一种H2还原铁矿石的实验装置的制作方法

本实用新型涉及炼铁技术领域，特别涉及一种h2还原铁矿石的实验装置。

背景技术：

h2还原铁矿石实验装置是用来测定铁矿石(或烧结矿)在还原过程中还原度随着时间变化的实验装置。铁矿石的还原性能对高炉冶炼技术经济指标影响很大，铁矿石还原性能(还原度)好，发展炉内间接还原就有了物质基础，就可降低焦比，提高产量。因此，它是含铁矿物原料的重要冶金性能之一。

目前采用的其它测定铁矿石还原性能的实验装置有铁矿石高温还原试验装置，该设备电气与机械运转结构复杂，高温电炉外壳及炉顶部位还需通循环水冷却，维护、保养工作不易。同时还需要一台煤气(co)发生炉、煤气净化系统等配套使用，实验操作过程复杂繁琐，实验过程不够直观，实验周期耗时长。整套实验设备价格较高(约30余万元)，实验用耗材价格也较高。另外，使用煤气(co)作为还原剂，还需防止煤气中毒。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种h2还原铁矿石的实验装置，用h2作为还原剂，实验过程安全、可靠、环保，具有结构简单、运转灵活、检测快速、实验数据准确可靠、调节方便、使用及维护费用低等特点。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种h2还原铁矿石的实验装置，包括放置在安全报警气瓶柜1中的n2气瓶2与h2气瓶3，所述的n2气瓶2与h2气瓶3输出端分别连接在n2玻璃转子流量计5和h2玻璃转子流量计6上，n2玻璃转子流量计5和h2玻璃转子流量计6通过通气硅胶软管15连接在石英吊管12底部，所述的石英吊管12放置在srjk-6-9管式电阻炉9中，srjk-6-9管式电阻炉9通过drz-12电阻炉温度控制器4控制炉内温度，所述的石英吊管12顶部设置有用于称重的装置，所述用于称重的装置放置在实验台上。

所述的drz-12电阻炉温度控制器4通过管线与设置在srjk-6-9管式电阻炉9上的ptrh10-pt热电偶10连接，drz-12电阻炉温度控制器4通过电源线13为srjk-6-9管式电阻炉9电能。

所述的称重的装置为tg标准天平(手动称量)或者使用es5000电子天平(自动称量)。

所述的n2玻璃转子流量计5和h2玻璃转子流量计6上设置有流量调节三通阀11，流量调节三通阀11用于调整n2玻璃转子流量计5和h2玻璃转子流量计6的开关。

所述的srjk-6-9管式电阻炉9中h2还原测定条件为温度800℃、h2流量600ml/min，n2还原测定条件为流量600ml/min，矿样粒度2--3mm、矿样质量30000mg,总还原时间45min。

一种h2还原铁矿石的实验装置的使用方法：

称好试样30000mg(烧结矿)装入石英吊管12中，移入srjk-6-9管式电阻炉9内生温，温度升至300℃时，用通气硅胶软管15连接srjk-6-9管式电阻炉9内石英吊管12，打开n2气瓶2转换流量调节三通阀11至n2档位通入n2，调节lzw-18(n2)玻璃转子流量计5流量至600ml/min，保护试样不被氧化；

当温度升至800℃停止通n2，转换流量调节三通阀11至h2档位，通入h2流量调节至600ml/min，通还原气周期为5min。每隔5min停止通h2拔下通气硅胶软管15与石英吊管12的连接，称量失重记录数据(h2还原过程铁矿石失去的氧含量)可使用tg标准天平(手动称量)或者使用es5000电子天平(自动称量)7，如此反复直至45min；

统计记录数据，并计算出5、10、15、20、25、30、35、40、45各个时间节点对应的还原度数值并绘制r％-t(min)曲线。

本实用新型的有益效果：

与现有技术相比，本实用新型结构简单，运转灵活。测出的数据准确可靠，测出的结果耗时少，称量方式可选择手动或自动模式。仪器的建设费用、维护费用低，测定时消耗费用低，操作程序简单操作人员容易掌握。实验过程具有安全、可靠、环保等特点。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图。

图2是本实用新型实施例中烧结矿用h2还原时的还原度与还原时间的关系曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所示，

h2还原铁矿石实验装置是由1.安全报警气瓶柜；2.n2气瓶；3.h2气瓶；4.drz-12电阻炉温度控制器；5.lzw-18(n2)玻璃转子流量计；6.lzw-18(h2)玻璃转子流量计；7.tg标准天平(手动称量)或者使用es5000电子天平(自动称量)；8.实验台；9.srjk-6-9管式电阻炉；10.ptrh10-pt热电偶；11.流量调节三通阀；12.石英吊管；13.电源线；14.通气连接阀；15.通气硅胶软管；以及n2气、h2气减压阀等组成。

高炉内的还原剂有co、h2和固体碳三种。在实际生产中，h2来自鼓风加湿鼓风，以及喷吹(喷天然气、喷油、喷煤粉)。

1.高炉内还原反应基本上分为两大类：

1.1：即凡用co或h2作还原剂，最终气体产物为co2和h2o的反应，称为间接还原反应，是放热反应(co是放热、h2吸热，但h2在整个还原中比例比co小，故为放热反应)。

fe2o3+3co＝2fe+3co2fe2o3+3h2＝2fe+3h2o

1.2：凡用c作还原剂，最终气体产物为co反应，称为直接还原反

应，其热效应是吸热的，需要消耗大量的热量。

feo+c焦＝fe+co

铁的直接还原度rd与焦比呈线性关系：k＝ard+b……①

∵rd+ri＝1∴rd＝1-ri

将ri＝1-rd代入①式得k＝a(1-ri)+b＝(a+b)－ari＝c-ari……②

a、b———为修正系数，它们与一系列因素有关。

根据公式可见，发展间接还原，ri越大，焦比k也就越低。采用高还原性，低feo，高品位、低渣量，以及良好高温冶金性能的烧结矿和球团矿，在实际生产中可较明显的降低焦比。(一般直接还原度每降低0.1焦比降低50kg/t)，提高产量。因此，对已建或新建钢铁企业，都要对入炉铁矿石的还原性能做研究，以便在冶炼前采取措施，改善矿石的还原性能。

2.本实验以h2作为还原剂来还原铁的氧化物。通过实验，可以了解某种矿石的还原度的大小，以便合理、充分的利用。

2.1还原度的计算：

2.2矿样中铁氧化物中总含氧量的计算：

o总＝(0.4285·tfe－0.1111·feo)·g

式中：g-----还原前矿样重量(mg)

3.h2还原铁矿石还原度测定原理、测定方法、实验装置结构、还原测定条件：

3.1测定原理：

当温度>570℃，铁氧化物的还原过程按照其氧势或分解压大小，从高价到低价逐级进行：

fe2o3→fe3o4→feo→fe

3.2测定方法：减重法

3.3h2还原铁矿石实验装置结构：

1.安全报警气瓶柜；2.n2气瓶；3.h2气瓶；4.drz-12电阻炉温度控制器；5.lzw-18(n2)玻璃转子流量计；6.lzw-18(h2)玻璃转子流量计；7.tg标准天平(手动称量)或者使用es5000电子天平(自动称量)；8.实验台；9.srjk-6-9管式电阻炉；10.ptrh10-pt热电偶；11.流量调节三通阀；12.石英吊管；13.电源线；14.通气连接阀；15.通气硅胶软管；以及n2气、h2气减压阀等组成。

3.4还原测定条件：

温度800℃、h2流量600ml/min、n2流量600ml/min、矿样粒度2--3mm、矿样质量30000mg,总还原时间45min。

3.5操作程序：

3.5.1称好试样30000mg(烧结矿)装入石英吊管12中，移入srjk-6-9管式电阻炉9内生温，温度升至300℃时，用通气硅胶软管15连接srjk-6-9管式电阻炉9内石英吊管12，打开n2气瓶2转换流量调节三通阀11至n2档位通入n2，调节lzw-18(n2)玻璃转子流量计5流量至600ml/min，保护试样不被氧化。

3.5.2当温度升至800℃停止通n2，转换流量调节三通阀11至h2档位，通入h2流量调节至600ml/min，通还原气周期为5min。每隔5min停止通h2拔下通气硅胶软管15与石英吊管12的连接，称量失重记录数据(h2还原过程铁矿石失去的氧含量)可使用tg标准天平(手动称量)或者使用es5000电子天平(自动称量)7，如此反复直至45min。

3.5.3统计记录数据，并计算出5、10、15、20、25、30、35、40、45各个时间节点对应的还原度数值并绘制r％-t(min)曲线。(如图2所示)

烧结矿用h2还原时的还原情况

还原过程记录

*：备注为失重变化趋势。

4.注意事项：

4.1室内严禁烟火，保持通风以防氢气爆炸。

4.2天平使用应严格按操作规程执行。天平称量时必须断开通气硅胶软管15与石英吊管12的连接。

4.3由于还原反应连续进行，注意记录好时间与相应的试样失重量。

4.4本实验所用气体分别为高纯h2和电解n2，纯度均在99.9％以上。否则，应在系统中设置气体清洗设备，以便除去其中的o2，硫化物，co2，h2o等。

4.5试样装进石英吊管12后吊入炉内，应校准吊挂高度和中心，严防和管式电炉炉膛壁接触。

4.6如用天然矿石还原，应事先在其它电炉中焙烧2h，先让其中一些杂质分解，炉温800～900℃。

经过不断试验改进h2还原铁矿石实验装置设备具有如下特点:

(1)实验装置的结构简单，运转灵活。测出的数据准确可靠，测出的结果耗时少。

称量方式可选择手动或自动模式。

(2)实验装置的建设费用、维护费用低，测定时耗材消耗费用低。

(3)操作人员容易掌握。

(4)实验过程具有安全、可靠、环保等特点。

该实验装置特别适用于高等、中等院校作为专业实验教学仪器及中、小型厂矿企业专业测试设备。该实验装置经过反复测试，运转正常各项技术指标均达到设计要求。