CN102353760B - 一种膨润土质量现场快速检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种膨润土质量现场快速检测方法及装置，包括试样球成球装置和试样球质量检测装置，所述试样球成球装置用于制造试样球(11)，包括混料盘(1)，注水器(2)，装料盘(3)，料杯(4)和球料分离器(5)，所述混料盘(1)的出料口对准料杯(4)，所述注水器(2)位于装料盘(3)正上方，所述装料盘(3)内镶嵌所述多个料杯(4)，所述球料分离器(5)位于装料盘(3)下方；所述试样球质量检测装置用于测量试样球(11)，包括可旋转压头(10)和传感器(12)，所述可旋转压头(10)用于向下接触和向试样球(11)施压，并与试样球(11)下方的传感器(12)配合测量试样球的球径、球重和抗压。

Description

一种膨润土质量现场快速检测方法及装置

技术领域

本发明涉及一种冶金球团用膨润土质量现场快速检测的方法和装置，属于矿山、冶金领域。

背景技术

随着国家钢铁工业产能的增加和高炉炉料结构的变化,对球团矿的需求量逐渐增加，与之对应的膨润土使用量和对其质量的要求备受行业界的高度关注，而多年来，冶金行业界一直沿用铸造用膨润土的部分检测标准来完全评价冶金球团用膨润土的质量（即为2h吸水率、蒙脱石含量、膨胀容等5项指标）。经过长期的生产实践证明，上述膨润土检测指标与其造球质量相关性很弱，尤其是改性后的膨润土检测指标与其造球质量相关性更弱，且检测周期无法满足生产调节的需求，行业同仁一直希望能寻找到一种新的高效、直接检测膨润土质量的方法，为生产企业选择膨润土提供技术依据。

虽然，2008年以前非冶金行业企业组成的组织起草了GB/T20973—2007《膨润土》标准，但该标准中对铁矿球团膨润土质量的检测方法仍然建立在原铸造用膨润土检测标准基础之上，仅是将膨胀容指标改为膨胀指数指标,且起草的新标准中,检测膨胀指数时需将2g膨润土分约20次加入，且相邻两次加入的时间间隔不少于10min，因此单就这一项指标的操作又增加检测时间3.33小时，可操作性差。显而易见，新标准仍无法满足冶金行业对造球用膨润土质量评价的需要。

鉴于上述的原因，冶金企业在筛选膨润土厂家时，一般采用实验室造球法判断膨润土的优劣。但实验室造球法评判膨润土质量存在工作量大、需要熟练的试验工人较多、检验周期长等缺点，故在日常检测中，仍被迫使用原行业习惯检测方法。

由此可见，发明一种能直接快速评判造球用膨润土质量的评价方法和装置，不仅是马钢生产厂的需要，也是行业的期望。

发明内容

本发明针对冶金行业膨润土传统检测方法检测周期长、可操作性差，且检测指标与实际造球性能相关性差的问题，发明一种能真实反映冶金球团用膨润土质量的现场快速检测方法和装置，为冶金行业的膨润土筛选和生产现场准确快速检测提供技术支撑。

具体技术方案如下：

一种膨润土质量现场快速检测装置，包括试样球成球装置和试样球质量检测装置，所述试样球成球装置用于制造试样球，包括混料盘(1)，注水器(2)，装料盘(3)，料杯(4)和球料分离器(5)，所述混料盘(1)的出料口对准料杯(4)，所述注水器(2)位于装料盘(3)正上方，所述装料盘(3)内镶嵌所述多个料杯(4)，所述球料分离器(5)位于装料盘(3)下方；所述试样球质量检测装置用于测量试样球，包括可旋转压头和传感器，所述可旋转压头用于向下接触和向试样球施压，并与试样球下方的传感器配合测量试样球的球径、球重和抗压。

进一步地，所述试样球成球装置还包括废料箱（6），操作面板（7）和一个第一电机（8），所述废料箱（6）设置在试样球成球装置下部，所述操作面板（7）连接并控制试样球成球装置的各个构件，所述第一电机（8）用于驱动混料盘（1）进行混料。

进一步地，所述试样球质量检测装置的所述可旋转压头由一个第二电机驱动，所述试样球质量检测装置测量试样球的球径精度为0.01mm、球重精度为0.01g和抗压精度0.01N。

进一步地，装料盘（3）内镶嵌数个料杯（4），装料盘（3）转动一次可使装满矿粉的料杯（4）正好位于注射器（2）正下方，所述球料分离器（5）位于注水器（2）正对的料杯（4）的正下方，料杯（4）底部可打开并卸料至球料分离器（5）。

进一步地，所述混料盘（1）的倾角、旋转次数可调，其由第一电机（8）带动使物料自动混匀，混料盘（1）的出料口可自动对位料杯（4），所述装料盘（3）可被转动从而依次将料布入料杯。

进一步地，所述注水器（2）整体可上下直线运动，其固定后内部的推杆可独立上下直线运动，完成吸水或注水动作。

上述膨润土质量现场快速检测装置的检测方法，所述膨润土为冶金球团用膨润土，采用如下步骤：

（1）准备待测膨润土和标准矿粉；

（2）采用筛分法对造球用主精矿粉进行粒度分级；

（3）将备好的待测膨润土和目标矿粉按规定比例混匀；

（4）进行注水成球；

（5）注水成球后进行试样球分离；

（6）对试样球检测，检测项目为试样球水分、球径和抗压。

进一步地，进一步包括步骤（7）：试样球检测结束后，试样球抗压、球径及水分三项指标10次检测结果的平均值作为评价待测膨润土质量的依据。

进一步地，步骤（1）中待测膨润土粒度满足＜0.074mm粒级的含量≥98.0%；步骤（2）中选用粒度在75～380μm范围的粗矿粉颗粒做为评价待测膨润土的标准矿粉；步骤（4）中按照0.005～0.03ml/s的速度注水0.1ml进行注水成球，每次注水成球时注水器插入深度须相同。

进一步地，步骤(5)中还包括：注水完成后，料杯(4)底部打开、卸料，再通过球料分离器(5)将试样球与物料分离，抽出球料分离器(5)后用专用取球勺将试验球取出。

进一步地，选用同一种铁精矿作为不同膨润土质量评价的标准矿，即所有膨润土的评价均采用一种铁精矿，从而保证了评判条件的一致性；不同膨润土的添加比例相同；每形成一个试样球的注水器插入深度、加水速度及加水量相同；试样球抗压、球径及试样球水分三项指标取多次检测结果的平均值。

与目前现有技术相比，本发明（1）可快速、直接评价球团用膨润土的质量，适应现厂的快节奏生产，检测结果能及时为生产提供技术支撑；（2）与行业目前沿袭的检测方法相比，本发明与实际生产指标有较强的相关性，同时试验周期由3天降至2h，检测指标由5项减少到3项，操作简单，劳动强度下降，同时降低了人为干扰因素。

附图说明

图1为冶金球团用膨润土质量快速检测装置工艺原理示意图；

图2为冶金球团用膨润土质量快速检测工艺流程图；

图中：

1-混料盘2-注水器3-装料盘4-料杯5-球料分离器6-废料箱7-操作面板8-电机

具体实施方式

下面根据附图对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。

在钢铁冶金行业，铁精矿造球是球团矿生产过程中的重要工序之一，其造球的原理是将铁精矿、粘结剂和水混合，利用滚动力和颗粒间的界面力和毛细力把颗粒粘结在一起，形成具有一定粒度和强度的生球。生球质量的好坏不仅影响球团的质量，而且还在很大程度上影响着整个系统的生产。在铁精矿造球过程中，粘结剂是影响生球质量的重要因素，因此行业界对粘结剂的检测特别重视。

目前，膨润土是我国钢铁企业球团生产中使用最广泛、最廉价的造球用粘结剂，但由于地质成因的差异，地区间膨润土质量的差异较大。

膨润土是以蒙脱石为主的含水粘土矿，因此膨润土的一些性质是由蒙脱石所决定的，如吸附性、吸水膨胀性和阳离子交换性。因此，行业界对膨润土的检测主要是针对膨润土中的蒙脱石，一般规定用吸蓝量表征蒙脱石吸附亚甲基蓝的能力，用膨胀容评判其吸水后体积膨胀的程度，而用胶质价来表征其阳离子交换性能。而实际上，能吸附甲基蓝的粘土矿物不仅仅是蒙脱石，如绿悦石等均有吸蓝能力，这样计算的结果往往会使蒙脱石含量偏高，同时因成本原因，几乎所有膨润土生产厂家都采用干法改性，这种方法能提高胶质价和膨胀容的数值，对结果的判断分析造成混乱，经常产生“反常”现象，检测结果与实际工业生产使用效果偏差较大，不能反映冶金球团用膨润土最本质的特性。

本发明认为冶金球团用膨润土最本质的特性并不是各项检测指标的高低，而应该是膨润土在铁精矿粉造球过程中是否改善铁精矿成球性、是否提高了生球质量。换言之，判断一种冶金球团用膨润土质量好坏的标准应该是其改善铁精矿成球性能力的大小，这是冶金球团工业最为关注的，也是冶金球团用膨润土与铸造用膨润土特性的最本质区别。

因此，为表征膨润土的这一能力，本发明开发一种采用静态滴水成球的方法检测冶金球团用膨润土质量这一全新的思路。该方法的主要技术方案为：根据膨润土在成球过程中的纤维粘结机理，将待测膨润土与造球用主精矿粉按规定的比例混匀，利用自制成球装置在自然状态下向混匀料匀速、缓慢滴入规定量的水，膨润土、铁精矿在水的作用下形成一个试样球，从混匀料中分离出试样球，并通过自制的高精度检测装置检测试样球的水分、球径和抗压强度，通过这三项检测指标来评价不同膨润土的质量。三项检测指标中，试样球中水分用来评价膨润土在造球过程中吸水性的好坏，水分越大膨润土的吸水性越好；试样球抗压强度用来衡量膨润土与精矿粉颗粒的粘结强度；球径是表征膨润土粘结球团的紧密程度，球径越小，说明球团越紧密。

为保证不同膨润土的检测是在同一标准下进行，采取了以下方法和措施：

（1）选用同一种铁精矿作为不同膨润土质量评价的标准矿，即所有膨润土的评价均采用一种铁精矿，从而保证了评判条件的一致性；

（2）不同膨润土的添加比例相同；

（3）每形成一个试样球的注水器插入深度、加水速度及加水量相同；

（4）试样球抗压、球径及试样球水分三项指标取多次检测结果的平均值。

本发明开发的快速检测膨润土质量的新方法还具有以下技术特征：

（1）评判膨润土标准矿粉的粒度选择在75～380μm。原因是精矿颗粒的粒度决定了生球中物料颗粒之间接触面积的大小，颗粒接触面积越小，生球强度越低，为突出反映膨润土对球团中强度的影响程度，本发明采用筛分法对造球用主精矿粉进行粒度分级，选用粒度在75～380μm范围的粗矿粉颗粒做为评价待测膨润土的标准矿粉；

（2）标准矿粉和待测膨润土须按规定的比例进行备样混匀，其目的在于充分表征膨润土对精矿颗粒的粘结性能；

（3）注水成球过程中注水器按照0.005～0.03ml/s的速度注水0.1ml，目的在于避免注水速度、注水量不当引起球团变形或粒度不均匀，导致对待测膨润土质量评判失真；

（4）采用可精确到0.01N的试样球检测装置检测试样球的强度。因为膨润土与标准矿粉的混合料在自然状态下滴水形成的球团强度相对较低，且在机械力作用下容易非刚性碎裂，本发明的装置可自动测量其微抗压，精度高，能检测出各膨润土之间的细微差别。

本发明与现有行业目前沿袭的检测方法相比，更加注重膨润土与精矿粉混合后改善成球性的效果，检测指标更直接、更加贴近实际生产现场。而经马钢实际生产检验，本方法中检测出的膨润土质量指标与马钢现场实际生产确实有较强的相关性。同时该方法检测周期较短（2h），检测指标少（3项），操作简单，试验误差小，检验人员劳动强度低，是一种能满足冶金球团工业现场需要的膨润土质量快速检测方法。

参照附图1，装置说明：

1）混料盘的倾角、旋转次数可调，由电机带动使物料自动混匀。

2）混料结束后，混料盘出料口可自动对位料杯，转动装料盘可依次将料布入料杯。

3）注水器位于装料盘正上方，其整体可上下直线运动，注水器固定后，注水器内推杆可独立上下直线运动，完成吸水或注水动作。传动方式皆为直线传动。单次注水量为0.1ml，注水速度为0.005～0.03ml/s，速度可调。

4）装料盘内镶嵌数个料杯，装料盘转动一次可使装满矿粉的料杯正好位于注射器正下方。

5）注水完成后，料杯底部可打开、卸料。

6）通过球料分离器可将试样球与物料分离，抽出球料分离器后用专用取球勺将试验球取出。

7）试验球质量检测装置能测量试样球的球径、球重和抗压，精度分别为0.01mm、0.01g和0.01N。

目前，马钢一直沿用铸造用膨润土的部分检测标准，将膨润土的膨胀容、蒙脱石及吸水率作为评价马钢用膨润土的质量指标。而在实际生产中发现，该检测方法检测周期长、难以满足现场的快节奏生产，且以上指标与实际生球质量相关性不强，具体表现如下：

马钢生产用膨润土KRN、FSN及FR的各项物理检测指标如表1所示，结果表明：以膨胀容和蒙脱石含量两项指标评价膨润土质量时，结果为FR与FSN的质量相差不大，FR相对较好，三者中KRN较差；若将吸水率作为评价指标时，结果则为FSN最好，FR次之，KRN最差。而马钢现场生产使用结果为：FR质量最好，FSN次之，KRN较差。显而易见，根据现有检测指标结果会得出不同的评判结果，与实际生产相关性不强。

表1膨润土的物理检测指标

注：沿用铸造用膨润土的部分检测标准作为检测方法。

本实施例针对以上问题，实施例了一种冶金球团用膨润土质量现场快速检测的方法及装置，并对马钢生产用膨润土KRN、FSN及FR进行了相关检测，具体实施如下：

采用筛分法对马钢现用造球主精矿粉进行粒度分级，选用粒度在75～380μm范围的粉做为评价待测膨润土（KRN、FSN及FR）的标准矿粉。将标准矿粉和待测膨润土按规定的比例进行备样，备好的试样放入自动混匀装置进行充分混匀后均分成10份。用注水器分别插入试样中，按照0.005～0.03ml/s的速度注水0.1ml。注水结束后，将试样球与废料分离，检测试样球水分、球径及抗压（N）值。10个球各项检测指标的平均值如表2所示：

表2膨润土的检测指标（滴水成球法）

由表2可见，在规定的膨润土配比下，滴水成球法各检测指标由大到小的排序为：生球抗压FR＞FSN＞KRN，球团水份FR＞FSN＞KRN，球径KRN＞FSN＞FR。

结果表明，三种膨润土滴水成球后各指标的检验结果与现场使用结果相关性较好。

为进一步比对本实施例的实施效果，又对以上三种膨润土进行了实验室造球盘造球试验，结果详见表3。从表3可以看出，在含铁料配比相同、膨润土配比相同的条件下，配入FR膨润土的生球落下和生球抗压最大，FSN的次之，KRN的最低，亦说明在此种原料结构条件下，FR膨润土的造球性能最好，FSN的次之，KRN的最差。

结果表明，三种膨润土造球盘试验结果与滴水成球试验结果有着很强的相关性。

表3造球盘造球试验结果

综上所述，本实施例与现有的膨润土检测方法及实验室造球盘造球筛选法相比，它更便于现场快速检测而又比较真实反映膨润土与造球性能的关系。

本实施例具体工艺流程如下（名称序号参见附图）：

首先准备待测膨润土和标准矿粉，即待测膨润土粒度须满足＜0.074mm粒级的含量≥98.0%，采用筛分法对造球用主精矿粉进行粒度分级，选用粒度在75～380μm范围的粗矿粉颗粒做为评价待测膨润土的标准矿粉。将备好的待测膨润土和目标矿粉按规定比例混匀（1），按照0.005～0.03ml/s的速度注水0.1ml进行注水成球（2），每次注水成球时注水器插入深度须相同，注水成球后进行试样球分离（3），并对试样球检测（4），检测项目为试样球水分、球径和抗压，三项指标分别精确至0.01%、0.01mm和0.01N。试验球检测结束后，试样球抗压、球径及水分三项指标10次检测结果的平均值作为评价待测膨润土质量的依据。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种膨润土质量现场快速检测装置，其特征在于，包括试样球成球装置和试样球质量检测装置，

所述试样球成球装置用于制造试样球，包括混料盘(1)，注水器(2)，装料盘(3)，料杯(4)和球料分离器(5)；

所述试样球质量检测装置用于测量试样球，包括可旋转压头和传感器，所述可旋转压头用于向下接触和向试样球施压，并与传感器配合测量试样球的球径、球重和抗压。

2.如权利要求1所述的膨润土质量现场快速检测装置，其特征在于，所述试样球成球装置还包括废料箱(6)，操作面板(7)和一个第一电机(8)，所述废料箱(6)设置在试样球成球装置下部，所述操作面板(7)连接并控制试样球成球装置的各个构件，所述第一电机(8)用于驱动混料盘(1)进行混料。

3.如权利要求1或2所述的膨润土质量现场快速检测装置，其特征在于，所述试样球质量检测装置的所述压头由一个第二电机驱动。

4.如权利要求1或2所述的膨润土质量现场快速检测装置，其特征在于，装料盘(3)内镶嵌数个料杯(4)，装料盘(3)转动一次可使装满矿粉的料杯(4)正好位于注射器(2)正下方，所述球料分离器(5)位于注水器(2)正对的料杯(4)的正下方，料杯(4)底部可打开并卸料至球料分离器(5)。

5.如权利要求1或2所述的膨润土质量现场快速检测装置，其特征在于，所述混料盘(1)的倾角、旋转次数可调，其由第一电机(8)带动使物料自动混匀，混料盘(1)的出料口可自动对位料杯(4)，所述装料盘(3)可被转动从而依次将料布入料杯。

6.如权利要求1-5任意一项所述膨润土质量现场快速检测装置的检测方法，其特征在于，所述膨润土为冶金球团用膨润土，采用如下步骤：

(1)准备待测膨润土和标准矿粉；

(2)采用筛分法对造球用主精矿粉进行粒度分级；

(3)将备好的待测膨润土和目标矿粉按规定比例混匀；

(4)进行注水成球；

(5)注水成球后进行试样球分离；

(6)对试样球检测，检测项目为试样球水分、球径和抗压。

7.如权利要求6所述膨润土质量现场快速检测装置的检测方法，其特征在于，进一步包括步骤(7)：试样球检测结束后，试样球抗压、球径及水分三项指标多次检测结果的平均值作为评价待测膨润土质量的依据。

8.如权利要求6或7所述膨润土质量现场快速检测装置的检测方法，其特征在于，步骤(2)中选用粒度在75～380μm范围的粗矿粉颗粒做为评价待测膨润土的标准矿粉；步骤(4)中按照0.001～0.1ml/s的速度和规定的量进行注水成球，每次注水成球时注水器插入深度须相同。

9.如权利要求6或7所述膨润土质量现场快速检测装置的检测方法，其特征在于，步骤(5)中还包括：注水完成后，料杯(4)底部打开、卸料，再通过球料分离器(5)将试样球与物料分离，抽出球料分离器(5)后用专用取球勺将试验球取出。

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