CN102759499A - 一种高炉炉料颗粒形状系数的测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高炉炉料颗粒形状系数的测定方法，该方法包括以下步骤：11)对高炉炉料颗粒样品进行封蜡处理；12)对进行封蜡处理后的高炉炉料颗粒，进行吸油处理；13)对进行吸油处理后的高炉炉料颗粒进行体积和表面积的计算。本发明所述的高炉炉料颗粒形状系数的测定方法，通过对高炉炉料颗粒进行封蜡以及吸附油等措施，利用同种物质对吸附介质特性相同的原理，通过类比计算而获得高炉炉料颗粒的形状系数。该方法具有以下优点：其一，测定器材及原料简单，成本小；其二，单组测定时间较短；其三，测定方便，易于实施。

Description

一种高炉炉料颗粒形状系数的测定方法

技术领域

本发明涉及一种高炉炉料颗粒形状系数的测定方法，该方法能直接测定高炉炉料颗粒如铁矿石和焦炭等较大颗粒的形状系数。

背景技术

当前对颗粒形貌特征的测定通常采用图像处理法，如已经公开的专利名称为：一种测量散粒物料颗粒形状参数的方法、专利申请号为：200910218341.5的专利文献中，公开了一种测量散粒物料颗粒形状参数的方法，该方法是一种通过应用数码显微镜和计算机测量高炉炉料颗粒形状参数的方法，利用数码显微镜完成散粒颗粒物料采集图像，计算机对图像进行处理以获得散粒物料颗粒形状相关的各种参数信息。然而，这种方法主要适用于小粒度范围、特别是1nm-1mm粒度范围内高炉炉料颗粒形状参数的测量，对于高炉常用铁矿石和焦炭这种粒度较大的颗粒而言不太适用，尤其对于具有连同空隙、外观较为复杂的烧结矿来讲测量结果会产生失真。

高炉炉料颗粒，如铁矿石和焦炭的形状系数作为其自身重要的流体力学参数，影响着高炉块状区料柱的透气特性以及高炉上升煤气与下降炉料间的接触面积，从而对炉料的稳定下降、尤其是气固相间的传质传热产生影响。为此，怎样有针对性地有效、直接测定高炉炉料颗粒(如铁矿石和焦炭原料)形状系数的方法，对进一步掌握由于炉料形状系数差异对高炉料柱透气特性以及由于气固相接触特性对铁矿石还原反应的影响十分重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种高炉炉料颗粒形状系数的测定方法，该方法能有效、直接地测定高炉炉料颗粒(如铁矿石和焦炭原料)的形状系数，从而为进一步掌握由于炉料形状系数差异对高炉料柱透气特性以及由于气固相接触特性对铁矿石还原反应的影响提供重要数据。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种高炉炉料颗粒形状系数的测定方法，该方法包括以下步骤：

11)、对高炉炉料颗粒样品进行封蜡处理；

12)、对进行封蜡处理后的高炉炉料颗粒，进行吸油处理；

13)、对进行吸油处理后的高炉炉料颗粒进行体积和表面积的计算：

1a)、通过测定已知表面积的表层封蜡圆球体的吸附油量，得到单位表面积的蜡吸附的油量；

1b)、通过下列公式得到高炉炉料颗粒形状系数：

$V=V_0-\frac{m_2-m_0-m_1}{\mathrm{\ρ}}---\left(1\right)$

$S_{\mathrm{EV}}=4\mathrm{\π}{\left(\frac{3V}{4\mathrm{\π}}\right)}^{\frac{2}{3}}---\left(2\right)$

$S_R=\frac{m_3-m_1}{G_0}---\left(3\right)$

$\mathrm{\φ}=\frac{S_{\mathrm{EV}}}{S_R}---\left(4\right)$

以上各式中，各参数含义为：

V为颗粒样品的表观体积，单位为cm³；

V₀为比重瓶的体积，单位为cm³；

m₀为比重瓶质量，单位为g；

m₁为封蜡后样品颗粒的质量，单位为g；

m₂为装有封蜡样品且置满油的比重瓶质量，单位为g；

m₃为吸附油后的样品颗粒质量，单位为g；

ρ为油密度，单位为g/cm³；

S_EV为与颗粒样品体积相等的球体表面积，单位为cm²；

S_R为颗粒样品的实际表面积，单位为cm²；

Φ为颗粒样品的形状系数。

在所述的高炉炉料颗粒形状系数的测定方法中，所述吸油处理步骤后还包括控油处理步骤，所述控油处理步骤具体为将吸油处理后的高炉炉料颗粒置于带有均匀网孔的网筛中，不断进行滚动去油。

在所述的高炉炉料颗粒形状系数的测定方法中，所述控油处理步骤中进行滚动去油时间为20s～60s。

在所述的高炉炉料颗粒形状系数的测定方法中，所述封蜡处理具体为：多次将高炉炉料样品颗粒浸入到盛有沸腾石蜡的坩埚中进行封蜡。

在所述的高炉炉料颗粒形状系数的测定方法中，所述吸油处理步骤中采用无水煤油作为石蜡的吸附介质。

在所述的高炉炉料颗粒形状系数的测定方法中，该测定方法还包括通过测定多颗高炉炉料颗粒样品的形状系数值，然后取其平均值作为该高炉炉料颗粒的形状系数。

本发明所述的高炉炉料颗粒形状系数的测定方法，通过对高炉炉料颗粒进行封蜡以及吸附油等措施，利用同种物质对吸附介质特性相同的原理，通过类比计算而获得高炉炉料颗粒的形状系数。该方法具有以下优点：其一，测定器材及原料简单，成本小；其二，单组测定时间较短；其三，测定方便，易于实施。

附图说明

图1为本发明所述测定方法中的样品颗粒封蜡浸油过程图；

图2为通过本发明所述测定方法测定的高炉炉料样品颗粒形状系数的数值表。

具体实施方式

以下，用实施例结合附图对本发明作更详细的描述。本实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。

高炉炉料颗粒的形状系数定义为与实际颗粒体积相等的球的表面积与实际颗粒表面积的比值。本发明所述的高炉炉料颗粒形状系数的测定方法，通过对高炉炉料颗粒(如铁矿石或焦炭)进行封蜡处理和吸油处理后，可以同时得到炉料颗粒的实际体积和实际表面积，从而测定炉料颗粒的形状系数。该测定方法的具体步骤包括：首先，对高炉炉料颗粒样品(如铁矿石或焦炭)进行封蜡处理；其次，对进行封蜡处理后的高炉炉料颗粒，进行吸油处理；再对进行吸油处理后的高炉炉料颗粒进行体积和表面积的计算，具体为先通过测定已知表面积的表层封蜡圆球体的吸附油量，得到单位表面积的蜡吸附的油量；然后通过下列公式得到高炉炉料颗粒形状系数：

$V=V_0-\frac{m_2-m_0-m_1}{\mathrm{\ρ}}---\left(1\right)$

$S_{\mathrm{EV}}=4\mathrm{\π}{\left(\frac{3V}{4\mathrm{\π}}\right)}^{\frac{2}{3}}---\left(2\right)$

$S_R=\frac{m_3-m_1}{G_0}---\left(3\right)$

$\mathrm{\φ}=\frac{S_{\mathrm{EV}}}{S_R}---\left(4\right)$

其中以上各式中，各参数含义为：

V为颗粒样品的表观体积，单位为cm³；

V₀为比重瓶的体积，单位为cm³；

m₀为比重瓶质量，单位为g；

m₁为封蜡后样品颗粒的质量，单位为g；

m₂为装有封蜡样品且置满油的比重瓶质量，单位为g；

m₃为吸附油后的样品颗粒质量，单位为g；

ρ为油密度，单位为g/cm³；

S_EV为与颗粒样品体积相等的球体表面积，单位为cm²；

S_R为颗粒样品的实际表面积，单位为cm²；

Φ为颗粒样品的形状系数。

具体的，封蜡处理的最终目的是使得炉料颗粒表层形成严密不透气的且薄薄的一层石蜡，封蜡的方式尤为重要。为此，本发明首先多次将样品颗粒浸入到盛有沸腾石蜡的坩埚中，采取多次浸蜡的方式使得颗粒内部孔隙充满石蜡以避免后续测定过程中由于气孔的存在使得无水煤油渗入颗粒内部，影响测定结果；其次，通过快速浸蜡的方式使得颗粒的表层完全附有很薄的一层石蜡，一方面尽量减小表层石蜡对颗粒表观体积的增加带来的体积误差，一方面使得被吸附介质完全由石蜡吸附。如图1所示，图1a是样品颗粒，颗粒本身具有很多孔隙；图1b是样品颗粒浸蜡后的示意图，通过浸蜡处理，使得颗粒内外部连通的孔隙内均充满石蜡，而由于经过沸腾石蜡水煮过的颗粒在取出后表层不会有明显的石蜡层；图1c所示为样品颗粒快速浸蜡后的形貌，使之表层封有薄薄的而不漏孔隙的一层石蜡。

而鉴于需要被吸附介质的稳定性及不易挥发性，优选的是，本发明采用无水煤油作为石蜡的吸附介质。在测定颗粒表面之间首先要确定一个参照表面积的吸附无水煤油量，本发明选取一个规则的且表面光滑的圆球，令其表面封有薄薄的且均匀的石蜡，之后使其表面附有一层无水煤油，由此得到单位石蜡表面积的吸附无水煤油质量；之后，测定封蜡后样品颗粒的吸附煤油质量。在测定的过程中，封蜡颗粒样品表面吸油要保证无水煤油在样品表面均匀分布，在此过程中，封蜡后颗粒浸泡煤油取出后要采取一定的方式进行控油，本发明采取将颗粒置于带有均匀网孔的网筛中轻轻地不断滚动，定时半分钟，期间拭去布满筛孔中的煤油。如图1d所示，经过浸油后滚动处理，使得样品颗粒表层附有一层薄薄的且均匀的无水煤油。

另外，对于样品颗粒的表观体积而言，经过封蜡处理后进行排煤油方式即可求得。对于颗粒的表面积而言，本发明主要依据同等物质吸附某种介质特性相同的原理，首先测定已知表面积的表层封蜡圆球体的吸附无水煤油量，从而可以得到单位表面积的石蜡吸附无水煤油量，根据封蜡处理后的样品颗粒吸附无水煤油量反推颗粒的表面积。

本发明所需的测定器材包括：酒精灯、坩埚、高精度电子天平、比重瓶(或者量瓶)、网筛、光滑圆球和游标卡尺等。所需材料：铁矿石或焦炭、石蜡和无水煤油等。

以上测量方式针对单个颗粒样品而言，由于铁矿石或者焦炭的不同颗粒自身形状仍然具有差别，因此，需要取出若干颗粒进行多次测定，最终取平均值作为该种原料的形状系数。

实施例

1)参照圆球的测定

(1)取表面干净平滑的规则圆球并利用游标卡尺测量其直径，将圆球浸入煮沸的石蜡浴锅中并迅速取出令其表面附有薄薄的、且均匀的一层石蜡，石蜡完全凝固后称量其质量；

(2)将其置入盛有无水煤油的烧杯中片刻；

(3)取出圆球将其放入带有网孔的网筛中轻轻滚动，并不断用试纸拭去网筛空隙中的煤油；

(4)半分钟后取出圆球，称量其质量；

(5)根据圆球的直径和吸附无水煤油质量计算单位表面积的吸附油质量；

(6)多次重复测定，取相近测定结果的平均值。

2)颗粒样品的测定

如图1所示，为本法发明测量高炉炉料颗粒形状系数的样品颗粒封蜡浸油过程图，结合图示给出具体测量过程。

(1)取出经过清洗且烘干的表面干净的颗粒样品，将其置入煮沸的石蜡浴锅中，直至颗粒表面没有气泡产生后取出冷却；

(2)再次将样品颗粒置入煮沸的石蜡浴锅中，发现没有气泡后取出冷却，(1)和(2)两步的目的是令颗粒的内外孔隙均充满石蜡，该步骤可视具体情况多次进行；

(3)将冷却好的颗粒再次置入石蜡浴锅中并迅速取出，令其表面附有薄薄的一层石蜡，称量样品颗粒质量；

(4)将颗粒置入已知体积和质量的比重瓶中(根据需要可选择量瓶)，并注满无水煤油，称量比重瓶质量；

(5)取出样品颗粒，将其置入网筛中，轻轻地滚动，期间不断拭去网筛空隙中的无水煤油；

(6)半分钟后取出样品颗粒，称量其质量；

(7)依据公式1至公式4计算颗粒的形状系数；

(8)多次进行测定，尽管测定结果会存在误差，但不同颗粒本身的形状同时会存有差别，因此测定结果必然会有较大波动，本发明将多次测定后的边缘数据去除，取剩余数据的平均值。

本方法的测定结果

如图2所示，通过对高炉用烧结矿(图2a)、块矿(图2b)、球团矿(图2c)和焦炭(图2d)四种炉料形状系数的测定，统一获得10组测定结果。从图2中可以看出，三种铁矿石和焦炭颗粒测定结果没有较大的差别，测定平均值分别为0.60、0.65、0.91和0.72。

本发明的主要思路是通过对高炉炉料颗粒进行封蜡以及吸附无水煤油等措施，利用同种物质对吸附介质特性相同的原理，通过类比计算而获得高炉炉料颗粒的形状系数。该方法具有以下优点：其一，测定器材及原料简单，成本小；其二，单组测定时间较短；其三，测定方便，易于实施。

同时，在测定过程中主要需要注意以下问题：其一，在选取颗粒样品过程中，尽量选取平均粒度以上的颗粒，以尽量减少测定误差；其二，本发明的封蜡过程是关键，要保证浸蜡后的颗粒不漏气，且颗粒表面的蜡层尽量薄；其三，由于颗粒本身形状的不同使得形状系数测定结果有所差异，取多次测定结果的平均值作为测定结果。

Claims (6)

1.一种高炉炉料颗粒形状系数的测定方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

11)、对高炉炉料颗粒样品进行封蜡处理；

12)、对进行封蜡处理后的高炉炉料颗粒，进行吸油处理；

13)、对进行吸油处理后的高炉炉料颗粒进行体积和表面积的计算：

13a)、通过测定已知表面积的表层封蜡圆球体的吸附油量，得到单位表面积的蜡吸附的油量；

13b)、通过下列公式得到高炉炉料颗粒形状系数：

$V=V_0-\frac{m_2-m_0-m_1}{\mathrm{\ρ}}---\left(1\right)$

$S_{\mathrm{EV}}=4\mathrm{\π}{\left(\frac{3V}{4\mathrm{\π}}\right)}^{\frac{2}{3}}---\left(2\right)$

$S_R=\frac{m_3-m_1}{G_0}---\left(3\right)$

$\mathrm{\φ}=\frac{S_{\mathrm{EV}}}{S_R}---\left(4\right)$

以上各式中，各参数含义为：

V为颗粒样品的表观体积，单位为cm³；

V₀为比重瓶的体积，单位为cm³；

m₀为比重瓶质量，单位为g；

m₁为封蜡后样品颗粒的质量，单位为g；

m₂为装有封蜡样品且置满油的比重瓶质量，单位为g；

m₃为吸附油后的样品颗粒质量，单位为g；

ρ为油密度，单位为g/cm³；

S_EV为与颗粒样品体积相等的球体表面积，单位为cm²；

S_R为颗粒样品的实际表面积，单位为cm²；

Φ为颗粒样品的形状系数。

2.根据权利要求1所述的高炉炉料颗粒形状系数的测定方法，其特征在于：所述吸油处理步骤后还包括控油处理步骤，所述控油处理步骤具体为将吸油处理后的高炉炉料颗粒置于带有均匀网孔的网筛中，不断进行滚动去油。

3.根据权利要求2所述的高炉炉料颗粒形状系数的测定方法，其特征在于：所述控油处理步骤中进行滚动去油时间为20s～60s。

4.根据权利要求1至3所述的高炉炉料颗粒形状系数的测定方法，其特征在于：所述封蜡处理具体为：多次将高炉炉料样品颗粒浸入到盛有沸腾石蜡的坩埚中进行封蜡。

5.根据权利要求1至3所述的高炉炉料颗粒形状系数的测定方法，其特征在于：所述吸油处理步骤中采用无水煤油作为石蜡的吸附介质。

6.根据权利要求1至3所述的高炉炉料颗粒形状系数的测定方法，其特征在于：该测定方法还包括通过测定多颗高炉炉料颗粒样品的形状系数值，然后取其平均值作为该高炉炉料颗粒的形状系数。

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