CN108760471A - 一种铁矿石烧结的颗粒粘附层剪切强度的测量方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁矿石烧结的颗粒粘附层剪切强度的测量方法及装置,属于冶金行业铁矿石烧结技术领域,包括用于承载模拟料的装料盒,该装料盒具有固定部和可移动的活动部;在装料盒的顶部加载有一垂直载荷,在活动部的侧面加载有一横向剪切载荷,并设有用于控制和测量横向剪切载荷的力学试验机。在以上测量装置的装料盒中填充料能有效代表铁矿石烧结的准颗粒粘附层中的物料种类、含量、粒径等组成,解决了准确评价烧结准颗粒粘附层的剪切强度的问题。通过测量装置获取的剪切强度数值能评价准颗粒在堆积过程中的变形程度,可以指导烧结配矿,使配矿过程中尽可能实现准颗粒具有较强的粘附层强度,能使烧结料床具有良好的透气性。
Description
技术领域
本发明涉及冶金行业铁矿石烧结技术领域,具体地说,涉及一种铁矿石烧结的颗粒粘附层剪切强度的测量方法及装置。
背景技术
铁矿石烧结是钢铁生产流程中通过高温熔融使物料团聚,向高炉提供炼铁原料的重要加工环节。铁矿石造块的主要方法之一。将贫铁矿经过选矿得到的铁精矿,富铁矿在破碎和筛分过程中产生的粉矿,生产中回收的含铁粉料(高炉和转炉炉尘,连铸/轧钢铁皮等)、熔剂(石灰石、生石灰、消石灰、白云石和菱镁石等)和燃料(焦粉和无烟煤)等,按要求比例配合,加水混合制成颗粒状烧结混合料,平铺在烧结台车上,经点火抽风烧结成块。
因使用的物料种类多且成分差异较大,粒径分布宽泛,烧结前必须对物料配矿并进行加水混匀和制粒操作,使细小的颗粒粘附在核心大颗粒的周围,形成具有中心内核与边缘粘附层的典型结构的“准颗粒”。再将制粒后的准颗粒堆积至烧结机的过程中,准颗粒粘附层易变形脱落从而降低堆积床的孔隙率。制粒后的准颗粒具有较大的粒径、较窄的粒径分布、较高的粘附层强度,才能使烧结料床具有良好的透气性,从而获得高质高产的烧结矿。量化衡量准颗粒粘附层的强度,以确定粘附层在堆积过程中的变形程度,对于深入揭示决定烧结床层孔隙率的形成机理,精确控制烧结过程生产具有重要意义。
对组成准颗粒内核和粘附层的原始物料分析表明,不同粒级的物料在制粒过程中成为内核颗粒还是成为粘附颗粒与物料本身特性、水分或粘结剂添加量、制粒设备参数等紧密相关。通常而言,小于0.25mm的颗粒主要作为粘附颗粒,大于1mm的颗粒主要作为内核颗粒,0.25~1mm的中间粒级的颗粒按比例部分成为粘附颗粒,部分成为内核颗粒。原始物料中过多的0.25~mm的颗粒不利于制粒过程中准颗粒的形成。
目前烧结专业文献和教科书上关于烧结物料颗粒强度的测量中,仅有将部分种类矿石制成小球测定其压缩破裂强度的先例,这类测量方法存在假设过于简化、考虑因素不周的问题,不能严格代表粘附层中的颗粒组成,单纯的压缩破裂强度值也提供的信息有限。
发明内容
本发明的目的为提供一种铁矿石烧结的颗粒粘附层剪切强度的测量方法,解决了目前铁矿石烧结的颗粒粘附层的剪切强度的测试及判定盲区问题。
本发明的另一目的为提供一种铁矿石烧结的颗粒粘附层剪切强度的测量装置,该装置可用于实现上述测量方法,其结构简单,操作方便。
为了实现上述目的,本发明提供的铁矿石烧结的颗粒粘附层剪切强度的测量方法包括以下步骤:
(1)将铁矿石粉、溶剂、燃料、冷返矿按配比称重混合成为混合物料;
(2)将混合物料进行烘干成为烘干物料;
(3)对烘干物料进行筛分,并收集各个粒级的烘干物料,将其重量记为mi;
(4)选取组成粘附层的细粒级烘干物料,分别称重并记为Mti,混合成总重量为M的模拟料;
(5)模拟料按需测定的水分条件加水搅拌混匀后,填充入剪切测量装置中进行测量。
上述技术方案中,步骤(2)通过烘箱对混合物料进行烘干,烘干温度为105℃。步骤(3)采用振筛机对烘干物料进行筛分。按照步骤(1)至(4)准备被填充入进行测量的模拟料,以准确代表烧结的准颗粒粘附层的原始物料种类、含量、粒度等组成。最后通过步骤(5)测量模拟料的剪切强度,即得到准颗粒粘附层的剪切强度。代表准颗粒粘附层的模拟料填入需严格控制相同的填料操作以获取相同的填充率,以保证测试准确性。
具体的方案为步骤(3)中对烘干物料进行筛分所选用的筛机为系列,获取从0.25mm到11.2mm的各级原始物料。
另一个具体的方案为步骤(4)中选用以下七个粒级为组成粘附层的细粒级,包括0~0.25,0.25~0.355,0.355~0.5,0.5~0.71,0.71~1,1~1.4和1.4~2mm。
另一个具体的方案为步骤(4)中每个粒级对应不同的制粒条件有一分配系数即该粒级中部分在制粒后的准颗粒中成为内核颗粒,余下的部分成为粘附层的颗粒。优选分配系数依据颗粒数平衡的制粒模型进行测量或预测。
更具体的方案为步骤(4)中各粒级烘干物料称重的Mti数值依据下式计算:
进一步更具体的方案为总重量M为50~200克。
为了实现上述另一目的,本发明提供的铁矿石烧结的颗粒粘附层剪切强度的测量装置包括用于承载模拟料的装料盒,该装料盒具有固定部和可移动的活动部;在装料盒的顶部加载有一垂直载荷,在活动部的侧面加载有一横向剪切载荷,并设有用于控制和测量横向剪切载荷的力学试验机。
在上述装置中,垂直载荷可通过砝码叠加、力学试验机加载等方式实现,需保证垂直载荷均匀施加在整个被测试的模拟料的横向截面。被填充入进行测量的模拟料需按上述测量方法进行准备,以准确代表烧结的准颗粒粘附层的原始物料种类、含量、粒度等组成,解决了准确评价烧结准颗粒粘附层的剪切强度的问题。获取的剪切强度数值能评价准颗粒在堆积过程中的变形程度,可以指导烧结配矿,使配矿过程中尽可能实现准颗粒具有较强的粘附层强度,能使烧结料床具有良好的透气性。
具体的方案为剪切盒内径的5%值大于填入的模拟料粘附层的颗粒的最大直径值,剪切盒的高度至少为20mm。
另一个具体的方案为垂直载荷的加载范围控制在5~50kPa。对应烧结床层不同床层高度中准颗粒所受的来自于上部床层颗粒的应力范围。
另一个具体的方案为力学试验机的横向位移的加载速度为1~3mm/min。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
本发明的测量方法中填充料能有效代表铁矿石烧结的准颗粒粘附层中的物料种类、含量、粒径等组成,解决了准确评价烧结准颗粒粘附层的剪切强度的问题。通过测量装置获取的剪切强度数值能评价准颗粒在堆积过程中的变形程度,可以指导烧结配矿,使配矿过程中尽可能实现准颗粒具有较强的粘附层强度,能使烧结料床具有良好的透气性。
附图说明
图1为本发明实施例的测量装置的结构示意图;
图2为本发明实施例在不同熟石灰添加水平下的准颗粒粘附层的横向剪切载荷曲线;
图3为本发明实施例在不同熟石灰添加水平下的准颗粒粘附层的强度参数对比。
图中:1、模拟料;2、活动部;3、固定部;4、垂直载荷加载部分;F2、垂直载荷;F1、横向剪切载荷。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。
方法实施例
本实施例的铁矿石烧结的颗粒粘附层剪切强度的测量方法包括以下步骤:
(1)将铁矿石粉、溶剂、燃料、冷返矿按配比称重混合成为混合物料。
(2)将混合物料进行烘干成为烘干物料。
(3)对烘干物料进行筛分,并收集各个粒级的烘干物料,将其重量记为mi;
所选用的筛机为系列,获取从0.25mm到11.2mm的各级原始物料。
(4)选取组成粘附层的细粒级烘干物料,分别称重并记为Mti,混合成总重量为M的模拟料;
选用以下七个粒级为组成粘附层的细粒级,包括0~0.25,0.25~0.355,0.355~0.5,0.5~0.71,0.71~1,1~1.4和1.4~2mm;
每个粒级对应不同的制粒条件有一分配系数即该粒级中部分在制粒后的准颗粒中成为内核颗粒,余下的部分成为粘附层的颗粒;
各粒级烘干物料称重的Mti数值依据下式计算:
总重量M为50~200克。
(5)模拟料按需测定的水分条件加水搅拌混匀后,填充入剪切测量装置中进行测量。
装置实施例
参见图1,本实施例的铁矿石烧结的颗粒粘附层剪切强度的测量装置用于实现上述方法实施例中的测量方法,其包括用于承载模拟料1的装料盒,该装料盒具有固定部3和可移动的活动部2;在装料盒的顶部加载有一并设有用于控制和测量横向剪切载荷F1的力学试验机。
本实施例的垂直载荷F2通过垂直载荷加载部分4进行施加,保证垂直载荷均匀施加在整个被测试的模拟料的横向截面上。剪切盒内径的5%值大于填入的模拟料粘附层的颗粒的最大直径值,剪切盒的高度为20mm。垂直载荷的加载范围控制在5~50kPa,对应烧结床层不同床层高度中准颗粒所受的来自于上部床层颗粒的应力范围。力学试验机的横向位移的加载速度为1~3mm/min。
利用该测量装置进行铁矿石烧结的颗粒粘附层剪切强度测量的过程如下:
配置烧结料结构,包括62.0%铁矿粉,4.1%燃料,20.0%冷返矿,13.9%熔剂,其中测定的熟石灰水平为0%,2%,4%,其增加时,相应减少石灰石的添加比例,以维持固定的二元碱度为1.9。所有原始物料称重混合成为混合物料,总计13kg,然后放入105℃的烘箱中干燥12小时去除水分成为烘干物料。
将烘干物料在振筛机上进行筛分,所用筛级为系列,从0.25mm到11.2mm级别,获取各粒级混合料的重量。
选取筛选出的七个粒级的烘干物料,包括0~0.25,0.25~0.355,0.355~0.5,0.5~0.71,0.71~1,1~1.4和1.4~2mm。采用前期基于颗粒数平衡原理试验测定的不同熟石灰添加水平下的各粒级混合料的分配系数值,选定的七个细粒级各自称选重量依据下式计算,混合成总重量为100g的代表粘附层真实组成的模拟料,
上述模拟料加水混匀,水分控制范围为5-8%,填充入剪切测量装置中进行测量。
所使用的剪切盒内径为60mm,底部和下部的剪切半盒高均为10mm,填充操作规范统一,满足相同填充率要求。
垂直载荷通过叠加不同重量砝码实现,垂直载荷分为5个水平进行测试,砝码重量分别为2,3,4,5和6kg,对应竖直压力6.9,10.1,13.9,17.3和20.8kPa。力学试验机拉动上部的移动剪切半盒的加载速度控制为3mm/min,横向移动距离为8mm后剪切测试结束。
图2为不同垂直载荷下的力学试验机测定的横向剪切载荷的变化曲线。横向剪切载荷随着垂直载荷的增加而增加,从曲线中截取出横向剪切载荷的最大值,基于Mohr-Coulomb准则通过对横向剪切载荷和垂直载荷进行线性拟合,获取粘附层模拟料的强度系数和摩擦角。
图3比较了核算的不同熟石灰添加水平下的颗粒粘附层的强度系数值,可见制粒过程中增加熟石灰的添加比例,能有效增强准颗粒粘附层的剪切强度。实践中发现制粒过程中添加熟石灰能有效改善床层透气性,主要原因在于具有更大剪切强度粘附层的准颗粒能在堆积过程中抗变形,形成更大的烧结床孔隙率。
需要注意的是,上述的具体实施方式并不是对本发明的一种限制,只要在本发明的实质范围内,对本发明的改型、变换都在权利要求范围内。
Claims (10)
1.一种铁矿石烧结的颗粒粘附层剪切强度的测量方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将铁矿石粉、溶剂、燃料、冷返矿按配比称重混合成为混合物料;
(2)将混合物料进行烘干成为烘干物料;
(3)对烘干物料进行筛分,并收集各个粒级的烘干物料,将其重量记为mi;
(4)选取组成粘附层的细粒级烘干物料,分别称重并记为Mti,混合成总重量为M的模拟料;
(5)模拟料按需测定的水分条件加水搅拌混匀后,填充入剪切测量装置中进行测量。
2.根据权利要求1所述的测量方法,其特征在于,步骤(3)中对烘干物料进行筛分所选用的筛机为系列,获取从0.25mm到11.2mm的各级原始物料。
3.根据权利要求1所述的测量方法,其特征在于,步骤(4)中选用以下七个粒级为组成粘附层的细粒级,包括0~0.25,0.25~0.355,0.355~0.5,0.5~0.71,0.71~1,1~1.4和1.4~2mm。
4.根据权利要求1所述的测量方法,其特征在于,步骤(4)中每个粒级对应不同的制粒条件有一分配系数 即该粒级中部分在制粒后的准颗粒中成为内核颗粒,余下的部分成为粘附层的颗粒。
5.根据权利要求4所述的测量方法,其特征在于,步骤(4)中各粒级烘干物料称重的Mti数值依据下式计算:
6.根据权利要求5所述的测量方法,其特征在于,总重量M为50~200克。
7.一种实现权利要求1至6任一权利要求所述的测量方法的测量装置,其特征在于:
包括用于承载模拟料的装料盒,该装料盒具有固定部和可移动的活动部;在所述装料盒的顶部加载有一垂直载荷,在所述活动部的侧面加载有一横向剪切载荷,并设有用于控制和测量横向剪切载荷的力学试验机。
8.根据权利要求7所述的测量装置,其特征在于:
所述的剪切盒内径的5%值大于填入的模拟料粘附层的颗粒的最大直径值,剪切盒的高度至少为20mm。
9.根据权利要求7所述的测量装置,其特征在于:
所述的垂直载荷的加载范围控制在5~50kPa。
10.根据权利要求7所述的测量装置,其特征在于:
所述的力学试验机的横向位移的加载速度为1~3mm/min。
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