【文章內(nèi)容簡介】 爐內(nèi)間接還原度及焦比的關(guān)系，從而能預(yù)計某礦石在高爐中所能獲得的預(yù)期效果。林德方法試驗設(shè)備由于本身存在著缺點，操作不便，目前已不用它來測定鐵礦石的還原性。第 2 章 AREM—81 型還原度電測自動裝置介紹13第 2 章 AREM—81 型還原度電測自動裝置介紹冶金工業(yè)部關(guān)于鐵礦石還原性能測定方法標(biāo)準(zhǔn)化科研項目中的還原度電測自動裝置，由北京鋼鐵學(xué)院煉鐵教研室與江蘇江陰天平儀器廠共同設(shè)計并研制成功。首批樣機(jī)已在北京鋼鐵學(xué)院投入使用多年，使用單位有邯鋼鋼研所、山東省冶金研究所、酒鋼鋼研所等。本裝置亦作了很多數(shù)據(jù)（曲線） ，使用效果良好，受到使用單位及參觀單位的好評。本裝置不但適用于測量鐵礦石的還原度，并適用于其它各礦種還原性能的測定，以及各種物料反應(yīng)過程的還原、氧化、分解、化合等性能的測定。本裝置是專門研究高低溫各種動態(tài)反應(yīng)過程的重量變化，為連續(xù)變化的物料進(jìn)行精密連續(xù)動態(tài)稱量，測出不同時間的還原或氧化度的累計數(shù)。經(jīng)本裝置內(nèi)部的運算器及給定器，最后自動記錄畫出所要求的函數(shù)關(guān)系曲線，但是此裝置對于現(xiàn)代高科技的需求還是比較落后的，由此設(shè)計出了用電腦控制的界面，電腦自動記錄數(shù)據(jù)并繪制曲線。 AREM—81 裝置的工作原理測量內(nèi)容為鐵礦石在不同時間的還原度。還原度= %?試 樣 內(nèi) 含 氧 量 （ 克 ）計 （ 克 ）該 時 間 試 樣 還 原 減 重 累本裝置自動檢測部分包括電子天平，給定器及除法器電路。由電子天平自動連續(xù)稱量出試樣減重累計數(shù)，給定器電路對該試樣含氧量（為已知）進(jìn)行給定。將這個信息輸入到裝置內(nèi)部，由除法器電路來連續(xù)自動完成還原度的計算，其每秒連續(xù)計算的結(jié)果（電訊號）去驅(qū)動記錄筆橫向走動進(jìn)行畫線，記錄紙作豎向等速移動，便能自動連續(xù)畫出還原度—時間的函數(shù)曲線。河北聯(lián)合大學(xué)電氣工程學(xué)院14圖 211 還原度電測自動裝置原理圖試樣重為 500 克（JIS 標(biāo)準(zhǔn)） 。還原反應(yīng)管重約 4kg，而 500 克試樣含氧量在 70—140 克范圍。自動電子天平為無刀式天平。在進(jìn)行連續(xù)動態(tài)稱量時不用加減砝碼，是由專門研制的高靈敏微感量傳感器來進(jìn)行稱量。傳感器安裝在天平橫梁中心，天平兩臂重物相等時，橫梁平衡，傳感器無應(yīng)變，電訊號輸出為零。當(dāng)天平某一端重物發(fā)生變化時，橫梁失去平衡，傳感器產(chǎn)生微應(yīng)變，便有相應(yīng)的電訊號輸出，并經(jīng)過給定器及運算器由自動平衡記錄儀加以顯示記錄，圖 211。 AREM—81 型裝置的用途本裝置適用于鐵礦石還原度自動測量，是一種減重的動態(tài)稱量及運算。本裝置還適用于下列用途：各種礦物還原度自動測量，減重過程；各種高低溫反應(yīng)的物質(zhì)分解，減重過程；不同條件下的氧化反應(yīng)性能，增重過程；各類化學(xué)反應(yīng)的化合速度，增重過程；不同用途的動態(tài)連續(xù)稱量。本裝置尚有不同的系列，各種量程。 AREM—81 型裝置的結(jié)構(gòu)和流程示意圖 212：第 2 章 AREM—81 型還原度電測自動裝置介紹15 圖 212 流程示意圖1 空壓機(jī) 2 轉(zhuǎn)化爐 3 流量計 4 清洗塔 5 還原爐 6 電子天平 7 電測裝置 8 平衡記錄儀 9 溫控電源1．空壓機(jī)：向煤氣發(fā)生爐供給煤氣。2．轉(zhuǎn)化爐：空氣與木炭發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生 CO。3．流量計：指示、調(diào)節(jié)還原氣體流量。4．清洗塔：吸收雜質(zhì)氣體。5．還原爐：加熱試樣。6．電子天平：稱量還原過程失氧量。7．電測裝置：8．平衡記錄儀：記錄還原度和繪制時間—還原度曲線。9．溫控電源：控制爐溫。河北聯(lián)合大學(xué)電氣工程學(xué)院16第 3 章 鐵礦石還原性能測定儀的設(shè)計17第 3 章 鐵礦石還原性能測定儀的設(shè)計 測定過程中的定義和基本定理 定義1． 還原性：用氣體從礦石排出鐵氧化物中氧的難易程度的一種量度。2． 還原度（Rt）：以三價鐵狀態(tài)為基準(zhǔn)（即假定鐵礦石中的鐵全部以Fe O 形式存在，即把這些 Fe O 中的氧算作 100%） ，還原一定時間23 23后所達(dá)到的脫氧程度，以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示。3． 還原度指數(shù)（RI）：以三價鐵狀態(tài)為基準(zhǔn)，還原 3 小時后所達(dá)到的還原度，以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示。4． 還原速率：以一分鐘為時間單位，以三價鐵為基準(zhǔn)，鐵礦石在還原過程中單位時間內(nèi)還原度的變化值，以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)/分鐘表示。5． 原速率指數(shù)（RVI）：以三價鐵狀態(tài)為基準(zhǔn)，當(dāng)原子比 O/Fe 為 時的還原速率，以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)/分鐘表示。 基本定理鐵礦石中的氧化物可同時表示為：Fe O 。鐵氧化物在 900 C 時與還原煤xy。氣中 CO 發(fā)生反應(yīng)，可用下式表示：Fe O + CO = Fe O + COxyx1?y上式中鐵氧化物中的氧與 CO 結(jié)合為 CO ，生成的 CO 脫離鐵礦石，隨著廢22氣溢出容器，使得鐵氧化物中的氧逐漸減少。鐵礦石中雖然存在較多的其它非鐵氧化物，如：CaO、MgO、SiO 、AL O 等，但是 900 C 時這些氧化物中的氧23。是不能被還原的，這樣就使得實驗過程中失去的氧只能是鐵氧化物中的氧，市區(qū)的氧量就等于還原過程的減重。還原煤氣中的雜質(zhì)成分，如：H 、O 、H O22等對鐵氧化物還原影響大，為保證實驗精度，這些成分的含量雖不易降為零，但也要嚴(yán)格控制在要求一下。這樣，就保證了還原過程的減重等于鐵氧化物的失氧量。鐵礦石容易還原失氧量就多，鐵礦石難還原失氧量就少。根據(jù)失氧量河北聯(lián)合大學(xué)電氣工程學(xué)院18的數(shù)值和前述有關(guān)定義，經(jīng)過計算，就可定量描述鐵礦石的還原性能。 本標(biāo)準(zhǔn)所用的氣體體積和流量采用標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（(0℃和一個大氣壓）下的體積和流量。注：一個大氣壓＝0. 101 325MPa CO 30％士 % (V/V) NZ 70％士 (V/V) 還原氣體中的雜質(zhì)含量不得超過： HZ % (V/V) CO, (V/V) OZ ％(V/V) HZO 0. 2％(V/V) 在整個試驗期間，還原氣體的標(biāo)態(tài)流量保持 15 士 1L/min, 試樣在 900℃的溫度下還原，在整個試驗期間保持在 900 士 10℃之間。 測定過程的主要技術(shù)參數(shù)及結(jié)果表示 儀器的主要技術(shù)參數(shù) %； 5kg； 250 毫克； 200 毫米；：計算機(jī)自動記錄繪畫出還原度—時間函數(shù)曲線；：采用空氣及木炭發(fā)生還原性氣體，附有轉(zhuǎn)化爐及空氣壓縮機(jī)；第 3 章 鐵礦石還原性能測定儀的設(shè)計1采用有機(jī)玻璃結(jié)構(gòu)，防爆防碎；：還原反應(yīng)管采用耐高溫不銹鋼，JIS 標(biāo)準(zhǔn)。 還原度的計算用下列公式計算時間 t 時的還原度 Rt，計算還原度指數(shù)（RI）時，t 為 3h,以三價鐵狀態(tài)為基準(zhǔn)，用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示:式中：m —試樣的質(zhì)量，g；0 m —還原開始前試樣的質(zhì)量，g；1 m —還原 t 分鐘后試樣質(zhì)量，g；t W —試驗前試樣種 FeO 的含量，%；1 W —試驗前試樣的全鐵含量，%。2 還原速率指數(shù)的計算從還原曲線讀出（或還原過程中記錄下來）還原度到達(dá) 30%和 60%是相對應(yīng)的時間（min） 。還原速率指數(shù)（RVI） ，用原子比 O/Fe 為 時的還原速率表示，單位為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)/分鐘，由下列公式計算： 式中：t —還原度達(dá)到 30%時的時間，min；30 t —還原度達(dá)到 60%時的時間，min；6 —常數(shù)。在某種情況下試驗達(dá)不到 60%的還原度，此時下列公式適用于較低的還原度：河北聯(lián)合大學(xué)電氣工程學(xué)院20式中：t —還原度達(dá)到 y%時的時間，min；Y K—取決于 y%的常數(shù)； y=55%時，K= y=50%時，K= O/Fe = ，相當(dāng)于還原度為 40%。 測定儀數(shù)據(jù)采集器的電路組成測定儀數(shù)據(jù)采集器的測量電路主要由放大電路、恒流源電路、恒壓源電路、微感量傳感器電橋、零位調(diào)整電路、串行通信端口（RS232） ，4017A/D 轉(zhuǎn)換器及有關(guān)阻容元件組成。 測量放大器部分在許多需要 A/D 轉(zhuǎn)換和數(shù)字采集的單片機(jī)系統(tǒng)中，很多情況下，傳感器輸出的模擬信號都很微弱，必須通過一個模擬放大器對其進(jìn)行一定倍數(shù)的放大，才能滿足 A/D 轉(zhuǎn)換器對輸入信號電平的要求，這種情況下，就必須選擇一種符合要求的放大器。儀表器的選型很多，我們這里介紹一種用途非常廣泛的儀表放大器，其實就是典型的差動放大器。它只需三個廉價的普通運算放大器和幾只電阻器，即可構(gòu)成性能優(yōu)越的儀表用放大器。廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動控制、儀器儀表、電氣測量、醫(yī)療器械及其它數(shù)字采集的系統(tǒng)中。電路圖參見圖 1。電路原理并不復(fù)雜。要使電路滿足平衡，則R1=RR3=RR5=R6，因為每個運放的特性不可能完全一致，在 A1+和 A2 的PinPin8 我們增設(shè)了調(diào)零電位器 VR1 和 VR2，這在實際的應(yīng)用中是非常有用的。我們假設(shè) AA2 的失配、失調(diào)電壓和電流均為零的情況下，其差模電壓增益為：第 3 章 鐵礦石還原性能測定儀的設(shè)計21整個電路采用正負(fù)兩組電源供電，這樣可對正或負(fù)輸入電壓進(jìn)行放大。電源電壓一般可取177。5—177。15V，但對其穩(wěn)定度有一定的要求。圖 331 中的電容C 用于除抖動和抗干擾，其取值應(yīng)以實際的用途，根據(jù)放大的信號特性決定?？蛇x用的運算放大器相當(dāng)多，如 OP07，OP725，如果要求不高，甚至可選價廉的 uA741 等通用運算放大器。以下是放大器電路圖：圖 332。圖 332 放大器電路圖芯片簡介：OP07 741 超低失調(diào)電壓運算放大器產(chǎn)品特點及用途：本產(chǎn)品的輸入失調(diào)電壓為 10μν(A 級)，輸入失調(diào)電流為 (A 級)，輸圖 331 差動儀表放大器河北聯(lián)合大學(xué)電氣工程學(xué)院22入偏置電流為 （A 級） ，共模輸入阻抗為 200Ω，頻帶寬度為 ，?輸入阻抗為 60Ω，功率為 75MW，可應(yīng)用于精密儀器放大器、傳感放大器、熱偶放大器、精密測量系統(tǒng)、橋式放大器、醫(yī)療器械設(shè)備、自動控制系統(tǒng)、波形發(fā)生或變換等領(lǐng)域中。工作環(huán)境溫度范圍：OP07/07A 55—125 C。 OP07E/C/D 0—70 C。電源電壓： V2?內(nèi)部功耗：500MW差模輸入電壓范圍： 30共模輸入電壓范圍： 22V?引線耐旱溫度（60S）：300 C。引出端排列（DIP 型、TO99 型封裝） 低功耗精密運算放大器產(chǎn)品特點及用途：內(nèi)接頻率補(bǔ)償短路保護(hù)電路，功耗為 50Mw，開環(huán)電壓增益為 200V/mV,輸出阻抗為 75Ω。輸入失調(diào)電流為 20nA，輸入偏置電流為 80nA，輸出短路電流為20mA，可應(yīng)用于儀器放大器、傳感放大器、熱偶放大器、精密測量系統(tǒng)、橋?式放大器、有源濾波器、自動控制系統(tǒng)、波形發(fā)生或變換等領(lǐng)域中。工作環(huán)境溫度范圍：741 55—125 C。 741C 0—70 C。電源電壓： 18V (741C)? 22V (741)差模輸入電壓范圍： V30共模輸入電壓范圍： 15V輸入短路極限：對地連接引線耐旱溫度（10S）：300 C。引出端排列（DIP 型封裝） 恒流源部分第 3 章 鐵礦石還原性能測定儀的設(shè)計23恒流源是輸出電流保持恒定的電流源，而理想的恒流源應(yīng)該具有以下特點：　　不因負(fù)載(輸出電壓)變化而改變；　　不因環(huán)境溫度變化而改變；　　內(nèi)阻為無限大（以使其電流可以全部流出到外面） ；　　能夠提供恒定電流的電路即為恒流源電路，又稱為電流反射鏡電路。為了使運算放大器輸入級電路（即差動放大器）的共模增益變小，必須使接在差動放大器發(fā)射極的電阻變大。但這樣做會使差動增益發(fā)生變化，所以一般用恒流源取代電阻。要制作穩(wěn)定性好的差動放大器就必須要有穩(wěn)定性好的恒流源。恒流源電路優(yōu)點：低的直流內(nèi)阻，高的動態(tài)內(nèi)阻。設(shè)計電路圖如圖 333 所示。圖 333 恒流源電路 整體電路電源部分整個設(shè)計的電源部分的設(shè)計，我們采用了常用恒壓源的設(shè)計方案，即有以下四部分組成，如圖 334：圖 334 恒流源設(shè)計方案河北聯(lián)合大學(xué)電氣工程學(xué)院24以下是有關(guān)穩(wěn)壓電路介紹：由于交流電網(wǎng)電壓的變化或負(fù)載的變化引起整流電路內(nèi)阻上壓降的變化，或溫度變化引起電路參數(shù)的變化，均會導(dǎo)致整流濾波電路 輸出直流電壓的變化。因此，為了使負(fù)載得到穩(wěn)定的直流電壓，必須在整流濾波電路之后接入穩(wěn)壓電路。對穩(wěn)壓電路而言，當(dāng)輸入直流電壓 V輸出電流和環(huán)境溫度等因素的變化時，會引起輸出端直流電壓產(chǎn)生一定的變動。為了反映上述因素與 Vo 之間的關(guān)系，可寫成如下函數(shù)關(guān)系表達(dá)式：　　　　　　　　 　Vo=f(V1,Io,T)因而 Vo 的變化量可表示為　　　　　　 △Vo=Sv△V1+Ro△Io+St△T式中，Sv、Ro、St 均為穩(wěn)壓電路的質(zhì)量指標(biāo)參數(shù)，下面分別說明。輸入調(diào)整因數(shù) Sv 表征輸入電壓變化對輸出電壓的影響，其定義為：Sv=△Vo/△V1其中：△Io=0，△T=0，實際中常用輸出電壓與輸入電壓相對變化值之比來表征穩(wěn)壓性能，稱為穩(wěn)壓系數(shù)，以 Sv 表示，即：Sv=(△Vo/Vo)/(△V1/V1)輸出電阻 Ro：穩(wěn)壓電路