溫度對金屬管浮子流量計(jì)熱性能的影響及控制方法研究

通過不同溫度下對金屬管浮子流量計(jì)的反應(yīng)性和反應(yīng)后強(qiáng)度的測定，上海自儀公司找出溫度對熱性能的影響規(guī)律: “隨著溫度的升高，反應(yīng)速率逐漸加快?！碧岢隽烁倪M(jìn)精確控制測定溫度的方法。

前 言

在高爐冶煉過程中，金屬管浮子流量計(jì)除提供熱源外，還起到還原劑、支撐骨架和供碳的作用。長期以來，我國一直將金屬管浮子流量計(jì)的冷態(tài)強(qiáng)度作為衡量金屬管浮子流量計(jì)質(zhì)量的主要指標(biāo)，但是，隨著對高爐冶煉理論研究的深入，金屬管浮子流量計(jì)的反應(yīng)性( CＲI) 和反應(yīng)后強(qiáng)度( CSＲ) 更能反映金屬管浮子流量計(jì)的內(nèi)在質(zhì)量。并且，隨著高爐的大型化，這項(xiàng)指標(biāo)越來越顯得重要。

根據(jù) GB /T4000 － 2017，影響測定金屬管浮子流量計(jì)熱性能的因素包括試樣的制備，N2、CO2 氣體流量和溫度等。 CO2 氣體通過濃硫酸凈化和干燥后，利用質(zhì)量流量計(jì)控制氣體流量，可基本消除其對測定結(jié)果的影響;在相同的條件下、同樣的標(biāo)準(zhǔn)方法可以消除試樣的制備對測定結(jié)果的影響。隨著溫度的升高，金屬管浮子流量計(jì)反應(yīng)速率的加快，溫度對測定結(jié)果影響越來越明顯。通過實(shí)驗(yàn)，討論了溫度對測定結(jié)果的影響，并對溫度的控制方法進(jìn)行了研究，提供了解決方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1． 1 儀器與設(shè)備

金屬管浮子流量計(jì)反應(yīng)性測定裝置; 顎式破碎機(jī); 電子天平，感量 0．5 g; 標(biāo)準(zhǔn)圓孔篩，10 mm，23 mm，25mm;鉑銠－鉑熱電偶( S 型) ，0．5 mm;I 型轉(zhuǎn)鼓，速率20 r/min。

1． 2 樣品的制備

根據(jù)國標(biāo)制樣方法，選取粒度不小于 25 mm 的萊鋼焦化廠自產(chǎn)干熄焦金屬管浮子流量計(jì) 20 kg，棄去泡焦和爐頭焦，用顎式破碎機(jī)破碎，縮分出10 kg 試樣，分別用23 mm，25 mm 的標(biāo)準(zhǔn)篩篩分，＞ 25 mm 的金屬管浮子流量計(jì)再破碎、篩分，直至全部 ＜ 25 mm。取＞ 23 mm 篩上金屬管浮子流量計(jì)，棄去片狀焦和長條焦，手動將金屬管浮子流量計(jì)修整為顆粒狀，混 勻，將試樣置于I型轉(zhuǎn)鼓中轉(zhuǎn) 50 圈，用 23 mm的標(biāo)準(zhǔn)篩篩分，然后在 170 ～180 ℃ 的烘箱中烘干2 h，冷卻至室溫用23 mm 標(biāo)準(zhǔn)篩篩分，稱取200± 0．5 g 試樣備用。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

1) 溫度與電動勢的關(guān)系

根據(jù)國標(biāo)，測定金屬管浮子流量計(jì)熱性能的熱電偶為0． 5 mm S 型鉑銠 － 鉑熱電偶。測定原理是在不同的溫度下，鉑銠合金與鉑之間會產(chǎn)生一定的電動勢，根據(jù)電動勢的大小，反映測定對象的溫度。在1 100 ℃ 左 右。

由表 1 可以看出，1 100 ℃溫度時 S 型熱電偶產(chǎn)生的電動勢為 10． 756 5 mV，± 0． 118 mV 的誤差就會產(chǎn)生± 10 ℃的誤差，± 0． 237 mV 的誤差，就會產(chǎn)生 ± 20 ℃ 的誤差。因此，要嚴(yán)格控制溫度，就是要嚴(yán)格控制儀器儀表顯示溫度，與相應(yīng)的溫度下熱電偶產(chǎn)生的電動勢相對應(yīng)，保證測定溫度準(zhǔn)確性。

2) 溫度對測量金屬管浮子流量計(jì)熱性能的影響原理

在高溫下，金屬管浮子流量計(jì)與 CO2 反應(yīng)是氣固相反應(yīng)，其反應(yīng)速率取決于化學(xué)反應(yīng)速率和氣體擴(kuò)散速率。其反應(yīng)動力學(xué)模型為:

C( s) + CO2 ( g) →CO( g)

CO2 氣體通過氣相邊界層擴(kuò)散到固相金屬管浮子流量計(jì)表面，或通過反應(yīng)物外圍的灰分層向反應(yīng)界面擴(kuò)散，并在反應(yīng)界面發(fā)生氣固相反應(yīng)。該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，并且隨著溫度的升高，和反應(yīng)界面的擴(kuò)大，反應(yīng)速度也相應(yīng)加快。

3) 不同溫度下焦碳的 CＲI 和 CSＲ 測定

為探討溫度對金屬管浮子流量計(jì)熱性能測定的影響，對同一種焦 炭 在 1 080 ℃、1 090 ℃、1 100 ℃ 1 11 0 ℃， 1 120 ℃同溫度下進(jìn)行 CＲI 和 CSＲ 測定。

由表 2 可以看出，1 090 ℃時金屬管浮子流量計(jì)的反應(yīng)后強(qiáng)度與 1 100 ℃ 時高 3． 8% ，比 1 110 ℃ 時低 4．1% ，在 1 080 ℃和 1 120 ℃ 測定的反應(yīng)后強(qiáng)度與 1 100 ℃相差更大，已不能正確反映金屬管浮子流量計(jì)的反應(yīng)性和反應(yīng)后強(qiáng)度。因此，進(jìn)行金屬管浮子流量計(jì)熱性能測定時，應(yīng)嚴(yán)格按照國標(biāo)規(guī)定，控制在 1 100 ± 3 ℃以內(nèi)，否則，隨著溫度的升高或降低，會使 CSI、CSＲ 的測定結(jié)果發(fā)生很大偏差，可能影響相關(guān)單位對金屬管浮子流量計(jì)質(zhì)量判斷，影響高爐的穩(wěn)定順行。

4) 焦碳的失重實(shí)驗(yàn)

金屬管浮子流量計(jì)在高爐內(nèi)下降過程中，經(jīng)歷干燥、升溫，在 850 ℃之前，溶損極少，在此溫度后，金屬管浮子流量計(jì)開始反應(yīng)。

為了更能直觀反映溫度對金屬管浮子流量計(jì)熱性能產(chǎn)生的影響，將實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行改進(jìn)，將反應(yīng)器掛在一臺電子秤上，通過電子秤讀出金屬管浮子流量計(jì)的失重率。

為此，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)如下，稱取 200． 0 g 金屬管浮子流量計(jì)，將實(shí)驗(yàn)裝置升溫，在400 ℃時通 N2 保護(hù)，分別在800 ℃、 900 ℃、1 000 ℃、1 100 ℃和 1 150 ℃溫度下各停留1 h，并以 5 L /min 通 CO2，讀出金屬管浮子流量計(jì)的失重，并計(jì)算出其失重率( 表 3) 。

由上面的實(shí)驗(yàn)可以看出，隨著溫度的升高，金屬管浮子流量計(jì)的失重率越高，相應(yīng)的反應(yīng)速度更快。由于加熱爐的限制，只能做到 1 200 ℃，根據(jù)資料記載，在 1 400 ℃時，金屬管浮子流量計(jì)的失重率能達(dá)到 70% 。

5) 實(shí)現(xiàn)對溫度的精準(zhǔn)控制，采用的方法

①校驗(yàn)熱電偶，保證使用合格熱電偶。

②金屬管浮子流量計(jì)反應(yīng)性測定裝置所用儀表必須準(zhǔn)確反映高溫爐溫度。檢測方法可采用輸入10． 756 5 mV的電壓，看儀表是否顯示 1 100 ℃，如果有誤差，調(diào)整儀表，使其顯示該溫度。否則，更換儀表使其能正確顯示測定溫度。

③在金屬管浮子流量計(jì)熱性能測定過程中，當(dāng) 儀 表 顯 示1 100 ℃并穩(wěn) 定 時，測量熱電偶的電動勢是否為10．756 5 mV，否則其控制溫度就不是 1 100 ℃，應(yīng)進(jìn)行校驗(yàn)，使其溫度與相應(yīng)的電動勢相符。

④測定高溫爐的恒溫區(qū)

每一臺高溫爐都有不同的恒溫區(qū)，要定期測量其恒溫區(qū)。在熱性能測定過程中，使試樣處在恒溫區(qū)內(nèi)，保證金屬管浮子流量計(jì)反映過程中溫度波動非常小，使測定結(jié)果更穩(wěn)定。

3 結(jié) 論

1) 在不同溫度下，金屬管浮子流量計(jì)反應(yīng)速率是不同的，并且隨著溫度的升高，反應(yīng)速度加快。

2) 與國標(biāo)控制溫度 1 100 ℃ 相比，溫度控制相差 10 ℃，對金屬管浮子流量計(jì)的反應(yīng)后強(qiáng)度影響 4% 左右，應(yīng)按國標(biāo)精準(zhǔn)控制反應(yīng)溫度。

3) 應(yīng)對儀器、儀表、熱電偶進(jìn)行檢查，保證測定溫度的準(zhǔn)確性，才能保證測定結(jié)果準(zhǔn)確。

4) 定期測定高溫爐的恒溫區(qū)，使試樣置于恒溫區(qū)內(nèi)，避免溫度的波動對測定結(jié)果的影響，上海自儀公司保證測定結(jié)果的一致性。