溫度對金屬管浮子流量計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的反應性和反應后強度的測定，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，反應速率逐漸加快。”提出了改進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的冷態(tài)強度作為衡量金屬管浮子流量計質量的主要指標，但是，隨著對高爐冶煉理論研究的深入，金屬管浮子流量計的反應性( CＲI) 和反應后強度( CSＲ) 更能反映金屬管浮子流量計的內在質量。并且，隨著高爐的大型化，這項指標越來越顯得重要。

根據 GB /T4000 － 2017，影響測定金屬管浮子流量計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，利用質量流量計控制氣體流量，可基本消除其對測定結果的影響;在相同的條件下、同樣的標準方法可以消除試樣的制備對測定結果的影響。隨著溫度的升高，金屬管浮子流量計反應速率的加快，溫度對測定結果影響越來越明顯。通過實驗，討論了溫度對測定結果的影響，并對溫度的控制方法進行了研究，提供了解決方法。

1 實驗部分

1． 1 儀器與設備

金屬管浮子流量計反應性測定裝置; 顎式破碎機; 電子天平，感量 0．5 g; 標準圓孔篩，10 mm，23 mm，25mm;鉑銠－鉑熱電偶( S 型) ，0．5 mm;I 型轉鼓，速率20 r/min。

1． 2 樣品的制備

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

2 實驗結果與討論

1) 溫度與電動勢的關系

根據國標，測定金屬管浮子流量計熱性能的熱電偶為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生一定的電動勢，根據電動勢的大小，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 型熱電偶產生的電動勢為 10． 756 5 mV，± 0． 118 mV 的誤差就會產生± 10 ℃的誤差，± 0． 237 mV 的誤差，就會產生 ± 20 ℃ 的誤差。因此，要嚴格控制溫度，就是要嚴格控制儀器儀表顯示溫度，與相應的溫度下熱電偶產生的電動勢相對應，保證測定溫度準確性。

2) 溫度對測量金屬管浮子流量計熱性能的影響原理

在高溫下，金屬管浮子流量計與 CO2 反應是氣固相反應，其反應速率取決于化學反應速率和氣體擴散速率。其反應動力學模型為:

C( s) + CO2 ( g) →CO( g)

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

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 ℃同溫度下進行 CＲI 和 CSＲ 測定。

由表 2 可以看出，1 090 ℃時金屬管浮子流量計的反應后強度與 1 100 ℃ 時高 3． 8% ，比 1 110 ℃ 時低 4．1% ，在 1 080 ℃和 1 120 ℃ 測定的反應后強度與 1 100 ℃相差更大，已不能正確反映金屬管浮子流量計的反應性和反應后強度。因此，進行金屬管浮子流量計熱性能測定時，應嚴格按照國標規(guī)定，控制在 1 100 ± 3 ℃以內，否則，隨著溫度的升高或降低，會使 CSI、CSＲ 的測定結果發(fā)生很大偏差，可能影響相關單位對金屬管浮子流量計質量判斷，影響高爐的穩(wěn)定順行。

4) 焦碳的失重實驗

金屬管浮子流量計在高爐內下降過程中，經歷干燥、升溫，在 850 ℃之前，溶損極少，在此溫度后，金屬管浮子流量計開始反應。

為了更能直觀反映溫度對金屬管浮子流量計熱性能產生的影響，將實驗裝置進行改進，將反應器掛在一臺電子秤上，通過電子秤讀出金屬管浮子流量計的失重率。

為此，設計實驗如下，稱取 200． 0 g 金屬管浮子流量計，將實驗裝置升溫，在400 ℃時通 N2 保護，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的失重，并計算出其失重率( 表 3) 。

由上面的實驗可以看出，隨著溫度的升高，金屬管浮子流量計的失重率越高，相應的反應速度更快。由于加熱爐的限制，只能做到 1 200 ℃，根據資料記載，在 1 400 ℃時，金屬管浮子流量計的失重率能達到 70% 。

5) 實現(xiàn)對溫度的精準控制，采用的方法

①校驗熱電偶，保證使用合格熱電偶。

②金屬管浮子流量計反應性測定裝置所用儀表必須準確反映高溫爐溫度。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熱性能測定過程中，當 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 ℃，應進行校驗，使其溫度與相應的電動勢相符。

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，保證金屬管浮子流量計反映過程中溫度波動非常小，使測定結果更穩(wěn)定。

3 結 論

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

2) 與國標控制溫度 1 100 ℃ 相比，溫度控制相差 10 ℃，對金屬管浮子流量計的反應后強度影響 4% 左右，應按國標精準控制反應溫度。

3) 應對儀器、儀表、熱電偶進行檢查，保證測定溫度的準確性，才能保證測定結果準確。

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