CN109752261B - 一种检测烧结过程中铁矿粉粘结相强度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种检测烧结过程中铁矿粉粘结相强度的方法,主要解决现有烧结过程中铁矿粉粘结相强度的检测精度低、检测成本高的技术问题。本发明的技术方案为:一种检测烧结过程中铁矿粉粘结相强度的方法,包括:1)制备铁矿粉混合料,将待测铁矿粉制备成粒径≤0.15mm的铁矿粉;2)制备含铁焙烧小球;3)制备烧结准颗粒;4)制备烧结体;5)测量烧结体的压溃强度F0,用抗压强度测定仪测量烧结体的压溃强度F0;6)计算待测铁矿粉的粘结相强度,待测铁矿粉的粘结相强度等同于烧结体被压溃时铁矿粉粘结相所受到的剪切力。本发明检测结果更加准确可靠,为烧结配矿提供重要基础数据。
Description
技术领域
本发明涉及一种铁矿粉性能的检测方法,特别涉及一种检测烧结过程中铁矿粉粘结相强度的方法,属于钢铁冶金烧结技术领域。
背景技术
作为高炉最主要的原料之一,烧结矿的产质量对于高炉的稳定顺行具有重要意义,而烧结矿的强度是评价烧结矿质量的重要指标之一。对于非均质烧结,烧结过程中烧结料并非全部熔化,而是随着温度的提高,粘附粉逐渐熔化产生液相,液相流动并包裹未熔核矿石,液相冷却凝固使烧结料固结成块。核矿石由于其自身强度较高,不会构成烧结矿强度的限制因素。因此,在烧结工艺条件一定的情况下,粘结相强度在很大程度上决定了烧结矿的强度。
现有铁矿粉粘结相强度测试方法主要是将铁矿粉磨细并按照固定碱度配入一定量的CaO或Ca(OH)2试剂并混匀,在压样设备中压成直径为8mm的圆柱形粘附粉试样,并用微型烧结红外炉在一定的温度制度和气氛制度下进行烧结。试样在高温下产生少量的液相,冷却后使试样固结并具有一定的强度,然后测定试样的压溃强度,并用该压溃强度来衡量铁矿粉的粘结相强度。
现有铁矿粉粘结相强度测试方法检测的粘结相强度数据在一定程度上表征了铁矿粉在烧结过程中产生的粘结相对周围烧结料进行固结的能力,但存在如下不足:1)现有铁矿粉粘结相强度测试方法按照固定碱度的方式向铁矿粉中配加熔剂,SiO2含量高的铁矿粉则配加的熔剂较多,不同铁矿粉SiO2含量差距较大,因此所加入的熔剂量也差距较大,铁矿粉自身特性对粘结相强度的影响在一定程度上被熔剂含量的差异性掩盖。2)现有铁矿粉粘结相强度测试方法中,试样只模拟了粘附粉在烧结过程中产生粘结相的行为而没有将核矿石对粘结相强度的影响考虑在内。3)现有铁矿粉粘结相强度测试方法为了保证铁矿粉试样在烧结后保持原有的圆柱体形状,一般所配加的熔剂量相对较少以避免试样中产生液相过多,熔化后变形过大不便于测试铁矿粉试样烧结后的压溃强度。因此,现有铁矿粉粘结相强度测试的试样中所产生的粘结相的数量相对较少,进而,其压溃强度并不能很好地衡量铁矿粉所产生粘结相的强度。
准确测试铁矿粉的粘结相强度,对更好地优化配矿生产出优质烧结矿具有重要意义,现有技术中缺乏准确检测烧结过程中铁矿粉粘结相强度的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种检测烧结过程中铁矿粉粘结相强度的方法,主要解决现有烧结过程中铁矿粉粘结相强度的检测精度低、检测成本高的技术问题,本发明方法检测的烧结过程中铁矿粉粘结相强度能准确地表征铁矿粉在实际烧结过程中所表现出的粘结相强度特性,为烧结配矿提供可靠的参考依据。
本发明方法的技术思路是,通过微型烧结实验来多方面地模拟实际烧结过程。以固定质量百分比的方式向铁矿粉中添加熔剂,使试样中铁矿粉与熔剂的接触条件更加合理。以含铁焙烧小球为核颗粒与配得的粘附粉进行制粒,使试样在结构上与烧结准颗粒更加相似,因此能够模拟烧结过程中粘附粉生成一次液相,一次液相与核颗粒反应生成二次液相的过程,进而将液相与核颗粒之间的相互反应对粘结相强度的影响考虑在内,同时能够产生足够将准颗粒固结成块的液相量,克服传统测试方法试样中液相量过少等诸多缺陷,使所得到的有效粘结相强度能够更好地反应铁矿粉在烧结过程中所产生的粘结相对烧结料的粘结性能,确保测得的粘结相强度数据更具有生产使用价值。
本发明采用的技术方案是,一种检测烧结过程中铁矿粉粘结相强度的方法,该方法包括以下步骤:
1)制备铁矿粉混合料,将待测铁矿粉制备成粒径≤0.15mm的铁矿粉,将铁矿粉和纯度大于99.9%的CaO试剂在混样设备中充分混匀制成铁矿粉混合料,铁矿粉混合料组成成分的重量百分比为,铁矿粉82.0%~87.0%,CaO试剂13.0%~18.0%;
2)制备含铁焙烧小球,将Fe2O3试剂、SiO2试剂、Al2O3试剂和MgO试剂在混样设备中混匀后得到含铁焙烧小球原料,含铁焙烧小球原料组成成分的重量百分比为,Fe2O3试剂92.0%~95.0%,SiO2试剂4.0%~5.0%,Al2O3试剂1.0%~2.0%,MgO试剂0~1.0%;用圆盘造球机对含铁焙烧小球原料进行加水造球制得生球;对生球进行筛分,用马弗炉对粒径为5.0-6.3mm生球进行焙烧制得含铁焙烧小球,对含铁焙烧小球进行筛分,取粒径为4.75-5.0mm含铁焙烧小球备用;
3)制备烧结准颗粒,粒径为4.75-5.0mm含铁焙烧小球和铁矿粉混合料混匀后得到烧结准颗粒原料,烧结准颗粒原料组成成分的重量百分比为,含铁焙烧小球60.0%~70.0%,铁矿粉混合料30.0%~40.0%,用圆盘造球机对烧结准颗粒原料进行加水制粒制得烧结准颗粒;烧结准颗粒的核颗粒为含铁焙烧小球,铁矿粉混合料用作烧结准颗粒的核颗粒表面的粘附粉;
4)制备烧结体,将四个烧结准颗粒置于石英杯中并堆放成正三角锥形,然后用微型烧结红外炉对烧结准颗进行烧结制得烧结体;
5)测量烧结体的压溃强度F0,将烧结得到的烧结体从石英杯中取出,用抗压强度测定仪测量烧结体的压溃强度F0;
6)计算待测铁矿粉的粘结相强度,待测铁矿粉的粘结相强度等同于烧结体被压溃时铁矿粉粘结相所受到的剪切力,烧结体被压溃时铁矿粉粘结相所受到的剪切力按公式1计算,公式1,公式1中,F为烧结体被压溃时铁矿粉粘结相所受到的剪切力,单位为N,F0为烧结体的压溃强度,单位为N。
进一步,本发明步骤4)中对烧结准颗粒进行烧结的温度制度为,室温-600℃升温过程用时4min,600℃-1000℃升温过程用时1min,1000℃-1150℃升温过程用时1.5min,1150℃-1280℃升温过程用时1.5min,温度到达1280℃后保温4min,然后温度由1280℃降至1150℃过程用时1.5min,1150℃降至1000℃过程用时1.5min,1000℃后设备停止加热,烧结体在炉膛内自然冷却。
本发明步骤4)中对烧结准颗粒进行烧结的气氛制度为,升温过程中,600℃之前,为空气气氛;600℃至1280℃及在1280℃保温4min的过程中为N2气氛;由1280℃的降温过程中为空气气氛,气体流量均为3L/min。
本发明方法基于申请人如下研究:烧结工艺过程,随着温度的升高,粘附粉逐渐产生一次液相,随后与核矿石紧密接触的一部分一次液相与核矿石之间发生相互反应生成二次液相,一次液相和二次液相冷凝结晶后形成粘结相,从而使将松散的烧结料固结成块。因此,核矿石与液相之间的相互反应会在一定程度上影响粘接相的强度。
在实际烧结过程中,烧结准颗粒由粘附粉和核矿石共同组成。高温下,粘附粉产生的液相与核颗粒之间会有一系列的相互反应,且这些反应会在一定程度上影响铁矿粉的粘结相强度。
且在实际烧结过程中,烧结料中SiO2含量只在较小的范围内变动,碱度固定时,烧结料中的熔剂量只在较小的范围内波动。此外,烧结过程中各种含铁原料与熔剂等其他辅料在转筒中混合在一起。因此,在烧结料中不同铁矿粉与熔剂接触的几率基本相同。因此本发明采用固定CaO质量百分比的方式向铁矿粉中添加熔剂。
由烧结体的压溃强度计算铁矿粉粘结相强度,能准确地反映铁矿粉的高温特性。
本发明方法在以下几方面对现有技术做出了创造性贡献:1)本发明方法采用的测试粘结相强度的试样由核颗粒(含铁焙烧小球)和粘附粉共同组成,可更真实地模拟实际烧结过程中核矿石与液相之间的相互反应,将液相与核之间的反应对粘结相强度的影响考虑在内;2)本发明方法采用按照固定CaO质量百分比的方式向待测铁矿粉中添加熔剂,控制不同铁矿粉试样中熔剂的量相同,使测试结果更能体现铁矿粉自身特性对粘结相强度的影响;3)本发明方法采用的烧结温度制度和合适的CaO比例条件下可使试样产生合适的烧结液相量,克服了传统测试方法中试样产生液相量过少的缺点,使测试过程更能模拟实际烧结中液相产生过程。
本发明相比现有技术具有如下积极效果:以微型烧结试验模拟实际烧结过程,从试样的组成结构、熔剂的添加方式、对试样进行烧结的温度制度及气氛制度等多个方面模拟了实际烧结过程,通过烧结体的压溃强度来计算铁矿粉的有效粘结相强度,很好地弥补了传统粘结相强度测试方法的不足之处,从而获取更准确的铁矿粉粘结相强度数据,为科学地优化配矿提供更加有效的理论指导和技术依据。
附图说明
图1为本发明实施例含铁焙烧小球焙烧用温度制度图。
图2是本发明实施例烧结准颗粒烧结用的温度制度和气氛制度图。
具体实施方式
下面结合实施例1~4对本发明做进一步说明,如表1~表2所示,应理解下述具体实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
表1为本发明实施例铁矿粉的组分(按重量百分比计),余量为不可避免杂质。
表1本发明实施例铁矿粉的组分,单位:重量百分比。
组分 | TFe | FeO | SiO<sub>2</sub> | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | MgO | P | S | 烧损 | 水分 |
实施例1 | 58.59 | / | 4.10 | 1.55 | / | 0.042 | 0.007 | 10.97 | 7.55 |
实施例2 | 62.13 | / | 3.37 | 1.87 | / | 0.098 | 0.018 | 5.69 | 6.80 |
实施例3 | 64.87 | / | 1.93 | 1.61 | / | 0.059 | 0.012 | 3.05 | 6.80 |
实施例4 | 63.28 | / | 5.83 | 1.05 | / | 0.046 | 0.008 | 2.19 | 6.85 |
将待测铁矿粉分别在制样设备中制成粒径≤0.15mm的铁矿粉,然后加入15%的CaO试剂并在混样设备中混合20分钟充分混匀,制备铁矿粉混合料待用。
在Fe2O3试剂中加入5.0%SiO2试剂、2.0%Al2O3试剂、1.0%MgO试剂并在混样设备中充分混匀,然后在小型圆盘造球机上加水造球,并筛分出粒径在5-6.3mm之间的小球,放置于马弗炉中按照图1所示的温度制度进行焙烧使其固结成具有一定强度的含铁焙烧小球,并选出粒径在4.75(4目)-5mm之间的含铁焙烧小球备用。
以粒径在4.75-5mm之间的含铁焙烧小球为核,与配得的四种粘附粉按照核粉比7:3在小型圆盘造球机上加水制粒得到大小均匀的烧结准颗粒。
将四个烧结准颗粒放置于石英杯中并堆放成正三角锥形,用微型烧结红外炉按照图2所示的温度制度和气氛制度进行烧结使其固结成块,得到烧结体,每一种待测铁矿粉做五个平行试样。
表2本发明实施例铁矿粉的粘结相强度
由表2可知,实施例1-4四种待测铁矿粉的粘结相强度分别为:68.38N,53.62N,84.12N,44.84N。
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)
1.一种检测烧结过程中铁矿粉粘结相强度的方法,其特征是,所述方法包括以下步骤:
1)制备铁矿粉混合料,将待测铁矿粉制备成粒径≤0.15mm的铁矿粉,将铁矿粉和纯度大于99.9%的CaO试剂在混样设备中充分混匀制成铁矿粉混合料,铁矿粉混合料组成成分的重量百分比为,铁矿粉82.0%~87.0%,CaO试剂13.0%~18.0%;
2)制备含铁焙烧小球,将Fe2O3试剂、SiO2试剂、Al2O3试剂和MgO试剂在混样设备中混匀后得到含铁焙烧小球原料,含铁焙烧小球原料组成成分的重量百分比为,Fe2O3试剂92.0%~95.0%,SiO2试剂4.0%~5.0%,Al2O3试剂1.0%~2.0%,MgO试剂0~1.0%;用圆盘造球机对含铁焙烧小球原料进行加水造球制得生球;对生球进行筛分,用马弗炉对粒径为5.0-6.3mm生球进行焙烧制得含铁焙烧小球,对含铁焙烧小球进行筛分,取粒径为4.75-5.0mm含铁焙烧小球备用;
3)制备烧结准颗粒,粒径为4.75-5.0mm含铁焙烧小球和铁矿粉混合料混匀后得到烧结准颗粒原料,烧结准颗粒原料组成成分的重量百分比为,含铁焙烧小球60.0%~70.0%,铁矿粉混合料30.0%~40.0%,用圆盘造球机对烧结准颗粒原料进行加水制粒制得烧结准颗粒;烧结准颗粒的核颗粒为含铁焙烧小球,铁矿粉混合料用作烧结准颗粒的核颗粒表面的粘附粉;
4)制备烧结体,将四个烧结准颗粒置于石英杯中并堆放成正三角锥形,然后用微型烧结红外炉对烧结准颗进行烧结制得烧结体;
5)测量烧结体的压溃强度F0,将烧结得到的烧结体从石英杯中取出,用抗压强度测定仪测量烧结体的压溃强度F0;
2.如权利要求1所述的一种检测烧结过程中铁矿粉粘结相强度的方法,其特征是,步骤4)中对烧结准颗粒进行烧结的温度制度为,室温-600℃升温过程用时4min,600℃-1000℃升温过程用时1min,1000℃-1150℃升温过程用时1.5min,1150℃-1280℃升温过程用时1.5min,温度到达1280℃后保温4min,然后温度由1280℃降至1150℃过程用时1.5min,1150℃降至1000℃过程用时1.5min,1000℃后设备停止加热,烧结体在炉膛内自然冷却。
3.如权利要求1所述的一种检测烧结过程中铁矿粉粘结相强度的方法,其特征是,步骤4)中对烧结准颗粒进行烧结的气氛制度为,升温过程中,600℃之前,为空气气氛;600℃至1280℃及在1280℃保温4min的过程中为N2气氛;由1280℃的降温过程中为空气气氛,气体流量均为3L/min。
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