CN101608993A - 测量铁矿粉湿容量及测算烧结混合料配水量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种测量铁矿粉湿容量以及根据湿容量预测烧结混合料配水量的方法，采用由U形水槽、电子天平，以及底部设有通孔的玻璃圆筒容器组成的测量装置进行测定：将该装有铁矿粉的圆筒容器浸入到水下h，使圆筒容器所受浮力与水－圆筒界面的张力达到平衡，通过天平数据测得铁矿粉的湿容量m；湿容量和实验混合料的适宜配水量按如下关系式确定：w＝k·m+n，k为比例系数，n为修正常数，w为烧结料的适宜配水量。本发明考虑了容器所受浮力与水－容器界面张力的平衡，使测量数据更加准确。本发明解决了目前在铁矿粉领域，没有对不同矿粉以及多种矿粉混合制粒过程适宜配水量进行测量的问题。

Description

测量铁矿粉湿容量及测算烧结混合料配水量的方法

技术领域

本发明涉及一种测量铁矿粉湿容量，以及根据各原料的湿容量来测算混合料适宜配水量的新方法。

背景技术

钢铁冶金领域中，将铁矿粉、焦炭、熔剂等配水混合，通过圆筒混料机的造球作用，获得具有一定粒度分布的混合料小球，然后在台车上通过抽风烧结最终获得高炉炼铁所需的烧结矿。该过程中，配水量对混合料的造球的行为，以及最终混合料小球的粒度分布有重要影响。适宜的配水量既能保证混合小球的强度和尺寸，又能最大程度上节约用水和减少烧结所需的配碳。目前，我国绝大多数大型钢铁联合企业生产所需的铁矿石主要依靠进口。随着进口铁矿石的价格不断上涨，烧结所用的铁矿石种类繁多、成分波动大，给烧结工序带来很大困难。当烧结原料稳定时，生产企业通过相应的实验室及工业试验可以找到合适的混合配水量。但是，当原料复杂、种类及成分都在波动的时候，适宜配水量的确定成为困难。尤其是从国际市场上选择、购买过程中，更需要有一个简单实用的方法对铁矿石的混合制粒行为进行测试分析。实际生产中，烧结料混合配水量往往是固定的，其改变滞后于原料变化，一旦烧结工序出现明显的质量问题时，才会考虑制粒工序的工艺参数。操作者对原料变化引起的混合制粒行为变化缺乏有效的评估。因此，发明一种简单实用的测算混合料适宜配水量方法是十分必要的。

发明内容

针对现有技术中，在铁矿粉领域，不能对不同矿粉以及多种矿粉混合制粒过程适宜配水量进行理论计算和预测的问题，本发明的目的在于提供一种通过实验方法分析和测量铁矿粉湿容量以及通过湿容量来测算混合料适宜配水量的新方法，以对烧结用铁矿粉的适宜配水量进行评估。

本发明的目的是这样实现的：测量铁矿粉湿容量的方法，其特征在于，具体步骤包括：

1)矿物预处理

首先，将待测铁矿粉放入烘箱中，蒸发掉铁矿粉中所含的水分；然后，待铁矿粉冷却至室温后，放入干燥瓶中备用；

2)湿容量的测定

采用如下测量装置进行测定：测量铁矿粉湿容量的装置，包括U形水槽、圆筒容器和电子天平；U形水槽水平搁置，U形水槽的两开口等高且上部分别设有储水箱和圆筒容器，圆筒容器的上方设有吊绳并使其在U形水槽的一开口内上下移动；U形水槽对应圆筒容器开口端的侧壁设有刻度标记；圆筒容器的吊绳与电子天平称重盘相连；储水箱向U形水槽提供水源，使U形水槽开口的水位始终保持在最高处。

圆筒容器采用透明的玻璃、塑料或树脂制成，主要是为了方便观察。

进一步，所述电子天平还连接有计算机，用于将其称量结果输入并计算和显示。

湿容量的测定方法，包括如下步骤：

A、用滤纸平铺在玻璃圆筒容器的底部，将玻璃圆筒容器浸泡入水中让滤纸吸水完全饱和；

B、称取200g-300g经预处理的待测铁矿粉装入第A步的圆筒容器内，使其自然堆积；装好后将圆筒容器挂在电子天平上称量，待示数稳定后，将天平清零；

C、将该圆筒容器浸入到水下h，使圆筒所受浮力与水-圆筒界面的张力达到平衡，天平重新回零；其中，圆筒容器浸入到水下的深度h与圆筒容器直径D的有关：

σ为水的表面张力，θ为水和玻璃的接触角(与水和圆筒容器的材料有关，为常识数值，如水和玻璃的接触角固定为30度)，ρ为10³kg/m³；

D、随着时间变化，铁矿粉开始吸水，天平示数不断增加，并将数据记录；

E、当天平数据稳定时，天平最后的示数即为所测铁矿粉的湿容量，记为m。

测算烧结混合料配水量的方法，是根据所测得的铁矿粉的湿容量m进行测算，所测铁矿粉的湿容量反映该矿物的吸水能力和由于毛细作用力而存在于颗粒间的水含量；烧结料的适宜配水量与湿容量按如下关系式进行计算，即：

w＝k·m+n

式中，w为烧结料的适宜配水量，m为所测铁矿粉的湿容量；k为比例系数，与圆筒混料机的转速、倾角、物料加入速率等参数有关，n为修正常数；k和n通过对实验数据利用最小二乘法拟合得到。需要说明的是，对于相同的圆筒混料机，其k和n的值是固定的。

相比现有技术，本发明具有如下优点：

I.本发明创造性地提出通过湿容量解决目前在铁矿粉加水混合制粒领域，无法对不同矿粉以及多种矿粉混合制粒过程适宜配水量进行理论计算及定量预测的问题。

II.该方法考虑了容器所受浮力与水-容器界面张力的平衡，使测量数据更加准确。

III.由于测量装置采用U型水槽的设计保证了容器与水接触的深度，最大限度的避免液面波动引起的测量误差。

IV.该方法操作简便，数据可靠；使用透明的玻璃容器，便于直接观察实验过程。

V.与计算机相连，通过相应计算机软件，实现自动记录实验数据，无需人工测量，并且减少了人为误差的可能。

附图说明

图1是本发明方法湿容量测试装置的结构示意图；

图2是圆筒与水接触角示意图；

图3是一种铁矿粉湿容量和最佳配水量的关系图。

具体实施方式

如图1所示，测量铁矿粉湿容量的装置，包括U形水槽1、圆筒容器2和电子天平3；U形水槽1水平搁置，U形水槽1的两开口等高且上部分别设有储水箱4和圆筒容器2，圆筒容器2的上方设有吊绳并使其在U形水槽1的一开口内上下移动；U形水槽1对应圆筒容器2开口端的侧壁设有刻度标记5；圆筒容器2的吊绳与电子天平3称重盘相连；储水箱向U形水槽提供水源，使U形水槽开口的水位始终保持在最高处。U形水槽的底部还设有接水盘(图中省略)，以防止溢出的水流出。

圆筒容器2采用透明的玻璃、塑料或树脂制成，主要是为了方便观察。

测量铁矿粉湿容量的方法，包括矿预处理、湿容量的测定步骤。具体步骤包括：

1、矿预处理

首先，取铁矿粉原矿(如2公斤)放入烘箱中，注意尽量使粉矿平铺，控制温度在200℃蒸发掉原矿中所含的水分，保温4小时，每隔一小时将矿混匀再铺平，保证原矿去除原矿所有水分并避免发生结块现象。待原矿冷却至室温后，放入干燥瓶中储存。

2、湿容量的测定

1)称样：称量200g的上述待测铁矿粉；

2)准备玻璃圆筒容器：用滤纸平铺在玻璃圆筒容器2的底部，将玻璃圆筒容器2浸泡入水中让滤纸吸水完全饱和；

3)将称量好的待测矿粉装入步骤2)的玻璃圆筒容器2内，使其自然堆积，切勿挤压；装好后挂在电子天平3上称量，待示数稳定后，将天平清零；

4)将玻璃圆筒容器2浸入到水下h(如当D为3cm时，计算可得平衡时圆筒的浸入深度h1为0.86mm；当D为10cm时，h1为0.25mm，D为玻璃圆筒容器的直径)，使玻璃圆筒容器2所受浮力与界面张力平衡，天平重新回零；

5)随着时间变化，记录天平示数；

6)当天平数据稳定时(连续两次测量误差不超过0.1g)，天平最后的示数即为所测矿物的湿容量，记为m。

理论推导h的值：

假设：玻璃圆筒容器的直径为D，水和玻璃圆筒容器的接触角为θ，水的表面张力σ。如图2所示。

当玻璃圆筒容器刚接触到水中，试样(待测矿粉)还没有来得及吸水的时候，玻璃圆筒容器2在竖直方向上所受的力为水的表面张力的分力，即：

F＝π·D·cosθ·σ       (1)

当玻璃圆筒容器深入到水下深度为h时，玻璃圆筒容器所受到的浮力为：

当界面张力和浮力平衡时，可以求得玻璃圆筒容器的插入深度为：

若已知水的σ为72.75mN/m、水和玻璃的接触角θ为30°、ρ为10³kg/m³，计算可得平衡时圆筒的浸入深度h与玻璃圆筒容器的直径D关系。

综上，通过上述方法和装置可以测得待测铁矿粉的湿容量。

本发明更重要的是，根据该湿容量可以计算混合料适宜配水量，具体步骤如下：

烧结混料制粒过程就是将原料(铁矿粉、焦炭和熔剂)配水后装载到圆筒混料机中。原料随圆筒混料机旋转运动，在不断碰撞接触过程中，颗粒依靠与水作用的毛细力粘接起来。此外，原料自身由于其多孔特性也将会吸收水分。因此，本发明中所测湿容量反映了矿物的吸水能力和由于毛细作用力而存在于颗粒间的水含量。烧结料的适宜配水量与湿容量按如下关系式进行计算，即：

w＝k·m+n    (4)

式中，w为烧结料的适宜配水量，k为比例系数，m为所测铁矿粉的湿容量，n为修正常数；其中，w为烧结料的适宜配水量，根据实际混合制粒实验得到；k和n通过对实验数据利用最小二乘法拟合得到。

应用实例：下面以某种铁矿粉为例对该发明做进一步说明。

湿容量的测试结果如表1所示：

时间/min	0.50	1.00	1.50	2.00	2.50	3.00	3.50	4.00	4.50	5.00	5.50	6.00
													含水量/％	7.91	8.69	9.65	10.27	10.77	11.18	11.47	11.58	11.61	11.62	11.63	11.63

设计试验研究加水量对烧结制粒效果的影响，一般来说，在工业烧结过程中为保证烧结料层的透气性和烧结矿的质量，要求混合料制粒后3-8mm的颗粒越多越好。制粒设备选用工业圆筒混料装置。在以下组试验中，分别设定加水量分别为6％、6.5％和7％。混合时间固定为6分钟。实验结果如下：

表2不同配水量下的混合制粒效果

配水量％	＞10mm	10-8mm	8-5mm	5-3mm	3-1mm	1-0.7mm	0.7-0.2mm	＜0.2mm	3-8mm
										6	4.55	2.94	20.04	29.02	27.46	4.69	11.31	4.55	49.06
6.5	9.79	5.32	34.98	30.89	14.27	2.96	1.79	9.79	65.96
										7	12.88	5.26	35.75	26.36	14.61	2.47	2.67	12.88	62.11

通过试验数据可以发现当配水量为6.5的时候，混合料的制粒效果最好。

同样的方法研究其他矿种湿容量和最佳配水量的关系，所有试验结果如图3所示；

通过对实验数据进行线性回归得到最佳配水量和湿容量的关系：

y＝0.47·x+1.19(5)

式中，x为湿容量，y为混和制粒过程的最佳配水量。

这样只要通过试验得到了某种铁矿粉的湿容量，即可以根据式(5)计算得到实际混合料最佳的配水量。

本发明中，圆筒容器2为透明的玻璃、塑料或树脂制成，主要是为了方便观察。

本发明保护范围并不仅仅限于此具体实施方式，其还可以在权利要求的保护范围内做出本领域技术人员公知的种种等同变形，其仍然属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1、测量铁矿粉湿容量的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)矿物预处理

首先，将待测铁矿粉放入烘箱中，蒸发掉铁矿粉中所含的水分；然后，将待测铁矿粉冷却至室温后，放入干燥瓶中备用；

2)湿容量的测定

采用下述测量装置进行测定；所述测量装置，包括U形水槽(1)、圆筒容器(2)和电子天平(3)；U形水槽(1)水平搁置，U形水槽(1)的两开口等高且上部分别设有储水箱(4)和圆筒容器(2)，圆筒容器(2)的上方设有吊绳并使其在U形水槽(1)的一开口内上下移动；U形水槽(1)对应圆筒容器(2)开口端的侧壁设有刻度标记；圆筒容器(2)的吊绳与电子天平(3)称重盘相连；储水箱向U形水槽提供水源，使U形水槽开口的水位始终保持在最高处；

湿容量的测定步骤包括：

A、用滤纸平铺在圆筒容器(2)的底部，将圆筒容器(2)浸泡入水中让滤纸吸水完全饱和；

B、称取200g-300g的待测铁矿粉装入第A步的圆筒容器(2)内，使其自然堆积；装好后将圆筒容器(2)挂在电子天平(3)上称量，待示数稳定后，将天平清零；

C、将该圆筒容器(2)浸入到水下h，使圆筒容器(2)所受浮力与水-圆筒界面的张力达到平衡，天平重新回零；其中，圆筒容器浸入到水下的深度h与圆筒容器直径D有关：

σ为水的表面张力，θ为水和圆筒容器的接触角，ρ为10³kg/m³；

D、随着时间变化，铁矿粉开始吸水，天平示数不断增加，并将数据记录；

E、当天平数据稳定时，天平最后的示数即为所测铁矿粉的湿容量，记为m。

2、根据权利要求1所述测量铁矿粉湿容量的方法，其特征在于，所述电子天平(3)还连接有计算机(6)。

3、根据权利要求1所述测量铁矿粉湿容量的方法，其特征在于，所述圆筒容器(2)为透明的玻璃、塑料或树脂制成。

4、测算烧结混合料配水量的方法，其特征在于，根据权利要求1所测得的铁矿粉的湿容量m进行测算，所测铁矿粉的湿容量反映该矿物的吸水能力和由于毛细作用力而存在于颗粒间的水含量；烧结料的适宜配水量与湿容量按如下关系式进行计算，即：

w＝k·m+n                 (1)

式中，w为烧结料的适宜配水量，k为比例系数，m为所测铁矿粉的湿容量，n为修正常数；其中，k和n通过对实验数据利用最小二乘法拟合得到。

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