[发明专利]一种气基还原试验装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于气基还原试验设备技术领域，尤其涉及一种气基还原试验装置和方法。

背景技术

直接还原铁(DRI)又称海绵铁，是铁矿石在低于熔化温度下直接还原得到的含铁产品。海绵铁是一种废钢的代用品，是电炉冶炼纯净钢、优质钢不可缺少的杂质稀释剂，是转炉炼钢优质的冷却剂，是发展钢铁冶金短流程不可或缺的原料。2014年，全世界直接还原铁的年产量达7450万吨，创历史新高。我国将直接还原工艺列为钢铁工业发展的主要方向之一。

生产直接还原铁的工艺称为直接还原法，属于非高炉炼铁工艺，分为气基法和煤基法两大类。目前世界范围内，76％的直接还原铁是通过气基法生产。每种不同的铁矿石在进行气基竖炉直接还原工业化前，均需要进行基础气基还原测试，以摸索确定气基还原的基本参数和考察还原性能等指标是否符合大型工业化要求。

CO是气基还原测试时还原气必需的气体之一，CO气体在500-700℃范围内易发生析碳反应。配有大量比例CO的还原气在进气管道预热过程中会较长时间经过该温度段，故易发生析碳现象，而使炉内反应固体物料(氧化球团/海绵铁)表面粘上不少碳粉，而影响还原反应的试验进行，进而影响试验数据的准确性；严重析碳情况下，还会造成还原气进气管道堵塞，损坏反应装置使得试验无法进行。

发明内容

为了解决上述问题，本发明期望提出一种气基还原试验装置和方法，通过设置多条并联的分枝管道，使得还原气快速通过500～700℃温度段，大大降低还原气进气管道中析碳现象的发生，达到析碳现象基本对还原反应不影响的程度。

本发明的目的之一是提供一种气基还原试验装置，包括加热炉、反应管、进气管、配气装置、称重装置和测温装置；

所述加热炉设有空腔；

所述反应管内部中空，底部设有进气口；

所述进气管包括上主管道、分枝管道和下主管道，所述分枝管道多条并联，所述上主管道的出气口连通所述分枝管道的进气口，所述分枝管道的出气口连通所述下主管道进气口；

所述反应管设置在所述加热炉内，所述配气装置出气口连通所述上主管道进气口，所述下主管道出气口连通所述反应管进气口，所述称重装置连接所述反应管，所述测温装置设置所述反应管的内部。

称重装置用于称量反应管的重量，以记录还原反应过程中试样的重量变化情况和还原度变化情况。测温装置用于测量反应管内试样的温度。

作为本发明优选的方案，所述反应管的顶部设有出气口。反应管的出气口用于排出气体，亦可设置在反应管侧壁的上部。根据实际使用的情况确定反应管出气口的位置。

优选的，所述反应管的顶部设有测温装置安装孔，所述测温装置通过所述测温装置安装孔固定。测温装置用于测量试样的温度，将试样放入反应管后，将测温装置通过测温装置安装孔插入反应管并固定，测温装置的一端延伸到试样中。

进一步的，本发明的装置还包括孔板，所述孔板上设有贯通的孔；所述孔板安装在所述反应管内，将所述反应管的内腔分隔为上腔和下腔。

优选的，所述称重装置包括电子天平和挂钩，所述反应管通过所述挂钩悬挂在所述电子天平的下方。另一种方案，称重装置也可以是电子秤，安装在反应管的下方，用于实时测量反应管的重量。

作为本发明优选的方案，所述配气装置包括多个气瓶和混气装置，所述气瓶连通所述混气装置。

本发明的另一目的是提供一种利用上述装置进行气基还原试验的方法，包括以下步骤：

A、将试样送入所述反应管，对试样进行加热，所述称重装置实时测量所述反应管的重量，所述测温装置测量所述反应管内试样的温度；

B、所述配气装置将还原气送入所述上主管道，所述上主管道对所述还原气进行预热，预热至350～450℃后送入所述分枝管道；

C、所述分枝管道对预热后还原气进行加热，将所述预热后的还原气加热至800～850℃；

D、将所述加热后的还原气通过所述下部管道通入所述反应管，与所述试样发生还原反应。

进一步的，本发明的方法还包括步骤：通过所述反应管顶部的出气口，将所述反应管内的气体排出。

作为本发明优选的方案，所述步骤A中，将所述试样放置在所述孔板上。试样在孔板是可以更好的与还原气接触，有利于还原反应的进行。

具体的，在步骤B之前包括步骤：所述配气装置将多种不同的气体混合为还原气。