架25 ;旋转接头26通过管道支架25固定在支架3上，且旋转接头26设置在与转轴 2可同心转动的位置，气体输送管10通过旋转接头26可旋转连接；排气管12通过旋转接 头26可旋转连接；反应器还包括反应容器7和测温装置8,测温装置8的测温端置于反应 器内；转速测量装置24为霍尔传感器。
[0033] 转轴2与支架3可转动连接，本实施例中原动件4为马达，马达连接减速器5,减速 器5与转轴2连接可驱动转轴2转动，加热装置1与转轴2固定连接可随转轴2 -起转动， 反应装置升降机构与加热装置1固定连接，反应装置升降机构可升降的一端可容纳反应容 器7并且可被容纳于加热装置1中，所述升降机构可升降的一端包括反应容器上托盘18、支 撑杆17和底盘16,反应容器7置于底盘16上并可与反应器上托盘18可拆卸连接，支撑杆 连接反应器上托盘18和底盘16,升降机构另一端包括升降动力装置13、支撑杆14和连接 件15 (如图3所示），升降动力装置13可通过升起或降下支撑杆14带动连接件15及反应 容器7升起或降下。
[0034] 本实施例中的加热装置1为电加热炉，采用多段独立控温加热方式，以保证有足 够的恒温区。
[0035] 转轴2两端的端部中心都具有轴心孔，轴心孔的另一端开口于垂直轴向的转轴2 上；气体输送管10 -端连接气体提供装置，另一端穿过所述转轴2 -端的轴心孔与反应器 内部连通；排气管12 -端与反应器内部连通，另一端穿过转轴2另一端的轴心孔与外界连 通。
[0036] 反应容器7为圆筒状，采用SiC或Si3N4陶瓷材质，直径Φ 100mm，反应容器7还包 括反应容器盖11，反应容器盖11盖住所述反应容器7上部开口，并通过固定部件分别与反 应容器7及反应装置升降机构可拆卸连接。
[0037] 反应容器7内部设置有两块挡板6,两挡板6间的距离为350mm，挡板6每块都与 反应容器7内部的横截面形状和大小相同，挡板6上具有小于被测焦炭粒的孔，可使反应容 器7中气流分布均匀；两挡板6位置固定，从而保证焦炭来回撞击时的距离（回程）是一致 的。
[0038] 测温装置8为热电偶，所述热电偶上套装有热电偶套管9,保护热电偶免受撞击及 腐蚀。
[0039] 供气装置为C02供气装置27和N2供气装置28, C02供气装置27和N2供气装置28 上设有流量监测装置及流量控制阀。
[0040] 实施例二
[0041] 如实施例一提供的一种焦炭反应性和热态强度测定装置，还包括了控制系统29， 控制系统29包括计算机与下层控制单元，下层控制单元包括温度调控单元、气体流量调控 单元、转速调控单元、警报单元，计算机通过局域网与下层控制单元分别连接，计算机可向 下层控制单元下发指令，并接收下层控制单元发送的反馈信号；温度调控单元通过连接线 路19连接测温装置8和所述加热装置1，本实施例中温度调控单元为单片机；本实施例中 测温装置8为热电偶，加热装置1为电加热炉，温度调控单元连接反应器内的热电偶，实时 采集反应器内温度信息，并与设定温度比较，若两者不一致，则通过调控输出到电加热炉的 功率来调节反应器内温度，若从反应器的热电偶处采集温度低于设定温度，则增大输出到 电加热炉的功率，直到反应器内温度达到设定温度；若从反应器的热电偶处采集温度高于 设定温度，则降低输出到电加热炉的功率。本实施例中气体流量调控单元为单片机，单片机 通过连接线路19连接流量控制阀和流量监测装置；转速调控单元连接霍尔传感器与原动 件4,本实施例中转速调控单元包括单片机和变频器，变频器通过改变电流频率可调节原动 件4转速；本实施例中的热电偶、流量监测装置和霍尔传感器中都含有警报装置，各警报装 置构成警报单元，当热电偶测量到的温度、流量监测装置测量的气体流量或霍尔传感器测 量的转速超过安全限度时热电偶、流量监测装置和霍尔传感器分别会发出报警信号给计算 机并启动警报发声部件，计算机会发出终止运行信号给连接着加热装置1、流量控制阀和变 频器的单片机，各单片机发出终止信号，终止加热、气体输送及原动件4转动。本实施例还 包括连接线路固定装置，连接线路固定装置包含绝缘底片、绝缘环片20、导电环片21、电刷 22,绝缘底片嵌套固定在转轴2上，绝缘环片20与导电环片21在绝缘底片上相间设置，导 电环片21接有连接线路19,电刷22固定在线路连接固定支架23上，线路连接固定支架23 固定在转轴上，连接线路19通过电刷22导电连接，连接线路19包括控制系统29中各控制 单元的连接线路、反应装置升降机构和加热装置1所需连接线路（见附图4)，这样线路通过 电刷22和导电环片21连接设置，线路可旋转连接并且导电，因此避免线路缠绕。
[0042] 具体测试开始后，计算机向温度调控单元发送指令，电加热炉开始加热升温；当反 应器内热电偶检测温度达到400°C时，温度调控单元向计算机发送信号，计算机再向气体流 量调控单元发送指令，向反应器内通入1. 〇L/min的N2气体；当温度达到1KKTC，温度调控 单元向计算机发送信号，计算机控制电加热炉温度稳定l〇min后，计算机同时向气体流量 调控单元和转速调控单元发送指令并开始计时，停止向反应器内通入N 2气体，并立即切换 通入流量为5. OL/min的C02气体，同时，马达开始工作，带动电加热炉以设定转速开始转 动，霍尔传感器检测电加热炉转动的转数，并将信号反馈至计算机；待达到120min后，监督 式计算机同时向气体流量调控单元和转速调控单元发送指令，停止往向反应器内通入C0 2 气体，并立即切换通入流量为2. OL/min的N2气体，同时，马达停止工作；待热电偶检测的温 度小于100°C时，温度调控单元向监督式计算机发送信号，监督式计算机向气体流量系统发 送指令，停止通入N2气体。
[0043] 实施例三
[0044] 一种焦炭反应性和热态强度检测方法，焦炭与C02气体在反应器内高温反应的同 时反应器绕转轴2转动，故焦炭反应性与热态强度同时检测，步骤如下：
[0045] (1)准确称取焦炭试样200. 0±2. 0g，将试样置入反应器中，再将反应器置于升降 机构上并固定牢靠，连接进气及出气管路，启动升降机构，将反应器置于电加热炉中；
[0046] (2)启动升温程序，加热炉以10°C /min?20°C /min的升温速率从室温升至 400°C，接着向反应器中通入流量为1. OL/min?2. OL/min的N2气体，以防止焦炭烧损，同 时将升温速率降为5°C /min?10°C /min，升温至1100°C ;
[0047] (3)达到设定温度后，稳定lOmin?20min，停止通入N2气体，并立即切换通入流 量为5. OL/min的C02气体，同时电加热炉以5r/min?30r/min的速率开始转动，并开始计 时，时间为120min ;
[0048] (4)达到设定时间后，电加热炉停止加热并停止转动，停止通入C02气体，并立即切 换通入流量为2L/min?5L/min的N 2气体，同时升降机构带动反应器缓慢升起，当焦炭试 样温度冷却至l〇〇°C以下，停止通入N2气体；
[0049] (5)打开反应器盖，取出试样称量，再用Φ 10mm圆孔筛筛分，称量筛上物质量，计 算焦炭反应性和热态强度。
[0050] 最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本材料的技术实施方案而非限制，尽 管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本 发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应 涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1. 一种焦炭反应性和热态强度测定装置，其特征在于：包括反应装置、反应装置升降 机构、加热装置（1)、转动装置； 所述转动装置包括支架（3)、转轴（2)、原动件（4)、减速器（5)、转速测量装置（24)，所 述反应装置包括供气装置、排气装置和反应器；所述供气装置包括气体提供装置、气体输送 管（10)、旋转接头（26)和管道支架（25);所述排气装置包括排气管（12)、旋转接头（26) 和管道支架（25);所述旋转接头（26)通过管道支架（25)固定在支架（3)上，且旋转接头 (26)设置在与转轴（2)可同心转动的位置，所述气体输送管（10)通过旋转接头（26)可旋 转连接；所述排气管（12)通过旋转接头（26)可旋转连接；所述反应器还包括反应容器（7) 和测温装置（8)，所述测温装置（8)的测温端置于反应器内；所述转速测量装置（24)与支 架⑶固定连接； 所述转轴（2)与支架（3)可转动连接，所述原动件（4)连接减速器（5)，所述减速器（5) 与所述转轴（2)连接，所述加热装置（1)与所述转轴（2)固定连接，所述反应装置升降机构 与加热装置（1)固定连接，所述反应装置升降机构可升降的一端可容纳反应容器（7)并且 可被容纳于加热装置（1)中，所述反应容器（7)与所述反应装置升降机构可拆卸连接； 所述转轴（2)两端的端部中心都具有轴心孔，所述轴心孔的另一端开口于垂直轴向的 转轴（2)上；所述气体输送管（10) -端连接气体提供装置，另一端穿过所述转轴（2) -端 的轴心孔与反应器内部连通；所述排气管（12) -端与反应器内部连通，另一端穿过所述转 轴（2)另一端的轴心孔与外界连通。
2. 如权利要求1所述的焦炭反应性和热态强度测定装置，其特征在于：所述反应容器 ⑵包括反应容器盖（11)，所述反应容器盖（11)盖住所述反应容器（7)上部开口，并通过 固定部件分别与所述反应容器（7)及所述反应装置升降机构可拆卸连接。
3. 如权利要求1所述的焦炭反应性和热态强度测定装置，其特征在于：所述反应容器 (7) 内部设置有两块挡板￠)，所述挡板（6)每块都与反应容器（7)内部的横截面形状和大 小相同，所述挡板（6)上具有小于被测焦炭粒的孔。
4. 如权利要求1所述的焦炭反应性和热态强度测定装置，其特征在于：所述测温装置 (8) 为热电偶，所述热电偶上套装有热电偶套管（9)。
5. 如权利要求1所述的焦炭反应性和热态强度测定装置，其特征在于：所述供气装置 为C02供气装置（27)和N 2供气装置（28)，所述C02供气装置（27)和N2供气装置（28)上 设有流量监测装置及流量控制阀。
6. 如权利要求1所述的焦炭反应性和热态强度测定装置，其特征在于：所述转速测量 装置（24)为霍尔传感器，所述霍尔传感器包括霍尔器件和磁钢，所述霍尔器件固定在支架 (3)上，所述磁钢固定在霍尔器件上方的转轴（2)上。
7. 如权利要求6所述的焦炭反应性和热态强度测定装置，其特征在于：还包括控制系 统（29)，所述控制系统（29)包括计算机与下层控制单元，所述下层控制单元包括温度调控 单元、气体流量调控单元、转速调控单元和警报单元，所述计算机通过局域网与下层控制单 元分别连接，所述温度调控单元通过连接线路（19)连接所述测温装置（8)和所述加热装 置（1)，所述气体流量调控单元通过连接线路（19)连接所述流量控制阀和所述流量监测装 置，所述转速调控单元连接所述霍尔传感器与所述原动件（4)，所述警报单元连接所述测温 装置（8)、所述流量检测装置和所述霍尔传感器。
8. 如权利要求7所述的焦炭反应性和热态强度测定装置，其特征在于：还包括连接线 路固定装置，所述连接线路固定装置包含绝缘底片、绝缘环片（20)、导电环片（21)、电刷 (22) ，所述绝缘底片嵌套固定在转轴（2)上，所述绝缘环片（20)与导电环片（21)在绝缘底 片上相间设置，导电环片（21)接有连接线路（19)，所述电刷（22)固定在线路连接固定支架 (23) 上，所述线路连接固定支架（23)固定在转轴上，连接线路（19)通过电刷（22)和导电 环片（21)导电连接，所述连接线路（19)包括控制系统（29)中各单元的连接线路（19)以 及反应装置升降机构和加热装置（1)所需连接线路（19)。
9. 通过如权利要求1-8中任一所述的装置进行焦炭反应性和热态强度检测的方法，其 特征在于：包括如下步骤： (1) 称取焦炭试样，将焦炭试样置入反应器中，再将反应器置于升降机构上并固定牢 靠，连接气体输送管（10)及排气管（12)，启动反应装置升降机构，将反应器置于加热装置 ⑴中； (2) 加热装置（1)开始以10°C /min?20°C /min的升温速率从室温升至400°C，接着 向反应器中通入流量为1. 〇L/min?2. OL/min的N2气体，同时将升温速率降为5°C /min? 10°C /min，升温至 1KKTC ; (3) 达到1KKTC后，保持lOmin?20min，停止通入队气体，并立即切换通入流量为 5. OL/min的C02气体，同时启动转动装置，使加热装置（1)以5r/min?30r/min的速率开 始转动，并开始计时，时间为120min ; (4) 达到120min后，电加热炉停止加热并停止转动，停止通入C02气体，并立即切换通 入流量为2L/min?5L/min的N 2气体，同时反应装置升降机构带动反应器缓慢升起，当焦 炭试样温度冷却至l〇〇°C以下，停止通入N2气体； (5) 打开反应器盖，取出焦炭试样称量，再用圆孔筛筛分，称量筛上物质量，计算焦炭反 应性和热态强度。
【文档编号】G01N5/00GK104101554SQ201410338920
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月16日 优先权日:2014年7月16日
【发明者】徐荣广, 李东涛, 马泽军, 刘洋, 郭德英, 张小明, 晁伟, 薛立民, 马超, 何亚斌, 赵鹏 申请人:首钢总公司