[发明专利]一种用于研究粉矿在运动中发生反应的实验方法

说明书

本发明涉及一种用于研究粉矿在运动中发生反应的实验方法，其包括如下步骤：S1、通过调节加料管的出料口与接料管的接料口在反应炉管中的位置，获得若干准恒温区的温度分布，再根据实验需求选取恒温区，以及恒温区所对应的加料管的出料口和接料管的接料口的位置；S2、根据需要调节加料管的出料口和/或接料管的接料口在反应炉管中的位置来设定恒温区的温度、长度和/或温度误差；S4、让粉矿在恒温区内进行反应。本发明使得矿粉的反应均在恒温区进行，且通过调整、选择，可以使得恒温区的温差更小。

技术领域

本发明属于冶金技术领域，尤其涉及一种用于研究粉矿在运动中发生反应的实验方法。

背景技术

由于大部分铁矿石具有天然的易碎性，所以铁矿石在开采、破碎和筛分过程中往往会产生大量的粉矿，因此，全球的铁矿石中，粉矿所占的比例很大。另外，对于一些品位较低的铁矿石，在冶炼过程中，也会被首先制成粉矿。例如，在中国、北美和俄罗斯发现的一些低品位铁矿石，需要首先被破碎成细小粉末，然后再经过选矿工艺得到品位水平可接受的精矿颗粒，所得到的精矿颗粒尺寸一般小于0.15mm。

传统的炼铁工艺中，粉矿需要经过烧结或球团化加工成大尺寸团矿，再作为炼铁原料，其生产流程长、投资大，并且不可避免的带来了较严重的环境污染。

因此，应用粉矿的炼铁技术不断出现；二十一世纪的今天，粉矿在高炉和非高炉炼铁中的应用都有了一定的进展，如高炉的风口喷吹技术、HIsarna工艺、FINEX工艺等；但总体来说，直接使用粉矿进行炼铁在钢铁行业中的发展还处于初级阶段；同时，针对粉矿应用技术的实验室研究也尚未成熟。

对于铁粉矿实验室研究来说，难点在于如何避免高温下熔融粉矿颗粒之间发生的粘结现象。在过去的几十年中，国内外研究粉矿还原的实验室方法主要有三种：热重分析法、实验室规模的流化床法和管式滴落炉法(或称气力输送法)。其中，前两种方法都无法避免粉矿颗粒在高温下发生粘结现象，而管式滴落炉法以少量粉矿飞行通过恒温区的方式避免了熔融的粉矿颗粒之间相互粘结。但管式滴落的应用同时带来了另一个问题：如何得到一个温差小的恒温区。

为了得到物质有关热现象的动力学数据，铁矿石还原反应的动力学研究通常采用的都是等温法，即样品在指定条件下恒温受热，获得转化率对温度的曲线，进而采用相同的步骤在不同温度下获得一系列转化率对温度的曲线，通过这些曲线和等温法的动力学公式最终计算得到各动力学参数。等温法在方法上比较成熟，其结果的可靠性更高。在没有附加冷却设备的情况下，恒温区在炉内的位置和长度由电热体各部分尺寸、炉子的工作温度和炉管内两端的保温条件决定，除此之外，还要根据具体实验对温度误差的要求来确定，前人研究中通常取±5℃、±10℃，少数情况取到±50℃。

管式滴落炉的主体是一个管式竖炉，还包括加料系统和接料系统，粉矿从炉顶的加料系统加入，在炉子底部的接料系统中收集并被取出；目前，主要存在两种管式滴落炉，一种反应区域为从炉顶到炉底的整个反应炉管；一种在管式竖炉顶部的加料系统中和底部的接料系统中分别安装了水冷的加料管和水冷+气冷的接料管，加料管和接料管分别从炉子顶部和底部伸入炉内直至恒温区的上边界和下边界，气体出口位于接料器上，接料器位于水冷+气冷接料管的下方且与其连接；水冷加料管只需避免粉矿颗粒与气体在恒温区以上的非等温区发生反应，因此水冷加料管的内径可以非常细，一般小于1cm，其外径一般为2～3cm；水冷+气冷接料管的作用有两个：一是避免粉矿与反应气体在恒温区以下的非等温区发生反应，二是增大样品的收集率，为了增大样品收集率其内径一般大于2cm，为了确保接料管内的冷却效果，增加了气体冷却部分，因此水冷+气冷接料管的外径一般4～6cm。前一种管式滴落炉，由于炉内恒温区以上和恒温区以下的部分温度相对低且温差大，因此对等温法研究结果的影响较大；后一种虽然采用了水冷加料管和水冷+气冷接料管避免了粉矿在炉内两端温度不均匀区域发生反应，但是水冷设备却带走了炉内大量的热量，尤其由于水冷+气冷接料管的冷却强度大，靠近水冷+气冷接料管上端的区域较不采用水冷+气冷接料管时的温度低很多，因此，此套设备内的恒温区仍然存在非常大的温差，对实验结果的准确性具有较大的影响。