CN103969164B - 软熔带焦炭层透气性测定装置和测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种软熔带焦炭层透气性测定装置和测定方法，其包括铁矿石高温熔融滴落性能测定仪和盛料坩埚，所述的盛料坩埚内插入有气流排管，所述的气流排管由若干根下部开口从下向上梯度设置的气流支管构成；每个气流支管均连通有对应的气体支管，并在每个气体支管上设有流量计；所述的气体支管汇合成主气体管路，主气体管路连通有高压氮气罐或高压氮气管路并设有截止阀。本装置和方法不仅可以检测铁矿石的软化、熔融、滴落性能，还可以同时检测焦炭层的透气性状况，根据试验结果可以方便的、定量的反映出铁矿石熔融侵蚀焦炭层后的透气性状况和铁矿石在焦炭层的渗透速率，同时可及时指导高炉生产，为高炉调整布料和优化炉料结构提供数据支持。
Description
技术领域
本发明属物化分析技术领域，尤其是一种软熔带焦炭层透气性测定装置和测定方法。
背景技术
高炉是气体、固体和液体三相流共存的反应器，携带热能和化学能的煤气流，在流动过程中完成热能和化学能的传输，它是高炉冶炼的基础过程，决定了高炉间接反应的煤气利用率以及高炉冶炼是否能够稳定顺行。
在高炉的软熔带和滴落带，由于矿石软化熔融，致使煤气阻力急剧升高，因而煤气流绝大部分是从软熔带之间的焦炭层穿过软熔带的。煤气流在绕过软熔层时产生了横向流动，由于各种矿石和焦碳本身性能的差异，使煤气在焦炭层流动的方向和数量均有差别，因此，软熔带焦炭层透气性决定了煤气流的分布，而研究其透气性也变得至关重要。
铁矿石高温熔融滴落性能测定仪是模拟铁矿石和焦碳在软熔带、滴落带综合性能的重要仪器。铁矿石高温熔融滴落性能测定过程中的煤气流方向是由下而上，垂直通过坩埚内三层炉料，分别为：焦炭层、矿石层和焦炭层的，焦炭层在横向上是密闭的，煤气流不能在横向上流动，因此，铁矿石高温熔融滴落性能测定仪不能够测定软熔带焦炭层的透气性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种利用铁矿石高温熔融滴落性能测定仪测定软熔带焦炭层透气性测定装置；本发明还提供了一种软熔带焦炭层透气性测定方法。
为解决上述技术问题，本发明装置所采取的技术方案是：其包括铁矿石高温熔融滴落性能测定仪和盛料坩埚，所述的盛料坩埚内插入有气流排管，所述的气流排管由若干根下部开口从下向上梯度设置的气流支管构成；每个气流支管均连通有对应的气体支管，并在每个气体支管上设有流量计；所述的气体支管汇合成主气体管路，主气体管路连通有高压氮气罐或高压氮气管路并设有截止阀。
本发明装置所述盛料坩埚的底部边侧设有卡槽，所述的气流排管放置在卡槽内并与盛料坩埚的内壁紧贴且气流支管下部开口的高度位于熔滴试验时的下部焦炭层。
本发明装置所述气流支管为5根。
本发明方法采用上述的装置，该方法的测定步骤为：（1）将试验用铁矿石试样和焦炭试样烘干后放入盛料坩埚内，然后将盛料坩埚放入铁矿石高温熔融滴落性能测定仪的测定炉内；所述各气流支管下部开口距离铁矿石试样层料面的高度分别记为h1、h2…hm；
（2）所述的测定炉加热升温，开始进行熔滴试验，记录试验过程参数；
（3）熔滴试验过程中，当盛料坩埚内开始出现压差陡升时，打开主气体管路上的截止阀；以盛料坩埚内开始出现压差陡升时为0点，记录各气体支管流量陡降的时间t1、t2…tm；
（4）根据公式（1）-（4），计算铁矿石试样层的总透气性指数S和总渗透速率V；
。
本发明方法所述步骤（1）中，在盛料坩埚内先放入焦炭试样，再将铁矿石试样倒入坩埚内，压平料面，最后再倒入焦炭试样，压平料面。
本发明方法所述步骤（3）中，打开主气体管路上的截止阀后，各气体支管流量均控制在0.5～1L/Min。
本发明方法所述步骤（2）熔滴试验时测定炉顶部加压0.2MPa。
本发明方法所述步骤（1）中铁矿石试样和焦炭试样粒级为10～12.5mm的试样，在105℃下烘干2小时。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明针对铁矿石在软熔带高温熔融过程中对焦炭层的侵蚀规律缺乏定量研究的现状，提出并设计了一种试验装置和方法，该装置和方法能够定量的反应软熔带焦炭层的透气状况及铁矿石熔体的渗透速率，对技术人员了解高炉软熔带焦窗透气性状况有积极的指导作用。本发明装置和方法利用铁矿石高温熔融滴落性能测定仪，不仅可以检测铁矿石的软化、熔融、滴落性能，还可以同时检测焦炭层的透气性状况，根据试验结果可以方便的、定量的反映出铁矿石熔融侵蚀焦炭层后的透气性状况和铁矿石在焦炭层的渗透速率，填补传统检测方法无法获得的数据空白，同时可及时指导高炉生产，为高炉调整布料和优化炉料结构提供数据支持。本发明方法试验方法简单，试验过程参数调节灵活，劳动强度小，是测定软熔带焦炭层透气性的有效方法。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明装置的结构示意图；
图2是本发明装置中盛料坩埚的结构示意图；
图3是本发明装置中气流排管的结构示意图；
图4是铁矿石高温熔滴综合性能示意图。
具体实施方式
图1所示，本软熔带焦炭层透气性测定装置包括有铁矿石高温熔融滴落性能测定仪和盛料坩埚；测定仪包括有支架8、测定炉6和滴落盘7；图2所示，盛料坩埚2的底部边侧设有卡槽14；图1所示，所述的盛料坩埚的卡槽14内插入有气流排管1，气流排管1与盛料坩埚2的内壁紧贴。图3所示，所述的气流排管1由五根下部开口从下向上梯度设置的气流支管15构成，气流支管15的数量可根据需要设置。熔滴试验时，盛料坩埚2内从下往上依次放入有下部焦炭层5、铁矿石试样层4和上部焦炭层3；所述气流支管15下部开口的高度位于熔滴试验时的下部焦炭层5。图1所示，每个气流支管15均连通有对应的气体支管9，并在每个气体支管9上设有流量计10；所述的气体支管汇合成主气体管路12，主气体管路12连通有高压氮气罐13；主气体管路12还可与高压氮气管路连通；主气体管路12设有截止阀11，用于开启或关闭高压氮气的流通。
实施例1：本软熔带焦炭层透气性测定方法采用上述测定装置，其采用下述工艺步骤。
a．试样制作：选取邯钢一车间烧结矿为铁矿石样品、邯钢自产焦炭为焦炭样品，将烧结矿和焦炭制成10～12.5mm粒级的试样，放入烘箱，在105℃下烘烤2小时。
b．试验前准备：图1所示，将气流排管1放入盛料坩埚2的卡槽中，并使其与盛料坩埚2的内壁紧贴，测量盛料坩埚底部到顶部的高度为140mm，记录数据；装入焦炭试样30mm形成下部焦炭层5，使得压平后的料面到坩埚顶部的高度为110mm；装入烧结矿试样500g形成铁矿石试样层4，压平料面后测量到坩埚顶部的高度，实测51mm，此时计算烧结矿试样的料层高度110-51=59mm记录数据；最后装入60g焦炭试样并压平料面，形成上部焦炭层3。将盛料坩埚2放入铁矿石高温熔融滴落性能测定仪的测定炉6内，插入热电偶，顶部加压0.2MPa，此时将气体支管9与气流支管15连通、固定。这时，在装入炉料后由于炉料的挤压和卡槽的限定作用下，气流排管1被牢固地固定在盛料坩埚2中。
c．熔滴试验：测定炉6的炉体升温，开始进行熔滴试验，记录试验过程参数。记录点包括：软化4%、10%、40%、压差陡升、最大压差、滴落。记录参数包括：温度、压差、收缩率。
d．焦炭层透气性指数测定：当盛料坩埚2内开始出现压差陡升时，打开主气体管路12上的截止阀11，观察记录各气体支管9的流量变化情况。压差陡升，即表示铁矿石已经开始由软化变为部分熔化，在盛料坩埚2上部顶压的作用下，熔化的铁氧化物和渣产生了流动性，并开始向盛料坩埚2内的下部焦炭层5渗透，此时将主气体管路12上的截止阀11打开，并调整5路气体支管9上的流量，使每条气体支管9的流量均控制在0.5～1L/Min ，最好为1L/Min，记录时间和温度后观察各气体支管9的流量变化情况，随着温度的升高和铁矿石持续的物理化学反应，高温熔融的渣铁继续向下渗透，并且渣铁本身具有较高的粘度，透气性极差，当渣铁流动到各气流支管15的下部开口位置时，由于其极差的透气性致使该气流支管15所对应的气体支管9的气体流量产生明显变化，从0.5～1L/Min迅速降低，并最终降低到接近于零，这样我们就可以判断出渣铁渗透的位置并得到渗透到该位置时的温度和时间数据。继续试验并逐一记录其他支路气体变化情况，直至试验完成。测定过程中的记录数据见表1。
表1：焦炭层透气性指数数据表
1）打开试验记录的excel数据表，查找压差陡升时的记录点，将此点设定为渣铁渗透高度的零点，查找试验过程中记录的各个渗透高度节点所对应的温度，并在渗透高度列中相应的依次记录高度值，气流排管的高度节点是5、10、15、20、25mm；由于该高度节点在图中表示的不够清晰明显，为了更清晰的反应透气性差异，对高度进行放大2倍处理，即高度值分别记录为为10mm、20mm、30mm、40mm、50mm。
2）创建以温度为横坐标，收缩率、压差、渣铁渗透高度为纵坐标的铁矿石高温熔滴综合性能示意图，如图4所示。其中的渣铁渗透高度趋势线即为软熔带焦炭层透气性趋势线，该趋势线反映了焦炭层被渣铁渗透的高度随温度的变化趋势，可以通过计算该趋势线和横坐标之间的面积获得软熔带焦炭层的透气性指数。本实施例针对焦炭层被侵蚀的不同阶段将透气性指数分为5部分，由五个孔洞不同位置制定，分别为S1、S2、S3、S4、S5，代表相邻孔洞之间的透气性指数。S1、S2反应矿石熔融初期的焦炭层透气性、S3反应熔融中期的焦炭层透气性、S4、S5为近滴落期透气性指数，S为总透气性指数。具体计算公式见公式1和公式2。
铁矿石熔体渗透速率计算方法为：将d步骤中记录的5组数据按时间和高度分组列表，见表2。
表2：铁矿石渗透高度和时间表
同理，由五个孔洞不同位置将铁矿石熔体渗透速率分为5部分，总速率和不同阶段的渗透速率计算见公式3和公式4。
。
铁矿石渗透速率是铁矿石熔融程度和流动能力的综合表现，通过上式的计算，可以看出铁矿石在不同温度时期熔融产生液相量的多少及产生液相的流动能力强弱，它是铁矿石高温熔融渗透能力的良好体现。
3）计算软熔带焦炭层透气性指数及铁矿石熔体渗透速率：按照上述的公式1、2、3、4分别计算不同时期的透气性指数和总透气性指数及不同阶段的渗透速率和总渗透速率，计算结果见表3。
表3 软熔带焦炭层透气性指数及铁矿石熔体渗透速率计算结果表
。
Claims (3)
1.一种软熔带焦炭层透气性测定装置，其包括铁矿石高温熔融滴落性能测定仪和盛料坩埚，其特征在于：所述的盛料坩埚内插入有气流排管，所述的气流排管由若干根下部开口从下向上梯度设置的气流支管构成；每个气流支管均连通有对应的气体支管，并在每个气体支管上设有流量计；所述的气体支管汇合成主气体管路，主气体管路连通有高压氮气罐或高压氮气管路并设有截止阀。
2.根据权利要求1 所述的软熔带焦炭层透气性测定装置，其特征在于：所述盛料坩埚的底部边侧设有卡槽，所述的气流排管放置在卡槽内并与盛料坩埚的内壁紧贴且气流支管下部开口的高度位于熔滴试验时的下部焦炭层。
3.根据权利要求1 所述的软熔带焦炭层透气性测定装置，其特征在于：所述气流支管为5根。
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