本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于研究粉礦在運動中發(fā)生反應(yīng)的實驗方法。

背景技術(shù)：

由于大部分鐵礦石具有天然的易碎性，所以鐵礦石在開采、破碎和篩分過程中往往會產(chǎn)生大量的粉礦，因此，全球的鐵礦石中，粉礦所占的比例很大。另外，對于一些品位較低的鐵礦石，在冶煉過程中，也會被首先制成粉礦。例如，在中國、北美和俄羅斯發(fā)現(xiàn)的一些低品位鐵礦石，需要首先被破碎成細小粉末，然后再經(jīng)過選礦工藝得到品位水平可接受的精礦顆粒，所得到的精礦顆粒尺寸一般小于0.15mm。

傳統(tǒng)的煉鐵工藝中，粉礦需要經(jīng)過燒結(jié)或球團化加工成大尺寸團礦，再作為煉鐵原料，其生產(chǎn)流程長、投資大，并且不可避免的帶來了較嚴重的環(huán)境污染。

因此，應(yīng)用粉礦的煉鐵技術(shù)不斷出現(xiàn)；二十一世紀的今天，粉礦在高爐和非高爐煉鐵中的應(yīng)用都有了一定的進展，如高爐的風(fēng)口噴吹技術(shù)、HIsarna工藝、FINEX工藝等；但總體來說，直接使用粉礦進行煉鐵在鋼鐵行業(yè)中的發(fā)展還處于初級階段；同時，針對粉礦應(yīng)用技術(shù)的實驗室研究也尚未成熟。

對于鐵粉礦實驗室研究來說，難點在于如何避免高溫下熔融粉礦顆粒之間發(fā)生的粘結(jié)現(xiàn)象。在過去的幾十年中，國內(nèi)外研究粉礦還原的實驗室方法主要有三種：熱重分析法、實驗室規(guī)模的流化床法和管式滴落爐法(或稱氣力輸送法)。其中，前兩種方法都無法避免粉礦顆粒在高溫下發(fā)生粘結(jié)現(xiàn)象，而管式滴落爐法以少量粉礦飛行通過恒溫區(qū)的方式避免了熔融的粉礦顆粒之間相互粘結(jié)。但管式滴落的應(yīng)用同時帶來了另一個問題：如何得到一個溫差小的恒溫區(qū)。

為了得到物質(zhì)有關(guān)熱現(xiàn)象的動力學(xué)數(shù)據(jù)，鐵礦石還原反應(yīng)的動力學(xué)研究通常采用的都是等溫法，即樣品在指定條件下恒溫受熱，獲得轉(zhuǎn)化率對溫度的曲線，進而采用相同的步驟在不同溫度下獲得一系列轉(zhuǎn)化率對溫度的曲線，通過這些曲線和等溫法的動力學(xué)公式最終計算得到各動力學(xué)參數(shù)。等溫法在方法上比較成熟，其結(jié)果的可靠性更高。在沒有附加冷卻設(shè)備的情況下，恒溫區(qū)在爐內(nèi)的位置和長度由電熱體各部分尺寸、爐子的工作溫度和爐管內(nèi)兩端的保溫條件決定，除此之外，還要根據(jù)具體實驗對溫度誤差的要求來確定，前人研究中通常取±5℃、±10℃，少數(shù)情況取到±50℃。

管式滴落爐的主體是一個管式豎爐，還包括加料系統(tǒng)和接料系統(tǒng)，粉礦從爐頂?shù)募恿舷到y(tǒng)加入，在爐子底部的接料系統(tǒng)中收集并被取出；目前，主要存在兩種管式滴落爐，一種反應(yīng)區(qū)域為從爐頂?shù)綘t底的整個反應(yīng)爐管；一種在管式豎爐頂部的加料系統(tǒng)中和底部的接料系統(tǒng)中分別安裝了水冷的加料管和水冷+氣冷的接料管，加料管和接料管分別從爐子頂部和底部伸入爐內(nèi)直至恒溫區(qū)的上邊界和下邊界，氣體出口位于接料器上，接料器位于水冷+氣冷接料管的下方且與其連接；水冷加料管只需避免粉礦顆粒與氣體在恒溫區(qū)以上的非等溫區(qū)發(fā)生反應(yīng)，因此水冷加料管的內(nèi)徑可以非常細，一般小于1cm，其外徑一般為2～3cm；水冷+氣冷接料管的作用有兩個：一是避免粉礦與反應(yīng)氣體在恒溫區(qū)以下的非等溫區(qū)發(fā)生反應(yīng)，二是增大樣品的收集率，為了增大樣品收集率其內(nèi)徑一般大于2cm，為了確保接料管內(nèi)的冷卻效果，增加了氣體冷卻部分，因此水冷+氣冷接料管的外徑一般4～6cm。前一種管式滴落爐，由于爐內(nèi)恒溫區(qū)以上和恒溫區(qū)以下的部分溫度相對低且溫差大，因此對等溫法研究結(jié)果的影響較大；后一種雖然采用了水冷加料管和水冷+氣冷接料管避免了粉礦在爐內(nèi)兩端溫度不均勻區(qū)域發(fā)生反應(yīng)，但是水冷設(shè)備卻帶走了爐內(nèi)大量的熱量，尤其由于水冷+氣冷接料管的冷卻強度大，靠近水冷+氣冷接料管上端的區(qū)域較不采用水冷+氣冷接料管時的溫度低很多，因此，此套設(shè)備內(nèi)的恒溫區(qū)仍然存在非常大的溫差，對實驗結(jié)果的準確性具有較大的影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，本發(fā)明提供一種用于研究粉礦在運動中發(fā)生反應(yīng)的試驗方法，其可以獲得溫差更小的恒溫區(qū)。

(二)技術(shù)方案

為了達到上述目的，本發(fā)明采用的主要技術(shù)方案包括：

一種用于研究粉礦在運動中發(fā)生反應(yīng)的試驗方法，其包括如下步驟：

S2、根據(jù)需要調(diào)節(jié)加料管的出料口和/或接料管的接料口在反應(yīng)爐管中的位置來設(shè)定恒溫區(qū)的溫度、長度和/或溫度誤差；

S4、讓粉礦在恒溫區(qū)內(nèi)進行反應(yīng)。

借此，可以根據(jù)需要(恒溫區(qū)的溫度、長度和溫度誤差)選擇恒溫區(qū)，讓粉礦在最適合的恒溫區(qū)內(nèi)反應(yīng)，既可以適用于更多試驗場合，還可以得到溫差小的恒溫區(qū)，有利于提高試驗(如等溫實驗)的準確性。

本發(fā)明一個實施例的用于研究粉礦在運動中發(fā)生反應(yīng)的試驗方法，其步驟S2之前還包括步驟S1：

S1、通過調(diào)節(jié)加料管的出料口與接料管的接料口在反應(yīng)爐管中的位置，獲得若干準恒溫區(qū)的溫度分布，再根據(jù)實驗需求選取恒溫區(qū)，以及恒溫區(qū)所對應(yīng)的加料管的出料口和接料管的接料口的位置。

本發(fā)明一個實施例的用于研究粉礦在運動中發(fā)生反應(yīng)的試驗方法，其步驟S1中獲得若干準恒溫區(qū)的溫度分布的方式包括：

通過調(diào)節(jié)加料管的出料口和/或接料管的接料口的位置，選作若干個準恒溫區(qū)，在各個準恒溫區(qū)所對應(yīng)的出料口和接料口之間選定若干溫度檢測位置，并分別檢測各個準恒溫區(qū)中的溫度檢測位置的溫度得到各個準恒溫區(qū)的溫度分布。

本發(fā)明一個實施例的用于研究粉礦在運動中發(fā)生反應(yīng)的試驗方法，其步驟S1中包括如下步驟：

S11、通過調(diào)節(jié)加料管和接料管在反應(yīng)爐管內(nèi)的位置，設(shè)定恒溫區(qū)的長度及位置，然后將加料管固定，將熱電偶從溫度檢測口插入反應(yīng)爐管內(nèi)，直至與加料管底端等高；

S12、對第一水冷法蘭、第二水冷法蘭、第三水冷法蘭、接料管托架、接料器和加料管進行冷卻，在試驗裝置中形成惰性氣體保護環(huán)境(優(yōu)選為，通過氣體入口和惰性氣體進口向反應(yīng)爐管內(nèi)連續(xù)通入惰性氣體，并且惰性氣體從氣體出口排出)，設(shè)定管式豎爐的工作溫度和升溫速度，對管式豎爐通電來加熱反應(yīng)爐管，使得管式豎爐溫度升高到設(shè)定的工作溫度；

S13、讀取熱電偶測得的溫度數(shù)值，當讀數(shù)穩(wěn)定時，記錄溫度t₁，將熱電偶降低預(yù)定高度h₁(優(yōu)選為0.5～1cm)，當讀數(shù)再次穩(wěn)定時，再次記錄溫度t₂；

S14、重復(fù)步驟S13，逐次按相同高度h₁降低熱電偶在管式豎爐內(nèi)的高度，分別記錄各點溫度t_n，直至熱電偶底端與接料管頂端等高，記錄最后一個溫度，得到一個準恒溫區(qū)內(nèi)的溫度分布，從而獲得此準恒溫區(qū)的溫度、準恒溫區(qū)溫度的誤差，和對應(yīng)的加料管與接料管在管式豎爐內(nèi)的位置；

S15、調(diào)節(jié)加料管和接料管在反應(yīng)爐管內(nèi)的位置，使恒溫區(qū)自身的長度固定不變的同時，恒溫區(qū)在反應(yīng)爐管內(nèi)的高度降低或升高預(yù)定高度h₁(優(yōu)選為0.5～1cm)，調(diào)節(jié)熱電偶的高度至與加料管底端等高，然后重復(fù)步驟S13和S14，獲得第二個準恒溫區(qū)內(nèi)的溫度分布，從而獲得第二個準恒溫區(qū)溫度、準恒溫區(qū)溫度的誤差，和對應(yīng)的加料管與接料管在管式豎爐內(nèi)的位置；

S16、重復(fù)步驟S15，通過改變恒溫區(qū)的位置，獲得多個準恒溫區(qū)內(nèi)的溫度分布，并確定對應(yīng)的加料管和接料管所在的位置。

其中，步驟S16之后，可以將各個準恒溫區(qū)與所需要的恒溫區(qū)進行對比，選定符合要求的準恒溫區(qū)作為恒溫區(qū)，此時選定的恒溫區(qū)可能會有多個。

本發(fā)明一個實施例的用于研究粉礦在運動中發(fā)生反應(yīng)的試驗方法，其中，步驟S16之后還包括步驟S17：

S17、將步驟S16中獲得的各個準恒溫區(qū)進行對比，選擇溫度誤差最小的準恒溫區(qū)作為恒溫區(qū)，并確定對應(yīng)的加料管和接料管所在的位置。

本發(fā)明一個實施例的用于研究粉礦在運動中發(fā)生反應(yīng)的試驗方法，其中，通過接料器底部設(shè)置的升降機調(diào)節(jié)接料器的高度，進而調(diào)節(jié)接料管在反應(yīng)爐管中的高度。借此，使得接料管在反應(yīng)爐管內(nèi)的位置可調(diào)，特別是可在工作溫度下執(zhí)行調(diào)整接料管位置的操作。

本發(fā)明一個實施例的用于研究粉礦在運動中發(fā)生反應(yīng)的試驗方法，其還包括步驟S3：

S3、制造恒溫區(qū)的反應(yīng)氣體環(huán)境和接料管與接料器內(nèi)對反應(yīng)后的粉礦進行惰性氣體保護的惰性氣體保護環(huán)境。借此，使得粉礦顆粒進入恒溫區(qū)與反應(yīng)氣體發(fā)生反應(yīng)、進入惰性氣體保護環(huán)境后反應(yīng)完全終止，防止了粉礦在反應(yīng)爐管內(nèi)的低溫區(qū)域發(fā)生反應(yīng)。

本發(fā)明一個實施例的用于研究粉礦在運動中發(fā)生反應(yīng)的試驗方法，其步驟S3是在步驟S4之前進行的，其包括如下步驟：

S31、按照步驟S2所確定的恒溫區(qū)設(shè)置加料管和接料管的位置，對第一水冷法蘭、第二水冷法蘭、第三水冷法蘭、接料管托架、接料器和加料管進行冷卻，設(shè)定管式豎爐的工作溫度和升溫速度，對管式豎爐通電加熱反應(yīng)爐管，通過氣體入口和惰性氣體進口向反應(yīng)爐管內(nèi)連續(xù)通入惰性氣體，并且惰性氣體從氣體出口排出；

S32、當管式豎爐達到工作溫度時，惰性氣體進口保持通入惰性氣體，通過氣體入口和加料管向反應(yīng)爐管內(nèi)通入反應(yīng)氣體，通過加料管進入反應(yīng)爐管內(nèi)的反應(yīng)氣體是用于攜帶粉礦顆粒的載氣，但此時只通載氣不加入粉礦，等待一段時間，將反應(yīng)爐管內(nèi)接料管以上空間的惰性氣體排盡；當氣體出口的氣體成分穩(wěn)定時，證明反應(yīng)爐管內(nèi)接料管以上空間的惰性氣體排出完畢。

本發(fā)明一個實施例的用于研究粉礦在運動中發(fā)生反應(yīng)的試驗方法，其步驟S4中包括使粉礦飛行通過恒溫區(qū)發(fā)生反應(yīng)，并對反應(yīng)后的粉礦進行惰性氣體保護。借此，礦粉顆粒進入惰性氣體保護氛圍后反應(yīng)完全終止，防止了粉礦在反應(yīng)爐管內(nèi)的低溫區(qū)域發(fā)生反應(yīng)。

本發(fā)明一個實施例的用于研究粉礦在運動中發(fā)生反應(yīng)的試驗方法，其步驟S4包括如下步驟：

S41、開啟加料裝置，使粉礦隨載氣通過加料管進入到反應(yīng)爐管內(nèi)的恒溫區(qū)，粉礦在恒溫區(qū)內(nèi)飛行并與反應(yīng)氣體發(fā)生反應(yīng)，然后進入充滿惰性氣體的接料管，再進入接料腔內(nèi)，最后進入盛料槽；

S42、當接料槽內(nèi)收集足夠的反應(yīng)后物料時，停止通入粉礦和載氣，通過氣體入口通入惰性氣體，將反應(yīng)氣體排盡。

本發(fā)明一個實施例的用于研究粉礦在運動中發(fā)生反應(yīng)的試驗方法，其步驟S4中還包括步驟：

S43、步驟S42之后，將另一個空的盛料器從接料器下半段中盛有反應(yīng)后物料的盛料器的對面推入接料器中，并將盛有反應(yīng)后物料的盛料器推出。

本發(fā)明一個實施例的用于研究粉礦在運動中發(fā)生反應(yīng)的試驗方法，其步驟S41中，粉礦在恒溫區(qū)內(nèi)的停留時間，取決于恒溫區(qū)的高度以及粉礦在恒溫區(qū)內(nèi)的飛行速度，因此可以通過改變恒溫區(qū)高度或爐內(nèi)氣體流速來改變粉礦的停留時間。

本發(fā)明一個實施例的用于研究粉礦在運動中發(fā)生反應(yīng)的試驗方法，其步驟S42中，通過接料器側(cè)壁上設(shè)置的可視玻璃窗觀察接料器內(nèi)反應(yīng)后物料的收集情況。

本發(fā)明一個實施例的用于研究粉礦在運動中發(fā)生反應(yīng)的試驗方法，其中，管式豎爐定義有4個特征溫度，即工作溫度WT、恒溫區(qū)最高溫度HT、恒溫區(qū)最低溫度LT以及恒溫區(qū)溫度FT；工作溫度WT即管式豎爐程序設(shè)定加熱到的最終溫度，不能超過管式豎爐可加熱到的最高溫度值；恒溫區(qū)最高溫度HT為管式豎爐達到設(shè)定的工作溫度WT后，測得的恒溫區(qū)內(nèi)的最高溫度；恒溫區(qū)最低溫度LT為管式豎爐達到設(shè)定的工作溫度WT后，測得的恒溫區(qū)內(nèi)的最低溫度，恒溫區(qū)最低溫度LT以加料管底端的溫度為準，即接料管的設(shè)定位置要保證接料管頂端處的溫度大于等于加料管底端的溫度；恒溫區(qū)最高溫度HT與恒溫區(qū)最低溫度LT的差值需根據(jù)具體實驗要求來確定，其范圍一般控制在10～200℃；恒溫區(qū)溫度FT的計算公式為：恒溫區(qū)最高溫度HT與恒溫區(qū)最低溫度LT之和，再除以2，即：FT＝(HT+LT)/2；恒溫區(qū)溫度FT的誤差通常表示為：±(HT-LT)/2。

(三)有益效果

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明的粉礦反應(yīng)均在恒溫區(qū)進行，使得等溫實驗結(jié)果更準確，進一步的，還可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)恒溫區(qū)的長度，使得可以適用于更多試驗場合，更進一步的，由于恒溫區(qū)的位置可調(diào)，使得可以在相應(yīng)工作溫度下，通過調(diào)節(jié)恒溫區(qū)的位置來選擇溫度誤差最小的恒溫區(qū)，因此，使得恒溫區(qū)的溫差更小，尤其是，可以在同一臺試驗裝置中的多個不同工作溫度下均得到溫差最小的恒溫區(qū)，有利于保證試驗結(jié)果的準確性。

本發(fā)明采用了惰性氣體(如氮氣)保護接料管，并且設(shè)置了接料管托架和惰性氣體保護的接料器，具有以下幾個優(yōu)點：一是惰性氣體保護的接料管伸入反應(yīng)爐管中的長度占據(jù)了恒溫區(qū)以下的整個溫度不均勻的區(qū)域，顆粒進入充滿惰性氣體的接料管后反應(yīng)完全終止，防止了粉礦在爐內(nèi)的低溫區(qū)域發(fā)生反應(yīng)；二是惰性氣體保護的接料管采用耐火材料(如氧化鋁)制成，無需冷卻，相比現(xiàn)有的水冷+氣冷接料管帶走的熱量更少，不僅降低了管式豎爐的負荷，而且對爐內(nèi)的溫度分布幾乎不產(chǎn)生影響，進一步減小了恒溫區(qū)的溫差；三是本發(fā)明中惰性氣體保護的接料管由于取消了現(xiàn)有水冷+氣冷接料管的水冷+氣冷夾套，在外徑不變的條件下，其內(nèi)徑可比現(xiàn)有技術(shù)中水冷+氣冷接料管的內(nèi)徑大，并且在無水冷+氣冷夾套的情況下，因為消除了接料管與反應(yīng)爐管之間的巨大溫差，使得接料管與反應(yīng)爐管之間的間距可以縮小(即接料管的外徑也可增大)，而不必擔心現(xiàn)有的水冷+氣冷構(gòu)成的冷卻系統(tǒng)因過于靠近反應(yīng)爐管而導(dǎo)致反應(yīng)爐管發(fā)生熱震斷裂現(xiàn)象，所以，相比現(xiàn)有技術(shù)接料管內(nèi)徑外徑均能增大，提高了對粉礦的收集率，與現(xiàn)有的水冷+氣冷接料管相比，收集率可提高20～30％；四是，采用接料管托架使得接料管在爐內(nèi)的位置可調(diào)，并且可在工作溫度下操作；此外，接料管下端連接的接料器操作靈活，便于觀察、清理，粉礦落入接料槽內(nèi)即被水冷系統(tǒng)迅速冷卻。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的研究粉礦在運動中發(fā)生反應(yīng)的實驗方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明的研究粉礦在運動中發(fā)生反應(yīng)的實驗裝置剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖2中的接料器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為圖2中的盛料器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為圖2中的局部結(jié)構(gòu)示意圖(僅示出接料管托架和第三水冷法蘭)；

圖6為本發(fā)明實施例1與現(xiàn)有技術(shù)恒溫區(qū)的溫度分布曲線對比圖(其中，■為無加料管和接料管時，恒溫區(qū)的溫度分布，即對比例1；○為采用水冷加料管和水冷接料管時，恒溫區(qū)的溫度分布，即對比例2；△為本發(fā)明采用水冷加料管和充滿惰性氣體的接料管時，恒溫區(qū)的溫度分布，即實施例1)；

圖7為本發(fā)明另四個實施例恒溫區(qū)的溫度分布曲線示意圖(其中，■為工作溫度1400℃，溫度誤差±19℃，長度50cm的恒溫區(qū)；○為工作溫度1500℃，溫度誤差±19℃，長度50cm的恒溫區(qū)；▽為工作溫度1600℃，溫度誤差±19℃，長度50cm的恒溫區(qū)，以及工作溫度1600℃，溫度誤差±5℃，長度33cm的恒溫區(qū))。

【附圖標記說明】

1：管式豎爐；2：反應(yīng)爐管；3：加料管；4：整流器；5：接料管；6：接料器；7：第一水冷法蘭；8：第二水冷法蘭；9：出氣法蘭；10：第三水冷法蘭；11：氣體入口；12：加料管插入口；13：溫度檢測口；14：恒溫區(qū)；15：接料管托架；16：氣體出口；17：接料器上半段；18：接料器下半段；19：進料管；20：惰性氣體進口；21：冷卻水腔；22：盛料器；23：盛料槽；24：可視玻璃窗；25：升降機；26：第四水冷法蘭；27：直管；28：環(huán)形凹槽；29：爐蓋；30：取放槽。

具體實施方式

為了更好的解釋本發(fā)明，以便于理解，下面結(jié)合附圖，通過具體實施方式，對本發(fā)明作詳細描述。

參見圖1，本發(fā)明一個實施例的研究粉礦在運動中發(fā)生反應(yīng)的實驗方法，其包括如下步驟：

S2、根據(jù)需要調(diào)節(jié)加料管的出料口和/或接料管的接料口在反應(yīng)爐管中的位置來設(shè)定恒溫區(qū)的溫度、長度和/或溫度誤差；

S4、讓粉礦在恒溫區(qū)內(nèi)進行反應(yīng)。

其中，進一步的，步驟S2之前還包括步驟S1：通過調(diào)節(jié)加料管的出料口與接料管的接料口在反應(yīng)爐管中的位置，獲得若干準恒溫區(qū)的溫度分布，再根據(jù)實驗需求選取恒溫區(qū)，以及恒溫區(qū)所對應(yīng)的加料管的出料口和接料管的接料口的位置。

其中，更進一步的，步驟S1中獲得若干準恒溫區(qū)的溫度分布的方式包括：

通過調(diào)節(jié)加料管的出料口和/或接料管的接料口的位置，選作若干個準恒溫區(qū)，在各個準恒溫區(qū)所對應(yīng)的出料口和接料口之間選定若干溫度檢測位置，并分別檢測各個準恒溫區(qū)中的溫度檢測位置的溫度得到各個準恒溫區(qū)的溫度分布。

其中，更進一步的，步驟S1中包括如下步驟：

S11、通過調(diào)節(jié)加料管和接料管在反應(yīng)爐管內(nèi)的位置，設(shè)定恒溫區(qū)的長度及位置，然后將加料管固定，將熱電偶從溫度檢測口插入反應(yīng)爐管內(nèi)，直至與加料管底端等高；

S12、對第一水冷法蘭、第二水冷法蘭、第三水冷法蘭、接料管托架、接料器和加料管進行冷卻，在試驗裝置中形成惰性氣體保護環(huán)境(優(yōu)選為，通過氣體入口和惰性氣體進口向反應(yīng)爐管內(nèi)連續(xù)通入惰性氣體，并且惰性氣體從氣體出口排出)，設(shè)定管式豎爐的工作溫度和升溫速度，對管式豎爐通電來加熱反應(yīng)爐管，使得管式豎爐溫度升高到設(shè)定的工作溫度；

S13、讀取熱電偶測得的溫度數(shù)值，當讀數(shù)穩(wěn)定時，記錄溫度t₁，將熱電偶降低預(yù)定高度h₁(優(yōu)選為0.5～1cm)，當讀數(shù)再次穩(wěn)定時，再次記錄溫度t₂；

S14、重復(fù)步驟S13，逐次按相同高度h₁降低熱電偶在管式豎爐內(nèi)的高度，分別記錄各點溫度t_n，直至熱電偶底端與接料管頂端等高，記錄最后一個溫度，得到一個準恒溫區(qū)內(nèi)的溫度分布，從而獲得此準恒溫區(qū)的溫度、準恒溫區(qū)溫度的誤差，和對應(yīng)的加料管與接料管在管式豎爐內(nèi)的位置；

S15、調(diào)節(jié)加料管和接料管在反應(yīng)爐管內(nèi)的位置，使恒溫區(qū)自身的長度固定不變的同時，恒溫區(qū)在反應(yīng)爐管內(nèi)的高度降低或升高預(yù)定高度h₁(優(yōu)選為0.5～1cm)，調(diào)節(jié)熱電偶的高度至與加料管底端等高，然后重復(fù)步驟S13和S14，獲得第二個準恒溫區(qū)內(nèi)的溫度分布，從而獲得第二個準恒溫區(qū)溫度、準恒溫區(qū)溫度的誤差，和對應(yīng)的加料管與接料管在管式豎爐內(nèi)的位置；

S16、重復(fù)步驟S15，通過改變恒溫區(qū)的位置，獲得多個準恒溫區(qū)內(nèi)的溫度分布，并確定對應(yīng)的加料管和接料管所在的位置。

其中，步驟S16之后，可以將各個準恒溫區(qū)與所需要的恒溫區(qū)進行對比，選定符合要求的準恒溫區(qū)作為恒溫區(qū)，此時選定的恒溫區(qū)可能會有多個。

其中，較佳的，步驟S16之后還包括步驟S17：

S17、將步驟S16中獲得的各個準恒溫區(qū)進行對比，選擇溫度誤差最小的準恒溫區(qū)作為恒溫區(qū)，并確定對應(yīng)的加料管和接料管所在的位置。

其中，還包括步驟S3：制造恒溫區(qū)的反應(yīng)氣體環(huán)境和接料管與接料器內(nèi)對反應(yīng)后的粉礦進行惰性氣體保護的惰性氣體保護環(huán)境。

其中，步驟S3是在步驟S4之前進行的，其包括如下步驟：

S31、按照步驟S2所確定的恒溫區(qū)設(shè)置加料管和接料管的位置，對第一水冷法蘭、第二水冷法蘭、第三水冷法蘭、接料管托架、接料器和加料管進行冷卻，設(shè)定管式豎爐的工作溫度和升溫速度，對管式豎爐通電加熱反應(yīng)爐管，通過氣體入口和惰性氣體進口向反應(yīng)爐管內(nèi)連續(xù)通入惰性氣體，并且惰性氣體從氣體出口排出；

S32、當管式豎爐達到工作溫度時，惰性氣體進口保持通入惰性氣體，通過氣體入口和加料管向反應(yīng)爐管內(nèi)通入反應(yīng)氣體，通過加料管進入反應(yīng)爐管內(nèi)的反應(yīng)氣體是用于攜帶粉礦顆粒的載氣，但此時只通載氣不加入粉礦，等待一段時間，將反應(yīng)爐管內(nèi)接料管以上空間的惰性氣體排盡；當氣體出口的氣體成分穩(wěn)定時，證明反應(yīng)爐管內(nèi)接料管以上空間的惰性氣體排出完畢。

其中，步驟S4中包括使粉礦飛行通過恒溫區(qū)發(fā)生反應(yīng)，并對反應(yīng)后的粉礦進行惰性氣體保護。

具體的，步驟S4包括如下步驟：

S41、開啟加料裝置，使粉礦隨載氣通過加料管進入到反應(yīng)爐管內(nèi)的恒溫區(qū)，粉礦在恒溫區(qū)內(nèi)飛行并與反應(yīng)氣體發(fā)生反應(yīng)，然后進入充滿惰性氣體的接料管，再進入接料腔內(nèi)，最后進入盛料槽；

S42、當接料槽內(nèi)收集足夠的反應(yīng)后物料時，停止通入粉礦和載氣，通過氣體入口通入惰性氣體，將反應(yīng)氣體排盡。

其中，步驟S4中還包括步驟S43：步驟S42之后，將另一個空的盛料器從接料器下半段中盛有反應(yīng)后物料的盛料器的對面推入接料器中，并將盛有反應(yīng)后物料的盛料器推出。

本發(fā)明的研究粉礦在運動中發(fā)生反應(yīng)的實驗方法，可以在圖2至圖5所示的實驗裝置中進行，其包括：

管式豎爐1，其具有爐膛；

反應(yīng)爐管2，其設(shè)置于管式豎爐1的爐膛；

加料管3，由管式豎爐1的頂端伸入反應(yīng)爐管2中，加料管3與反應(yīng)爐管2之間滑動密封連接，加料管3的出料口在反應(yīng)爐管2中的位置為可移動的；

接料管5，由管式豎爐1的底端伸入反應(yīng)爐管2中，接料管5與反應(yīng)爐管2之間滑動密封連接，接料管5的接料口在反應(yīng)爐管2中的位置為可移動的；

其中，加料管3的出料口與接料管5的接料口間具有位置和/或長度可選擇的恒溫區(qū)14。

借助上述結(jié)構(gòu)設(shè)置，本發(fā)明的用于研究粉礦在運動中發(fā)生反應(yīng)的試驗裝置，由于加料管3和接料管5伸入反應(yīng)爐管2中的長度分別占據(jù)了恒溫區(qū)14以上和以下的整個溫度不均勻的區(qū)域，使得反應(yīng)均在恒溫區(qū)14進行，等溫實驗結(jié)果更準確，進一步的，還可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)恒溫區(qū)14的長度，使得可以適用于更多試驗場合，更進一步的，由于恒溫區(qū)14的位置可調(diào)，使得可以在相應(yīng)工作溫度下，通過調(diào)節(jié)恒溫區(qū)14的位置來選擇溫度誤差最小的恒溫區(qū)14，因此，使得恒溫區(qū)14的溫差更小，尤其是，可以在同一臺試驗裝置中的多個不同工作溫度下均得到溫差最小的恒溫區(qū)14，有利于保證試驗結(jié)果的準確性。

其中：接料管5采用惰性氣體保護，即接料時接料管5中是充滿惰性氣體的。借此，粉礦顆粒進入充滿惰性氣體的接料管5后反應(yīng)完全終止，防止了粉礦在反應(yīng)爐管2內(nèi)的低溫區(qū)域發(fā)生反應(yīng)。

其中：接料管5連通有惰性氣體入口11，反應(yīng)爐管2連通有氣體出口16，惰性氣體入口11經(jīng)接料管5、接料口以及接料管5與反應(yīng)爐管2之間的空隙連通至氣體出口16。借此，可以將惰性氣體經(jīng)惰性氣體入口11充入接料管5中，再經(jīng)接料口溢出至接料管5與反應(yīng)爐管2之間的空隙，最后由氣體出口16排出，可以在反應(yīng)時保持接料管5中始終被惰性氣體動態(tài)充滿。

其中：接料管5的外徑比反應(yīng)爐管2的內(nèi)徑小1cm以上。借此可以確保反應(yīng)體系排氣通暢。

其中：惰性氣體保護的接料管5采用耐火材質(zhì)(如氧化鋁)制成。借此，接料管5中無需設(shè)置夾套式水冷+氣冷結(jié)構(gòu)，不僅避免了因水冷和氣冷而帶走大量熱量，相比于水冷+氣冷接料管而言降低了管式豎爐1的負荷，尤其是對反應(yīng)爐管2內(nèi)的溫度分布幾乎不產(chǎn)生影響，進一步減小了恒溫區(qū)14的溫差；而且，還大大降低了接料管5的壁厚(例如可以是5mm，相較現(xiàn)有的10～20mm薄得多)，同時可減小接料管5與反應(yīng)爐管2之間的溫差，增大接料管5外徑、縮小接料管5與反應(yīng)爐管2之間的間隙，而不會因水冷+氣冷結(jié)構(gòu)過于靠近反應(yīng)爐管2而導(dǎo)致反應(yīng)爐管2產(chǎn)生熱震斷裂(Thermal shock)，使得接料管5的有效內(nèi)徑得以擴大，增大了對粉礦的收集率，與水冷+氣冷接料管相比，收集率可提高20～30％。

其中：管式豎爐1的上端安裝有第一水冷法蘭7和爐蓋29，其中，第一水冷法蘭7設(shè)于爐蓋29與管式豎爐1之間，將爐蓋29固定于管式豎爐1，反應(yīng)爐管2的上端通過第一水冷法蘭7固定于管式豎爐1，爐蓋29設(shè)有氣體入口11、加料管插入口12和溫度檢測口13，三者均與反應(yīng)爐管2內(nèi)部連通，加料管3從加料管插入口12插入反應(yīng)爐管內(nèi)(反應(yīng)爐管2內(nèi)的加料管3底端和接料管5頂端之間的空間作為恒溫區(qū)14，即反應(yīng)區(qū))，加料管3的外壁與加料管插入口12滑動密封連接構(gòu)成加料管3與反應(yīng)爐管2之間的滑動密封連接的全部或部分。

其中：氣體入口11的數(shù)量為1～8個，當數(shù)量多于1個時，各氣體入口11均勻分布在加料管插入口12周圍。

其中：加料管插入口12對應(yīng)于反應(yīng)爐管2入口的中心位置。

其中：溫度檢測口13設(shè)有熱電偶，用于檢測恒溫區(qū)14的溫度。

其中：加料管3還通過設(shè)于管式豎爐1頂部的卡固件(例如卡子)固定。

其中：加料管3的下端還設(shè)置有整流器4，整流器4與反應(yīng)爐管2之間具有空隙，整流器4隨著加料管3的出料口在反應(yīng)爐管2中位置的移動而移動。

其中：管式豎爐1的下端安裝有第二水冷法蘭8和第三水冷法蘭10，反應(yīng)爐管2的下端通過第二水冷法蘭8固定于管式豎爐1的爐膛內(nèi)，第二水冷法蘭8的內(nèi)壁與接料管5外壁之間具有間隙，該間隙借助氣體出口16與外界連通，第三水冷法蘭10與第二水冷法蘭8連接，接料管5與第三水冷法蘭10之間的滑動密封連接構(gòu)成接料管5與反應(yīng)爐管2之間的滑動密封連接的全部或部分。

其中，氣體出口16可以設(shè)于第二水冷法蘭8的側(cè)壁。

較佳的，第二水冷法蘭8與第三水冷法蘭10之間通過一個出氣法蘭9連接，氣體出口16設(shè)于該出氣法蘭9的側(cè)壁，接料管5由管式豎爐1外部依次穿過第三水冷法蘭10、出氣法蘭9和第二水冷法蘭8進入反應(yīng)爐管2內(nèi)。借此，可以簡化第二水冷法蘭8的結(jié)構(gòu)，便于生產(chǎn)制造，尤其是避免了氣體出口16對水冷結(jié)構(gòu)的影響。

其中：氣體出口16數(shù)量為1～8個，當數(shù)量多于1個時，各氣體出口16均勻分布在出氣法蘭9的側(cè)壁。

其中：所述接料管5下端連接有接料管托架15，接料管托架15設(shè)于管式豎爐1外部，通過驅(qū)動接料管托架15來調(diào)整接料管5的接料口在反應(yīng)爐管2中的位置。借此，使得接料管5在反應(yīng)爐管2內(nèi)的位置可調(diào)，特別是可在工作溫度下執(zhí)行調(diào)整接料管5位置的操作。

其中：接料管托架15與接料管5之間密封連接(可以是通過密封件或高溫密封膠連接，也可以是一體的)，接料管托架15與第三水冷法蘭10之間的滑動密封連接構(gòu)成接料管5與第三水冷法蘭10之間的滑動密封連接的全部或部分。

其中：接料管托架15與接料管5的出口之間通過密封件密封連接。

其中：接料管托架15包括第四水冷法蘭26和直管27，第四水冷法蘭26的通道內(nèi)壁設(shè)置有向內(nèi)凸出的臺階，臺階設(shè)置有嵌接凹槽，嵌接凹槽中設(shè)置有所述密封件，直管27固定于第四水冷法蘭26的通道入口處，直管27外壁與第三水冷法蘭10的內(nèi)壁滑動密封連接，構(gòu)成接料管托架15與第三水冷法蘭10之間的滑動密封連接的全部或部分，接料管5經(jīng)過直管27伸入第四水冷法蘭26通道內(nèi)，接料管5的底端與該第四水冷法蘭26的嵌接凹槽相配合，借助嵌接凹槽中的密封件令接料管托架15與接料管5之間密封連接。

例如，可以將直管27固定在第四水冷法蘭26上面，且直管27內(nèi)徑與第四水冷法蘭26通道入口處的內(nèi)徑相同，二者構(gòu)成一個等徑段，當接料管5插入時，等徑段的內(nèi)壁面與接料管5的外壁面相配合，第四水冷法蘭26內(nèi)部底端的內(nèi)沿設(shè)置環(huán)形凹槽28；其中環(huán)形凹槽28尺寸與接料管5底端相配合，接料管5置入接料管托架15時，接料管5底端嵌入環(huán)形凹槽28中；直管27外壁與第三水冷法蘭10的內(nèi)壁滑動密封連接。環(huán)形凹槽28中可以設(shè)置O型密封墊圈，借以實現(xiàn)接料管5的底端面與接料管托架15之間的密封連接。而由于接料管托架15設(shè)置了第四水冷法蘭26，使得O型密封墊圈可以采用橡膠等彈性材質(zhì)，而不必擔心因接料管5溫度較高導(dǎo)致其失效。

其中，接料管5的底端與第四水冷法蘭26內(nèi)的環(huán)形凹槽28可以緊密配合，以將O型密封墊圈壓緊于接料管5與第四水冷法蘭26之間，借以實現(xiàn)二者間的密封；接料管托架15與接料管5之間的連接處也可以采用高溫密封膠固定并密封，借此，保證二者之間的有效密封。

較佳的，接料管5的底端與第四水冷法蘭26內(nèi)的環(huán)形凹槽28緊密配合并通過高溫密封膠固定，以將O型密封墊圈壓緊于接料管5與第四水冷法蘭26之間，借以實現(xiàn)二者間的密封。借此，不僅通過接料管托架15向上推動接料管5時，能夠保證二者之間對O型密封墊圈的有效擠壓，實現(xiàn)密封，而且，通過接料管托架15向下拉動接料管5時，可以避免加料管5由環(huán)形凹槽28中脫出而使密封失效，依然能夠保持二者之間對O型密封墊圈的有效擠壓，實現(xiàn)密封，即上推、下拉時均能夠保證有效密封。

所述試驗裝置還包括：接料器6，其設(shè)置在接料管托架15下方，接料器6內(nèi)的接料腔與接料管5內(nèi)部連通。

其中：惰性氣體入口11設(shè)于接料器6和/或接料管5，以通過惰性氣體入口11向接料管5和接料器6的接料腔中通入惰性氣體，形成惰性氣體保護氛圍。

其中：接料器6包括接料器上半段17和接料器下半段18，二者密封連接，接料器上半段17通過進料管19與接料管5連通，惰性氣體入口11設(shè)于接料器上半段17的進料管19。例如設(shè)于進料管19的側(cè)壁。

其中：接料器上半段17整體呈倒置桶狀，接料器下半段18的上表面開設(shè)有漏斗形凹槽，漏斗形凹槽的底口與盛料器22的盛料槽23相配合，接料器下半段18本體內(nèi)設(shè)有冷卻水腔21。較佳的，冷卻水腔21截面呈凹字形，凹字形的內(nèi)凹部將盛料器22容置段及漸縮段的下部包圍。借此，使得落入接料槽內(nèi)的粉礦被水冷系統(tǒng)迅速冷卻。

其中：漏斗形凹槽的側(cè)壁由上部的桶形側(cè)壁和下部的錐形側(cè)壁構(gòu)成，桶形側(cè)壁與錐形側(cè)壁之間的夾角θ＝135°～180°。借以提高接料器6對粉礦的收集率。

其中：接料器上半段17與接料器下半段18是通過帶有密封墊圈的法蘭密封連接在一起的，以便于實驗結(jié)束后對接料腔進行清理。

其中：接料器下半段18放置在升降機25上，由升降機25帶動接料器6驅(qū)動接料管托架15。

其中：接料器下半段18的側(cè)壁上設(shè)置有可視觀察窗，用于觀察接料器6的接料腔內(nèi)部。

其中：接料器6的接料腔中設(shè)置有可取出的盛料器22，盛料器22上開設(shè)有盛料槽23。借以使接料器6的取料過程更加靈活方便。較佳的，接料器6于接料腔的底部出口位置設(shè)置有盛料器取放槽，盛料器取放槽的兩端開口，使得盛料器22可以自盛料器取放槽的兩端插入、取出，其槽長尺寸大于盛料器22置于盛料器取放槽30中的整體長度，并小于盛料器22置于盛料器取放槽中的整體長度的兩倍，使得可以先將第一個盛料器22由第一端插入，第二個盛料器22由另一端插入時，可以順勢將第一個盛料器22頂出。使其操作更方便。

其中：盛料器22包括柱形本體和擋板，盛料槽23開設(shè)在柱形本體上，柱形本體的外壁與接料器下半段18內(nèi)部滑動密封連接，擋板固接(如焊接)在柱形本體的一端，擋板具有凸出于柱形本體徑向方向一定尺寸的凸出部，當盛料器22位于接料器下半段18的預(yù)定位置時，凸出部在二者間形成限位，并外露于接料器下半段18，可以在取出盛料器22時作為手柄使用。

上述實施例中是以橫截面為圓形的管式豎爐為例進行說明，但是，管式豎爐的橫截面也可以是其他形狀，例如橢圓形、多邊形等。相應(yīng)的，加料管、反應(yīng)爐管、直管、第一水冷法蘭、第二水冷法蘭、第三水冷法蘭、第四水冷法蘭、出氣法蘭、接料器等，其內(nèi)壁面、外壁面的橫截面形狀亦不限定為圓形，全文中所表述的內(nèi)徑、外徑也不是特別限定為直徑，可以理解為內(nèi)部尺寸、外部尺寸。

具體的，采用上述研究粉礦在運動中發(fā)生反應(yīng)的實驗裝置，本發(fā)明的研究粉礦在運動中發(fā)生反應(yīng)的實驗方法可以按以下步驟進行：

1、通過調(diào)節(jié)加料管3和接料管5在反應(yīng)爐管2內(nèi)的位置，設(shè)定恒溫區(qū)14的長度及位置，然后將加料管3固定；將熱電偶從溫度檢測口13插入反應(yīng)爐管2內(nèi)，直至與加料管3底端等高；

2、開通冷卻水閥門對第一水冷法蘭7、第二水冷法蘭8、第三水冷法蘭10、接料管托架15、接料器6和加料管3進行冷卻，設(shè)定管式豎爐1的工作溫度和升溫速度，對管式豎爐1通電來加熱反應(yīng)爐管2；通過氣體入口11和惰性氣體進口20向反應(yīng)爐管2內(nèi)連續(xù)通入惰性氣體，并且惰性氣體從氣體出口16排出；

3、管式豎爐1的溫度升高到設(shè)定的工作溫度后，觀察與熱電偶連接的溫度顯示器的數(shù)值，當讀數(shù)穩(wěn)定時，記錄溫度，然后降低熱電偶的高度0.5～1cm，當溫度顯示器的數(shù)值再次穩(wěn)定時，再次記錄溫度；

4、重復(fù)步驟3，逐次按相同距離降低熱電偶在反應(yīng)爐管2內(nèi)高度，分別記錄各點溫度，直至熱電偶底端與接料管5頂端等高，記錄最后一個溫度，得到一個準恒溫區(qū)內(nèi)的溫度分布，從而獲得此恒溫區(qū)溫度、恒溫區(qū)溫度的誤差，和對應(yīng)的加料管3與接料管5在管式豎爐1內(nèi)的位置；

5、調(diào)節(jié)加料管3和接料管5在反應(yīng)爐管2內(nèi)的位置，使恒溫區(qū)14自身的長度固定不變的同時，恒溫區(qū)14在反應(yīng)爐管2內(nèi)的高度降低或升高0.5～1cm，調(diào)節(jié)熱電偶的高度至與加料管3底端等高，然后重復(fù)步驟3和4，獲得第二個準恒溫區(qū)內(nèi)的溫度分布，從而獲得第二個準恒溫區(qū)溫度、恒溫區(qū)溫度的誤差，和對應(yīng)的加料管3與接料管5在管式豎爐1內(nèi)的位置；

6、重復(fù)步驟5，通過改變恒溫區(qū)14的位置，獲得多個準恒溫區(qū)內(nèi)的溫度分布，將這些準恒溫區(qū)進行對比，恒溫區(qū)溫度的誤差為最小值時所對應(yīng)的恒溫區(qū)14作為實驗反應(yīng)區(qū)域，并確定對應(yīng)的加料管3和接料管5所在的位置；

7、按照步驟6所確定的恒溫區(qū)14設(shè)置加料管3和接料管5的位置，開通冷卻水對第一水冷法蘭7、第二水冷法蘭8、第三水冷法蘭10、接料管托架15、接料器6和加料管3進行冷卻，設(shè)定管式豎爐1的工作溫度和升溫速度，對管式豎爐1通電加熱反應(yīng)爐管2；通過氣體入口11和惰性氣體進口20向反應(yīng)爐管2內(nèi)連續(xù)通入惰性氣體，并且惰性氣體從氣體出口16排出；

8、當管式豎爐1達到工作溫度時，惰性氣體進口20保持通入惰性氣體，通過氣體入口11和加料管3向反應(yīng)爐管2內(nèi)通入反應(yīng)氣體，通過加料管3進入反應(yīng)爐管2內(nèi)的反應(yīng)氣體是用于攜帶粉礦顆粒的載氣，但此時只通載氣不加入粉礦，等待一段時間，將反應(yīng)爐管2內(nèi)接料管5以上空間的惰性氣體排盡；當氣體出口16排出的氣體成分穩(wěn)定時，證明反應(yīng)爐管2內(nèi)接料管5以上空間的惰性氣體排出完畢；

9、開啟加料裝置，使粉礦隨載氣通過加料管3進入到反應(yīng)爐管2內(nèi)的恒溫區(qū)14，粉礦在恒溫區(qū)14內(nèi)飛行并與反應(yīng)氣體發(fā)生反應(yīng)，然后進入充滿惰性氣體的接料管5，再進入接料腔內(nèi)，最后進入盛料槽23；

10、當接料槽23內(nèi)收集足夠的反應(yīng)后物料時，停止通入粉礦和載氣，通過氣體入口11通入惰性氣體，將反應(yīng)氣體排盡，然后將另一個空的盛料器22從接料器下半段18中盛有反應(yīng)后物料的盛料器22的對面推入接料器6中，并將盛有反應(yīng)后物料的盛料器22推出。

其中，步驟1-6為預(yù)實驗步驟，步驟7之后為正式實驗，并不是每次正式實驗開始前都要重復(fù)步驟1-6。

其中，通過接料器6底部設(shè)置的升降機25調(diào)節(jié)接料器6的高度，進而調(diào)節(jié)接料管5在反應(yīng)爐管2中的高度。

其中，通過接料器6側(cè)壁上設(shè)置的可視玻璃窗24觀察接料器6內(nèi)反應(yīng)后物料的收集情況。

其中，粉礦在恒溫區(qū)內(nèi)的停留時間，取決于恒溫區(qū)的高度以及粉礦在恒溫區(qū)14內(nèi)的飛行速度，因此可以通過改變恒溫區(qū)14高度或爐內(nèi)氣體流速來改變粉礦的停留時間。

其中，管式豎爐定義有4個特征溫度，即工作溫度WT、恒溫區(qū)最高溫度HT、恒溫區(qū)最低溫度LT以及恒溫區(qū)溫度FT；工作溫度即管式豎爐程序設(shè)定加熱到的最終溫度，不能超過管式豎爐可加熱到的最高溫度值；恒溫區(qū)最高溫度為管式豎爐達到設(shè)定的工作溫度值后，測得的恒溫區(qū)內(nèi)的最高溫度；恒溫區(qū)最低溫度為管式豎爐達到設(shè)定的工作溫度值后，測得的恒溫區(qū)內(nèi)的最低溫度，恒溫區(qū)最低溫度以加料管底端的溫度為準，即接料管的設(shè)定位置要保證接料管頂端處的溫度大于等于加料管底端的溫度；恒溫區(qū)最高溫度與恒溫區(qū)最低溫度的差值需根據(jù)具體實驗要求來確定，其范圍一般控制在10～200℃；恒溫區(qū)溫度的計算公式為：恒溫區(qū)最高溫度與恒溫區(qū)最低溫度之和，再除以2，即：FT＝(HT+LT)/2；恒溫區(qū)溫度的誤差通常表示為：±(HT-LT)/2。

參見圖6，下面以具體實施例對本發(fā)明做進一步說明。

實施例1

以130cm長的管式豎爐為例，管式豎爐的工作溫度為1400℃，本發(fā)明采用水冷加料管和惰性氣體保護的接料管，恒溫區(qū)的長度定為50cm，測得選定恒溫區(qū)的最高溫度為1388℃，恒溫區(qū)的最低溫度為1350℃，此恒溫區(qū)溫度為1369℃，恒溫區(qū)溫度的誤差為±19℃。

對比例1

以130cm長的管式豎爐為例，管式豎爐的工作溫度為1400℃，當管式豎爐不采用加料管和接料管時，反應(yīng)區(qū)的長度為整個反應(yīng)爐管長，即130cm，反應(yīng)區(qū)的最高溫度為1400℃，最低溫度為312℃，最高溫度與最低溫度相差1088℃，溫差非常大，所以整個爐管長度上的溫度分布表明此區(qū)域不能看作是一個恒溫區(qū)，由溫度分布可得到在爐內(nèi)，最高溫度與最低溫度相差20℃的恒溫區(qū)的長度為50cm，此恒溫區(qū)溫度為1390℃，恒溫區(qū)溫度的誤差為±10℃，由此可見，反應(yīng)爐管在此恒溫區(qū)以上和此恒溫區(qū)以下的溫度非常不均勻且溫差大。

對比例2

以130cm長的管式豎爐為例，管式豎爐的工作溫度為1400℃，當采用水冷加料管和水冷+氣冷接料管后，恒溫區(qū)的長度為50cm，測得到恒溫區(qū)最高溫度為1349℃，恒溫區(qū)最低溫度為1223℃，恒溫區(qū)溫度為1286℃，恒溫區(qū)溫度的誤差為±63℃，水冷加料管和水冷+氣冷接料管雖然避免了粉礦顆粒在此恒溫區(qū)以上和以下溫度不均勻的區(qū)域發(fā)生反應(yīng)，但由于水冷系統(tǒng)帶走爐內(nèi)的部分熱量，恒溫區(qū)的溫差仍然較大，且由于水冷+氣冷接料管的冷卻效果更好，恒溫區(qū)下半段溫差更大。

將本發(fā)明實施例1與前述兩對比例進行對比可知，本發(fā)明的反應(yīng)區(qū)的溫差明顯降低。

如圖7所示，以130cm長的管式豎爐為例，本發(fā)明采用水冷加料管和惰性氣體保護的接料管，恒溫區(qū)的長度同樣定為50cm，測得管式豎爐三個工作溫度(即1400℃、1500℃、1600℃)下的恒溫區(qū)及其溫度分布。其中，當工作溫度為1400℃時，測得恒溫區(qū)的最高溫度為1388℃，恒溫區(qū)的最低溫度為1350℃，此恒溫區(qū)溫度為1369℃，恒溫區(qū)溫度的誤差為±19℃；當工作溫度為1500℃時，選擇的恒溫區(qū)的溫度誤差同樣選擇為±19℃左右，測得恒溫區(qū)的最高溫度為1488℃，恒溫區(qū)的最低溫度為1450℃，此恒溫區(qū)溫度為1469℃，恒溫區(qū)溫度的誤差為±19℃；當工作溫度為1600℃時，選擇的恒溫區(qū)的溫度誤差同樣選擇為±19℃左右，測得恒溫區(qū)的最高溫度為1589℃，恒溫區(qū)的最低溫度為1549℃，此恒溫區(qū)溫度為1569℃，恒溫區(qū)溫度的誤差為±20℃；由圖中結(jié)果可見，在相同長度、相同恒溫區(qū)溫度誤差的情況下，由于上部水冷加料管的影響，恒溫區(qū)的位置略有下移。

由此可知，本發(fā)明可以利用同一個裝置，通過改變恒溫區(qū)的位置，在不同工作溫度下均獲得預(yù)定溫差的恒溫區(qū)。

如圖7所示，本發(fā)明采用水冷加料管和惰性氣體保護的接料管，當管式豎爐的工作溫度為1600℃時、恒溫區(qū)溫度的誤差為±19℃時，可獲得恒溫區(qū)的長度可達50cm，恒溫區(qū)溫度為1569℃；當管式豎爐的工作溫度為1600℃時、恒溫區(qū)溫度的誤差為±5℃時，可獲得恒溫區(qū)的長度可達33cm，恒溫區(qū)溫度為1584℃。

由此可知，本發(fā)明可以利用同一個裝置，通過改變恒溫區(qū)的位置和長度，在預(yù)定工作溫度下，得到溫度誤差更小的恒溫區(qū)。

其中，需要注意的是，未使用加料管和接料管前，管式豎爐內(nèi)軸向上的溫度分布主要由豎爐電熱體各部分尺寸、爐子的工作溫度和豎爐兩端的保溫條件決定，而這些條件對于一個具體的實驗來說都是一定的，因此，在選定恒溫區(qū)溫度的誤差的情況下(如±20℃)，恒溫區(qū)的溫度、位置和長度即可確定，或者選定恒溫區(qū)的長度的情況下，恒溫區(qū)溫度、位置和恒溫區(qū)溫度的誤差即可確定；恒溫區(qū)的確定方法是測量整個反應(yīng)爐管內(nèi)的軸向上的溫度分布，然后根據(jù)選定的恒溫區(qū)溫度的誤差來確定恒溫區(qū)的溫度、位置及長度，或根據(jù)選定的恒溫區(qū)長度來確定恒溫區(qū)的溫度、位置及恒溫區(qū)的溫度誤差；而對于本發(fā)明而言，使用水冷加料管和惰性氣體保護的接料管后，管式豎爐內(nèi)軸向上的溫度分布除了由管式豎爐本身條件決定外還受加料管冷卻強度和加料管在爐內(nèi)位置的影響，因此，不能采用上述方法確定恒溫區(qū)；可以采用下述方式進行具體的實驗，即在管式豎爐的某一工作溫度下，恒溫區(qū)的長度選定后，通過改變加料管和接料管伸入爐內(nèi)的長度同時保證恒溫區(qū)長度不變(即恒溫區(qū)的位置)來尋找恒溫區(qū)內(nèi)最高溫度與最低溫度之差的最小值的方法，可獲得恒溫區(qū)溫度、位置以及恒溫區(qū)溫度的誤差，在操作過程中，通過滿足如下兩個條件：一是恒溫區(qū)始終包含不使用加料管和接料管時爐內(nèi)的最高溫度所處的位置，二是接料管頂端處的溫度大于等于加料管底端處的溫度，可以快速地尋找到恒溫區(qū)。

綜上所述，本發(fā)明的實驗方法，使得粉礦反應(yīng)均在恒溫區(qū)進行，等溫實驗結(jié)果更準確，進一步的，還可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)恒溫區(qū)的長度，使得可以適用于更多試驗場合，更進一步的，由于恒溫區(qū)的位置可調(diào)，使得可以在相應(yīng)工作溫度下，通過調(diào)節(jié)恒溫區(qū)的位置來選擇溫度誤差最小的恒溫區(qū)，因此，使得恒溫區(qū)的溫差更小，尤其是，可以在同一臺試驗裝置中的多個不同工作溫度下均得到溫差最小的恒溫區(qū)，有利于保證試驗結(jié)果的準確性。

另外，本發(fā)明采用惰性氣體保護接料管，并且設(shè)置了接料管托架和惰性氣體保護的接料器，具有以下幾個優(yōu)點：一是惰性氣體保護的接料管伸入反應(yīng)爐管中的長度占據(jù)了恒溫區(qū)以下的整個溫度不均勻的區(qū)域，顆粒進入充滿惰性氣體的接料管后反應(yīng)完全終止，防止了粉礦在爐內(nèi)的低溫區(qū)域發(fā)生反應(yīng)；二是惰性氣體保護的接料管采用耐火材料(如氧化鋁)制成，無需冷卻，相比現(xiàn)有的水冷+氣冷接料管帶走的熱量更少，不僅降低了管式豎爐的負荷，而且對爐內(nèi)的溫度分布幾乎不產(chǎn)生影響，進一步減小了恒溫區(qū)的溫差；三是本發(fā)明中惰性氣體保護的接料管由于取消了現(xiàn)有水冷+氣冷接料管的水冷+氣冷夾套，在外徑不變的條件下，其內(nèi)徑可比現(xiàn)有水冷+氣冷接料管的內(nèi)徑大，并且在無水冷+氣冷夾套的情況下，因為消除了接料管與反應(yīng)爐管之間的巨大溫差，使得接料管與反應(yīng)爐管之間的間距可以縮小(即接料管的外徑也可增大)，而不必擔心現(xiàn)有的水冷+氣冷構(gòu)成的冷卻系統(tǒng)因過于靠近反應(yīng)爐管而導(dǎo)致反應(yīng)爐管發(fā)生熱震斷裂現(xiàn)象，所以，相比現(xiàn)有技術(shù)接料管內(nèi)徑外徑均能增大，提高了對粉礦的收集率，與水冷+氣冷接料管相比，收集率可提高20～30％；四是，采用接料管托架使得接料管在爐內(nèi)的位置可調(diào)，并且可在工作溫度下操作；此外，接料管下端連接的接料器操作靈活，便于觀察、清理，粉礦落入接料槽內(nèi)會被水冷系統(tǒng)迅速冷卻。