【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及氢冶金，特别是涉及一种模拟氢基竖炉炉内反应的测试装置及测试方法。
技术介绍
1、目前，在氢冶金领域，已经存在一些测试装置和方法用于模拟氢基竖炉炉内反应，例如如iso11256、iso11257和iso11258中分别给出了竖炉炉料的成团指数、低温还原粉化指数和还原指数的测定方法，但这些测定方法主要使用co、co2、h2和n2作为还原气体，并未考虑ch4和蒸汽的存在。而根据现有研究可知，在氢基竖炉风口区，外部未转化的ch4和蒸汽会发生原位重整，提高了还原气中co和h2的比例，但同时大幅降低了还原气体的温度，对气固还原起到一定的消极影响，可见现有的测试装置和测试方法模拟的炉内反应与实际的炉内反应差别较大，试验结果准确性低。
2、因此，亟需一种测试装置及测试方法来改善试验结果的准确性。
技术实现思路
1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种模拟氢基竖炉炉内反应的测试装置及测试方法，用于解决现有技术中测试装置模拟的氢基竖炉炉内反应与实际炉内反应差别大、试验结果的准确性低的问题。
2、为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种模拟氢基竖炉炉内反应的测试装置，包括：
3、电加热炉；
4、反应器，所述反应器置于所述电加热炉内，所述反应器具有用于容纳铁矿石试样层的反应腔；
5、荷重机构，所述荷重机构的至少部分伸入所述反应腔内以对所述铁矿石试样层施加荷重；
6、还原气发生机构，与所述反应器
7、蒸汽供给器，与所述反应器连通并用于向所述反应腔内通入蒸汽。
8、可选的，所述反应器包括内管和外管，所述外管包括外管底壁和外管侧壁，所述内管位于所述外管内并支撑于所述外管底壁上，所述内管的内侧壁与所述外管底壁共同限定出所述反应腔，所述内管的外侧壁与所述外管侧壁之间形成进气通道，所述内管的下部或者所述内管与所述外管底壁之间设置有通气结构，所述进气通道通过所述通气结构与所述反应腔连通。
9、可选的，所述通气结构为设置在所述内管的下部侧壁上的通孔，或者，所述内管的下端壁与所述外管底壁之间的间隙形成所述通气结构。
10、可选的，所述外管底壁上设有位于所述反应腔内的支撑座，所述支撑座包括支撑板和多个支撑柱，所述支撑柱的顶部和底部分别与所述支撑板和所述外管底壁焊接固定，所述支撑板用于支撑所述铁矿石试样层，且所述支撑板上设有用于所述还原气和所述蒸汽通过的气孔。
11、可选的，所述外管为不锈钢管，所述内管为刚玉管。
12、可选的，所述内管的内侧壁为斜壁。
13、可选的，所述内管包括相连的上管段和下管段，所述上管段为直管，所述下管段的内侧壁为斜壁。
14、可选的，所述内管的内侧壁为斜壁的管段的内径由上至下逐渐增大。
15、可选的，所述斜壁与所述内管的轴心线的夹角为α，2°≤α＜10°。
16、可选的，所述反应器还包括顶盖，所述内管的下端伸入所述外管内，所述内管的上端与所述外管的上端通过第一密封件密封，所述顶盖通过第二密封件与所述内管的上端口密封配合，所述顶盖上设有与所述进气通道连通的还原气入口和与所述反应腔连通的顶煤气出口。
17、可选的，所述荷重机构包括驱动件和伸入所述反应腔内的压头和纵向热电偶，所述驱动件通过压杆与所述压头连接，并带动所述压头在所述反应腔内纵向移动以调整对所述铁矿石试样层的荷重大小，所述纵向热电偶穿过所述驱动件、所述压杆和所述压头后伸入所述铁矿石试样层。
18、可选的，所述还原气发生机构包括氢气供给器、甲烷供给器、一氧化碳供给器、二氧化碳供给器、氮气供给器和流量控制箱，所述流量控制箱分别与所述氢气供给器、所述甲烷供给器、所述一氧化碳供给器、所述二氧化碳供给器和所述氮气供给器连接以调节对应气体的流量，所述流量控制箱和所述蒸汽供给器通过管路组件与所述反应器连通。
19、为了实现上述目的及其他相关目的，本专利技术还提供一种测试方法，通过如上所述的模拟氢基竖炉炉内反应的测试装置测试，包括以下步骤：
20、在所述反应腔内由下至上依次铺设第一刚玉单球层、铁矿石试样层和第二刚玉单球层；
21、通过所述电加热炉加热所述反应器内的所述铁矿石试样层升温至第一预设温度t1，并在升温过程中通入氮气；
22、所述铁矿石试样层保持在所述第一预设温度t1，向所述反应腔内通入蒸汽和氢气、甲烷、一氧化碳、二氧化碳和氮气的混合还原气；通过所述荷重机构对所述铁矿石试样层施加荷重，所述铁矿石试样层还原后获得海绵铁试样；
23、停止对所述海绵铁试样施加荷重、停止加热、停止通入所述蒸汽和停止通入所述混合还原气，通入氮气冷却所述海绵铁试样；
24、通过所述荷重机构将冷却后的所述海绵铁试样从所述反应腔内推出，并检测所述海绵铁试样的粘结指数和/或检测所述海绵铁试样的金属化率。
25、可选的，所述第一刚玉单球层、所述铁矿石试样层和所述第二刚玉单球层的粒径均为d，10mm≤d≤12.5mm；
26、所述铁矿石试样层以升温速率v1升温至第一预设温度t1，且升温过程中所述氮气的流量为g1，8℃/min≤v1≤12℃/min，900℃≤t1≤1100℃，8l/min≤g1≤12l/min；
27、所述蒸汽和所述混合还原气的通入时长达到h1时对所述铁矿石试样层施加荷重，且铁矿石试样层与所述混合还原气的比例为f，0.5h≤h1≤1.5h，45g/(l/min)≤f≤55g/(l/min)；
28、所述铁矿石试样层施加荷重的时长为h2，且荷重的大小为p，2.5h≤h2≤3.5h，0≤p≤0.3mpa；
29、所述海绵铁试样在冷却过程中通入的氮气的流量为g2直至所述海绵铁试样冷却至第二预设温度t2，8l/min≤g2≤12l/min；40℃≤t2≤60℃。
30、可选的，检测所述海绵铁试样的粘结指数包括：
31、所述海绵铁试样包括海绵铁颗粒和海绵铁团块，所述海绵铁团块为两个及两个以上所述海绵铁颗粒粘结而成，称取所述海绵铁试样的总质量m1和所述海绵铁团块的总质量m2；
32、将所述海绵铁团块放入转鼓中旋转，以使至少部分所述海绵铁团块散开形成为海绵铁颗粒，称取剩下海绵铁团块的总质量m3；
33、计算所述海绵铁试样的粘结指数，所述海绵铁试样的粘结指数为k，
34、
35、可选的，检测所述海绵铁试样的金属化率包括：
36、破碎所述海绵铁试样直至粒级小于0.074mm；
37、检测所述海绵铁试样中的全铁含量为n1，所述海绵铁试样中的金属铁的含量为n2；
38、计算所述海绵铁试样的金属化率mr，
39、
40、可选的，所述转鼓的转速为v2，25r/min≤v2≤35r/min；所述转鼓本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种模拟氢基竖炉炉内反应的测试装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的模拟氢基竖炉炉内反应的测试装置，其特征在于，所述反应器包括内管和外管，所述外管包括外管底壁和外管侧壁，所述内管位于所述外管内并支撑于所述外管底壁上，所述内管的内侧壁与所述外管底壁共同限定出所述反应腔，所述内管的外侧壁与所述外管侧壁之间形成进气通道，所述内管的下部或者所述内管与所述外管底壁之间设置有通气结构，所述进气通道通过所述通气结构与所述反应腔连通。
3.根据权利要求2所述的模拟氢基竖炉炉内反应的测试装置，其特征在于，所述通气结构为设置在所述内管的下部侧壁上的通孔，或者，所述内管的下端壁与所述外管底壁之间的间隙形成所述通气结构。
4.根据权利要求2所述的模拟氢基竖炉炉内反应的测试装置，其特征在于，所述外管底壁上设有位于所述反应腔内的支撑座，所述支撑座包括支撑板和多个支撑柱，所述支撑柱的顶部和底部分别与所述支撑板和所述外管底壁焊接固定，所述支撑板用于支撑所述铁矿石试样层，且所述支撑板上设有用于所述还原气和所述蒸汽通过的气孔。
5.根据权利要求2所述的
6.根据权利要求2所述的模拟氢基竖炉炉内反应的测试装置，其特征在于，所述内管的内侧壁为斜壁。
7.根据权利要求2所述的模拟氢基竖炉炉内反应的测试装置，其特征在于，所述内管包括相连的上管段和下管段，所述上管段为直管，所述下管段的内侧壁为斜壁。
8.根据权利要求6或7所述的模拟氢基竖炉炉内反应的测试装置，其特征在于，所述内管的内侧壁为斜壁的管段的内径由上至下逐渐增大。
9.根据权利要求8所述的模拟氢基竖炉炉内反应的测试装置，其特征在于，所述斜壁与所述内管的轴心线的夹角为α，2°≤α＜10°。
10.根据权利要求2所述的模拟氢基竖炉炉内反应的测试装置，其特征在于，所述反应器还包括顶盖，所述内管的下端伸入所述外管内，所述内管的上端与所述外管的上端通过第一密封件密封，所述顶盖通过第二密封件与所述内管的上端口密封配合，所述顶盖上设有与所述进气通道连通的还原气入口和与所述反应腔连通的顶煤气出口。
11.根据权利要求1所述的模拟氢基竖炉炉内反应的测试装置，其特征在于，所述荷重机构包括驱动件和伸入所述反应腔内的压头和纵向热电偶，所述驱动件通过压杆与所述压头连接，并带动所述压头在所述反应腔内纵向移动以调整对所述铁矿石试样层的荷重大小，所述纵向热电偶穿过所述驱动件、所述压杆和所述压头后伸入所述铁矿石试样层。
12.根据权利要求1所述的模拟氢基竖炉炉内反应的测试装置，其特征在于，所述还原气发生机构包括氢气供给器、甲烷供给器、一氧化碳供给器、二氧化碳供给器、氮气供给器和流量控制箱，所述流量控制箱分别与所述氢气供给器、所述甲烷供给器、所述一氧化碳供给器、所述二氧化碳供给器和所述氮气供给器连接以调节对应气体的流量，所述流量控制箱和所述蒸汽供给器通过管路组件与所述反应器连通。
13.一种测试方法，通过如权利要求1至12任一项所述的模拟氢基竖炉炉内反应的测试装置测试，其特征在于，包括以下步骤：
14.根据权利要求13所述的测试方法，其特征在于，所述第一刚玉单球层、所述铁矿石试样层和所述第二刚玉单球层的粒径均为D，10mm≤D≤12.5mm；
15.根据权利要求13所述的测试方法，其特征在于，检测所述海绵铁试样的粘结指数包括：
16.根据权利要求13所述的测试方法，其特征在于，检测所述海绵铁试样的金属化率包括：
17.根据权利要求15所述的测试方法，其特征在于，所述转鼓的转速为V2，25r/min≤V2≤35r/min；所述转鼓的直径为d1，所述转鼓的直径d1与所述海绵铁试样的总质量M1的比值为W1，0.5mm/g≤W1≤0.6mm/g；所述转鼓的高度为d2，所述转鼓的高度d2与所述海绵铁试样的总质量M1的比值为W2，0.8mm/g≤W2≤0.9mm/g。
...【技术特征摘要】
1.一种模拟氢基竖炉炉内反应的测试装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的模拟氢基竖炉炉内反应的测试装置，其特征在于，所述反应器包括内管和外管，所述外管包括外管底壁和外管侧壁，所述内管位于所述外管内并支撑于所述外管底壁上，所述内管的内侧壁与所述外管底壁共同限定出所述反应腔，所述内管的外侧壁与所述外管侧壁之间形成进气通道，所述内管的下部或者所述内管与所述外管底壁之间设置有通气结构，所述进气通道通过所述通气结构与所述反应腔连通。
3.根据权利要求2所述的模拟氢基竖炉炉内反应的测试装置，其特征在于，所述通气结构为设置在所述内管的下部侧壁上的通孔，或者，所述内管的下端壁与所述外管底壁之间的间隙形成所述通气结构。
4.根据权利要求2所述的模拟氢基竖炉炉内反应的测试装置，其特征在于，所述外管底壁上设有位于所述反应腔内的支撑座，所述支撑座包括支撑板和多个支撑柱，所述支撑柱的顶部和底部分别与所述支撑板和所述外管底壁焊接固定，所述支撑板用于支撑所述铁矿石试样层，且所述支撑板上设有用于所述还原气和所述蒸汽通过的气孔。
5.根据权利要求2所述的模拟氢基竖炉炉内反应的测试装置，其特征在于，所述外管为不锈钢管，所述内管为刚玉管。
6.根据权利要求2所述的模拟氢基竖炉炉内反应的测试装置，其特征在于，所述内管的内侧壁为斜壁。
7.根据权利要求2所述的模拟氢基竖炉炉内反应的测试装置，其特征在于，所述内管包括相连的上管段和下管段，所述上管段为直管，所述下管段的内侧壁为斜壁。
8.根据权利要求6或7所述的模拟氢基竖炉炉内反应的测试装置，其特征在于，所述内管的内侧壁为斜壁的管段的内径由上至下逐渐增大。
9.根据权利要求8所述的模拟氢基竖炉炉内反应的测试装置，其特征在于，所述斜壁与所述内管的轴心线的夹角为α，2°≤α＜10°。
10.根据权利要求2所述的模拟氢基竖炉炉内反应的测试装置，其特征在于，所述反应器还包括顶盖，所述内管的下端伸入...
【专利技术属性】
技术研发人员：翟晓波，郑军，吴开基，张涛，陈继辉，
申请(专利权)人：中冶赛迪工程技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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