CN107632041A - 一种在线测量球团矿还原膨胀的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在线测量球团矿还原膨胀的方法及系统，所述方法先将气体通入温控干燥器，然后将多个球团矿呈一列放在一起，消除个别球团矿由于成分不均匀而膨胀指数异常的缺点，利用位移传感器记录多个球团矿在一个方向的位移变化，在线记录数据，实现在线测量球团矿还原膨胀，本发明的解决球团矿在还原过程中膨胀指数测量不准确和多个球团矿在线测量困难的问题，为更好的探究球团矿还原膨胀机理提供了一种新方法；利用精准的位移传感器来记录多个球团矿在一个方向的位移变化，多个球团矿呈一列放在一起，消除个别球团矿由于成分不均匀而膨胀指数异常的缺点，从根本上解决球团矿还原膨胀测量不准确和多个球团矿在线测量困难的问题。

Description

一种在线测量球团矿还原膨胀的方法及系统

技术领域

本发明属于钢铁冶金领域，具体涉及一种在线测量球团矿还原膨胀的方法及系统。

背景技术

大多数球团矿都具有较好的冶金性能，如低温粉化率低、还原性优良等，但球团矿的另一项重要的冶金性能指标—还原膨胀率却不一定理想，而球团矿的还原膨胀率的高低对于高炉生产却恰恰是至关重要的。这是因为在高炉冶炼过程中，最主要的要求是炉料在通过各个还原阶段时，整个高炉内的炉料应具有足够的稳定性和透气性，尤其是在高炉上部，尽管炉料处于低温下的弱还原气氛中，但炉料停留时间较长，因此作为高炉主要炉料之一的球团矿应具有良好的还原性能和较低的膨胀率。

目前测量球团矿还原膨胀的方法普遍按照《铁矿球团相对自由膨胀指数的测定方法》GB/T13240标准进行，即试样在900℃条件下还原，试样粒度为Ф10.0～12.5mm的18个球团矿，且没有裂缝，还原气体的成分是CO 30％±0.5％(V/V)，N₂70％±0.5％(V/V)，当试样温度达到900℃后恒温30min，向还原管中按照70％∶30％的比例通入N₂10.5L及CO 4.5L进行还原反应，还原时间为60min。在整个试验期间温度保持在900±10℃之间，还原性气体的标态流量保持在15±1L/min。球团矿体积(V₁和V₀)的测量方法有OKG法(Oleate-GakushinMethod)和水浸法。还原膨胀指数RSI用下列公式表示：

式中：V₁——还原后球团试样的体积(ml)；V₀——还原前球团试样的体积(ml)。

用这种方法只能测量出球团矿还原初始和还原1h后球团矿的体积，并不知道球团矿在还原膨胀的变化情况，而且这种方法的误差较大，因为在还原1h后表面会出现裂纹，在用OKG法和水浸法测量球团矿体积时会进入到球团矿内部，并不能反映出球团矿的真实体积，对球团矿还原膨胀率指数的影响较大，需要进一步改进。

此外，中南大学在研究球团矿还原膨胀性能时使用了CCD照相技术，用照片记录下球团矿在还原过程中的大小，然后使用图像处理技术得出球团矿在还原过程中直径的变化。这种虽然能够在线测量球团矿在还原过程中膨胀指数的变化，但这种方法每次只能测量一个球团矿，无法同时测量多个球团矿的体积变化，实验偶然误差较大，需重复做多组实验，而且实际球团矿成分不可能完全均匀，因此并不能完全反映所有球团矿的膨胀性能。因此，需要更精确测量球团矿还原膨胀方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种在线测量球团矿还原膨胀的方法，所述方法先将气体通入温控干燥器，然后将多个球团矿呈一列放在一起，消除个别球团矿由于成分不均匀而膨胀指数异常的缺点，利用位移传感器记录多个球团矿在一个方向的位移变化，在线记录数据，实现在线测量球团矿还原膨胀；

进一步地，所述方法包括以下步骤：

1)：球团矿干燥：在进行实验前，挑选粒度为Ф10.0～12.5mm的多个球团矿，然后将球团矿在105±5℃的温度下烘干，烘干时间不小于2h，然后冷却至室温，并保存在干燥器中；

2)：温度控制：升温时由电脑程序控温，不同温度段应设置不同的升温速率，低温时升温速率快，高温时升温速率低，当温度到达目标温度时保持恒温，准备进行实验；

3)：装样和取样：将干燥后的球团矿并排放入试样槽中，让每个球团矿之间紧密连接，不要留空隙，让球团矿充满整个试样槽，然后将试样槽缓慢放入炉体恒温段，通入保护性气氛，进行升温，待实验结束炉体温度降到室温后将卡槽取出，取出试样；

4):在线记录数据:通入还原性气体后点击开始实验图标，进行实验数据记录，停止通入还原性气体后，点击停止实验图标，储存数据；

进一步地，一种在线测量球团矿还原膨胀的系统，所述系统包括制备装置、还原炉体、位移传感器、传动装置、和电脑，所述制备装置包括冷却装置和排气口，所述冷却装置连接一端连接排气口，另一端连接还原炉体，所述还原炉体通过传动装置连接位移传感器，所述还原炉体包括还原炉、气体流量控制和气瓶，所述气体流量控制分别连接气瓶、电脑和还原炉；

进一步地，所述电脑连接位移传感器；

进一步地，所述制备装置通过还原气体的发生、制备、净化、分析和调节装置制备还原气体，也可以使用瓶装高纯CO配制还原气体，通过净化，分析和调节，使得还原气体纯度达到99.8％以上；

进一步地，所述还原炉体采用耐热的刚玉管，在还原管的两端均安装水冷装置，另一端与位移传感器相连，炉体一侧为还原气和保护气体的进入气路装置，另一侧有气体导出气路装置，尾气可排向室外，也可以通过燃烧处理；

进一步地，所述位移传感器膨胀变形量采用高精度的微传感器及数据处理系统；

进一步地，所述传动装置设置在还原炉体底座，采用直线无摩擦传动；

本发明的有益效果如下：

1)：解决球团矿在还原过程中膨胀指数测量不准确和多个球团矿在线测量困难的问题，为更好的探究球团矿还原膨胀机理提供了一种新方法；

2)：利用精准的位移传感器来记录多个球团矿在一个方向的位移变化，多个球团矿呈一列放在一起，消除个别球团矿由于成分不均匀而膨胀指数异常的缺点，从根本上解决球团矿还原膨胀测量不准确和多个球团矿在线测量困难的问题。

附图说明

图1为本发明所述试样槽示意图；

图2为本发明所述还原炉体示意图；

图3为在线测量球团矿还原膨胀设备示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。下面为本发明的举出最佳实施例：

如图1-图3所示，本发明提供一种在线测量球团矿还原膨胀的系统，所述系统包括制备装置、还原炉体、位移传感器、传动装置、和电脑，所述制备装置包括冷却装置和排气口，所述冷却装置连接一端连接排气口，另一端连接还原炉体，所述还原炉体通过传动装置连接位移传感器，所述还原炉体包括还原炉、气体流量控制和气瓶，所述气体流量控制分别连接气瓶、电脑和还原炉，所述电脑连接位移传感器，所述制备装置通过还原气体的发生、制备、净化、分析和调节装置制备还原气体，也可以使用瓶装高纯CO配制还原气体，通过净化，分析和调节，使得还原气体纯度达到99.8％以上，所述还原炉体采用耐热的刚玉管，在还原管的两端均安装水冷装置，另一端与位移传感器相连，炉体一侧为还原气和保护气体的进入气路装置，另一侧有气体导出气路装置，尾气可排向室外，也可以通过燃烧处理，所述位移传感器膨胀变形量采用高精度的微传感器及数据处理系统，所述传动装置设置在还原炉体底座，采用直线无摩擦传动。

一种在线测量球团矿还原膨胀的方法，通过上述系统进行，所述方法先将气体通入温控干燥器，然后将多个球团矿呈一列放在一起，消除个别球团矿由于成分不均匀而膨胀指数异常的缺点，利用位移传感器记录多个球团矿在一个方向的位移变化，在线记录数据，实现在线测量球团矿还原膨胀，所述方法包括以下步骤：

1)：球团矿干燥：在进行实验前，挑选粒度为Ф10.0～12.5mm的多个球团矿，然后将球团矿在105±5℃的温度下烘干，烘干时间不小于2h，然后冷却至室温，并保存在干燥器中；

2)：温度控制：升温时由电脑程序控温，不同温度段应设置不同的升温速率，低温时升温速率快，高温时升温速率低，当温度到达目标温度时保持恒温，准备进行实验；

3)：装样和取样：将干燥后的球团矿并排放入试样槽中，让每个球团矿之间紧密连接，不要留空隙，让球团矿充满整个试样槽，然后将试样槽缓慢放入炉体恒温段，通入保护性气氛，进行升温，待实验结束炉体温度降到室温后将卡槽取出，取出试样；

4):在线记录数据:通入还原性气体后点击开始实验图标，进行实验数据记录，停止通入还原性气体后，点击停止实验图标，储存数据。

本发明的制备工艺具体如下：

(1)球团矿干燥制度。在进行实验前要，挑选粒度为Ф10.0～12.5mm的多个球团矿，然后将球团矿在105±5℃的温度下烘干，烘干时间不小于2h，然后冷却至室温，并保存在干燥器中。

(2)温度制度。升温时由电脑程序控温，不同温度段应设置不同的升温速率，低温时升温速率快，高温时升温速率低。当温度到达目标温度时保持恒温，准备进行实验。

(3)气体通入制度。从室温到目标温度的升温阶段，一直通入保护性气氛，温度到达目标温度后，待试样温度均匀后，通入还原性气体，关闭保护性气氛，待实验结束后，再次通入保护性气氛，关闭还原气体，直至炉温降至室温时取出试样，关闭保护性气氛。

(4)装样和取样制度。将干燥后的球团矿并排放入试样槽中，让每个球团矿之间紧密连接，不要留空隙，让球团矿充满整个试样槽，然后将试样槽缓慢放入炉体恒温段，通入保护性气氛，进行升温。待实验结束炉体温度降到室温后将卡槽取出，取出试样。

(5)在线记录数据。通入还原性气体后点击开始实验图标，进行实验数据记录，停止通入还原性气体后，点击停止实验图标，储存数据。

本实验的主要设备包括：还原气体的制备装置、还原炉体、位移传感器、传动装置和电脑等。

(1)还原气体的制备装置

对于CO还原气体，可以通过还原气体的发生、制备、净化、分析和调节装置制备，也可以使用瓶装高纯CO配制还原气体。通过净化，分析和调节，使得还原气体纯度达到99.8％以上。对于H2还原气体，只能使用瓶装高纯H2配制还原气体。

(2)还原炉体

还原管采用耐热的刚玉管，在还原管的两端均安装水冷装置，另一端与位移传感器相连，保证炉管与炉体之间的冷却和密封作用。还原炉具有足够的加热能力，能保证全部试样和与试样接触的还原气体在整个试验期间保持在目标温度(误差小于±10℃)。炉体一侧为还原气和保护气体的进入气路装置，另一侧有气体导出气路装置，尾气可排向室外，也可以通过燃烧处理。

(3)位移传感器

膨胀变形量采用高精度的微传感器及数据处理系统。

(4)传动装置

还原炉体底座有传动装置，采用直线无摩擦传动，传动精度和重复性能好。

(5)电脑

电脑配备有和仪器相连的接口，操作能够实现计算机界面完成，电脑有足够的存储空间保证软件的安装和运行。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种在线测量球团矿还原膨胀的方法，其特征在于，所述方法先将气体通入温控干燥器，然后将多个球团矿呈一列放在一起，消除个别球团矿由于成分不均匀而膨胀指数异常的缺点，利用位移传感器记录多个球团矿在一个方向的位移变化，在线记录数据，实现在线测量球团矿还原膨胀。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1）：球团矿干燥：在进行实验前，挑选粒度为Ф10.0～12.5mm的多个球团矿，然后将球团矿在105±5℃的温度下烘干，烘干时间不小于2h，然后冷却至室温，并保存在干燥器中；

2）： 温度控制：升温时由电脑程序控温，不同温度段应设置不同的升温速率，低温时升温速率快，高温时升温速率低，当温度到达目标温度时保持恒温，准备进行实验；

3）：装样和取样：将干燥后的球团矿并排放入试样槽中，让每个球团矿之间紧密连接，不要留空隙，让球团矿充满整个试样槽，然后将试样槽缓慢放入炉体恒温段，通入保护性气氛，进行升温，待实验结束炉体温度降到室温后将卡槽取出，取出试样；

4):在线记录数据:通入还原性气体后点击开始实验图标，进行实验数据记录，停止通入还原性气体后，点击停止实验图标，储存数据。

3.一种在线测量球团矿还原膨胀的系统，基于上述权利要求1-2之一所述的方法，其特征在于，所述系统包括制备装置、还原炉体、位移传感器、传动装置、和电脑，所述制备装置包括冷却装置和排气口，所述冷却装置连接一端连接排气口，另一端连接还原炉体，所述还原炉体通过传动装置连接位移传感器，所述还原炉体包括还原炉、气体流量控制和气瓶，所述气体流量控制分别连接气瓶、电脑和还原炉。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述电脑连接位移传感器。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述制备装置通过还原气体的发生、制备、净化、分析和调节装置制备还原气体，也可以使用瓶装高纯CO配制还原气体，通过净化，分析和调节，使得还原气体纯度达到99.8%以上。

6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述还原炉体采用耐热的刚玉管，在还原管的两端均安装水冷装置，另一端与位移传感器相连，炉体一侧为还原气和保护气体的进入气路装置，另一侧有气体导出气路装置，尾气可排向室外，也可以通过燃烧处理。

7.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述位移传感器膨胀变形量采用高精度的微传感器及数据处理系统。

8.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述传动装置设置在还原炉体底座，采用直线无摩擦传动。