溫度對(duì)金屬管浮子流量計(jì)的影響

　　上海自動(dòng)化儀表有限公司通過測(cè)量金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)在不同溫度下的反應(yīng)活性和反應(yīng)后強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)了溫度對(duì)熱工性能的影響規(guī)律：“隨著溫度的升高，反應(yīng)速率逐漸加快。 "提出了精確控制測(cè)量溫度的改進(jìn)方法。

　　前言

　　在高爐冶煉過程中，金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)不僅提供熱源，還起到還原劑、支撐骨架和供碳的作用。長(zhǎng)期以來，我國(guó)一直把金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)的冷強(qiáng)度作為衡量金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)質(zhì)量好壞的主要指標(biāo)。但隨著高爐冶煉理論研究的深入，反應(yīng)性(CRI)和反應(yīng)后強(qiáng)度(CSR)更能反映金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)的內(nèi)在品質(zhì)。而且，隨著高爐的大型化，這個(gè)指標(biāo)變得越來越重要。

　　根據(jù)GB/T4000-2017，影響金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)熱性能測(cè)定的因素包括制樣、N2、CO2氣體流量和溫度等。流量采用質(zhì)量流量計(jì)控制，基本可以消除其對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響;在相同的條件和相同的標(biāo)準(zhǔn)方法下，可以消除樣品制備對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。隨著溫度的升高，金屬管浮子流量計(jì)的反應(yīng)速度加快，溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響越來越明顯。通過實(shí)驗(yàn)，探討了溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，研究了溫度的控制方法，并提供了解決方案。

　　1 實(shí)驗(yàn)部分

　　1.1 儀器設(shè)備

　　金屬管浮子流量計(jì)反應(yīng)性測(cè)定裝置;顎式破碎機(jī);電子天平，電感0.5g;標(biāo)準(zhǔn)圓孔篩，10 mm、23 mm、25 mm;鉑銠-鉑熱電偶(S型)，0.5 mm; I型滾筒，轉(zhuǎn)速20 r/min。

　　1.2 樣品制備

　　按國(guó)標(biāo)制樣方法，在萊鋼焦化廠選用20公斤粒徑不小于25mm的CDQ金屬管浮子流量計(jì)。破碎機(jī)破碎，縮小 10 kg 樣品，分別用 23 mm 和 25 mm 的標(biāo)準(zhǔn)篩篩分，并用 > 25 mm 的金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)粉碎和過篩，直到全部 < 25 mm。取篩上>23mm的金屬管轉(zhuǎn)子，棄去片狀焦和長(zhǎng)焦，人工將金屬管轉(zhuǎn)子修整成顆粒狀，混勻，將樣品放入I型轉(zhuǎn)鼓中50轉(zhuǎn)。用23mm標(biāo)準(zhǔn)篩篩分，然后在170-180℃烘箱中干燥2h，冷卻至室溫后用23mm標(biāo)準(zhǔn)篩篩分，稱取200±0.5g樣品備用。

　　2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

　　1) 溫度與電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系

　　根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，用于測(cè)量金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)熱性能的熱電偶為0.5mm S型鉑銠鉑熱電偶。測(cè)量原理是在不同的溫度下，鉑銠合金與鉑之間會(huì)產(chǎn)生一定的電動(dòng)勢(shì)，根據(jù)電動(dòng)勢(shì)的大小反映被測(cè)物體的溫度。約 1100°C。

　　由表1可知，S型熱電偶在1 100 ℃溫度下產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為10. 756 5 mV，±0. 118 mV的誤差會(huì)產(chǎn)生±10 ℃的誤差，而誤差為±0。237 mV的誤差，會(huì)有±20℃的誤差。因此，要嚴(yán)格控制溫度，就要嚴(yán)格控制儀器儀表顯示的溫度，與相應(yīng)溫度下熱電偶產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)相對(duì)應(yīng)，以保證測(cè)溫的準(zhǔn)確性。

　　2)溫度對(duì)測(cè)量金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)熱性能的影響原理

　　在高溫下，金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)與CO2的反應(yīng)是氣固反應(yīng)，反應(yīng)速率取決于化學(xué)反應(yīng)速率和氣體擴(kuò)散速率。反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型為：

　　C(s) + CO2 (g) →CO(g)

　　CO2氣體通過氣相邊界層或通過反應(yīng)物周圍的灰層擴(kuò)散到固相金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)的表面。反應(yīng)界面擴(kuò)散，反應(yīng)界面發(fā)生氣固相反應(yīng)。該反應(yīng)是吸熱的，隨著溫度的升高，隨著反應(yīng)界面的擴(kuò)大，反應(yīng)速度也相應(yīng)加快。

　　3)不同溫度下焦炭CRI和CSR的測(cè)定

　　為了探究溫度對(duì)金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)熱性能測(cè)量的影響，對(duì)同一焦炭分別在1 080 ℃、1 090 ℃、1 100 ℃和1 110 ℃進(jìn)行了測(cè)試。 CRI和CSR在1120℃相同溫度下測(cè)量。

　　由表2可以看出，金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)在1 090 ℃時(shí)的后反應(yīng)強(qiáng)度比1 100 ℃時(shí)高3.8%，比1 110 ℃時(shí)低4.1%。在1 080 ℃和1 120 ℃測(cè)得的反應(yīng)后強(qiáng)度與1 100 ℃有較大差異，不能正確反映金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)的反應(yīng)活性和反應(yīng)后強(qiáng)度。因此，在測(cè)量金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)的熱性能時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制，控制在1 100±3 ℃以內(nèi)，否則CSI和CSR的測(cè)量結(jié)果會(huì)隨著增加而發(fā)生較大變化?；驕囟冉档?。該偏差可能會(huì)影響有關(guān)單位對(duì)金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)的質(zhì)量判斷，影響高爐的穩(wěn)定性。

　　4)可樂減肥實(shí)驗(yàn)

　　在高爐下降過程中，金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)進(jìn)行干燥和加熱。 850℃前，溶解損失很小。在此溫度之后，金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)開始反應(yīng)。

　　為了更直觀地反映溫度對(duì)金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)熱性能的影響，對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了改進(jìn)，將反應(yīng)釜掛在電子秤上，通過電子秤讀出金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)的失重率。電子秤 。

　　為此，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)如下。稱取 200.0 g 金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)，加熱實(shí)驗(yàn)裝置，并在 400 °C 下通過 N2 保護(hù)。在1150℃保持1 h，以5 L/min通入CO2，讀出金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)的失重，計(jì)算失重率(表3)。

　　由上述實(shí)驗(yàn)可知，可以看出，隨著溫度的升高，金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)的失重率更高，相應(yīng)的反應(yīng)速度也更快。由于加熱爐的限制，只能達(dá)到1200℃。據(jù)資料記載，在1 400 ℃時(shí)，金屬管浮子流量計(jì)的失重率可達(dá)70%。

　　5) 為實(shí)現(xiàn)精確的溫度控制，采用的方法

　　①檢查熱電偶，確保使用合格的熱電偶。

　?、诮饘俟芨∽恿髁坑?jì)反應(yīng)性測(cè)量裝置中使用的儀表必須準(zhǔn)確反映高溫爐的溫度。檢測(cè)方法可以輸入10.756 5 mV的電壓，看儀表是否顯示1 100 ℃。如果有錯(cuò)誤，調(diào)整儀表以顯示溫度。否則，請(qǐng)更換儀表，使其能夠正確顯示測(cè)得的溫度。

　　③在測(cè)量金屬管浮子流量計(jì)熱性能的過程中，當(dāng)儀表顯示1 100 ℃且穩(wěn)定時(shí)，測(cè)量熱電偶的電動(dòng)勢(shì)是否為10.756 5 mV，否則其控制溫度不是1 100 ℃，應(yīng)檢查，使其溫度與相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)相匹配。

　?、艽_定高溫爐恒溫區(qū)

　　每個(gè)高溫爐都有不同的恒溫區(qū)，應(yīng)定期測(cè)量其恒溫區(qū)。在熱性能測(cè)量過程中，將樣品保持在恒溫區(qū)，保證金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)反射過程中溫度波動(dòng)非常小，使測(cè)量結(jié)果更加穩(wěn)定。

　　3 結(jié)論

　　1)在不同溫度下，金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)的反應(yīng)速率不同，隨著溫度的升高，反應(yīng)速率增加。

　　2)與國(guó)標(biāo)控制溫度1100℃相比，溫控相差10℃，對(duì)金屬管浮子流量計(jì)的后反應(yīng)強(qiáng)度影響約4%。反應(yīng)溫度應(yīng)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確控制。

　　3) 儀器、儀表、熱電偶應(yīng)檢查，保證測(cè)溫的準(zhǔn)確性，從而保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

　　4)定期對(duì)高溫爐恒溫區(qū)進(jìn)行測(cè)量，將樣品置于恒溫區(qū)，避免溫度波動(dòng)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。上海紫儀有限公司保證測(cè)量結(jié)果的一致性。