CN101974680B - 一种铁矿烧结混合料适宜制粒水分的快速检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁矿烧结混合料适宜制粒水分的快速检测方法。适宜制粒水分是指使混合料制粒后达到最好透气性所需的水分含量，它包括原料本身含有的水分，以及混合、制粒时添加的水分。本发明的步骤为：1)将铁矿石、熔剂、焦粉、烧结返矿配成湿度为10～20％的泥浆状混合料；2)以饱和石灰水为介质水洗筛分混合料获得粘附粉和核颗粒，并检测粘附粉的含量X_a；3)用离心法检测核颗粒的内孔持水量；4)用饱和吸水法检测粘附粉的饱和持水量；5)应用公式计算出混合料制粒所需的适宜水分。该法具有操作简单、准确率高的特点。以绝对误差±0.3％来计算，30种配料方案适宜制粒水分的预测准确率达93.3％。

Description

一种铁矿烧结混合料适宜制粒水分的快速检测方法

技术领域

本发明属于炼铁原料制备的造块技术领域，涉及铁矿烧结过程中混合料适宜制粒水分的检测方法。 

技术背景

烧结是目前国内外钢铁企业最广泛采用的含铁原料造块方法。烧结是在下部风箱强制抽风的作用下，料层内燃料燃烧使混合料在高温作用下发生局部熔化而固结成烧结矿。因此，烧结过程必须向料层供风使燃料燃烧，而气体在烧结料层内的流动状况关系到烧结过程的传热、传质和物理化学反应，因而影响烧结矿的产质量及能耗。一般在烧结前的原料准备过程中，将混合料预先制粒，目的是减少混合料中细粒级颗粒的含量，减小气体通过烧结料层的阻力，提高烧结的效率。因此，混合制粒是烧结混合料准备过程中的最主要工序。 

制粒是混合料在水分的作用下细颗粒粘附在粗颗粒上或者细颗粒之间相互聚集而长大成更大的颗粒的过程，水分在制粒过程中形成桥液而起着重要的粘结作用。如果混合料中水分不足，则颗粒间的粘结力不够，造成物料难以成球，导致料层中细粒级含量高、透气性差，降低烧结矿产量；而水分含量太高则小球结构发生变形和兼并，使得料层孔隙率下降而导致气体通过阻力增加，并且烧结过程的水蒸气在下层物料冷凝的现象会加剧料层透气性恶化，使得烧结矿产、质量降低，同时水分蒸发消耗更多的热量使得烧结能耗高。因此，混合料水分含量影响着制粒的效果，保证混合料具有适宜的水分是制粒的关键。 

目前，传统的适宜制粒水分检测方法，主要是通过制粒试验来确定，但大多烧结厂由于原料供应紧张，其原料结构变化频繁，这种工作量大、试验周期长的方法不利于快速适应原料的变化。也有研究者通过铁矿石的物化性能预测适宜制粒水分，Jasbir Khosa等人采用7种矿的正交试验数据建立了以-1mm颗粒的SiO₂，LOI和Al₂O₃含量，以及-0.15mm和中间粒度(0.1～1mm)比例为变量的适宜制粒水分经验模型，但该模型未能考虑铁矿石中不同形态存在的SiO₂、Al₂O₃对适宜制粒水分的影响，且只是针对铁矿石的物化性能进行预测，忽略了烧结混合料中熔剂、焦粉、返矿的影响，而对铁矿石配矿的预测没有进行试验验证，因而不具 有普遍的推广价值。因此，开发一种能够准确、快速、简便检测适宜制粒水分的技术具有十分重要的意义。 

发明内容

本发明的目的是开发出一种检测铁矿烧结混合料适宜制粒水分的方法，该方法具有准确、快速、简便的特点。 

本发明的技术解决方案如下： 

一种铁矿烧结混合料适宜制粒水分的检测方法，其特征在于，通过检测混合料中粘附粉颗粒含量、核颗粒的内孔持水量和粘附粉颗粒的饱和持水量，计算制粒所需的适宜水分。具体包括试样准备、粒度分级、核颗粒内孔持水量检测、粘附粉饱和持水量检测及适宜水分计算等5个步骤。 

所述的试样准备的具体步骤为：将矿石、熔剂、焦粉和返矿按干基配料法配成500～1000g混合料，其中熔剂包括石灰石、白云石、生石灰、蛇纹石中的一种或多种，要求配料前将生石灰充分消化，混合料充分混匀后加水将湿度控制为10-20％。 

所述的粒度分级，是将混合料水洗筛分成核颗粒和粘附粉颗粒两种粒级，其中核颗粒的颗粒直径大于0.25～1.0mm，粘附粉颗粒的粒度小于核颗粒的粒度，水筛的介质为饱和石灰水，粒度分级后干燥称重获得粘附粉颗粒占混合料总质量的百分含量X_a。 

所述的核颗粒内孔持水量检测所用的方法为离心法，具体是将混合料粒度分级后的核颗粒浸泡2～3h后，取30～50g核颗粒试样在相对离心力RCF值为200×g～300×g的作用下脱水4～6min，检测离心操作后试样中剩余水分即为核颗粒粒级持水量W_cw；所述的剩余水分为质量百分比。 

所述的粘附粉饱和持水量检测所用的方法为饱和吸水法，具体是将干燥的、自然堆积在试管中的粘附粉颗粒试样吸水至饱和，检测吸水饱和后的试样中吸水量占粘附粉颗粒试样吸水后的总质量百分比即为粘附粉颗粒的饱和持水量W_aw。 

所述的适宜制粒水分W的计算公式为：W＝(1-X_a)·W_cw+0.72X_a·W_aw，其中X_a为混合料中粘附粉的百分含量，W_cw为核颗粒的内孔持水量，W_aw为粘附粉颗粒的饱和持水量。 

适宜制粒水分是指使混合料制粒后达到最好透气性所需的水分含量，它包括原料本身含有的水分，以及混合、制粒时添加的水分。 

有益效果： 

本发明的有益效果如下： 

(1)简便、快速 

传统的混合料适宜制粒水分检测方法是通过制粒试验获得，每个适宜水分需要进行4-6个试验点，消耗原料50kg以上，从原料准备到获得试验结果耗时1天以上，且需要圆筒混合机、透气性检测仪等设备；本发明只需检测混合料中粘附粉颗粒含量、核颗粒内孔持水量和粘附粉饱和持水量3个指标就可计算出混合料适宜的制粒水分，所使用的设备都为常规仪器，检测周期短(＜5h)、试样量小(＜1kg)、可重复性好，且可同时进行多组混合料的适宜制粒水分检测。因此，本发明具有简便、快速的优点； 

(2)科学性好 

制粒小球由核颗粒和粘附层构成，因此混合料可分成核颗粒(＞0.25～1.0mm)和粘附粉(＜0.25～1.0mm)。在制粒过程中，核颗粒主要是颗粒内部孔隙吸水，粘附粉颗粒除颗粒内部吸水外还有颗粒间填充水，这两部分水组成了制粒水分；离心测水法是在合适的离心力作用下将核颗粒表面的自由水脱除，检测得到的是内孔的持水量，而饱和吸水法是检测颗粒间空隙完全被水分填充的吸水量，与粘附粉制粒所需的水分含量存在定量关系。因此，本发明采用离心法和饱和吸水法分别检测核颗粒内孔持水量和粘附粉饱和持水量，进而计算制粒的适宜水分，具有科学性好。 

(3)准确性高 

通过30种涵盖不同矿种、不同配比、不同熔剂种类的配料方案适宜制粒水分检测，当绝对误差要求在±0.3％范围内，本方法的预测准确率达93.3％。因此，准确率高。 

本发明应用于指导、控制烧结过程混合料水分含量，可优化烧结生产、提高烧结生产效率。 

附图说明

图1为适宜制粒水分检测流程； 

图2为离心机角转子带动试样旋转示意图； 

图3为饱和吸水法测粘附粉颗粒饱和持水量的装置示意图； 

图4为30个配矿方案的适宜水分预测值与实测值对比示意图。 

标号说明：1——铁架台，2——烧杯，3——储水器，4——筛板，5——装料试管 

6——酸式滴定管，7——标尺，8——橡皮塞，9——试样 

具体实施方式

检测流程包括试样准备、混合料分级、核颗粒内孔持水量、粘附粉饱和持水量、适宜水分计算5个关键步骤，详见图1所示。具体检测内容如下： 

(1)试样准备 

试样准备包括配料、生石灰消化、混合。具体方法是按照配料方案将铁矿石、石灰石、白云石、生石灰、焦粉、返矿等烧结原料按重量比(配比由烧结矿碱度、铁品位、SiO₂含量等要求确定)配成500～1000g混合料。将生石灰充分消化后与其他原料混合，调整混合料湿度为10-20％，使其为泥浆状，并静置1～2h。 

(2)混合料分级 

采用0.25～1.0mm的筛子将混合料在介质饱和石灰水中进行水筛，筛分成核颗粒(大于0.25～1.0mm)和粘附粉颗粒(小于0.25～1.0mm)两种粒级，并干燥称重获得粘附粉颗粒的质量百分含量。 

(3)核颗粒内孔持水量检测 

采用离心法检测核颗粒内孔持水量，方法是将混合料筛分出的核颗粒浸泡2～3h后，在带孔的试管中铺两层滤纸，分别取4份30g～50g的试样装入试管中，在相对离心力RCF值为(200×g)～(300×g)(转速1726～2114r/min，旋转半径60mm，角转子旋转示意图见图2)的作用下，脱水4～6min后卸出，检测其剩余水分即为核颗粒的内孔持水量，取其平均值。 

(4)粘附粉饱和持水量检测 

采用饱和吸水法检测粘附粉饱和持水量，装置见图3，方法是将筛板放入Ф30mm×150mm的装料试管中，在筛板上铺两层滤纸，然后将干燥的粘附粉试样装入装料试管至100mm高度处，使其呈自然堆积的状态，并记下装料重量m₀。向贮水器中加入蒸馏水，当其水面升至与筛板下缘在同一水平线时为吸水开始，直至试样不再吸水为结束，记下从吸水开始到结束的加水量m₁，m₁/(m₀+m₁)即为粘附粉颗粒的饱和持水量，重复检测两次，取平均值。 

(4)适宜水分计算 

制粒小球由+0.5mm粒级的核颗粒和-0.5mm粒级的粘附粉构成，因此适宜水分满足公式： 

W＝a·(1-X_a)·W_cw+b·X_a·W_aw

a，b分别为系数，由于核颗粒内孔持水量反映的就是制粒过程中所需要的水分含量，因此系数a值为1，而制粒小球粘附层中由于颗粒间空隙并非100％被水分填充，因此粘附层制粒 所需水分与粘附粉饱和持水量存在线性关系，由统计模型测定系数b值为0.72。 

因此，制粒适宜水分的计算公式：W＝(1-X_a)·W_cw+0.72X_a·W_aw

X_a——混合料中粘附粉颗粒的含量，％；W_cw——核颗粒的内孔持水量，W_aw——粘附粉颗粒的饱和持水量。 

实施案例： 

依据烧结矿化学成分TFe56.6％、SiO₂4.8％、R2.0、MgO2.0％【质量百分比】的要求进行烧结原料配料，所涉及的铁矿石、熔剂、焦粉、返矿的化学成分及-0.5mm粒级含量见表1所示，5个实例的配料方案见表2。 

表1原料的化学成分及粘附粉颗粒含量(表中数据的单位：wt/％) 

表2各实例的配矿方案(表中数据的单位：wt/％) 

检测各实例的混合料中粘附粉颗粒含量、粘附粉颗粒饱和吸水量、核颗粒内孔持水量，检测 结果见表3，通过适宜水分的预测公式进行计算，得到的预测值，与通过制粒试验获得的实测值进行对比，结果见表3，可知，预测值和实测值能够很好的吻合，其绝对误差在±0.3％的范围内(误差计算采用|预测值-实测值|/实测值，最大的误差为3.25％，最小的误差为0.8％)(注：采用绝对误差对实际生产更有意义，一般会考虑与生产设计水分的偏差值，因此这里不采用相对误差来衡量)。 

表3各实例的适宜水分实测值和预测值对比 

注：适宜制粒水分实测值由制粒试验得到，通过考察水分对制粒的影响而得到。 

实例1和实例2的铁矿石配比相同，但熔剂发生了改变，而实例1和实例2的预测结果都比较准确，说明适宜水分的预测公式适应熔剂结构的变化。 

实例2和实例3的熔剂配比相同，但铁矿石的种类和配比发生了变化，而实例2和实例3的预测结果都比较准确，说明适宜水分的预测公式适应铁矿石配矿结构的变化。 

实例3、实例4、实例5的混合料粘附粉颗粒含量发生变化，而实例3、实例4、实例5的预测结果都比较准确，说明适宜水分的预测公式适应混合料粒度的变化。 

通过进一步的实例考察，针对30种配矿方案的混合料适宜水分预测，其预测值与实测值都能很好的吻合，其绝对误差在±0.3％范围内的预测准确率达93.3％(见图4)。 

Claims (1)

1.一种铁矿烧结混合料适宜制粒水分的检测方法，其特征在于，通过检测混合料中粘附粉颗粒含量、核颗粒的内孔持水量和粘附粉颗粒的饱和持水量，计算制粒所需的适宜水分；具体包括试样准备、粒度分级、核颗粒的内孔持水量检测、粘附粉颗粒的饱和持水量检测及适宜水分计算5个步骤；

所述的试样准备的具体步骤为：将矿石、熔剂、焦粉和返矿按干基配料法配成500～1000g混合料，其中熔剂包括石灰石、白云石、生石灰、蛇纹石中的一种或多种，要求配料前将生石灰充分消化，混合料充分混匀后加水将湿度控制为10-20％；

所述的粒度分级，是将混合料水洗筛分成核颗粒和粘附粉颗粒两种粒级，其中核颗粒的颗粒直径大于0.25～1.0mm，粘附粉颗粒的粒度小于核颗粒的粒度，水筛的介质为饱和石灰水，粒度分级后干燥称重获得粘附粉颗粒占混合料总质量的百分含量X_a；

所述的核颗粒的内孔持水量检测所用的方法为离心法，具体是将混合料粒度分级后的核颗粒浸泡2～3h后，取30～50g核颗粒试样在相对离心力RCF值为200×g～300×g的作用下脱水4～6min，检测离心操作后试样中剩余水分即为核颗粒的内孔持水量W_cw；所述的剩余水分为质量百分比；

所述的粘附粉颗粒的饱和持水量检测所用的方法为饱和吸水法，具体是将干燥的、自然堆积在试管中的粘附粉颗粒试样吸水至饱和，检测吸水饱和后的试样中吸水量占粘附粉颗粒试样吸水后的总质量百分比即为粘附粉颗粒的饱和持水量W_aw；

所述的适宜制粒水分W的计算公式为：W＝(1-X_a)·W_cw+0.72X_a·W_aw，其中X_a为混合料中粘附粉颗粒的百分含量，W_cw为核颗粒的内孔持水量，W_aw为粘附粉颗粒的饱和持水量。

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