【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及冶金工程，具体是涉及一种氢基闪速炼铁反应动力学实验装置及方法。
技术介绍
1、目前氢基闪速炼铁作为一种无需炭质还原剂和燃料的新型火法炼铁工艺，已成为备受关注的一项绿色低碳冶炼技术，氢基闪速炼铁技术采用闪速炉，矿物粒子在反应塔内受热并与氢气接触发生气固还原反应。
2、基于小型实验用闪速炉或立式高温管式炉进行氢基闪速炼铁还原实验，是探究铁矿粉颗粒还原速率的主要实验手段，实验过程中，铁矿粉颗粒在炉内自顶向下自由落体，并与炉管内h2等还原性气体进行气固反应，反应时间的长短受炉管尺寸的直接影响：对于粒度在75um—150um的矿物铁矿粉颗粒，往往需要高达3～6米的炉管，才能确保铁矿粉颗粒在炉内有大约2s的反应下降时间，而使用3～6米的炉管存在设计尺寸大、加热模组耗能高、价格高昂等问题，制约了氢基闪速炼铁还原动力学研究的深入进行。
技术实现思路
1、针对现有技术中所存在的不足，本专利技术提供了一种氢基闪速炼铁反应动力学实验装置及方法。
2、本专利技术解决上述问题的技术方案是：
3、一种氢基闪速炼铁反应动力学实验装置，包括：立式高温管式炉升降机构、底部缓冲减速机构、供气系统、加料装置、冷淬器、温控仪、激光位移传感器、加速度传感器和计算机；其中；
4、立式高温管式炉升降机构包括底座、竖向导轨支架、导轨、滑块、立式高温管式炉、拉绳、滑轮组和电动绞盘，所述底座的两侧分别设有竖向导轨支架，竖向导轨支架的内侧分别设有导轨，立式高温管式炉的两侧分
5、底部缓冲减速机构包括弹簧，弹簧设于底座上对应滑块；
6、供气系统包括还原气供应系统和惰性气供应系统，还原气供应系统和惰性气供应系统均包括压缩气体钢瓶、减压器和质量流量控制器，压缩气体钢瓶通过减压器、质量流量控制器与立式高温管式炉的进气口连接；
7、加料装置为压电驱动式加料机，压电驱动式加料机的出口通过竖直金属圆管与立式高温管式炉的进料口连接，压电驱动式加料机随立式高温管式炉一起升降；
8、冷淬器包括冷淬器本体、电子制冷片和制冷片控制器，冷淬器本体呈上窄下宽的圆台状结构，冷淬器本体通过法兰盘与立式高温管式炉的出口连接；冷淬器本体的底部设有电子制冷片，电子制冷片与制冷片控制器连接；
9、质量流量控制器、压电驱动式加料机、制冷片控制器、温控仪、激光位移传感器、加速度传感器、电动绞盘控制器均与计算机通讯连接；激光位移传感器用于测量立式高温管式炉的位置，加速度传感器用于测量立式高温管式炉的下降加速度。
10、进一步，底部缓冲减速机构还包括永磁铁，所述立式高温管式炉的底部以及底座上对应设有极性相对的永磁铁。
11、进一步，拉绳的最大释放长度满足冷淬器本体与底座间距10～15cm。
12、进一步，导轨上下两端设有限位开关，限位开关与电动绞盘控制器联动，当立式高温管式炉触发限位开关时，电动绞盘停止。
13、进一步，质量流量控制器通过弹簧伸缩管与立式高温管式炉的进气口连接。
14、进一步，立式高温管式炉的炉管的下部一侧设有出气口，出气口连接有尾气处理装置。
15、进一步，冷淬器本体的内底部设有十字格栅。
16、进一步，立式高温管式炉通过弹簧电缆与温控仪连接。
17、本专利技术还公开了上述一种氢基闪速炼铁反应动力学实验装置的实验方法，其具体步骤如下：
18、步骤s1：开始：清理立式高温管式炉，检查各设备连接情况；
19、步骤s2：设置实验参数，实验参数包括铁矿粉颗粒粒度、加热温度、气流量和铁矿粉颗粒加入量；
20、步骤s3：在冷淬器本体中放入淬火介质，在压电驱动式加料机中添加筛分好的指定粒度的铁矿粉颗粒；
21、步骤s4：将立式高温管式炉安装就位，炉管的顶部连接压电驱动式加料机，底部连接冷淬器，检查设备气密性，抽真空进行试漏测试，测试完毕后通过计算机程序控制惰性气供应系统通入惰性气体，确保炉内氧气彻底排空，关闭惰性气供应系统，清理周边现场并设置金属护栏以免人员进入；
22、步骤s5：以10～20℃/min的速度将炉管加热到指定温度并持续保温，控制还原气供应系统通入还原气体，以0.1～5l/min的流量，持续通入至少30分钟，确保炉管内完全填充还原气体后关闭；
23、步骤s6：计算铁矿粉颗粒的最长下降时间t，根据最长下降时间t计算控制参数并导入电动绞盘控制器，铁矿粉颗粒的最长下降时间t为立式高温管式炉恒定加速度下降前铁矿粉颗粒自由落体阶段时间t1、立式高温管式炉恒定加速度阶段时间tw和立式高温管式炉减速及静止阶段时间te之和，即t＝t1+tw+te；
24、步骤s7：根据铁矿粉颗粒的投料量计算单次加料量和加料次数；
25、步骤s8：将立式高温管式炉拉升至高位点t，关闭气体阀门停止供气；
26、步骤s9：控制压电驱动式加料机进行加料，铁矿粉颗粒通过竖直金属圆管落入炉管中；
27、步骤s10：当铁矿粉颗粒下降至接近立式高温管式炉的高温区时，电动绞盘控制器根据控制参数控制立式高温管式炉下降，整个下降过程分为三个阶段，第一阶段为自由落体阶段，第二阶段为恒定加速度阶段，第三阶段为减速及静止阶段；
28、第二阶段时计算机接收激光位移传感器和加速度传感器的数据，进行实时分析，计算机软件的数据处理模块计算当前下降加速度与控制参数的目标恒定加速度aw的偏差，根据偏差，运用pid控制算法计算电动绞盘的输出调整量，从而控制高温管式炉恒加速下降；目标恒定加速度低于重力加速度，以确保铁矿粉颗粒能相对立式高温管式炉持续下降；
29、步骤s11：铁矿粉颗粒逐步落入冷淬器本体，当铁矿粉颗粒自由下降至接近立式高温管式炉的中下部时，立式高温管式炉处于减速及静止阶段，在拉绳、永磁铁和弹簧三方的共同减速作用下，立式高温管式炉处于减速下降状态直至停止下降，此时立式高温管式炉处于低位点b；
30、步骤s12：控制还原气供应系统通入还原气体，保持3～5分钟，接着，返回步骤s8重复实验过程，直至循环达到设定的次数后进入步骤s13；
31、步骤s13：控制惰性气供应系统通入惰性气体，立式高温管式炉停止工作，立式高温管式炉进入降温阶段，整个降温过程持续4～6小时，直至立式高温管式炉冷却到室温；
32、步骤s14：拆卸冷淬器本体，收集冷却的还原铁矿粉颗粒，并将其放置于氮气保护的干燥箱进行干燥；随后，对干燥后的样品进行检测分析；
33、步骤s15：是否完成条件实验，如果还未完成，进入步骤s2；若完成条件实验，进入步骤s16；
34、步骤s16：根据冶金反应动力学原理，计算反应动力学参数；
35、步骤s17：结束本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种氢基闪速炼铁反应动力学实验装置，其特征在于，包括：立式高温管式炉升降机构、底部缓冲减速机构、供气系统、加料装置、冷淬器、温控仪、激光位移传感器、加速度传感器和计算机；其中；
2.根据权利要求1所述的一种氢基闪速炼铁反应动力学实验装置，其特征在于，底部缓冲减速机构还包括永磁铁，所述立式高温管式炉的底部以及底座上对应设有极性相对的永磁铁。
3.根据权利要求1所述的一种氢基闪速炼铁反应动力学实验装置，其特征在于，拉绳的最大释放长度满足冷淬器本体与底座间距10～15cm。
4.根据权利要求1所述的一种氢基闪速炼铁反应动力学实验装置，其特征在于，导轨上下两端设有限位开关，限位开关与电动绞盘控制器联动，当立式高温管式炉触发限位开关时，电动绞盘停止。
5.根据权利要求1所述的一种氢基闪速炼铁反应动力学实验装置，其特征在于，质量流量控制器通过弹簧伸缩管与立式高温管式炉的进气口连接。
6.根据权利要求1所述的一种氢基闪速炼铁反应动力学实验装置，其特征在于，立式高温管式炉的炉管的下部一侧设有出气口，出气口连接有尾气处理装置。
...【技术特征摘要】
1.一种氢基闪速炼铁反应动力学实验装置，其特征在于，包括：立式高温管式炉升降机构、底部缓冲减速机构、供气系统、加料装置、冷淬器、温控仪、激光位移传感器、加速度传感器和计算机；其中；
2.根据权利要求1所述的一种氢基闪速炼铁反应动力学实验装置，其特征在于，底部缓冲减速机构还包括永磁铁，所述立式高温管式炉的底部以及底座上对应设有极性相对的永磁铁。
3.根据权利要求1所述的一种氢基闪速炼铁反应动力学实验装置，其特征在于，拉绳的最大释放长度满足冷淬器本体与底座间距10～15cm。
4.根据权利要求1所述的一种氢基闪速炼铁反应动力学实验装置，其特征在于，导轨上下两端设有限位开关，限位开关与电动绞盘控制器联动，当立式高温管式炉触发限位开关时，电动绞盘停止。
5.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄金堤，易涛，李静，谢飞，李宗玮，汪金良，刘付朋，李明周，
申请(专利权)人：江西理工大学，
类型：发明
国别省市：
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