CN102183449A - 一种corex或高炉风口前焦炭或半焦透气性指数的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种COREX或高炉风口前焦炭或半焦透气性指数的测量方法，所述测量方法包括如下步骤：取竖炉风口去除渣铁的含粉末炉料作为总焦炭试样；测量总焦炭试样颗粒空隙度ε_总；测量总焦炭试样颗粒形状系数φ_总；测量总焦炭试样颗粒比表面平均直径d_e总；根据得到总焦炭试样的透气性指数值。本发明能实现包含粉末炉料的炉料透气性指数的测量，可广泛应用于冶炼行业。

Description

一种COREX或高炉风口前焦炭或半焦透气性指数的测量方法

技术领域

本发明涉及高炉炼铁领域，尤其涉及一种COREX或高炉风口前焦炭或半焦透气性指数的测量方法。

背景技术

炼铁过程是在炉料与煤气逆流运动的过程中发生的错综复杂地交织在一起的多种化学反应和物理变化。焦炭作为炉内料柱“骨架”，是炉内煤气上行的有利保障。随着冶炼技术的进步，为使每批炉料中的矿石相对增多，增加出铁量，焦比不断下降，导致炉内炉料与焦炭的透气性问题显得更加突出。透气性指数反映了高炉冶炼过程中，煤气流经炉料层的难易程度、气体在炉料层内的波动状况及其变化规律，体现了炉内状况的好坏。

目前，针对不同的非粉末炉料透气性指数测量方法，存在不同的透气性指数表示方法，但这些表示方法均基于欧根(Ergun)公式，根据炉料压差、煤气气流密度、煤气气流速度、炉料颗粒形状系数、炉料颗粒当量直径和炉料颗粒空隙度反应透气性指数，比如，最经典的表示

在炉料为含粉末炉料的情况下，由于粉末会被通入焦炭压差测量装置的高压气流吹走，炉料压差无法测定，加之炉料颗粒形状系的测定也尚无统一的方法，所以导致无法测定炉料透气性指数。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种包含粉末炉料的COREX或高炉风口前焦炭或半焦透气性指数的测量方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种COREX或高炉风口前焦炭或半焦透气性指数的测量方法，包括如下步骤：

步骤1、取竖炉风口去除渣铁的含粉末炉料作为总焦炭试样；

步骤2、测量总焦炭试样颗粒空隙度ε_总；

步骤3、测量总焦炭试样颗粒形状系数φ_总；

步骤4、测量总焦炭试样颗粒比表面平均直径d_e总；

步骤5、根据

得到总焦炭试样的透气性指数值。

本发明提供的COREX或高炉风口前焦炭或半焦透气性指数的测量方法，根据所采用的测量方法确定了含粉末炉料的炉料透气性指数的表达式

并通过总焦炭试样的颗粒空隙度、颗粒形状系数、颗粒比表面积平均直径的测量，得到含粉末炉料的炉料透气性指数。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所述COREX或高炉风口前焦炭或半焦透气性指数的测量方法的流程示意图。

图2为本发明测量总焦炭试样颗粒空隙度ε_总的流程示意图。

图3为本发明测量包含d_e≥d_ei各粒级焦炭试样压差ΔP_i总与高度H_i总之比的流程示意图。

图4为本发明焦炭压差测量装置的组成结构示意图。

图5为本发明测量第i粒级焦炭试样颗粒形状系数的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了解决现有技术无法测量含粉末炉料的炉料透气性指数的问题，本发明提供一种透气性指数测量方法。

图1为本发明所述COREX或高炉风口前焦炭或半焦透气性指数的测量方法的流程示意图。如图1所示，本发明提供的COREX或高炉风口前焦炭或半焦透气性指数的测量方法包括如下步骤：

步骤1、取竖炉风口去除渣铁的含粉末炉料作为总焦炭试样。

步骤2、测量总焦炭试样颗粒空隙度ε_总。

步骤3、测量总焦炭试样颗粒形状系数φ_总。

步骤4、测量总焦炭试样颗粒比表面平均直径d_e总。

步骤5、根据

得到总焦炭试样的透气性指数值。

总之，本发明首先根据所采用的测量方法，确定了含粉末炉料的炉料透气性指数的表达式

其次，取竖炉内风口处去除渣铁的含粉末炉料作为总焦炭试样，依次测定总焦炭试样的颗粒空隙度、颗粒形状系数、颗粒比表面积平均直径；从而，得到含粉末炉料的炉料透气性指数，为了解炉内透气性状况提供了依据。

实际应用中，某一焦炭颗粒的颗粒形状系数为同体积圆形焦炭颗粒的表面积S_pb与非球形焦炭颗粒的表面积S_fb之比，即

在现有的透气性指数

测量方法中，由于无法直接测量颗粒形状系数的值，所以采用新测量方法，将透气性指数

转化为其中，ρ为气流密度；ω为气流速度；ΔP_总为炉料压差；H_总为炉料高度；ε为颗粒空隙度；φ为颗粒形状系数；d_e为颗粒比表面平均直径。

将透气性指数

转化为

的原理如下：

设粒度和颗粒形状系数不同的两堆炉料，第一堆炉料有n₁个颗粒，颗粒的直径、表面积、体积分别为d₁、s₁、v₁，与体积v₁相等的球的直径、表面积分别为d′₁、s′₁；第二堆炉料有n₂个颗粒，颗粒的直径、表面积、体积分别为d₂、s₂、v₂，与颗粒体积v₂相等的球的直径、表面积分别为d′₂、s′₂。根据颗粒形状系数的定义，有第一堆炉料颗粒形状系数

第三堆炉料颗粒形状系数

根据球形表面积定义式，有

将两堆炉料混合后，颗粒总比表面积为：

将两堆炉料混合后，炉料总颗粒形状系数为：

进而，得到

上式中，为两堆炉料混合后的颗粒总比表面平均直径，x₁··x₂分别表示第一堆炉料和第二堆炉料的质量百分数。

同理可得，粒度和形状系数不同的n堆料混合之后的颗粒总形状系数和比表面平均直径的表达式分别为

和

在紊流条件下，根据卡门公式和欧根公式可知，

进而，可得转化后的透气性指数

本发明中，步骤1之后，步骤2之前，还包括：

步骤a、根据颗粒比表面平均直径，用筛子将总焦炭试样分为7个粒级，第i粒级焦炭试样占总焦炭试样的质量百分数为x_i，第i粒级焦炭试样颗粒比表面平均直径为d_ei；第1粒级焦炭试样至第7粒级焦炭试样颗粒比表面平均直径的范围依次为：d_e1＞16mm、16mm＞d_e2＞10mm、10mm＞d_e3＞6mm、6mm＞d_e4＞2.5mm、2.5mm＞d_e5＞1.0mm、1.0mm＞d_e6＞0.5mm、d_e7＜0.5mm；其中，i＝1，2，...，7。

实际应用中，总焦炭试样粒级数越大，透气性指数测量值越精确；总焦炭试样粒级数可根据实际情况具体确定。

图2为本发明测量总焦炭试样颗粒空隙度ε_总的流程示意图。如图2所示，步骤2中，测量总焦炭试样颗粒空隙度ε_总的步骤包括：

步骤21、取包含d_e≥d_ei各粒级焦炭试样浸泡在水中2天。

实际应用中，焦炭从竖炉顶部到达竖炉风口前的过程中，由于焦炭劣化而使得颗粒内部的间隙逐渐增大，因此，在测定总焦炭试样颗粒空隙度前要将其在水中浸泡2天，使总焦炭试样颗粒内部完全充满水。

步骤22、根据量器重量m_量、加满水的量器重量m_满和水的比重ρ_水，得到量器体积

步骤23、将浸泡后的包含d_e≥d_ei各粒级焦炭试样沥干后，装入量器并压实，记录仅装有包含d_e≥d_ei各粒级焦炭试样的量器重量m_a。

步骤24、向仅装有包含d_e≥d_ei各粒级焦炭试样的量器中加水，直至刚好淹没全部包含d_e≥d_ei各粒级焦炭试样，记录装有刚好被水淹没的包含d_e≥d_ei各粒级焦炭试样的量器重量m_b。

步骤25、根据V_量、m_a、m_b，得到包含d_e≥d_ei各粒级焦炭试样颗粒间隙所占体积

步骤26、将装有刚好被水淹没的包含d_e≥d_ei各粒级焦炭试样的量器中继续加水，直至加满量器，记录此时的量器重量m_c。

步骤27、根据V_量、m_a和m_c，得到包含d_e≥d_ei各粒级焦炭试样体积

步骤28、根据V_空和V_i总，得到包含d_e≥d_ei各粒级焦炭试样颗粒空隙度

步骤29、根据包含d_e＜d_ei各粒级焦炭试样占总焦炭试样的质量百分比得到总焦炭试样颗粒空隙度

其中，t为体积系数，且t＞1。

实际测量中，假设取i＝4，包含d_e≥2.5mm各粒级焦炭试样、包含d_e＜2.5mm各粒级焦炭试样的体积分别为V′₁、V′₂，质量百分比分别为

颗粒空隙度分别为ε_4总、ε′_4总，则包含d_e≥2.5mm各粒级焦炭试样的颗粒体积V₁＝(1-ε_4总)V′₁、包含d_e＜2.5mm各粒级焦炭试样的颗粒体积V₂＝(1-ε′_4总)V′₂，包含d_e≥2.5mm各粒级焦炭试样、包含d_e＜2.5mm各粒级焦炭试样混合后的总焦炭试样的体积为包含d_e≥2.5mm各粒级焦炭试样的t倍，即tV′₁，且V′₁≤tV′₁≤V′₁+V′₂；可得到总焦炭试样总空隙度为：

本发明中，步骤a之后，步骤2之前，还包括：

步骤b、测量第i粒级焦炭试样颗粒形状系数φ_i＝φ₀+(7-i)h；其中，φ₀为第7粒级焦炭试样颗粒形状系数；h为相邻两粒级之间的颗粒形状系数梯度，且h＞0。

步骤c、测量第i粒级焦炭试样颗粒比表面平均直径d_ei。

步骤d、根据步骤b和步骤c，得到包含d_e≥d_ei各粒级焦炭试样颗粒形状系数其中，j为自然数，且j≤i。

步骤e、根据步骤c和步骤d，得到包含d_e≥d_ei各粒级焦炭试样颗粒比表面积平均值

实际应用中，根据

得到：

步骤f、测量包含d_e≥d_ei各粒级焦炭试样压差ΔP_i总与高度H_i总之比ΔP_i总/H_i总；其中，j＝1，2，...，i。

本发明中，步骤c中，测量第i粒级焦炭试样颗粒比表面平均直径d_ei包括：

步骤c1、测量第i粒级焦炭试样颗粒比表面平均直径上限d_i上和第i粒级颗粒比表面积平均直径下限d_i下。

步骤c2、求取第i粒级焦炭试样颗粒比表面积平均直径

图3为本发明测量包含d_e≥d_ei各粒级焦炭试样压差ΔP_i总与高度H_i总之比的流程示意图。如图3所示，本发明中，步骤f中，测量包含d_e≥d_ei各粒级焦炭试样压差ΔP_i总与高度H_i总之比ΔP_i总/H_i总具体为：

步骤f1、设定焦炭压差测量装置中压力计标准值为2kg、流量计标准值为6m³/h。

步骤f2、将包含d_e≥d_ei各粒级焦炭试样压均匀地放入焦炭压差测量装置的焦炭槽中，并测量焦炭槽中包含d_e≥d_ei各粒级焦炭试样高度H_i总。

步骤f3、向焦炭压差测量装置导入压缩气体，从焦炭槽底部对包含d_e≥d_ei各粒级焦炭试样进行吹气，当压力表实际读数为2kg、流量计实际读数为6m³/h时，压差计的读数即为ΔP_i总。

步骤f4、根据步骤f2、步骤f3，得到ΔP_i总/H_i总。

图4为本发明焦炭压差测量装置的组成结构示意图。如图4所示，焦炭压差测量装置包括直径和高度分别为80mm和700mm的焦炭槽1、流量计2、压力表3、“U”形压差计4，焦炭槽1底部的筛板孔径为0.4mm、厚度为0.3mm。压力表3一端连接压缩气体，另一端通过流量计2连接焦炭槽1底部接口a；焦炭槽1底部接口b接“U”形压差计4的一端。焦炭压差测量装置的操作温度为室温，空塔速度为0.34m/s。这里，筛板能防止各粒级焦炭试样漏入连接到焦炭槽1底部的用于传送压缩气体的气管，同时，压缩气体能通过筛板进入焦炭槽1。

测量压差ΔP_i总与高度H_i总之比ΔP_i总/H_i总时，首先将包含d_e≥d_ei各粒级焦炭试样，比如，取i＝4的包含d_e≥2.5mm各粒级焦炭试样、取i＝5的包含d_e≥1.0mm各粒级焦炭试样或取i＝6的包含d_e≥0.5mm各粒级焦炭试样，均匀地放入焦炭槽1中，并测量装在焦炭槽1中的包含d_e≥d_ei各粒级焦炭试样的高度为H_i总；其次，向焦炭压差测量装置导入压缩气体，当压力表3实际读数为2kg、流量计2实际读数为6m³/h时，“U”形压差计4实际读数为ΔP_i总；最后，根据测得的ΔP_i总和H_i总，得到ΔP_i总/H_i总。

图5为本发明测量第i粒级焦炭试样颗粒形状系数的流程示意图。如图5所示，本发明中，测量第i粒级焦炭试样颗粒形状系数φ_i＝φ₀+(7-i)h具体为：

步骤b1、在紊流条件下，根据总焦炭试样压差ΔP_总与高度H_总之间的关系

确定：

i＝4时，包含d_e＞2.5mm各粒级焦炭试样压差ΔP_4总与高度H_4总之间的关系

i＝5时，包含d_e＞1.0mm各粒级焦炭试样压差ΔP_5总与高度H_5总之间的关系

i＝6时，包含d_e＞0.5mm各粒级焦炭试样压差ΔP_6总与高度H_6总之间的关系

步骤b2、根据ΔP_总/H_总、ΔP_4总/H_4总、ΔP_5总/H_5总、ΔP_6总/H_6总，建立如下关系：

步骤b3、结合步骤28步骤29、步骤d、步骤e，得到φ₀、h、ΔP_总/H_总。

由于φ_4总、φ_5总、φ_6总、φ_总均为φ₀和h的函数，而步骤b2中的其余值可测试得到，故根据ΔP_总/H_总、ΔP_4总/H_4总、ΔP_5总/H_5总、ΔP_6总/H_6总，可得到ΔP_总/H_总、φ₀和h。

步骤b4、根据φ₀、h，得到φ_i＝φ₀+(7-i)h。

其中，d_4总为包含d_e＞2.5mm各粒级焦炭试样颗粒比表面平均直径；d_5总为包含d_e＞1.0mm各粒级焦炭试样颗粒比表面平均直径；d_6总为包含d_e＞0.5mm各粒级焦炭试样颗粒比表面平均直径。

本发明中，步骤b4之后，还包括：

步骤b5、根据

和

得到φ_总和d_e总的值。

实际应用中，本发明还可以用于除含粉末炉料以外的其它炉料的透气性指数的测量。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种COREX或高炉风口前焦炭或半焦透气性指数的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括如下步骤：

步骤1、取竖炉风口去除渣铁的含粉末炉料作为总焦炭试样；

步骤2、测量总焦炭试样颗粒空隙度ε_总；

步骤3、测量总焦炭试样颗粒形状系数φ_总；

步骤4、测量总焦炭试样颗粒比表面平均直径d_e总；

步骤5、根据

得到总焦炭试样的透气性指数值。

2.根据权利要求1所述的COREX或高炉风口前焦炭或半焦透气性指数的测量方法，其特征在于，步骤1之后，步骤2之前，还包括：

步骤a、根据颗粒比表面平均直径，用筛子将总焦炭试样分为7个粒级，第i粒级焦炭试样占总焦炭试样的质量百分数为x_i，第i粒级焦炭试样颗粒比表面平均直径为d_ei；第1粒级焦炭试样至第7粒级焦炭试样的颗粒比表面平均直径范围依次为：d_e1＞16mm、16mm＞d_e2＞10mm、10mm＞d_e3＞6mm、6mm＞d_e4＞2.5mm、2.5mm＞d_e5＞1.0mm、1.0mm＞d_e6＞0.5mm、d_e7＜0.5mm；其中，i＝1，2，...，7。

3.根据权利要求2所述的COREX或高炉风口前焦炭或半焦透气性指数的测量方法，其特征在于，步骤2中，所述测量总焦炭试样颗粒空隙度ε_总的步骤包括：

步骤21、取包含d_e≥d_ei各粒级焦炭试样浸泡在水中2天；

步骤22、根据量器重量m_量、加满水的量器重量m_满和水的比重ρ_水，得到量器体积

步骤23、将浸泡后的包含d_e≥d_ei各粒级焦炭试样沥干后，装入量器并压实，记录仅装有包含d_e≥d_ei各粒级焦炭试样的量器重量m_a；

步骤24、向仅装有包含d_e≥d_ei各粒级焦炭试样的量器中加水，直至刚好淹没全部包含d_e≥d_ei各粒级焦炭试样，记录装有刚好被水淹没的包含d_e≥d_ei各粒级焦炭试样的量器重量m_b；

步骤25、根据V_量、m_a、m_b，得到包含d_e≥d_ei各粒级焦炭试样颗粒间隙所占体积

步骤26、将装有刚好被水淹没的包含d_e≥d_ei各粒级焦炭试样的量器中继续加水，直至加满量器，记录此时的量器重量m_c；

步骤27、根据V_量、m_a和m_c，得到包含d_e≥d_ei各粒级焦炭试样体积

步骤28、根据V_空和V_i总，得到包含d_e≥d_ei各粒级焦炭试样颗粒空隙度

步骤29、根据包含d_e＜d_ei各粒级焦炭试样占总焦炭试样的质量百分比

得到总焦炭试样颗粒空隙度

其中，t为体积系数，且t＞1。

4.根据权利要求3所述的COREX或高炉风口前焦炭或半焦透气性指数的测量方法，其特征在于，步骤a之后，步骤2之前，还包括：

步骤b、测量第i粒级焦炭试样颗粒形状系数φ_i＝φ₀+(7-i)h；其中，φ₀为第1粒级焦炭试样颗粒形状系数；h为相邻两粒级之间的颗粒形状系数梯度，且h＞0。

步骤c、测量第i粒级焦炭试样颗粒比表面平均直径d_ei；

步骤d、根据步骤b和步骤c，得到包含d_e≥d_ei各粒级焦炭试样颗粒形状系数

其中，j为自然数，且j≤i；

步骤e、根据步骤c和步骤d，得到包含d_e≥d_ei各粒级焦炭试样颗粒比表面积平均值

步骤f、测量包含d_e≥d_ei各粒级焦炭试样压差ΔP_i总与高度H_i总之比ΔP_i总/H_i总；

其中，j＝1，2，...，i。

5.根据权利要求4所述的COREX或高炉风口前焦炭或半焦透气性指数的测量方法，其特征在于，步骤c中，所述测量第i粒级焦炭试样颗粒比表面平均直径d_ei包括：

步骤c1、测量第i粒级焦炭试样颗粒比表面平均直径上限d_i上和第i粒级颗粒比表面积平均直径下限d_i下；

步骤c2、求取第i粒级焦炭试样颗粒比表面积平均直径

6.根据权利要求5所述的COREX或高炉风口前焦炭或半焦透气性指数的测量方法，其特征在于，步骤f中，所述测量包含d_e≥d_ei各粒级焦炭试样压差ΔP_i总与高度H_i总之比ΔP_i总/H_i总具体为：

步骤f1、设定焦炭压差测量装置中压力计标准值为2kg、流量计标准值为6m³/h；

步骤f2、将包含d_e≥d_ei各粒级焦炭试样压均匀地放入焦炭压差测量装置的焦炭槽中，并测量焦炭槽中包含d_e≥d_ei各粒级焦炭试样高度H_i总；

步骤f3、向焦炭压差测量装置导入压缩气体，从焦炭槽底部对包含d_e≥d_ei各粒级焦炭试样进行吹气，当压力表实际读数为2kg、流量计实际读数为6m³/h时，压差计的读数即为ΔP_i总；

步骤f4、根据步骤f2、步骤f3，得到ΔP_i总/H_i总。

7.根据权利要求6所述的COREX或高炉风口前焦炭或半焦透气性指数的测量方法，其特征在于，步骤b中，所述测量第i粒级焦炭试样颗粒形状系数φ_i＝φ₀+(7-i)h具体为：

步骤b1、在紊流条件下，根据总焦炭试样压差ΔP_总与高度H_总之间的关系确定：

i＝4时，包含d_e＞2.5mm各粒级焦炭试样压差ΔP_4总与高度H_4总之间的关系

i＝5时，包含d_e＞1.0mm各粒级焦炭试样压差ΔP_5总与高度H_5总之间的关系

i＝6时，包含d_e＞0.5mm各粒级焦炭试样压差ΔP_6总与高度H_6总之间的关系

步骤b2、根据ΔP_总/H_总、ΔP_4总/H_4总、ΔP_5总/H_5总、ΔP_6总/H_6总。建立如下关系：

步骤b3、结合步骤28步骤29、步骤d、步骤e，得到φ₀、h、ΔP_总/H_总；

步骤b4、根据φ₀、h，得到φ_i＝φ₀+(7-i)h；

其中，ρ为煤气气流密度；ω为煤气气流速度；d_4总为包含d_e＞2.5mm各粒级焦炭试样颗粒比表面平均直径；d_5总为包含d_e＞1.0mm各粒级焦炭试样颗粒比表面平均直径；d_6总为包含d_e＞0.5mm各粒级焦炭试样颗粒比表面平均直径。

8.根据权利要求7所述的COREX或高炉风口前焦炭或半焦透气性指数的测量方法，其特征在于，步骤b4之后，还包括：

步骤b5、根据

和

得到φ_总和d_e总的值。

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