【技术实现步骤摘要】
一种精准测量及调整燃料量控制回转窑内物料温度的方法
[0001]本专利技术涉及一种回转窑温度测量及控制方法，具体涉及一种精准测量及调整燃料量控制回转窑内物料温度的方法，属于回转窑
技术介绍
[0002]铁矿石直接还原工艺具有流程短、能耗低、污染少等优势；在还原过程中，温度对还原效率具有至关重要的影响。
[0003]目前现有的测温方法主要分为接触式和非接触式。接触式测温中以热电偶测温为主，其原理是利用两种不同的导体组成闭合电路，在不同温度环境下产生电动势，将温度信号转变为电信号，当热电偶测温端与被测物体达到温度平衡时，可测得较精确的温度，但需要插入窑内，非常容易受损，寿命短且难以更换。
[0004]非接触式测温有红外辐射测温和磁纳米粒子测温等。其中红外辐射测温根据红外辐射特性，通过红外探测器将物体辐射的功率信号转换成电信号，但仅能够快速准确地测定被测物体表面温度，受环境干扰大，精度不高，无法实时反应还原过程中的准确温度。
[0005]而磁纳米粒子测温则是根据物质饱和磁化强度与温度的特定关系实现测温，具有快速、高精度和便捷的特点。例如，CN109060163A公开了一种用于电磁加热设备的磁纳米粒子电感的专利文献公开了一种测温方法。
[0006]但磁纳米粒子测温技术需要引入磁纳米粒子，且仅适用于环境中无其他磁场的情况，对于铁矿石还原过程中铁矿石本身已具有铁磁性，引入的磁纳米粒子会受到干扰，无法满足其测温的需求。
[0007]虽然可直接以铁矿石替代磁纳米粒子作为铁磁性体，并引...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种精准测量及调整燃料量控制回转窑内物料温度的方法，还原回转窑(1)的窑身分为m段，每一段窑身上设有铁磁性测温装置(2)和二次风喷口(3),并且每一处二次风喷口(3)与风机(4)连接；该方法包括以下步骤：1)将待还原物料装入还原回转窑(1)内，在还原回转窑(1)的窑头(101)和窑尾(102)位置加入还原性燃料，从每一段窑身上的二次风喷口(3)喷入二次风，窑头(101)位置设有烧嘴(103)，待还原物料在还原回转窑(1)内经过还原性燃料的燃烧和还原，获得还原物料；2)通过铁磁性测温装置(2)测量并计算还原回转窑(1)的每一段窑身位置的物料温度，并记录对应第j段窑身位置的物料温度T
j
，其中j＝1,2,
……
,m；3)根据待还原物料的目标还原温度T0，调节从窑头(101)和/或窑尾(102)位置加入还原性燃料的量，使得第j段窑身位置的物料温度T
j
在(1
±
10％)T0的范围内；其特征在于：步骤2)所述铁磁性测温装置(2)测量并计算还原回转窑(1)的每一段窑身位置的物料温度为：在每一段的还原回转窑(1)内均设有激励磁场装置，通过激励磁场使物料达到饱和磁化状态，计算饱和磁化强度，再利用物料的饱和磁化强度与温度的关系计算还原回转窑(1)的每一段窑身位置的物料温度T
j
；其中，所述饱和磁化强度Ms与温度的关系是基于物料的居里温度T
c
及其物料实际温度T
j
的大小而确定的。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述激励磁场为外加激励磁场；利用物料的饱和磁化强度与温度的关系计算还原回转窑(1)的每一段窑身位置的物料温度包括如下步骤：S1：计算物料所需最大化饱和磁化强度M0‑
MAX
，外加激励磁场的强度H满足H＞M0‑
MAX
；M0‑
MAX
为物料中所有铁磁性物质的单组分饱和磁化强度之和；其中：λi为物料中单位体积内所有原子/分子中第i种铁磁性原子/分子个数的占比；M
0i
为第i种铁磁性物质组分的饱和磁化强度；n为物料中铁磁性物质的种类数量；μ0为真空磁导率，为4π
×
10
‑7韦伯/(安培
·
米)；H为激励磁场强度；n0为亥姆霍兹线圈匝数；I为激励电流；R为线圈半径；激励磁场发生装置确定的情况下，调节激励电流I的大小，使得H＞M0‑
MAX
；S2、施加强度为H的激励磁场，物料经过外加激励磁场均匀区域，采用霍尔元件检测信号，经放大、接收，得到输出电压，进而计算得到物料的实际饱和磁化强度Ms；其中：U为输出电压；d为霍尔元件的厚度；β为放大系数；k为霍尔系数，由霍尔元件材料性质决定；I
s
为霍尔元件的通入电流；μ0为真空磁导率，为4π
×
10
‑7韦伯/(安培
·
米)；H为激励磁场强度；S3、根据还原回转窑内物料的居里温度T
c
，然后根据物料的实际饱和磁化强度Ms与温度的关系，计算出第j段窑身位置的物料实际温度T
j
；其中：Tc
Fe2O3
为1013K；Tc
Fe3O4
为858K；Tc
FeO
为198K；Tc
Fe
为1043K。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述通过外加激励磁场测温过程中，检测
还原回转窑(1)内的环境温度T
环
，比较Fe3O4的居里温度Tc
Fe3O4
与环境温度T
环
的大小，分为两种情况，即T
环
≤Tc
Fe3O4
和T
环
＞Tc
Fe3O4
；当T
环
＞Tc
Fe3O4
时，进一步划分如下：Tc
Fe3O4
＜T
环
<Tc
Fe2O3
；T
环
∈[Tc
Fe2O3
，Tc
Fe
]、物料还原度在0
‑
1/6范围内；T
环
∈[Tc
Fe2O3
，Tc
Fe
]、物料还原度在1/6
‑
1/3范围内；T
环
＞Tc
Fe
。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于:当环境温度T
环
≤Tc
Fe3O4
时，所述饱和磁化强度Ms与物料实际温度T
j
的关系为：式(1)中：λi为该段物料中单位体积内所有原子/分子中第i种铁磁性原子/分子个数的占比；M
0i
为第i种铁磁性物质组分的饱和磁化强度；n为物料中铁磁性物质的种类数量；s
i
为第i种铁磁性物质的物质形状及性质参数系数，0＜s
i
＜5/2；p
i
为第i种铁磁性物质的物质形状及性质参数系数；p1＝p
Fe2O3
为2.5；p2＝p
Fe3O4
为2.5；p3＝p
FeO
为2.5；p4＝p
Fe
为4；Tj为第j段窑身位置的物料温度；Tc
i
为第i种铁磁性物质的居里温度；在还原回转窑内，待还原物料中包括4种铁磁性物质，分别为Fe2O3、Fe3O4、FeO、Fe，即n＝4，i为1、2、3或4。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：环境温度T
环
＞Tc
Fe3O4
时，所述饱和磁化强度Ms与物料实际温度T
j
的关系为：式(2)中：λi为该段物料中单位体积内所有原子/分子中第i种铁磁性原子/分子个数的占比；Ci为第i种铁磁性物质的居里常数；Tc
i
为第i种铁磁性物质的居里温度；n为物料中铁磁性物质的种类数量，取值为4；i为1、2、3或4。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：环境温度T
环
＞Tc
Fe3O4
，且T
环
＜Tc
Fe2O3
时，还原回转窑内的物料主要以Fe2O3形式存在；饱和磁化强度Ms与物料实际温度T
j
的关系具体为：式(3)中：λ
Fe2O3
为该段物料中单位体积内所有原子/分子中Fe2O3个数的占比；M0‑
Fe2O3
为Fe2O3的饱和磁化强度；0＜s
Fe2O3
＜5/2；T
环
>Tc
Fe3O4
，且T
环
∈[Tc
Fe2O3
，Tc
Fe
]、铁氧化物开始发生还原反应，物料还原度在0
‑
1/6范围时，还原回转窑内的物料主要以Fe2O3、Fe3O4形式存在；饱和磁化强度Ms与物料实际温度T
j
的关系为：式(4)中：λ
Fe2O3
为该段物料中单位体积内所有原子/分子中，且还原度在0
‑
1/6范围内Fe2O3个数的占比；λ
Fe3O4
为该段物料中单位体积内所有原子/分子中，且还原度在0
‑
1/6范围内Fe3O4个数的占比；C
Fe2O3
为Fe2O3的居里常数，为1.76
×
10
‑
18
；C
Fe3O4
为Fe3O4的居里常数，为
1.82
×
10
‑
18
；T
环
＞Tc
Fe3O4
，且T
环
∈[Tc
Fe2O3
，Tc
Fe
]、物料还原度在1/6
‑
1/3范围时，还原回转窑内的物料主要以Fe3O4、FeO形式存在，饱和磁化强度Ms与实际温度T
j
的关系为：式(5)中：λ
Fe3O4
为该段物料中单位体积内所有原子/分子中，且还原度在1/6
‑
1/3范围内Fe3O4个数的占比；λ
FeO
为该段物料中单位体积内所有原子/分子中，且还原度在1/6
‑
1/3范围内FeO个数的占比；C
Fe3O4
为Fe3O4的居里常数，为1.82
×
10
‑
18
；C
FeO
为FeO的居里常数；为1.08
×
10
‑
19
；T
环
＞Tc
Fe
，物料主要以FeO和Fe形式存在；饱和磁化强度Ms与实际温度T
j
的关系为：式(6)中：λ
Fe
为该段物料内单位体积内所有原子/分子中Fe个数的占比；λ
FeO
为该段物料中单位体积内所有原子/分子中FeO个数的占比；C
Fe
为Fe的居里常数，为5.34
×
10
‑
19
；C
FeO
为FeO的居里常数，为1.08
×
10
‑
19
。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述激励磁场为微波激励磁场；利用物料的饱和磁化强度与温度的关系计算还原回转窑(1)的每一段窑身位置的物料温度包括如下步骤：A1、设定微波源输出功率为P，矿物置入微波加热区，检测微波设备对应还原回转窑的物料的反射功率P'；计算微波激励磁场的强度H，其中：μ
a
为波导中的绝对磁导率；a、b、c分别为微波发生装置的长度、宽度、厚度；A2、采用霍尔元件检测信号，经放大、接收，得到输出电压，进而计算得到饱和磁化强度Ms；其中：U为输出电压；d为霍尔元件的厚度；β为放大系数；k为霍尔系数，由霍尔元件材料性质决定；Is为霍尔元件的通入电流；μ0为真空磁导率，为4π
×
10
‑7韦伯/(安培
·
米)；H为激励磁场强度；A3、根据矿物的居里温度T
c
，判断还原回转窑内的环境温度范围，并基于矿物的饱和磁化强度Ms与温度的关系计算矿物的实际温度T
j
；其中：Tc
Fe2O3
为1013K；Tc
Fe3O4
为858K；Tc
FeO
为198K；Tc
Fe
为1043K。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：通过微波激励磁场测温过程中，检测还原回转窑(1)内的环境温度T
环
，比较Fe3O4的居里温度Tc
Fe3O4
与环境温度T
环
的大小，分为两种情况，即T
环
≤Tc
Fe3O4
和T
环
＞Tc
Fe3O4
。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：T
环
≤Tc
Fe3O4
时，饱和磁化强度Ms与物料实际温度T
j
的关系为：
式(7)中：λi为该段物料中单位体积内所有原子/分子中第i种铁磁性原子/分子个数的占比；M
0i
为第i种铁磁性物质组分的饱和磁化强度；n为物料中铁磁性物质的种类数量；s
i
为第i种铁磁性物质的物质形状及性质参数系数，0＜s
i
＜5/2；p
i
【专利技术属性】
技术研发人员：胡兵，谢志诚，曾辉，
申请(专利权)人：中冶长天国际工程有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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