CN107142346A - 一种测定铁矿石软熔透气性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种测定铁矿石软熔透气性的方法，改变焦炭和铁矿石的装料方式，从而使气体流动的方式与高炉生产的实际情况更加符合；具体结构为：在铁矿石层旁边添加焦炭层；铁矿石软熔而导致透气性差时，焦炭作为焦窗，为气体流动的主要通道。本发明的优点是：本项发明的装料模式中，煤气的流动方式是通过焦窗进行流动，极少部分的煤气通过透气性差的矿石软熔层，这样坩埚中的煤气流分布情况与高炉的生产实践更加相似，有利于达到预期的实验目的。

Description

一种测定铁矿石软熔透气性的方法

技术领域

本项发明涉及冶金技术领域，具体说是一种测定铁矿石软熔透气性的方法。

背景技术

高炉内部结构中，软熔带透气性会对高炉透气性产生较大的影响，而软熔带的形状和位置对高炉煤气流分布及高炉下部透气性也会产生重要的影响。目前，研究人员主要通过矿石软熔滴落实验来探究铁矿石的高温软熔性能。在此类实验中，通过考察坩埚上下压差来表征软熔带的透气性：坩埚上下压差小，说明其软熔带透气性较好，否则较差。

现有的装料方式中，为了模拟高炉矿焦分装的布料模式，在坩埚上下部分装入焦炭，中间装入矿石(如图2)。然而采用此装料方式，气流的流动方向是自下向上流动，矿石软熔时，气流必须强制穿过软熔带，这与实际高炉严重不符。实际高炉生产过程中，矿石软熔时在软熔带位置，气体是选择压力阻力小的焦窗流过，并不必强制通过透气性差的矿石软熔带(如图3)。因此传统的熔滴实验装料方式不能很好的反映实际的高炉生产状况。

发明内容

为解决上述技术问题，本项发明的目的是提供一种新的装料方式，从而改变气体在坩埚内流动时的阻力(尤其是矿石软熔时)，借此模拟高炉内的气流运动规律，从而使实验结果更加贴近于实际生产，得出不同铁矿石对高炉透气性的影响。具体技术方案如下：

一种测定铁矿石软熔透气性的方法，其特征在于：改变焦炭和铁矿石的装料方式，从而使气体流动的方式与高炉生产的实际情况更加符合；具体结构为：在铁矿石层旁边添加焦炭层；铁矿石软熔而导致透气性差时，焦炭作为焦窗，为气体流动的主要通道。

坩埚中矿焦装入比如下：

(1)设铁矿石加入量为a g，焦炭负荷为x，则焦炭加入量为a/x g；

(2)设铁矿石层的收缩率为η，则软熔层与焦窗的截面积比为

m_S-铁矿石质量，g；

m_C-焦炭质量，g；

p_s-铁矿石堆密度，t/m³；

p_C-焦炭堆密度，t/m³；

η-铁矿石收缩率，％；

S_S′-软熔层截面积，m²；

S′_C-焦窗截面积，m²；

S_S-铁矿石截面积，m²；

S_C-焦炭截面积，m²。

将转化为圆形坩埚内径向上的分布比例为:R_C/R_S，

R_C为焦炭的坩埚内径，R_S为铁矿石的坩埚内径；

按照这个直径将铁矿石和焦炭装入坩埚。

本发明的优点是：本项发明的装料模式中，煤气的流动方式是通过焦窗进行流动，极少部分的煤气通过透气性差的矿石软熔层，这样坩埚中的煤气流分布情况与高炉的生产实践更加相似，有利于达到预期的实验目的。

附图说明

图1是传统熔滴实验的气体流动情况；

图1中，1为碳棒，2为加热炉，3为热电偶，4为石墨坩埚，5为样品；

图2为图1圆圈处的放大图；10为焦炭，20为矿石；

图3为高炉软熔带内实际的气体流动情况，箭头方向为气体流动方向；

图4为本发明的装料方式示意图；

图5为图4的俯视图；

图6为传统型和改进型装料方式的压差曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例来说明本发明。

本项发明是在原有装料方式基础上，提出一种新的坩埚内布料模式。在传统装料方式下，需要铁矿石质量为500g，新的装料模式也需要铁矿石500g。在新的装料方式下，为了使炉料分布方式与高炉软熔带结构相似，需对高炉软熔带中矿石软熔层和焦窗的截面积进行计算，以此确定坩埚横截面积上矿石和焦炭的比例。大型高炉的矿/焦比(也即焦炭负荷)约为4～5，本例中将选择焦炭负荷为5，作为计算的基准。传统的软熔滴落实验中，普遍认为铁矿石收缩率达40％时，铁矿石全部熔化，形成软熔层，故选用40％为矿石全部熔化时的收缩率。

坩埚中矿焦装入比计算过程如下：

(1)设铁矿石加入量为a g，焦炭负荷为x，则焦炭加入量为a/x g。

(2)铁矿石在高炉中进行加热后，软化并最终形成熔融态的软熔层，而焦炭层则形成了焦窗。设铁矿石层的收缩率为η，则软熔层与焦窗的截面积比为

m_s-铁矿石质量，g；

m_C-焦炭质量，g；

p_s-铁矿石堆密度，t/m³；

pC-焦炭堆密度，t/m³；

η-铁矿石收缩率，％；

S_S′-软熔层截面积，m²；

S′_C-焦窗截面积，m²；

S_S-铁矿石截面积，m²；

S_C-焦炭截面积，m²。

本例中取铁矿石质a＝500g，焦炭负荷x＝5.0，铁矿石收缩率为40％，铁矿石堆密度ρ_s＝2.5，焦炭堆密度ρ_c＝1.8，带入以上式得：

故可设定坩埚中铁矿石与焦炭的截面积比为2.16，即若焦炭层的横截面积为1时，矿石层的横截面积为2.16，总面积为3.16。坩埚实际内径为75mm，故面积为4416mm²，焦炭层的截面积1397mm²，矿石层截面积为3019mm²。将其转化为圆形坩埚内径向上的分布比例为:R_C/R_S＝0.33(R_C为焦炭的坩埚内径，R_S为铁矿石的坩埚内径)RC为18mm，RS为57mm，如附图4所示，按照这个直径将铁矿石和焦炭装入坩埚即可。

实施例1及使用效果

本实验与其它熔滴实验不同的是原料的装入方式不同，比较两组实验结果，考察两种不同装入方式对铁矿石软熔滴落性能及软熔带透气性造成的影响，由此得出新式的装料模式更能有效反映出高炉的实际生产状况。两种装料模式的压差曲线如附图6所示。

矿石软熔后，即使完全不透气，只有焦炭层保持良好透气性时，气体通道面积为原来的1/3.16＝0.32。根据气体方程，最大压差应为原来的1/0.32＝3.16倍。附图5中，料柱初始压力约0.3kPa，(1)原装料模式下，最大压差为11.35kPa，是原料柱压差的38倍，显然与实际情况不符；(2)新装料模式下，最大压差为0.88kPa，是原料柱压差的2.93倍，与实际情况更加符合。在实际的高炉生产中，气体的流动也遵循这一规律。因此认为在研究高炉软熔带透气性时，使用改进型实验的装料方式时，其内部的料层分布方式和气体流动方式等更加贴近于高炉实际生产的情况。

Claims (2)

1.一种测定铁矿石软熔透气性的方法，其特征在于：改变焦炭和铁矿石的装料方式，从而使气体流动的方式与高炉生产的实际情况更加符合；具体结构为：在铁矿石层旁边添加焦炭层；铁矿石软熔而导致透气性差时，焦炭作为焦窗，为气体流动的主要通道。

2.根据权利要求1所述的测定铁矿石软熔透气性的方法，其特征在于：

坩埚中矿焦装入比如下：

(1)设铁矿石加入量为a g，焦炭负荷为x，则焦炭加入量为a/x g；

(2)设铁矿石层的收缩率为η，则软熔层与焦窗的截面积比为

<mrow> <mfrac> <msubsup> <mi>S</mi> <mi>S</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msubsup> <msubsup> <mi>S</mi> <mi>C</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msubsup> </mfrac> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>S</mi> <mi>S</mi> </msub> <mo>&amp;times;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mi>&amp;eta;</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <msub> <mi>S</mi> <mi>C</mi> </msub> </mfrac> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>m</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>/</mo> <msub> <mi>&amp;rho;</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>)</mo> <mo>&amp;times;</mo> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mi>&amp;eta;</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <msub> <mi>m</mi> <mi>c</mi> </msub> <mo>/</mo> <msub> <mi>&amp;rho;</mi> <mi>c</mi> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow>

公式中：

m_s-铁矿石质量，g；

m_C-焦炭质量，g；

p_s-铁矿石堆密度，t/m³；

p_C-焦炭堆密度，t/m³；

η-铁矿石收缩率，％；

S′_S-软熔层截面积，m²；

S′_C-焦窗截面积，m²；

S_S-铁矿石截面积，m²；

S_C-焦炭截面积，m²。

将转化为圆形坩埚内径向上的分布比例为:R_C/R_S，

R_C为焦炭的坩埚内径，R_S为铁矿石的坩埚内径；

按照这个直径将铁矿石和焦炭装入坩埚。