一种焦炭试验系统及方法与流程

1.本发明涉及焦炭物化性能检测技术领域，特别是涉及一种焦炭试验系统及方法。


背景技术：

2.焦炭是高温干馏的固体产物，主要成分是碳，是具有裂纹和不规则的孔孢结构体(或孔孢多孔体)。裂纹的多少直接影响到焦炭的力度和抗碎强度，其指标一般以裂纹度(指单位体积焦炭内的裂纹长度的多少)来衡量。焦炭是很重要的一种能源，而且价格很便宜，所以世界各国大部分的焦炭都是用来炼铁的。焦炭是一种固体燃料，质硬、多孔、发热量高、用煤高温干馏而成，多用于炼铁。焦炭通常按用途分为冶金焦(包括高炉焦、铸造焦和铁合金焦等)、气化焦和电石用焦等。焦炭是炼焦最重要的产品，大多数国家的焦炭90％以上用于高炉炼铁，炼铁高炉采用焦炭代替木炭，为现代高炉的大型化奠定了基础，是冶金史上的一个重大里程碑。焦炭还被用于铸造与铜、铅、锌、钛、锑、汞等有色金属的鼓风炉冶炼，起还原剂、发热剂和料柱骨架作用。为使高炉操作达到较好的技术经济指标，冶炼用焦炭(冶金焦)必须具有适当的化学性质和物理性质，包括冶炼过程中的热态性质。
3.当前世界各国炼焦煤资源稀缺，高炉的大型化对焦炭质量及稳定性要求越来越高，而炼焦煤资源中强粘结性煤却越来越少。要想获得优质炼焦煤，就要掌握好对焦炭质量的预测与控制的关键环节。考虑到经济效益及现实情况，各焦化厂都在致力于配煤方案的研究。近年来发展的炼焦新技术虽然在一定程度上解决了弱粘结性煤用量、炼焦煤范围扩大等问题，但依然存在改善配煤结构，提高并稳定焦炭质量，控制生产成本等迫切需要解决的问题。因此一些大中型企业结合自身特点开展了焦炭质量预测研究，利用单种煤和配合煤的各种性质指标预测焦炭质量，通过次数较少的配煤试验来确定经济、合理的配煤比。
4.目前，试验焦炭在高温状态下热稳定性指标的设备通常是传统的电炉，是采用人工的方式进行加热、取样、试验的，存在着劳动强度大，工作环境差，热辐射伤害大、试验数据不准确及缺少自动控制手段等不足，所以需要一种试验精度高、使用维护方便、安全可靠、整个过程自动化程度较高的系统来完成焦炭反应性及反应强度试验。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种焦炭试验系统及方法，提高了工作效率，降低劳动强度，提高试验结果的准确性。
6.本发明的目的是这样实现的：
7.一种焦炭试验系统，包括：
8.机械平筛装置，用于筛选所需粒级的焦炭球；
9.烘干机，用于烘干筛选后的焦炭球；
10.减量秤，用于称取烘干后，所需重量的焦炭球；
11.高温电炉，用于放入减量秤称取的焦炭球，并进行反应性试验；
[0012]ⅰ型转鼓装置，用于对反应后的焦炭球进行转鼓试验；
[0013]
所述机械平筛装置还用于对转鼓试验后的焦炭废料筛除废渣，
[0014]
台秤，用于对反应后的焦炭球进行称重，以及对筛除废渣后残余焦炭废料进行称重。
[0015]
优选地，还包括：
[0016]
筛片放置架，用于放置机械平筛装置的筛片；
[0017]
气体供给系统，气体供给系统与高温电炉连接，用于通入氮气或二氧化碳；
[0018]
弃料回收机，用于装试验后的废弃物。
[0019]
优选地，还包括机械手，所述机械手用于进行试验流程操作，所述筛片放置架、机械平筛装置、烘干机、减量秤、弃料回收机、高温电炉、ⅰ型转鼓装置、台秤呈环形放置，所述机械手设置在环形中间。
[0020]
优选地，还包括plc控制系统，所述高温电炉、ⅰ型转鼓装置、机械平筛装置、机械手、气体供给系统分别与所述plc控制系统连接，plc控制系统用于试验流程控制。
[0021]
优选地，所述ⅰ型转鼓装置包括鼓体、转鼓盖、固体架、减速电机、转鼓座、启合盖气缸组件、转鼓接料装置、夹紧气缸、活动支架、滑轨；
[0022]
所述滑轨设置在活动支架顶部，所述滑轨上设有滑块以及驱动滑块的电机，所述启合盖气缸组件包括气缸和启合盖压板，所述气缸竖直设置，气缸的上端安装在滑块上，所述启合盖压板安装在气缸的下端，用于通过滑块驱动启合盖压板沿滑轨作往复运动，所述启合盖压板用于配合气缸升降，实现提取和放下转鼓盖；
[0023]
所述转鼓座位于滑轨下方，所述减速电机固定在转鼓座上，所述固体架固定在减速电机的转轴上，鼓体的侧壁与固体架连接，且能够拆卸，用于通过减速电机驱动鼓体旋转；
[0024]
所述转鼓接料装置位于滑轨下方，转鼓接料装置包括料斗和料斗架，料斗置于料斗架上方，料斗用于放入焦炭样品，料斗架内设有支撑结构，用于放置鼓体，所述夹紧气缸设于料斗架的两侧，用于夹紧鼓体，料斗用于将焦炭样品导入鼓体内；
[0025]
还包括计数器，所述计数器连接于减速电机，当鼓体转动到设定的圈数时，计数器发出关闭减速电机的控制信号；
[0026]
所述气缸上设有控制开关，以控制气缸的行程。
[0027]
优选地，所述启合盖气缸组件的数量为两个，两个启合盖气缸组件对称设置在滑轨上，所述启合盖压板上设有卡口结构，用于与转鼓盖卡接，两个启合盖压板实现对转鼓盖的卡紧；
[0028]
所述转鼓盖、鼓体上设有锁定开关，转鼓盖上的锁定开关用于将转鼓盖锁定在鼓体上，当启合盖压板实现对转鼓盖的卡紧时，机械手同时按压对应的锁定开关，解除转鼓盖的锁定，使启合盖压板能够通过气缸向上移动，取下转鼓盖；
[0029]
鼓体上的锁定开关用于将鼓体锁定在固体架上，当机械手实现对转鼓盖的抓紧时，机械手同时按压对应的锁定开关，解除鼓体的锁定，使机械手能够搬运鼓体。
[0030]
优选地，减速电机的输出轴与固体架的中部连接。
[0031]
优选地，所述气缸为拉杆式气缸。
[0032]
优选地，所述控制开关为电磁阀。
[0033]
优选地，所述高温电炉包括炉壳、反应器，所述反应器具有密封盖，所述密封盖上
设有卡扣，所述炉壳上设有气缸安装板、锁紧座，所述锁紧座包括固定角座、扣紧卡板，所述固定角座固定在炉壳上，所述扣紧卡板铰接于固定角座，所述固定角座上对应卡扣设有直槽，所述扣紧卡板上对应卡扣设有j形槽，所述直槽用于对卡扣让位，所述j形槽用于与卡扣卡接定位，所述气缸安装板、扣紧卡板之间设有开合气缸，所述开合气缸用于带动扣紧卡板转动，使扣紧卡板上的j形槽与卡扣卡接定位，或解除卡接定位。
[0034]
优选地，所述反应器为横炉，反应器内设有焦炭容器，反应器的外壁缠有电热丝，电热丝用于对焦炭加热；所述反应器的一端沿轴向插入热电偶，所述热电偶用于测量电炉内的温度，所述反应器的一端沿轴向设有进气管，反应器的一端立设有出气管，所述出气管穿过气缸安装板，所述反应器、炉壳之间设有保温层，炉壳上安装有隔热板。
[0035]
优选地，所述卡扣为z形杆，卡扣的一端与密封盖焊接固定，卡扣的另一端用于与锁紧座配合。
[0036]
优选地，所述气缸安装板位于密封盖的上方，所述锁紧座的数量为两个，两个锁紧座对称设于密封盖的两侧。
[0037]
优选地，所述开合气缸通过电磁阀控制行程。
[0038]
一种焦炭试验系统的使用方法，包括以下步骤：
[0039]
s1：机械手将所需粒级的筛片放置于机械平筛装置，然后倒入焦炭球，机械平筛装置开始工作，实现对焦炭球的筛分，取所需粒级的焦炭球放入烘干机烘干，用减量秤称取所需重量的焦炭球放入反应器中，重量记作m，将反应器进气口与气体供给系统连接；
[0040]
s2：高温电炉升温，升温速度为8℃/min～16℃/min，当高温电炉温度达400℃，以0.8l/min的流量通入氮气，防止焦炭烧损，当高温电炉温度达到1100℃时，稳定10min，切断氮气，改通二氧化碳，流量为5l/min，反应2h，停止加热，切断二氧化碳，改通氮气，流量为2l/min，直至焦炭温度降至室温，停止通氮气；
[0041]
s3：取出反应后的焦炭，利用台秤称重并记录数据，重量记作m1，将称重结果发送至计算机，计算机根据公式计算出焦炭反应性；
[0042]
s4：将反应后的焦炭放入ⅰ型转鼓装置进行转鼓试验，驱动滑块的电机工作，带动启合盖压板开始从滑轨的一端移动到转鼓盖的正上方，气缸下降，带动启合盖压板与转鼓盖卡接，气缸上升，转鼓盖被提取，从而实现自动打开转鼓盖；
[0043]
机械手开始辅助工作，将鼓体从固定架处搬运至料斗架内，之后夹紧气缸开始工作，此时鼓体被固定在料斗架内，将焦炭样品倒入料斗内，焦炭样品顺着料斗内壁滑落至鼓体内，夹紧气缸收缩，解除鼓体的固定状态；
[0044]
机械手开始辅助工作，将鼓体从料斗架内搬运至固体架上固定，启合盖压板将转鼓盖放下，封闭鼓体；
[0045]
减速电机动作，带动鼓体旋转，当转到设定的圈数时，由计数器发出控制信号，使减速电机断电停止；
[0046]
启合盖压板提取转鼓盖，驱动滑块的电机工作，带动启合盖压板向滑轨一端移动；
[0047]
机械手开始辅助工作，搬出鼓体，再倾倒出焦炭废料，机械手再将鼓体搬运至固定架处，此时完成一个运动周期；
[0048]
s5：机械手将机械平筛装置更换筛孔更小的筛片，然后倒入焦炭废料，机械平筛装
置开始工作，筛除废渣，利用台秤称重筛片上残余焦炭废料的重量，记作m2，将称重结果发送至计算机，计算机根据公式计算出反应后强度。
[0049]
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
[0050]
1、本发明使用机械手，降低了操作人员的劳动强度，具有试验精度高、使用维护方便、安全可靠、整个过程实现自动化等优点；
[0051]
2、plc控制系统为焦炭品质选择提供可靠的技术参数，有利于高炉稳定运行和降低焦炭成本。
[0052]
3、采用上述方案后使得炼钢企业清楚的掌握所采购的焦炭质量，为焦炭的选择提供了参考。
附图说明
[0053]
图1为本发明的结构示意图；
[0054]
图2为机械平筛装置结构示意图；
[0055]
图1、图2中，1、筛片放置架；2、机械平筛装置；3、烘干机；4、减量秤；5、弃料回收机；6、高温电炉；7、ⅰ型转鼓装置；8、台秤；9、机械手；10、气体供给系统；11、plc控制系统；13、电机；14、减速机；15、移动框架；16、筛片；17、平筛架；18、接料斗；19、接料桶；
[0056]
图3为本发明实施例提供的ⅰ型转鼓结构示意图；
[0057]
图4为ⅰ型转鼓接料装置示意图；
[0058]
图5为ⅰ型转鼓鼓体示意图；
[0059]
图3-图5中，1、鼓体；2、鼓盖；3、固定架；4、减速电机；5、转鼓架；6、启合盖气缸组件；7、转鼓接料装置；8、夹紧气缸；9、活动支架；10、滑轨；11、计数器；12、气缸；13、启合盖压板；14、料斗；15、料斗架。
[0060]
图6为本发明实施例提供的电炉装置结构示意图；
[0061]
图7为本发明实施例提供的电炉装置侧视图；
[0062]
图8为本发明实施例提供的电炉装置内部结构示意图；
[0063]
图9为本发明实施例提供的锁紧座结构示意图；
[0064]
图6-图9中，1、炉壳；5、开合气缸；6、密封盖；7、出气管；10、锁紧座；13、卡扣；4、进气口；15、热电偶；其中：2、反应器；3、电热丝；8、保温层；9、隔热板；14、把手；11、固定角座；12、扣紧卡板。
具体实施方式
[0065]
为使本发明的目的、技术方案更加清楚明白，下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于接收本发明，并不多为对本发明的限定。
[0066]
从图1可以看出，本发明设计的一种焦炭反应性及反应后强度试验系统包括筛片放置架1、机械平筛装置2、烘干机3、减量秤4、弃料回收机5、高温电炉6、ⅰ型转鼓装置7、台秤8、机械手9、气体供给系统10、和plc控制系统11。
[0067]
从图2可以看出机械平筛装置包括电机13、减速机14、移动框架15、筛片16、平筛架
17、接料斗18、接料桶19。
[0068]
从图3-图5可以看出ⅰ型转鼓装置，包括鼓体1(呈长方体结构)、转鼓盖2、固体架3、减速电机4、转鼓座5、启合盖气缸组件6、转鼓接料装置7、夹紧气缸8、活动支架9、滑轨10、以及计数器11。
[0069]
所述滑轨10设置在活动支架9顶部，所述滑轨10上设有滑块以及驱动滑块的电机(连接方式为丝杆螺母机构或电动推杆)，所述启合盖气缸组件6包括气缸12和启合盖压板13，所述气缸12竖直设置，气缸12的上端安装在滑块上，所述启合盖压板13安装在气缸12的下端，用于通过滑块驱动启合盖压板13沿滑轨10作往复运动，所述启合盖压板13用于配合气缸12升降，实现提取和放下转鼓盖2；
[0070]
所述转鼓座5位于滑轨10下方，所述减速电机4固定在转鼓座5上，所述固体架3固定在减速电机4的转轴上，鼓体1的侧壁与固体架3连接，且能够拆卸，用于通过减速电机4驱动鼓体1旋转；
[0071]
所述转鼓接料装置7位于滑轨10下方，转鼓接料装置包括料斗14和料斗架15，料斗14置于料斗架15上方，料斗14用于放入焦炭样品，料斗架15内设有支撑结构，用于放置鼓体1，所述夹紧气缸8设于料斗架15的两侧，用于夹紧鼓体1，料斗14用于将焦炭样品导入鼓体1内。
[0072]
减速电机4的输出轴与固体架3的中部连接。所述气缸12为sc32
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25拉杆式标准气缸。还包括机械手，用于将装满焦炭样品的鼓体从转鼓接料装置处搬运至固定架处，以及，将没有装满样品的鼓体从固定架处搬运至转鼓接料装置处。还包括计数器11，所述计数器11连接于减速电机4，当鼓体1转动到设定的圈数时，计数器11发出关闭减速电机4的控制信号。所述气缸上设有控制开关，以控制气缸的行程。所述控制开关为电磁阀。还包括控制系统，控制系统分别与减速电机、驱动滑块的电机和计数器、控制开关连接，用于控制ⅰ型转鼓装置工作。
[0073]
所述启合盖气缸组件6的数量为两个，两个启合盖气缸组件6对称设置在滑轨10上，所述启合盖压板13上设有c型卡口结构，用于与转鼓盖2(两侧设有用于与卡口配合的卡板)卡接，两个启合盖压板13实现对转鼓盖2的卡紧；
[0074]
所述转鼓盖2、鼓体1上设有锁定开关，转鼓盖2上的锁定开关用于将转鼓盖2锁定在鼓体1上，当启合盖压板13实现对转鼓盖2的卡紧时，启合盖压板13同时按压对应的锁定开关，解除转鼓盖2的锁定，使启合盖压板13能够通过气缸12向上移动，取下转鼓盖2；
[0075]
鼓体1上的锁定开关用于将鼓体1锁定在固体架3上，当机械手实现对转鼓盖2的抓紧时，机械手同时按压对应的锁定开关，解除鼓体1的锁定，使机械手能够搬运鼓体1。
[0076]
所述锁定开关采用常规的弹性锁结构，按压即可解锁，也可以采用门锁结构，放入(关门)即锁定，按压(压门把手开门)即解锁。当然，也可以采用高温电炉中的锁紧座结构，并采用气缸控制，而不采用机械手解锁。
[0077]
从图6-图9可以看出高温电炉，包括炉壳1、反应器2、电热丝3、开合气缸5、密封盖6、保温层8、隔热板9、锁紧座10、电磁阀(未示出)。
[0078]
所述反应器2为轻质高铝外丝管，外壁缠有电热丝3，通过与导线相连，用于对焦炭加热。所述反应器2具有进气管4、出气管7、热电偶15和焦炭容器，焦炭容器具有把手14。进气管4设于所述反应器2的一端，出气管7设置于反应器2接近端盖的一端，且穿过气缸安装
板；
[0079]
在所述反应器2外部和炉壳1之间设有一层轻质铝砖的保温层，用于防止热量大量散失，维持炉内温度稳定。实验电炉为横炉，为反应器2提供热源，且壳体外侧有安装有隔热板9。
[0080]
所述锁紧座10的数量为两个，两个锁紧座10对称设置在所述反应器2出口的两侧，锁紧座10包括固定角座11和扣紧卡板12。所述锁紧座10用于与密封盖6上的卡口卡接，两个锁紧座10实现对密封盖6的固定；
[0081]
所述开合气缸5设于气缸安装板的下方，两个开合气缸5对称设置于反应器2出口的两侧，并且与气缸安装板、扣紧卡板12相铰接，使扣紧卡板12自由端能够通过开合气缸5向上移动，当扣紧卡板12向上移动时，密封盖6上的卡扣13就能从锁紧座10中移除，从而解除对密封盖6的锁定。
[0082]
还包括机械手，用于取下密封盖6(具有把手)，将装好焦炭试样的焦炭容器放入电炉内，以及，将反应过后的焦炭容器从电炉中取出。所述开合气缸5上设有电磁阀，所述电磁阀用以控制气缸的行程，从而带动扣紧卡板12上下运动。所述热电偶15用于测量电炉内的温度，从而实现自动控制炉内温度。
[0083]
本发明的焦炭反应性及反应后强度试验步骤如下：
[0084]
s1：机械手将所需粒级的筛片放置于平筛架上，然后倒入制取完成的焦炭球，机械平筛装置开始工作。首先，电机带动减速机运动，与减速机连接的移动框架也开始做水平往复运动，本实施例中，减速机通过曲柄摇杆机构与移动框架连接，移动框架滑动配合或通过滚轮配合在平筛架上。移动框架带动筛片开始做水平往复运动，物料穿过筛孔进行筛选去杂，由于筛面上每一点都做平面圆周运动，且物料由于自重相对筛面做螺旋下滑运动，利用物料自动分级，按粒度大小不同，分离出原料中的杂质，实现对焦炭的筛分。取23～25mm之间焦炭球放入烘干机烘干，用减量秤称取200
±
0.5g焦炭球放入反应器中铺平，重量记作m，确保反应器内的焦炭层处于高温电炉恒温区中部，将反应器进气口与气体供给系统连接，检查气路；
[0085]
s2：高温电炉升温，升温速度为8℃/min～16℃/min。当中心温度达400℃，以0.8l/min的流量通入氮气，防止焦炭烧损。当中心温度达到1050℃时，预热二氧化碳气瓶口处，以保证二氧化碳稳定流出。当中心温度达到1100℃时，稳定10min，切断氮气，改通二氧化碳，流量为5l/min，记录开始反应时间。通二氧化碳后中心温度应在5min～10min内恢复到1100℃
±
3℃。反应2h，停止加热，切断二氧化碳，改通氮气，流量为2l/min。
[0086]
s3：取出反应后的焦炭，利用台秤称重并记录数据，重量记作m1，将称重结果发送至计算机，计算机中的处理器将数据按计算模型计算出焦炭反应性。
[0087]
s4：将反应后的焦炭放入ⅰ型转鼓装置进行转鼓试验。电机驱动气缸开始工作，气缸带动启合盖压板开始从滑轨的一端移动到转鼓盖的正上方，启合盖压板与转鼓盖相接触，转鼓盖被提取到启合盖压板的下方，从而实现自动打开转鼓盖。机械手开始辅助工作，将鼓体搬运至料斗架内。将焦炭样品倒入接料斗内，焦炭样品顺着料斗内壁滑落至鼓体内，鼓体装好焦炭样品后，机械手开始辅助工作，将鼓体从料斗架内搬运至固体架，此时启合盖压板将转鼓盖放下。减速电机带动鼓体旋转，当转到设定的圈数时，由计数器发出控制信
号，使电动机断电停止。接着启合盖压板与转鼓盖相接触，转鼓盖又被提取到启合盖压板的下方，电机驱动气缸带动启合盖压板向滑轨一端移动。
[0088]
s5：机械手取出鼓体，倾倒出转鼓后的焦炭，用直径10mm圆孔筛筛分，利用台秤称重筛上物质量，并记录数据，记作m2，将称重结果发送至计算机，计算机中的处理器将数据按计算模型计算出反应后强度。
[0089]
s6：机械手将剩余焦炭直接倒入弃料回收机进行回收。
[0090]
本发明使用机械手，降低了操作人员的劳动强度，具有试验精度高、使用维护方便、安全可靠、整个过程实现自动化等特点，plc控制系统为焦炭品质选择提供可靠的技术参数，有利于高炉稳定运行和降低焦炭成本。采用上述方案后使得炼钢企业清楚的掌握所采购的焦炭质量，为焦炭的选择提供了参考。
[0091]
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。