CN104878138A - 一种高炉综合炉料软熔滴落特性的测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高炉综合炉料软熔滴落特性的测定方法，将准备好的高炉入炉混合炉料制成试样，然后装入石墨坩埚中，底层和上层各铺上焦块，再将装有混合炉料试样和焦块的石墨坩埚装入铁矿石软熔滴落试验装置中进行测定。本发明可以准确得到符合高炉生产实际的高炉综合炉料的高温软熔滴落特性，从而可以帮助炼铁工作者在实际的高炉炼铁生产中准确地把握高炉软熔带的结构、位置和厚度；由于高炉软熔带的结构、位置和厚度的这些数据都是能够直接影响高炉上部块状带煤气流的分布和高炉综合炉料的间接还原、焦碳的消耗量以及高炉顺行的重要参数，因此，实施本发明的技术方案能够保证高炉实现高产、优质、低耗的生产目标。

Description

一种高炉综合炉料软熔滴落特性的测定方法

技术领域

本发明涉及一种高炉综合炉料软熔滴落特性的测定方法。

背景技术

高炉综合炉料的高温软熔滴落特性包括软熔性能和滴落性能。高炉综合炉料的软熔性能是指其装入高炉后，随着炉料的下降以及温度的上升，炉料不断地被化学还原的同时物理上表现出体积开始收缩即开始软化，然后进入软化终了，接着压力开始陡升的一系列事件中开始软化事件所对应的温度到压力开始陡升事件所对应的温度区间所表现出来的特性；滴落性能则是指从压力开始陡升事件所对应的温度到其后的第一滴液滴下落事件所对应的温度区间的特性。

现有技术中，对高炉综合炉料高温软熔滴落特性现在有如下两种测定方法：⑴将软熔温度区间划分为：收缩率为10％(或者4％)时所对应的温度为软化开始温度，收缩率为40％时所对应的温度为软化终了温度，二者之间的温度区间命名为软化温度区间，剩下的软化终了温度到压力开始陡升时所对应的温度之间的温度区间作为一个不评价的温度区间。软化温度区间与后面的熔滴温度区间共同形成软熔滴落温度区间，并且用熔滴温度区间内的压差进行积分得到熔滴性能总体特征值(S)，与软化温度区间、熔滴温度区间的测定参数来共同表达高炉综合炉料的软熔滴落特性。⑵将收缩率为10％(或者4％)时所对应的软化开始温度到压力开始陡升时所对应的温度之间的温度区间命名为软熔温度区间，与后面的熔滴温度区间共同形成软熔滴落温度区间，并且用软熔温度区间内的压差进行积分得到软熔性能总体特征值(S1)、用熔滴温度区间内的压差进行积分得到熔滴性能总体特征值(S2)，与软熔温度区、熔滴温度区间的测定参数来共同表达高炉综合炉料的软熔滴落特性。

第一种方法的缺点是存在一段不评价的温度区间，而实际上高炉综合炉料从软化开始温度起其压差值就已经开始增大，并且一直持续到料柱最大压差值出现为止，因此，这种方法没有能够与高炉的实际冶炼过程相吻合，其软熔滴落试验得到的测定结果--高炉综合炉料高温软熔滴落特性必然难以应用于实际高炉生产。

第二种方法虽然从形式上看，它克服了第一种方法存在的缺点，但是，从实质内容来分析我们可以观察到两个问题，首先，从软熔滴落试验所得到结果图形上分析，在压力开始陡升这一温度到来之前各种高炉综合炉料的压力曲线几乎都是千篇一律的贴着温度水平线走，没有太大的变化，完全不像熔滴温度区间形成的高炉综合炉料的压力曲线那样各种炉料之间差别变化很大，第二，从软熔滴落试验所得到数据结果上分析，软熔温度区间内的压差进行积分得到该区间熔滴性能总体特征值(S1)是一个很小的值，这不仅仅是难以对各种类炉料之间的差别进行有效的识别，更加重要的是也不符合实际高炉生产的事实。因此，第二种方法与实际高炉生产的符合性同样应该受到质疑。

由此可见，对高炉综合炉料高温软熔滴落特性现有的两种测定方法都没有能够做到在软熔滴落特性的测定与计算问题上与高炉生产实际相符合。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对以上现有技术存在的缺点，提出一种高炉综合炉料软熔滴落特性的测定方法，能够准确得到符合高炉生产实际的高炉综合炉料的高温软熔滴落特性，保证高炉实现高产、优质、低耗的生产目标。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：

一种高炉综合炉料软熔滴落特性的测定方法，将准备好的高炉入炉混合炉料制成试样，然后装入石墨坩埚中，底层和上层各铺上焦块，再将装有混合炉料试样和焦块的石墨坩埚装入铁矿石软熔滴落试验装置(现有装置，大中院校教科书都有介绍，各大钢厂都有在使用)中进行测定，其测定方法包括以下步骤：

㈠试样在N₂气的保护下温度升至900℃时改通还原气体升温至试验结束，升温速度：<1200℃为10℃/min，1200-1630℃为7℃/min，>1630℃为2℃/min；荷重(试验装置中在试样上设置的压块)为1.0kg/cm²；以试样收缩10％时所对应的试样温度为软化开始温度ta，单位℃；以压差开始陡升时所对应的试样温度表示高炉综合炉料试样的开始熔化温度ts，单位℃；以第一滴液滴下落温度表示高炉综合炉料试样的滴落温度td，单位℃；试样开始软化时的压差为△Pa，单位Pa；试样开始熔融时的压差为ΔPs，单位为Pa；第一滴液滴下落时的压差为△Pd，单位Pa；试验中出现的最大压差为△Pmax，单位为Pa；软熔滴落性能总特性值为S，软熔性能总体特征值为S1，熔滴性能总体特征值为S2，S＝S1+S2，其计算式为：

$S1={\&Integral;}_{\mathrm{ta}}^{\mathrm{ts}}(\mathrm{\&Delta;Ps}-\mathrm{\&Delta;Pa})\mathrm{dt}---\left(1\right)$

$S2={\&Integral;}_{\mathrm{ts}}^{\mathrm{td}}(\mathrm{\&Delta;Pd}-\mathrm{\&Delta;Ps})\mathrm{dt}---\left(2\right)$

$S=S1+S2={\&Integral;}_{\mathrm{ta}}^{\mathrm{ts}}(\mathrm{\&Delta;Ps}-\mathrm{\&Delta;Pa})\mathrm{dt}+{\&Integral;}_{\mathrm{ts}}^{\mathrm{td}}(\mathrm{\&Delta;Pd}-\mathrm{\&Delta;Ps})\mathrm{dt}---\left(3\right)$

㈡定义ts－ta温度区间为软熔层，即试样收缩10％时所对应的试样软化开始温度到压差开始陡升时所对应的试样熔化开始温度之间的温度区间所对应的高炉综合炉料料层；定义td－ts温度区间为熔滴层，即开始熔化时的试样温度到第一滴液滴下落时的试样温度之间的温度区间所对应的高炉综合炉料料层；通过铁矿石软熔滴落试验装置的试验过程测定ta、ts、td、△Pa、ΔPs、△Pd和△Pmax的试验测定值，计算由⑴式计算出来的高炉综合炉料的ts－ta温度区间软熔层的软熔性能总特性值S1，由⑵式计算出来的高炉综合炉料的td－ts温度区间熔滴层的熔滴性能总特性值S2，二者相加由⑶式计算得到软熔滴落性能总特性值S；

㈢由于实验室模拟现实高炉生产的局限性，造成了软熔温度区间内的压差值不能够真实地反映生产实际，从而直接导致了软熔层的软熔性能总特性值S1失真，即有如下等式⑷成立：

S1(伪)+S2(真)＝S(伪)           ⑷

即软熔层的软熔性能总特性值S1失真的情况下，软熔滴落性能总特性值S不能够真实反映高炉生产实际；

㈣在高炉冶炼进程中，设定高炉上部的阻力损失占总阻力损失的15％，设定反映高炉炉身下部和炉腰部位的软熔层的高炉综合炉料的透气性阻力损失占总阻力损失的25％，熔融滴落性能是高炉综合炉料冶金性能最重要的部分，设定其熔滴层的透气性阻力损失占总阻力损失的60％，因此，得出如下的等式⑸成立：

软熔层S1(25％)+熔滴层S2(60％)＝85％，即：

软熔层S1/熔滴层S2≈30％/70％        ⑸

㈤根据等式⑸得到高炉综合炉料软熔层的透气性阻力公式：

软熔层S1＝30％/70％×熔滴层S2，即

S1(真)＝(30％/70％)×S2(真)         ⑹

所述的式⑶即：

S(真)＝S1(真)+S2(真)       ⑺

将公式⑹代入公式⑺得到：

S(真)＝S2(真)+(30％/70％)×S2     ⑻

利用上式计算S1(真)、S2(真)和S(真)，其中S1(真)为符合高炉生产实际的高炉综合炉料软熔特性的测定计算值，可以看出，S1(真)≠S1；S2(真)为符合高炉生产实际的高炉综合炉料熔滴特性的测定计算值，S2(真)＝S2；最后得出S(真)即符合高炉生产实际的高炉综合炉料软熔滴落特性的测定计算值。

本发明进一步限定的技术方案是：

前述的高炉综合炉料软熔滴落特性的测定方法，将准备好的高炉入炉混合炉料制成粒度为6.3-10毫米的试样，然后装入内直径为40毫米的石墨坩埚中，底层和上层各铺上20毫米的粒度为10-20毫米的焦块，再将装有混合炉料试样和焦块的石墨坩埚装入铁矿石软熔滴落试验装置中进行测定。

前述的高炉综合炉料软熔滴落特性的测定方法，还原气体由CO和N₂组成，体积比为φCO：φN₂＝30：70，流量为15L/min。

本发明的有益效果是：本发明高炉综合炉料软熔特性的测定方法，可以准确得到符合高炉生产实际的高炉综合炉料的高温软熔滴落特性，从而可以帮助炼铁工作者在实际的高炉炼铁生产中准确地把握高炉软熔带的结构、位置和厚度；由于高炉软熔带的结构、位置和厚度的这些数据都是能够直接影响高炉上部块状带煤气流的分布和高炉综合炉料的间接还原、焦碳的消耗量以及高炉顺行的重要参数，因此，实施本发明的技术方案能够保证高炉实现高产、优质、低耗的生产目标。

具体实施方式

实施例1

本实施例是一种高炉综合炉料软熔滴落特性的测定方法，具体包括以下步骤：

㈠软熔滴落性能的测定放在铁矿石软熔滴落试验装置中进行：

现场炼铁生产高炉所使用的各种配矿比组成的高炉综合炉料，其软熔滴落性能的测定放在铁矿石软熔滴落试验装置中进行。将准备好的高炉入炉混合炉料制成粒度为6.3-10毫米的试样，然后装入内直径为40毫米的石墨坩埚中，底层和上层各铺上20毫米的粒度为10-20毫米的焦块，再将装有混合炉料试样和焦块的石墨坩埚装入铁矿石软熔滴落试验装置中，按以下步骤的方法进行测定。

㈡软熔滴落试验测定的方法、得到的参数及其计算公式：

试样在N₂气的保护下温度升至900℃时改通还原气体升温至试验结束，还原气体由CO和N₂组成，体积比为φCO：φN₂＝30：70，流量为15L/min，升温速度：<1200℃为10℃/min，1200-1630℃为7℃/min，>1630℃为2℃/min；荷重为1.0kg/cm²；以试样收缩10％时所对应的试样温度为软化开始温度ta，单位℃；以压差开始陡升时所对应的试样温度表示高炉综合炉料试样的开始熔化温度ts，单位℃；以第一滴液滴下落温度表示高炉综合炉料试样的滴落温度td，单位℃；试样开始软化时的压差为△Pa，单位Pa；试样开始熔融时的压差为ΔPs，单位为Pa；第一滴液滴下落时的压差为△Pd，单位Pa；试验中出现的最大压差为△Pmax，单位为Pa；软熔滴落性能总特性值为S，软熔性能总体特征值为S1，熔滴性能总体特征值为S2，S＝S1+S2，其计算式为：

$S1={\&Integral;}_{\mathrm{ta}}^{\mathrm{ts}}(\mathrm{\&Delta;Ps}-\mathrm{\&Delta;Pa})\mathrm{dt}---\left(1\right)$

$S2={\&Integral;}_{\mathrm{ts}}^{\mathrm{td}}(\mathrm{\&Delta;Pd}-\mathrm{\&Delta;Ps})\mathrm{dt}---\left(2\right)$

$S=S1+S2={\&Integral;}_{\mathrm{ta}}^{\mathrm{ts}}(\mathrm{\&Delta;Ps}-\mathrm{\&Delta;Pa})\mathrm{dt}+{\&Integral;}_{\mathrm{ts}}^{\mathrm{td}}(\mathrm{\&Delta;Pd}-\mathrm{\&Delta;Ps})\mathrm{dt}---\left(3\right).$

㈢定义ts－ta为软熔层、定义td－ts为熔滴层，测定计算S1、S2和S：

定义ts－ta温度区间为软熔层，即试样收缩10％时所对应的试样软化开始温度到压差开始陡升时所对应的试样熔化开始温度之间的温度区间所对应的高炉综合炉料料层；定义td－ts温度区间为熔滴层，即开始熔化时的试样温度到第一滴液滴下落时的试样温度之间的温度区间所对应的高炉综合炉料料层；通过铁矿石软熔滴落试验装置的试验过程测定ta、ts、td、△Pa、ΔPs、△Pd和△Pmax的试验测定值，计算由⑴式计算出来的高炉综合炉料的ts－ta温度区间软熔层的软熔性能总特性值S1，由⑵式计算出来的高炉综合炉料的td－ts温度区间熔滴层的熔滴性能总特性值S2，二者相加由⑶式计算得到软熔滴落性能总特性值S。

㈣实验室模拟现实高炉生产的局限性及其影响：

由于实验室模拟现实高炉生产的局限性，造成了软熔温度区间内的压差值不能够真实地反映生产实际，从而直接导致了软熔层的软熔性能总特性值S1失真。这一点从背景技术中叙述的高炉综合炉料高温软熔滴落特性的两种评价方法各自的缺点可以看出来，第一种方法采取不求S1或者说设置一段不评价的温度区间的办法对软熔层的软熔性能总特性值S1失真进行了所谓的“回避”，从而构成了这一高炉综合炉料高温软熔滴落特性的评价方法的严重缺陷；第二种方法是没有进行“回避”的后果造成的缺点：第一，在软熔滴落试验所得到结果的图形上，在压力开始陡升这一温度到来之前各种高炉综合炉料的压力曲线几乎都是千篇一律的贴着温度水平线走，没有太大的变化，完全不象熔滴温度区间形成的高炉综合炉料的压力曲线那样各种炉料之间差别变化很大；第二，顺着软熔温度区间内的压差进行积分得到该区间软熔性能总体特征值(S1)是一个很小的值，这既不符合实际，同时也难以依据S1的值对各种类炉料之间特别是所谓的“熟料”之间的差别进行有效的识别；第三，更加糟糕的是：在上述情况下，即有如下等式⑷成立：

S1(伪)+S2(真)＝S(伪)        ⑷

即软熔层的软熔性能总特性值S1失真的情况下，软熔滴落性能总特性值S不能够真实反映高炉生产实际。

㈤高炉炼铁生产公式的表示式：

在高炉冶炼进程中，设定高炉上部的阻力损失占总阻力损失的15％，设定反映高炉炉身下部和炉腰部位的软熔层的高炉综合炉料的透气性阻力损失占总阻力损失的25％，熔融滴落性能是高炉综合炉料冶金性能最重要的部分，设定其熔滴层的透气性阻力损失占总阻力损失的60％，因此，得出如下的等式⑸成立：

软熔层S1(25％)+熔滴层S2(60％)＝85％，即：

软熔层S1/熔滴层S2≈30％/70％       ⑸。

㈥去伪(S1)存真(S2)得到最终的高炉综合炉料的软熔滴落特性的测定计算值：

根据等式⑸得到高炉综合炉料软熔层的透气性阻力公式：

软熔层S1＝30％/70％×熔滴层S2，即

S1(真)＝(30％/70％)×S2(真)        ⑹

所述的式⑶即：

S(真)＝S1(真)+S2(真)        ⑺

将公式⑹代入公式⑺得到：

S(真)＝S2(真)+(30％/70％)×S2      ⑻

利用上式计算S1(真)、S2(真)和S(真)，其中S1(真)为符合高炉生产实际的高炉综合炉料软熔特性的测定计算值，可以看出，S1(真)≠S1；S2(真)为符合高炉生产实际的高炉综合炉料熔滴特性的测定计算值，S2(真)＝S2；最后得出S(真)即符合高炉生产实际的高炉综合炉料软熔滴落特性的测定计算值。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种高炉综合炉料软熔滴落特性的测定方法，将准备好的高炉入炉混合炉料制成试样，然后装入石墨坩埚中，底层和上层各铺上焦块，再将装有混合炉料试样和焦块的石墨坩埚装入铁矿石软熔滴落试验装置中进行测定，其特征在于：所述测定方法包括以下步骤：

㈠试样在N₂气的保护下温度升至900℃时改通还原气体升温至试验结束，升温速度：<1200℃为10℃/min，1200-1630℃为7℃/min，>1630℃为2℃/min；荷重为1.0kg/cm²；以试样收缩10％时所对应的试样温度为软化开始温度ta，单位℃；以压差开始陡升时所对应的试样温度表示高炉综合炉料试样的开始熔化温度ts，单位℃；以第一滴液滴下落温度表示高炉综合炉料试样的滴落温度td，单位℃；试样开始软化时的压差为△Pa，单位Pa；试样开始熔融时的压差为ΔPs，单位为Pa；第一滴液滴下落时的压差为△Pd，单位Pa；试验中出现的最大压差为△Pmax，单位为Pa；软熔滴落性能总特性值为S，软熔性能总体特征值为S1，熔滴性能总体特征值为S2，S＝S1+S2，其计算式为：

$S1={\&Integral;}_{\mathrm{ta}}^{\mathrm{ts}}\left(\text{\&Delta;Ps-\&Delta;Pa}\right)\mathrm{dt}---\left(1\right)$

$S2={\&Integral;}_{\mathrm{ts}}^{\mathrm{td}}(\mathrm{\&Delta;Pd}-\mathrm{\&Delta;Ps})\mathrm{dt}---\left(2\right)$

$S=S1+S2={\&Integral;}_{\mathrm{ta}}^{\mathrm{ts}}(\mathrm{\&Delta;Ps}-\mathrm{\&Delta;Pa})\mathrm{dt}+{\&Integral;}_{\mathrm{ts}}^{\mathrm{td}}(\mathrm{\&Delta;Pd}-\mathrm{\&Delta;Ps})\mathrm{dt}---\left(3\right)$

㈡定义ts－ta温度区间为软熔层，即试样收缩10％时所对应的试样软化开始温度到压差开始陡升时所对应的试样熔化开始温度之间的温度区间所对应的高炉综合炉料料层；定义td－ts温度区间为熔滴层，即开始熔化时的试样温度到第一滴液滴下落时的试样温度之间的温度区间所对应的高炉综合炉料料层；通过铁矿石软熔滴落试验装置的试验过程测定ta、ts、td、△Pa、ΔPs、△Pd和△Pmax的试验测定值，计算由⑴式计算出来的高炉综合炉料的ts－ta温度区间软熔层的软熔性能总特性值S1，由⑵式计算出来的高炉综合炉料的td－ts温度区间熔滴层的熔滴性能总特性值S2，二者相加由⑶式计算得到软熔滴落性能总特性值S；

㈢由于实验室模拟现实高炉生产的局限性，造成了软熔温度区间内的压差值不能够真实地反映生产实际，从而直接导致了软熔层的软熔性能总特性值S1失真，即有如下等式⑷成立：

S1(伪)+S2(真)＝S(伪)       ⑷

即软熔层的软熔性能总特性值S1失真的情况下，软熔滴落性能总特性值S不能够真实反映高炉生产实际；

㈣在高炉冶炼进程中，设定高炉上部的阻力损失占总阻力损失的15％，设定反映高炉炉身下部和炉腰部位的软熔层的高炉综合炉料的透气性阻力损失占总阻力损失的25％，熔融滴落性能是高炉综合炉料冶金性能最重要的部分，设定其熔滴层的透气性阻力损失占总阻力损失的60％，因此，得出如下的等式⑸成立：

软熔层S1(25％)+熔滴层S2(60％)＝85％，即：

软熔层S1/熔滴层S2≈30％/70％       ⑸

㈤根据等式⑸得到高炉综合炉料软熔层的透气性阻力公式：

软熔层S1＝30％/70％×熔滴层S2，即

S1(真)＝(30％/70％)×S2(真)      ⑹

所述的式⑶即：

S(真)＝S1(真)+S2(真)       ⑺

将公式⑹代入公式⑺得到：

S(真)＝S2(真)+(30％/70％)×S2      ⑻

利用上式计算S1(真)、S2(真)和S(真)，其中S1(真)为符合高炉生产实际的高炉综合炉料软熔特性的测定计算值，S1(真)≠S1；S2(真)为符合高炉生产实际的高炉综合炉料熔滴特性的测定计算值，S2(真)＝S2；最后得出S(真)即符合高炉生产实际的高炉综合炉料软熔滴落特性的测定计算值。

2.如权利要求1所述的高炉综合炉料软熔滴落特性的测定方法，其特征在于：将准备好的高炉入炉混合炉料制成粒度为6.3-10毫米的试样，然后装入内直径为40毫米的石墨坩埚中，底层和上层各铺上20毫米的粒度为10-20毫米的焦块，再将装有混合炉料试样和焦块的石墨坩埚装入铁矿石软熔滴落试验装置中进行测定。

3.如权利要求1所述的高炉综合炉料软熔滴落特性的测定方法，其特征在于：所述还原气体由CO和N₂组成，体积比为φCO：φN₂＝30：70，流量为15L/min。