便于研究颗粒矿粉在还原过程中粘结现象的装置

技术领域

本发明涉及一种用于单颗粒矿粉还原的加热、观察的装置，本装置专门针对采用气体还原的铁矿粉颗粒表面特征演变过程的在线观察而设计。

背景技术

目前，随着铁矿品位的不断下降以及粉矿的增多，流态化技术依据其独特的优势正在成为最有吸引力的工艺。该工艺中气体与矿粉颗粒之间的传热及传质效率极大，更加有利于颗粒的还原。但是颗粒矿粉在还原过程中相互粘结问题成为了其发展的限制性环节。

总结过去的研究方法，大都是通过添加抑制剂的方式来进行抑制粘结，而且都是通过观察压力的变化或其他数据来间接反应粘结抑制。但是对于颗粒在还原气氛下的还原过程的实时观察或在线研究十分少。

发明内容

针对现有技术对颗粒矿粉在还原过程中相互粘结问题研究存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种便于研究颗粒矿粉在还原过程中粘结现象的装置，本发明能够模拟铁矿粉还原过程，可以实时在线观察分析铁矿粉在还原过程中表面铁晶须的形成、生长、粘接整个过程。

本发明的技术方案是这样实现的：

便于研究颗粒矿粉在还原过程中粘结现象的装置，包括底座，在底座上安装有还原反应炉，还原反应炉由炉体、位于炉体外部的炉壳及炉盖构成，炉体和炉壳之间形成环状夹层，环状夹层与炉体内反应腔连通；在炉壳或者底座上设有与夹层直接相通的进气口，在底座上设有与炉体反应腔中心正对的出气口；炉盖设置在炉壳上端，炉盖为透明玻璃以形成观察窗；在观察窗上方设有成像系统，成像系统正对观察窗以记录炉体反应腔内反应过程；

在底座上位于还原反应炉外设有导轨，导轨一端朝向还原反应炉，导轨上设有滑块，滑块可沿导轨滑动以远离或靠近还原反应炉；在滑块上设有封闭腔体，封闭腔体内设有接线柱，一瓷管一端依次通过炉壳、炉体伸入炉体内反应腔，另一端伸入封闭腔体内；瓷管位于反应腔那端加工形成载物平台，载物平台上设有电加热元件，在电加热元件上设有用于放置还原矿粉的电加热片；电加热元件通过沿瓷管内部通道布设的导线与接线柱连接，接线柱用于与外部电源连接。

进一步地，在炉壳内上端设有补光光源，补光光源朝向反应腔中心；在底座或者炉壳上设有用于调节补光光源亮度的调光旋钮，通过补光光源，可以使成像更清晰。

炉体内壁上端为锥形斜面，以形成往下收缩的便于气体快速向下流动的收口结构，收口最下端直径与反应腔直径一致。

所述电加热片为刚玉薄片，电加热片上部有一个放置还原矿粉的凹槽。

在炉壳外壁上设有螺母座，螺母座设有供瓷管通过的中心孔；在滑块朝向炉壳面设有密封螺母，密封螺母空套在瓷管上，密封螺母旋接在螺母座上并在两者之间设有密封垫。

在封闭腔体上端设有可打开的密封盖，以在封闭腔体内需要接线时打开密封盖。

所述导轨为平行的两条，其中一条上表面设有齿纹构成条形齿；滑块上设有一与条形齿啮合的驱动齿杆，驱动齿杆垂直于条形齿，驱动齿杆一端位于滑块外形成控制驱动齿杆转动并使滑块在导轨上移动的移动旋钮；在滑块上设有锁紧螺杆，锁紧螺杆螺纹旋接在滑块上，锁紧螺杆一端位于滑块外形成锁紧旋钮，另一端用于在滑块移动到位时抵在导轨侧壁上。

在滑块背向还原反应炉的外壁上设有可快速与外部电源插接的快插接头，快插接头与封闭腔体内的接线柱电连接。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明通过添加一个位于内部反应腔体与装置外壳之间的真空夹层，达到了保护装置外壳的效果和加强装置的气密性的效果。

2、通过添加一个带有导轨的侧面进入装置作为设备的加料推送装置，使得进料方式比以往需要打开上部窗口上料的方式更加方便。

3、在腔体上部四周添加能够调节亮度以及角度的内部光源，能够将光源集中在电加热片的任意位置，从而保证外部显微镜观察所需的亮度。

本发明被加热铁矿粉是散状单颗粒，可以实时在线观察分析铁矿粉在还原过程中表面铁晶须的形成、生长、粘接整个过程，能够为研究和预防铁矿粉在流化预还原过程中的粘连、团聚失流机理提供技术支撑。

附图说明

图1-本发明装置正视图。

图2-本发明装置俯视图。

其中，1­-炉壳；2-锁紧螺母；3-密封盖；4-接线柱；5-滑块；6-出气口；7-进气口；8-补光光源；9-瓷管；10-导轨；11-调光旋钮；12-快插接头；13-底座；14-锁紧旋钮；15-移动旋钮；16-炉体；17-炉盖；18-反应腔；19-螺母座。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

参见图1和图2，本发明便于研究颗粒矿粉在还原过程中粘结现象的装置，包括（不锈钢）底座13，在底座13上安装有还原反应炉，还原反应炉由炉体16、位于炉体外部的（不锈钢）炉壳1及炉盖17构成，炉体16和炉壳1之间形成环状夹层，环状夹层与炉体内反应腔18连通；在炉壳或者底座上设有与夹层直接相通的进气口7，在底座13上设有与炉体反应腔中心正对的出气口6；炉盖17设置在炉壳1上端，炉盖17为透明玻璃以形成观察窗；在观察窗上方装设CCD成像系统，成像系统正对观察窗以记录炉体反应腔内反应过程，即可通过图像采集记录电加热片上矿粉颗粒表面的演变情况。

在底座13上位于还原反应炉外设有导轨10，导轨10一端朝向还原反应炉，导轨上设有滑块5，滑块5可沿导轨10滑动以远离或靠近还原反应炉；在滑块5上设有封闭腔体，封闭腔体内设有（铂丝）接线柱4，一瓷管9一端依次通过炉壳1、炉体16伸入炉体内反应腔18，另一端伸入封闭腔体内并与滑块固定；瓷管9位于反应腔那端加工形成载物平台，载物平台上设有电加热元件，在电加热元件上设有用于放置还原矿粉的电加热片；电加热元件通过沿瓷管内部通道布设的导线与接线柱连接，接线柱用于与外部电源连接。实施例电加热片采用刚玉薄片，同时在电加热片上部有一个放置还原矿粉的凹槽。而电加热元件则采用兼具加热和测温功效的（铂铑）热电偶，热电偶通过电缆与外部的温度控制柜相连接。在热电偶与电加热片之间添加莫来石来进行保温。

为达到更好的成像效果，在炉壳1内上端设有补光光源8（可以调节亮度的发光元件），补光光源8朝向反应腔中心；在底座1或者炉壳上设有用于调节补光光源亮度的调光旋钮11。实施例在炉壳上部设有三个补光光源8达到补光效果，分别与瓷管轴心线夹角为90°、180°和270°。除了可以通过调光旋钮11来调节亮度外，同时还能够调节它们的角度使得光源能够集中在电加热片的任意位置，达到对比的效果。

炉体16内壁上端为锥形斜面，以形成往下收缩的便于气体快速向下流动的收口结构，收口最下端直径与反应腔直径一致。这样对参与反应的气体有导向作用，使之能够尽快参与反应。

在炉壳1外壁上设有螺母座19，螺母座19设有供瓷管通过的中心孔；在滑块5朝向炉壳面设有密封螺母2，密封螺母2空套在瓷管9上，密封螺母2旋接在螺母座19上并在两者之间设有密封垫。

在封闭腔体上端设有可打开的密封盖3，以在封闭腔体内需要接线时打开密封盖。

所述导轨10为平行的两条，其中一条上表面设有齿纹构成条形齿；滑块上设有一与条形齿啮合的驱动齿杆，驱动齿杆垂直于条形齿，驱动齿杆一端位于滑块外形成控制驱动齿杆转动并使滑块在导轨上移动的移动旋钮15；在滑块上设有锁紧螺杆，锁紧螺杆螺纹旋接在滑块上，锁紧螺杆一端位于滑块外形成锁紧旋钮14，另一端用于在滑块移动到位时抵在导轨侧壁上。

在滑块5背向还原反应炉的外壁上设有可快速与外部电源插接的快插接头12（航空接头），快插接头12与封闭腔体内的接线柱4电连接。快插接头12可快速与外部电源插接，以使本装置安装更快捷。

开始测试前，松开密封螺母和锁紧旋钮，转动移动旋钮使瓷管从炉体内完全退出；然后将粒径0.1~3mm的单颗铁矿粉颗粒直接放置在刚玉薄片上部的凹槽处，刚玉薄片直接放置在热偶丝上面或与热偶丝镶嵌，刚玉薄片周围用莫来石纤维进行保温；然后转动移动旋钮使滑块移动，并带动瓷管进入炉体内，最终使刚玉薄片位于反应腔中心位置，与上部透明观察窗的中心在一个垂线上；接着将密封螺母拧紧在螺母座上，使反应腔形成封闭结构；密封后进行气密性的检测，然后通过调节补光光源亮度使得成像系统中的铁矿粉更加清晰，以便于更好的进行实时观察与提取图片。将N₂或Ar等保护性气体从进气口通入，将腔内原有的空气除尽，同时利用温度控制柜将热电偶加热升温；当热电偶加热到所需温度后进行保温，与此同时进行气体交换，从进气口通入具有还原性质的还原气体H₂或CO，还原过程中CCD成像系统通过观察窗进行实时观察并且自动记录铁矿粉颗粒表面特征的演变、表面新生产物的形成和生长过程。本发明被加热铁矿粉是散状单颗粒，可以实时在线观察分析铁矿粉在还原过程中表面铁晶须的形成、生长、粘接整个过程，能够为研究和预防铁矿粉在流化预还原过程中的粘连、团聚失流机理提供技术支撑。

本发明专门针对采用气体还原的铁矿粉颗粒表面特征演变过程的在线观察而设计，同时本装置也可以推广适用于其他类似表面新生产物的形成和生长过程的加热与观察。

最后需要说明的是，本发明的上述实例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。