[發明專利]一種確定飛行高溫顆粒幾何尺度的裝置及方法

有效

• 申請號: 201710703789.0
• 申請日: 2017-08-16
• 公開（公告）號: CN107490532B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 張衍國;李清海
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01N15/02
• 分類號: G01N15/02;C21B3/08;C21B3/06
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 張建綱

一種確定飛行高溫顆粒幾何尺度的裝置，包括罩殼和高溫爐。高溫爐內有坩堝，坩堝下方設置坩堝噴管，坩堝底部中心有連通孔與坩堝噴管相通。坩堝噴管穿過高溫爐底部通入罩殼上部；罩殼內設置有離心轉盤，位于坩堝噴管下方。罩殼內設置分級隔板，將罩殼分隔成粒化室和顆粒觀察室；離心轉盤設置在粒化室內；分級隔板上布置有梯形篩選錐孔。坩堝底部的連通孔設置有可豎直提拉移動的錐形閥。高溫顆粒從坩堝掉落離心轉盤被甩開成顆粒流，小于篩選錐孔的顆粒進入顆粒觀察室，利用高速攝像機記錄飛行軌跡，計算時均面積和時均周長以計算定性粒徑和球形度。本發明具有非接觸式、可連續測量等優點。

技術領域

本發明涉及一種確定飛行高溫顆粒幾何尺度的裝置及方法，尤其涉及一種用于確定冶金高爐渣等高溫液體、固體顆粒飛行過程中幾何尺度及其變化的裝置和方法，屬于可視化測量領域，特別適合于冶金高爐渣余熱利用領域的余熱鍋爐傳熱計算的定性尺度的確定。

背景技術

我國的高爐冶煉過程產生的液態爐渣中帶有大量的顯熱，1t生鐵平均產出爐渣300～600kg，液態高爐渣溫度在1400℃以上，高爐爐渣熱焓約為1700MJ/t。目前普遍采用水淬的方式粒化并冷卻高溫液態高爐渣，不僅高爐渣的顯熱無法回收利用，且造成大量水資源的浪費，嚴重污染環境。

液態高爐渣熱焓高，回收利用潛力較大，所以一直備受業界人士的關注。由于高爐液體爐渣的物理性質和高爐出渣的不連續性以及要求余熱回收處理后的爐渣要具有優良的綜合利用價值和性能，導致爐渣余熱回收困難。目前正在發展一種液態高爐渣的粒化技術。爐渣粒化后，一方面要實現資源化，另一方面也要實現能源化。能源化最重要的一個途徑就是將爐渣的高溫余熱作為熱源，通過介質換熱用余熱鍋爐生產蒸汽。這就涉及余熱鍋爐內的一個傳熱問題，傳熱包括高溫輻射傳熱和對流傳熱，無論是余熱鍋爐的輻射傳熱還是對流傳熱計算，都需要熔渣顆粒的定性尺寸。而熔渣從1400℃冷卻到200℃左右，顆粒經歷了液態、冷凝態、固態等幾種形式變化，特別是在液態和冷凝態時其幾何尺度是不定形的，隨著時間和冷卻過程不斷發生變化，這就需要一種適用于余熱鍋爐傳熱計算的確定爐渣平均定性尺度的方法。

發明內容

針對現有技術存在的不足和缺陷，本發明基于可視化的高速攝像技術，提出一種確定飛行的高溫顆粒幾何尺度的裝置和方法，可以確定粒化后熔渣的平均定性尺度，為冶金粒化熔渣余熱鍋爐設計提供技術依據。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種確定飛行高溫顆粒幾何尺度的裝置，包括罩殼和設置在罩殼上方的高溫爐；所述高溫爐內部設置有坩堝，所述坩堝下方設置坩堝噴管，坩堝底部中心有連通孔與坩堝噴管相通；所述坩堝底部的連通孔設置有可豎直提拉移動的錐形閥；所述坩堝噴管穿過所述高溫爐底部通入罩殼上部；所述罩殼內部設置有離心轉盤，所述離心轉盤位于所述坩堝噴管下方，所述離心轉盤的豎直中心線與所述坩堝噴管的豎直中心線重合。

上述技術方案中，所述罩殼內設置分級隔板，所述分級隔板將罩殼分隔成水平并列布置的粒化室和顆粒觀察室；所述離心轉盤設置在粒化室內；所述分級隔板上布置有篩選錐孔。

上述技術方案中，所述粒化室頂部設置氣平衡孔，所述粒化室的遠離顆粒觀察室的側面設置人孔。所述粒化室內布置有支架，在支架上布置有電機，所述電機與所述離心轉盤通過聯軸器相連。

上述技術方案中，所述顆粒觀察室的下方設置有光源，顆粒觀察室頂部設置有攝像機，在攝像機鏡頭的下方水平布置有刻度尺，所述刻度尺通過支桿固定在所述分級隔板的側面。

上述技術方案中，所述篩選錐孔為梯形孔，梯形孔的最短邊中心孔的直徑d為1～10mm，梯形孔的梯形的倒角(即梯形邊與水平線的夾角)角度α為15～30°；所述刻度尺的分辨率為0.1mm。

一種確定飛行高溫顆粒幾何尺度的方法，其采用如上述技術方案所述的一種確定飛行高溫顆粒幾何尺度的裝置，所述方法包括：

錐形閥向下封住坩堝底部中心的連通孔；