CN110057692A - 一种铁矿烧结粘结相粘结强度测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁矿烧结粘结相粘结强度测定方法，包括如下步骤：试验试样制备：将第一基片尾端搭在第二基片的首端上；在搭接面上设有粘结相团块，粘结相团块加热融化后将第一基片和第二基片平行搭接粘结，制得试验试样；剪切力实验：利用夹具竖直夹持试验试样中第二基片的尾端，在第一基片的首端施加竖直方向的压力，进行剪切力实验，测得第一基片和第二基片搭接处破坏时的剪切力最大载荷F，用以计算粘结相粘结强度R。该方法具有适用范围广、实验条件可控、操作简单快捷、与实际烧结过程相符等优点。

Description

一种铁矿烧结粘结相粘结强度测定方法

技术领域

本发明属于高炉炼铁中的烧结技术领域，尤其涉及一种铁矿烧结粘结相粘结强度测定方法。

背景技术

我国钢铁工业经过多年的高速发展，已近形成了大规模、高产出、高能耗、高污染的现状。随着优质炼铁原料的逐渐减少，国内高炉炼铁为谋求生存,合理高效利用低品位铁矿粉来降低生产成本对企业摆脱困境很有必要。低品位铁矿石杂质含量多，成分波动大，性质差异明显，其对烧结过程的影响十分巨大。目前烧结工业采用的配矿方法是以原料化学成分为主要依据，对其在烧结过程中的性质差异、烧结成品矿的质量未做考虑。而对烧结工序的研究需要进行烧结杯实验，研究烧结成品矿质量，工作量较大、试样周期长且需要复杂的实验设备。因此研究一种新的，更加简单有效的方法表征烧结矿质量的需求时十分有必要的

烧结矿强度主要取决于三个方面：含铁矿物的自身强度、粘结相的自身强度和含铁矿物与粘结相之间的粘结强度。烧结矿中含铁矿物主要有赤铁矿，磁铁矿两种，这两种矿物的自身强度均较好，因此烧结矿的强度主要由粘结相的自身强度和含铁矿物与粘结相之间的粘结强度决定。对烧结粘结相强度的研究可用于判断烧结矿成品质量，指导实际烧结过程。

目前对于烧结粘结相的研究普遍采用压料成团，微型烧结的方法，将粘结相团块在一定条件下进行烧结，通过检测烧结团块的各种性质如：矿相组成、化学成分，自身强度，同化性等来对实际烧结过程进行指导。此方法研究较多，不同研究者的研究存在一定的差异，但其原理大都大同小异。但此方法具有一定的缺陷，焙烧过程条件的差异对烧结成矿的影响较大，这类方法主要的检测手段为磨片观察矿相，或者XRD、SEM等手段检测矿物性质，都需要长时间的操作，没有一种较为直观的参数用来表征烧结矿质量的好坏。北京科技大学发明了一种测定烧结矿粘结相强度特征数的方法。将粘结相与含铁矿物间所能承受的最大剪切力定义为粘结强度,同时采用粘结强度测试装置对粘结强度进行测定。将测定粘结强度与能满足工厂生产要求标准的烧结矿粘结强度(800N)的比值定义为粘结强度特征数,其量纲为1。该方法仅适用于液相生成温度较低的粘结相，单次实验周期较长，实验测定剪切力较为复杂。

目前对于烧结粘结相粘结强度的研究方法均具有一定的不足，对于实际烧结过程的指导意义存在争议。因此，发明一种新的、实用的、可靠的、科学的、更加符合实际烧结过程的检测烧结粘结相粘结强度的方法具有十分重要的意义。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的问题之一。为此，本发明的目的之一在于提供一种实验条件可控、操作简单快捷的烧结粘结相粘结强度测定方法。

为解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案：

一种铁矿烧结粘结相粘结强度测定方法，包括如下步骤：

试验试样制备：

将第一基片尾端搭在第二基片的首端上；

在搭接面上施加粘结相团块并加热融化，将第一基片和第二基片平行搭接粘结，制得试验试样；

剪切力实验：

利用夹具竖直固定试验试样中第二基片的尾端，在第一基片的首端施加竖直方向的压力，进行剪切力实验，测得第一基片和第二基片搭接处破坏时的剪切力最大载荷F，用以计算粘结相粘结强度R，计算公式如下：

R＝F/A

式中：

R—粘结相拉伸粘结强度(MPa)；

F—剪切力最大载荷(N)；

A—搭接处粘结面积(m²)。

进一步的，试验试样制备的具体过程如下：

将长方体形的第二基片平行放置在垫板上；

第一基片水平设置在第二基片的上方，一端与第二基片平行搭接并在搭接面上放置粘结相团块；另一端的底部垫有水平设置的第三基片，第三基片与垫板之间垫有粘结相团块，第三基片的厚度与第二基片的厚度相同；

将垫板连同第一基片、第二基片和第三基片置于炉体中，加热融化粘结相，实现第一基片和第二基片搭接处的粘结；

将粘连后的第一基片和第二基片从垫板上取下，得到试验试样。

进一步的，炉体炉温需保持恒定，且高于粘结相液相完全生成温度。

进一步的，第一基片、第二基片和第三基片采用相同材质制作。

进一步的，所述材质为Fe₂O₃。

进一步的，通过控制第一基片与第二基片搭接处粘结面积为固定值简化粘结强度计算过程，利用剪切力最大载荷即可表征粘结强度强弱。

进一步的，第一基片、第二基片和第三基片的制作过程如下：

对制作基片用的粉末进行研磨；

将研磨后的粉末装载在模具中进行压制成形，制得基片生坯；

将基片生坯进行烧结制得基片烧结坯；

将基片烧结坯切割、打磨制成具有统一光洁度的实验用基片。

进一步的，基片烧结坯依次通过100、500、1000目砂纸打磨。

与现有技术相比，本发明具有的优点在于：

本发明根据烧结矿微观结构与成品矿强度之间的关系，提出通过研究粘结相粘结强度来表征烧结矿质量的方法。粘结相试样与基片按照一定的方式放置，通过微型烧结与强度检测测定粘结相试样的粘结强度。粘结强度通过实验剪切力最大载荷表示，计算公式为：R＝F/A。

该方法对于粘结相试样原料适应性较广，不同的试样均能使用此方法进行粘结强度测定。

该方法可通过控制上下基片之间的接触面积为定值来简化粘结强度的表征，直接通过剪切力最大载荷即可表示粘结强度好坏。

该方法可以充分模拟实际烧结过程，实验温度、气氛、时间等条件均可根据要求进行调整。

该方法操作简单，仅需要一台管炉，一台压力测试机即可进行粘结强度测定，且实验周期短，可同时测定多个样品，实现了快速实验，快速得到数据的要求。

因此，本方法为一种新的、科学的、原料适应性较广的、测量便捷迅速的铁矿烧结粘结相粘结强度测定方法。

附图说明

图1为基片示意图；

图2为粘结强度实验模型；

图3为剪切力最大载荷测定模型。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1-图3，一种铁矿烧结粘结相粘结强度测定方法，包括如下步骤：

试验试样制备：

将第一基片1尾端搭在第二基片2的首端上；

在搭接面上施加粘结相团块并加热融化，将第一基片1和第二基片2平行搭接粘结，制得试验试样；

剪切力实验：

利用夹具竖直夹持试验试样中第二基片2的尾端，在第一基片1的首端施加竖直方向的压力，进行剪切力实验，测得第一基片1和第二基片2搭接处破坏时的剪切力最大载荷F，用以计算粘结相粘结强度R，计算公式如下：

R＝F/A

式中：

R—粘结相拉伸粘结强度(MPa)；

F—剪切力最大载荷(N)；

A—搭接处粘结面积(m²)。

进一步的，试验试样制备的具体过程如下：

将长方体形的第二基片2平行放置在垫板3上；

第一基片1水平设置在第二基片2的上方，一端与第二基片2平行搭接并在搭接面上放置粘结相团块4；另一端的底部垫有水平设置的第三基片5，第三基片5与垫板3之间垫有粘结相团块4，第三基片5的厚度与第二基片2的厚度相同；

将垫板3连同第一基片1、第二基片2和第三基片5置于炉体中，加热融化粘结相团块4，实现第一基片1和第二基片2搭接处的粘连；

将粘连后的第一基片1和第二基片2从垫板3上取下，制得试验试样，第一基片1、第二基片2和第三基片5采用相同材质制作，如可以为Fe₂O₃。通过上述设置，可以保证第一基片1和第二基片2在整个烧结粘连过程中始终处于水平状态，从而使的搭接面处的熔融粘接相均匀分布。

需要解释说明的是，加热融化粘结相时，炉体炉温需保持恒定，且高于粘结相液相完全生成温度。第一基片1、第二基片2和第三基片5均为宽度和高度相同的长方体。

具体的，第一基片1、第二基片2和第三基片5的制作过程如下：

对制作基片用的粉末进行研磨；

将研磨后的粉末装载在模具中进行压制成形，制得基片生坯；

将基片生坯进行烧结制得基片烧结坯；

将基片烧结坯切割、打磨制成具有统一光洁度的实验用基片，如基片烧结坯可以依次通过100、500、1000目砂纸打磨至光洁度一致。

以下结合具体实施例对本发明作详细说明。

实施例：

基片制备：

使用Fe₂O₃纯试剂制备粘结强度基片，Fe₂O₃纯试剂经超纯水润湿、研磨后，称取固定量的试剂置于直径50×50mm方形模具中，将试剂铺平后在150Kg压力下保压1min成型，置于烘箱中60℃干燥3h，在马弗炉中空气气氛下1350℃焙烧2h，随炉冷却至室温后得到焙烧后的Fe₂O₃基片。焙烧后的基片切割成宽度10mm长度为20mm和30mm长度的两种基片，切割后的基片利用砂纸进行打磨制成粘结强度实验所需的、统一光洁度的Fe₂O₃基片，如图1所示。

测定方法：

(1)原料准备。将实验配制粘结相试样的试剂、矿物等置于烘箱中干燥2h以上，使其充分脱水，在将试剂、矿物细磨。

(2)粘结相团块制备。按照实验所需比例将粘结相试样各组分称量，置于玛瑙研钵中混匀，加入一定的无水乙醇进行润湿，在充分研磨后称取固定量的混匀矿置于直径3mm的圆柱状模具中压制成型。

(3)焙烧实验。将粘结相试样与Fe₂O₃基片如图2所示放置。实验开始前先预设加热程序，升温炉管，待到炉温升至设定温度后开始实验。控制升温速率，手动送样进入炉管高温恒定区，开始焙烧实验。粘结相试样焙烧制度如下：5min进样时间(3min送样+2min临近高温区保温)，3min焙烧，4min降温(2min临近高温区保温+2min出样)。

(4)粘结强度检测。焙烧实验结束后，将试样冷却至室温后开始粘结强度测定，将试样较长一段基片按照图3所示固定于夹具之上。将其置于压力测试机上进行抗压试验，得到实验剪切力最大载荷，即可保证试样粘结强度。

按照上述步骤，以Fe₂O₃-CaO-SiO₂三元系粘结相为例，在CaO组分为15wt.％、20wt.％条件下选择不同SiO₂组分进行粘结强度测试。

表1CaO组分为15wt.％时不同SiO₂组分粘结强度

CaO组分15wt.％条件下，SiO₂组分分别为1.7wt.％、4.25wt.％、12.75wt.％、16.2wt.％、42.5wt.％时，对应Fe₂O₃-CaO-SiO₂三元体系粘结相粘结强度用剪切力表示分别为：561N、155N、469N、797N、895N。粘结强度变化趋势呈现一种先降低再升高的趋势，最大值出现在SiO₂组分最大时(42.5wt.％)为895N。

表2 CaO组分为20wt.％时不同SiO₂组分粘结强度

CaO组分20wt.％条件下，SiO₂组分分别为1.6wt.％、4wt.％、16wt.％、21.5wt.％、40wt.％，对应Fe₂O₃-CaO-SiO₂三元体系粘结相粘结强度用剪切力表示分别为：1277N、764N、637N、830N、2068N。粘结强度变化趋势与CaO组分15wt.％时相似，呈现一种先降低再升高的趋势，但相对确更高，粘结强度更好，最大值出现在SiO₂组分最大时(40wt.％)为2068N。

上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种铁矿烧结粘结相粘结强度测定方法，其特征在于，包括如下步骤：

试验试样制备：

将第一基片尾端搭在第二基片的首端上；

在搭接面上设有粘结相团块，加热融化后将第一基片和第二基片平行粘结，制得试验试样；

剪切力实验：

利用夹具竖直夹持试验试样中第二基片的尾端，在第一基片的首端施加竖直方向的压力，进行剪切力实验，测得第一基片和第二基片粘结处破坏时的剪切力最大载荷F，用以计算粘结相粘结强度R，计算公式如下：

R＝F/A

式中：

R—粘结相拉伸粘结强度(MPa)；

F—剪切力最大载荷(N)；

A—搭接处粘结面积(m²)。

2.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于：试验试样制备的具体过程如下：

将长方体形的第二基片水平放置在垫板上；

第一基片水平设置在第二基片的上方，一端与第二基片平行搭接并在搭接面上放置粘接相团块；另一端的底部垫有水平设置的第三基片，第三基片与垫板之间垫有粘接相团块，第三基片的厚度与第二基片的厚度相同；

将垫板连同第一基片、第二基片和第三基片置于炉体中，加热融化粘结相团块，实现第一基片和第二基片搭接处的粘结；

将粘连后的第一基片和第二基片从垫板上取下，制得试验试样。

3.根据权利要求2所述的测定方法，其特征在于：炉体炉温需保持恒定，且高于粘结相液相完全生成温度。

4.根据权利要求2所述的测定方法，其特征在于：第一基片、第二基片和第三基片均采用Fe₂O₃纯试剂制备。

5.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于：实验过程中可通过控制第一基片与第二基片搭接处粘结面积为固定值简化粘结强度计算，利用剪切力最大载荷即可表征粘结强度强弱。

6.根据权利要求2所述的测定方法，其特征在于：第一基片、第二基片和第三基片的制作过程如下：

对制作基片用的粉末进行研磨；

将研磨后的粉末装载在模具中进行压制成形，制得基片生坯；

将基片生坯进行烧结制得基片烧结坯；

将基片烧结坯切割、打磨制成具有统一光洁度的实验用基片。

7.根据权利要求6所述的测定方法，其特征在于：基片烧结坯依次通过100、500、1000目砂纸打磨。