CN110346538B - 一种高温连续变压、变气氛条件下铁矿石性能测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高温连续变压、变气氛条件下铁矿石性能测定方法，包括以下步骤：步骤一：将烘干后的焦炭和铁矿石试料按指定方式放置在石墨坩埚内；步骤二：将石墨坩埚放置在高温炉内，向高温炉内持续通入N2；步骤三：将石墨坩埚放置在高温炉内，使用真空泵向高温炉内持续抽气；步骤四：控制高温炉升温，升温同时对还原气体中各气体成分的流量进行控制；同时按设定压力控制方式根据温度采集装置采集到的高温炉的炉温对施加在铁矿石试料上的压力进行控制；步骤五：数据采集及计算。本发明的方法能模拟炼铁高炉实际工作气氛，并能够动态调整铁矿石试料上的载荷，使得采用本发明的方法得到的试验结果能更接近于炼铁高炉的实际运转情况。
Description
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种高温连续变压、变气氛条件下铁矿石性能测定方法。
背景技术
铁矿石是钢铁生产企业的重要原材料，通常以烧结矿、球团矿或块矿的形式进入高炉，低温的矿石在高炉内下降过程中被煤气由外向内逐渐夺取氧而还原，同时又与煤气发生热交换得到热量。矿石升温过程中发生软化、熔融滴落，实现渣铁分离，而矿石的软化熔融温度以及软化与软熔的温度区间对高炉的透气性和燃料消耗具有显著的影响。
铁矿石高温荷重还原熔融滴落实验用于检测铁矿石软熔、滴落的性能，它通过模拟高炉冶炼状态下铁矿石的膨胀量、软化区间、还原气的压力差、软熔区间和滴落温度等重要参数，是评价烧结矿、球团矿、块矿等高炉冶炼性能的一种重要检测手段。
现有技术中，针对铁矿石高温荷重还原软熔滴落性能的测定方法主要包括以下步骤：
步骤1)将烘干后的铁矿石试料和焦炭按规定依次放置在石墨坩埚内；
步骤2)将石墨坩埚放置到高温炉内，并对高温炉进行气密性检查；
步骤3)将石墨坩埚放置到高温炉内，并将高温炉炉膛内的混合气体抽出，待高温炉膛内的压力为10Pa时，即认为炉膛内的气氛达到实验要求；
步骤4)按照设定升温方式对高温炉进行升温控制；在高温炉的炉温为500℃以前通入N2，到炉温为500℃时切换为还原气体，还原气体为CO和N2的混合气体，试验结束后再次通入N2，直到石墨坩埚内物料层的温度低于200℃；
步骤5)数据采集及处理。
通过上述试验步骤可以看出，采用现有的测定方法在对铁矿石的性能进行测定时，存在以下几个方面的问题：1、该测定方法的步骤4)中，还原气体仅由CO和N2组成，试验气氛单一，同时整个试验过程中，还原气体的流量为定值，不能实现气氛的连续变化，因此该方法不能模拟高炉实际气氛；2、在整个试验过程中，施加在铁矿石试料上的荷载固定，没有考虑到铁矿石在高炉冶炼过程中，料柱压力随铁矿石物料所处位置差异导致的料柱对铁矿石物料压力的变化；3、升温速率不符合高炉实际，与铁矿石物料在高炉下降过程中的温度变化情况存在差异。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明要解决的技术问题是：如何提供一种能模拟高炉实际工作气氛，并能够动态调整铁矿石试料上载荷的高温连续变压、变气氛条件下铁矿石性能测定方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种高温连续变压、变气氛条件下铁矿石性能测定方法，包括以下步骤：
步骤一：将烘干后的焦炭和铁矿石试料按指定方式放置在石墨坩埚内；
步骤二：将石墨坩埚放置在高温炉内，向高温炉内持续通入N2，直到高温炉内的压力和高温炉外的压力差不小于2×104Pa，即认为高温炉气密性良好；
步骤三：使用真空泵将高温炉炉膛内的混合气体抽出，待高温炉膛内的压力达到设定实验要求时，开始升温；
步骤四：升温过程中，按设定压力控制方式根据高温炉的炉温对施加在铁矿石试料上的压力进行控制；
同时当到高温炉的炉温小于500℃时向高温炉内持续通入N2；当高温炉的炉温不小于500℃时向高温炉内通入还原气体，还原气体包括由N2、CO2、CO和H2组成的混合气体，在高温炉的炉温大于500℃但不大于终温时，按设定流量控制方式根据高温炉的炉温对还原气体中各气体成分的流量进行控制；所述终温大于500℃；
步骤五：进行数据采集及计算，完成铁矿石性能的测定。
本发明步骤四中向高温炉内通入的还原气体中包括了由N2、CO2、CO和H2组成的混合气体，该混合气体与现有测定方法中只通入CO和N2的混合气体的方式相比，能更好的模拟高炉的实际工作气氛；同时在试验过程中，根据高炉的炉温变化对还原气体中各气体成分的流量进行控制，从而实现还原气体成分及流量的动态控制，更好的接近高炉的实际工作气氛。
另一方面，在步骤四中，还根据高炉的炉温对施加在铁矿石试料上的压力进行控制，使得施加在铁矿石试料上的压力不再是定值，而是随温度的变化而变化，从而进一步接近实际冶炼过程中，高炉内料柱压力随铁矿石物料所处位置差异导致的料柱对铁矿石物料压力的变化。
本发明的有益效果在于：本发明一方面通过采用N2、CO2、CO和H2组成的混合气体作为还原气体通入到高温炉中，同时根据高温炉的炉温动态调整还原气体中各气体成分及流量，使得该试验方法中的高温炉环境能更好的接近高炉的实际冶炼环境；另一方面，根据高温炉的炉温动态调整施加在铁矿石试料上的压力，以更好的模拟实际冶炼过程中高炉内料柱压力随铁矿石物料所处位置差异导致的料柱对铁矿石物料压力的变化。因此本发明的方法能模拟炼铁高炉实际工作气氛，并能够动态调整铁矿石试料上的载荷，使得采用本发明的方法得到的试验结果能更接近于炼铁高炉的实际运转情况。
优选的，步骤四中：
当高温炉的炉温为500℃-1100℃时，CO2的流量随炉温的升高而减小，CO的流量随炉温的升高而增大，H2的N2的流量保持不变；
当高温炉的炉温为1100℃-1400℃时，CO2的流量随炉温的升高而减小，H2的流量随炉温的升高而增大，CO的N2的流量保持不变；
当高温炉的炉温为1400℃-终温时，CO的流量随炉温的升高而减小，H2的流量随炉温的升高而增大，CO2的N2的流量保持不变。
这样，根据高温炉的炉温进行分段流量控制，当高温炉的炉温在不同温度范围内时，还原气体中各气体成分的流量大小不同，通过分段流量控制，使得高温炉内的还原气体产生的气氛能更准确的模拟实际冶炼过程中高炉的气氛，试验结果更接近于实际运转情况，提高试验结果的可参考性。
优选的，步骤四中，当高温炉的炉温为500℃-1100℃时，CO2的流量由500℃时的1L/min随炉温的升高线性减小到1100℃时的0.15L/min，CO的流量由500℃时的1.25L/min随炉温的升高线性增大到1100℃时的2.1L/min，H2的流量为0.25L/min，N2的流量为2.5L/min；
当高温炉的炉温为1100℃-1400℃时，CO2的流量由1100℃时的0.15L/min随炉温的升高而线性减小到1400℃时的0L/min，H2的流量由1100℃时的0.25L/min随炉温的升高线性增大到1400℃时的0.4L/min，CO的流量为2.1L/min，N2的流量为2.5L/min；
当高温炉的炉温为1400℃-终温时，CO的流量由1400℃时的2.1L/min随炉温的升高线性减小到终温时的2L/min，H2的流量由1400℃时的0.4L/min随炉温的升高线性增大到终温时的0.5L/min，CO2的流量为0L/min，N2的流量为2.5L/min；
所述终温为1600℃。
这样，使得高温炉内的还原气体产生的气氛能更准确的模拟实际冶炼过程中高炉的气氛。
优选的，步骤四中，当高温炉的炉温为500℃-900℃时，CO2的流量由500℃时的1L/min随炉温的升高线性减小到900℃时的0.75L/min、CO的流量由500℃时的1.25L/min随炉温的升高线性增大到900℃时的1.5L/min；
当高温炉的炉温为900℃-1100℃时，CO2的流量由900℃时的0.75L/min随炉温的升高线性减小到1100℃时的0.15L/min、CO的流量由900℃时的1.5L/min随炉温的升高线性增大到1100℃时的2.1L/min。
这样，使得高温炉内的还原气体产生的气氛能更准确的模拟实际冶炼过程中高炉的气氛。
优选的，步骤四中，设定压力控制方式为根据高温炉的炉温进行分段压力控制：
当高温炉的炉温为室温-200℃时，施加在铁矿石试料上的压力为0kPa；
当高温炉的炉温为200℃-900℃时，施加在铁矿石试料上的压力从0kPa开始以1.34kPa/min的速率增加；
当高温炉的炉温为900℃-1100℃时，施加在铁矿石试料上的压力以0.06kPa/min的速率增加；
当高温炉的炉温为1100℃-终温时，施加在铁矿石试料上的压力保持不变。
这样，根据高温炉的炉温对铁矿石试料上的压力进行分段控制，通过分段控制，使得试验过程中施加在铁矿石试料上的压力能更接近于高炉实际冶炼过程中的压力。
优选的，步骤四中，设定升温方式为：
当高温炉的炉温为室温-900℃时，高温炉的升温速率为10℃/min；
当高温炉的炉温为900℃-1100℃时，高温炉的升温速率为2℃/min；
当高温炉的炉温为1100℃-1400℃时，高温炉的升温速率为3℃/min；
当高温炉的炉温为1400℃-终温时，高温炉的升温速率为5℃/min；
所述终温为1600℃。
这样，使得高温炉的炉温变化更接近于实际冶炼过程中的温度变化。
优选的，步骤二中，将石墨坩埚放置在高温炉内后，先向高温炉内以5L/min的速度通入N2，高温炉内的压力与高温炉外的压力差值不小于2×104Pa，即认为高温炉炉膛气密性良好；步骤三中，设定实验要求为，将高温炉内进行抽真空处理，使得高温炉内的真空度达到8-12Pa。
这样，通过对系统进行气密性的检查，保证了整个试验过程中高温炉工作环境的密封性能。
优选的，步骤四中，当试验结束后向高温炉内以2L/min的速度通入N2，当高温炉的炉温小于200℃时，停止通入N2，高温炉空冷至室温。
优选的，步骤一中，取烘干后的铁矿石试料1000g±0.5g和焦炭320g±0.5g备用，铁矿石试料的粒度范围为10mm-12.5mm；所述指定方式为：在石墨坩埚底部先平整摆放烘干后的焦炭80g，并对焦炭表面施加196kPa±1kPa的压力同时记录下此时石墨坩埚内物料层的高度H1；然后将烘干的铁矿石试料1000g±0.5g平铺在焦炭的表面，并对铁矿石试料的表面施加196kPa±1kPa的压力同时记录下此时石墨坩埚内物料层的高度H2；最后再将烘干后的焦炭80g平铺在铁矿石试料的表面，并将焦炭表面压平；
步骤三中，高温炉升温过程中，实时采集各温度时刻铁矿石试料层的高度和铁矿石试料层的质量。
这样，通过记录的数据H1和H2可以得到铁矿石试料层的初始高度H(H＝H2-H1)，采集的铁矿石试料在各温度时刻的高度和质量数据为步骤四中相关参数的计算提供数据支持。
优选的，步骤四中包括以下数据的采集和计算：
1)铁矿石试料收缩率的计算
H＝H2-H1
式中：
Δt为炉温为t℃下的铁矿石试料收缩率，其数值以％表示；
H600为炉温为600℃时，铁矿石试料层的高度，单位为毫米；
Ht为温度为t时，铁矿石试料层的高度，单位为毫米；
H为铁矿石试料层的初始高度，单位为毫米；
2)软化区间、软熔区间、融滴区间和软熔滴落带厚度的计算
ΔT1＝T40-T10
ΔT2＝Td-Ts
ΔT3＝Td-T10
ΔH＝Hs-Hd
式中：
ΔT1为软化区间，单位为摄氏度；
ΔT2为软熔区间，单位为摄氏度；
ΔT3为融滴区间，单位为摄氏度；
ΔH为软熔滴落带厚度，单位为毫米；
T10为铁矿石试料收缩率为10％时的温度，单位为摄氏度；
T40为铁矿石试料收缩率为40％时的温度，单位为摄氏度；
Ts为铁矿石试料熔化开始时的温度，单位为摄氏度；
Td为铁矿石试料滴落开始时的温度，单位为摄氏度；
Hs为铁矿石试料层熔化开始时的高度，单位为毫米；
Hd为铁矿石试料层滴落开始时的高度，单位为毫米；
3)铁矿石试料失重率的计算
式中：
Δm为铁矿石试料的失重率；
m0为铁矿石试料的初始质量，单位为克；
mt为t时刻铁矿石试料的质量，单位为克。
这样，通过计算可以得到铁矿石试料的性能参数，为铁矿石试料的性能分析提供依据。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中炉内压力的控制曲线图；
图2为本发明具体实施方式中升温程序的控制曲线图。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
一种高温连续变压、变气氛条件下铁矿石性能测定方法，包括以下步骤：
步骤一：将烘干后的焦炭和铁矿石试料按指定方式放置在石墨坩埚内；
步骤二：将石墨坩埚放置在高温炉内，向高温炉内持续通入N2，直到高温炉内的压力和高温炉外的压力差不小于2×104Pa，即认为高温炉气密性良好；
步骤三：使用真空泵将高温炉炉膛内的混合气体抽出，待高温炉膛内的压力达到设定实验要求时，开始升温；设定实验要求为：高温炉内的真空度达到8-12Pa；
步骤四：升温过程中，按设定压力控制方式根据高温炉的炉温对施加在铁矿石试料上的压力进行控制；
同时当到高温炉的炉温小于500℃时向高温炉内持续通入N2；当高温炉的炉温不小于500℃时向高温炉内通入还原气体，还原气体包括由N2、CO2、CO和H2组成的混合气体，在高温炉的炉温大于500℃但不大于终温时，按设定流量控制方式根据高温炉的炉温对还原气体中各气体成分的流量进行控制；所述终温大于500℃；
步骤五：进行数据采集及计算，完成铁矿石性能的测定。
本发明步骤四向高温炉内通入的还原气体中包括了由N2、CO2、CO和H2组成的混合气体，该混合气体与现有测定方法中只通入CO和N2的混合气体的方式相比，能更好的模拟高炉的实际工作气氛；同时在试验过程中，根据高温炉的炉温变化对还原气体中各气体成分的流量进行控制，从而实现还原气体成分及流量的动态控制，更好的接近高炉的实际工作气氛。
另一方面，在步骤四中，还根据高温炉的炉温对施加在铁矿石试料上的压力进行控制，使得施加在铁矿石试料上的压力不再是定值，而是随温度的变化而变化，从而进一步接近实际冶炼过程中，高温炉内料柱压力随铁矿石物料所处位置差异导致的料柱对铁矿石物料压力的变化。
本发明的有益效果在于：本发明一方面通过采用N2、CO2、CO和H2组成的混合气体作为还原气体通入到高温炉中，同时根据高温炉的炉温动态调整还原气体中各气体成分及流量，使得该试验方法中的高温炉环境能更好的接近高炉的实际冶炼环境；另一方面，根据高温炉的炉温动态调整施加在铁矿石试料上的压力，以更好的模拟实际冶炼过程中高温炉内料柱压力随铁矿石物料所处位置差异导致的料柱对铁矿石物料压力的变化。因此本发明的方法能模拟高炉实际工作气氛，并能够动态调整铁矿石试料上的载荷，使得采用本发明的方法得到的试验结果能更接近于高炉的实际运转情况。
在本实施例的步骤四中：
当高温炉的炉温为500℃-1100℃时，CO2的流量随炉温的升高而减小，CO的流量随炉温的升高而增大，H2的N2的流量保持不变；
当高温炉的炉温为1100℃-1400℃时，CO2的流量随炉温的升高而减小，H2的流量随炉温的升高而增大，CO的N2的流量保持不变；
当高温炉的炉温为1400℃-终温时，CO的流量随炉温的升高而减小，H2的流量随炉温的升高而增大，CO2的N2的流量保持不变。
这样，根据高温炉的炉温进行分段流量控制，当高温炉的炉温在不同温度范围内时，还原气体中各气体成分的流量大小不同，通过分段流量控制，使得高温炉内的还原气体产生的气氛能更准确的模拟实际冶炼过程中高炉的气氛，试验结果更接近于实际运转情况，提高试验结果的可参考性。
在本实施例的步骤四中，当高温炉的炉温为500℃-1100℃时，CO2的流量由500℃时的1L/min随炉温的升高线性减小到1100℃时的0.15L/min，CO的流量由500℃时的1.25L/min随炉温的升高线性增大到1100℃时的2.1L/min，H2的流量为0.25L/min，N2的流量为2.5L/min；
当高温炉的炉温为1100℃-1400℃时，CO2的流量由1100℃时的0.15L/min随炉温的升高线性减小到1400℃时的0L/min，H2的流量由1100℃时的0.25L/min随炉温的升高线性增大到1400℃时的0.4L/min，CO的流量为2.1L/min，N2的流量为2.5L/min；
当高温炉的炉温为1400℃-终温时，CO的流量由1400℃时的2.1L/min随炉温的升高线性减小到终温时的2L/min，H2的流量由1400℃时的0.4L/min随炉温的升高线性增大到终温时的0.5L/min，CO2的流量为0L/min，N2的流量为2.5L/min；
终温为1600℃。
这样，使得高温炉内的还原气体产生的气氛能更准确的模拟实际冶炼过程中高炉的气氛。
在本实施例的步骤四中，当高温炉的炉温为500℃-900℃时，CO2的流量由500℃时的1L/min随炉温的升高线性减小到900℃时的0.75L/min、CO的流量由500℃时的1.25L/min随炉温的升高线性增大到900℃时的1.5L/min；
当高温炉的炉温为900℃-1100℃时，CO2的流量由900℃时的0.75L/min随炉温的升高线性减小到1100℃时的0.15L/min、CO的流量由900℃时的1.5L/min随炉温的升高线性增大到1100℃时的2.1L/min。具体还原气体中各气体成分的流量参数与炉温的关系如表1所示：
表1：还原气体中各气体成分的流量参数与炉温的关系
| 炉温的温度范围 | N<sub>2</sub>流量(L/min) | CO<sub>2</sub>流量(L/min) | CO流量(L/min) | H<sub>2</sub>流量(L/min) |
| 室温～500℃ | 5 | 0 | 0 | 0 |
| 500～900℃ | 2.5 | 1-0.75 | 1.25-1.5 | 0.25 |
| 900～1100℃ | 2.5 | 0.75-0.15 | 1.5-2.1 | 0.25 |
| 1100～1400℃ | 2.5 | 0.15-0 | 2.1 | 0.25-0.4 |
| 1400～1600℃ | 2.5 | 0 | 2.1-2 | 0.4-0.5 |
这样，使得高温炉内的还原气体产生的气氛能更准确的模拟实际冶炼过程中高炉的气氛。
在本实施例步骤四中，设定压力控制方式为根据高温炉的炉温进行分段压力控制：
当高温炉的炉温为室温-200℃时，施加在铁矿石试料上的压力为0kPa；
当高温炉的炉温为200℃-900℃时，施加在铁矿石试料上的压力从0kPa开始以1.34kPa/min的速率增加；
当高温炉的炉温为900℃-1100℃时，施加在铁矿石试料上的压力以0.06kPa/min的速率增加；
当高温炉的炉温为1100℃-终温时，施加在铁矿石试料上的压力保持不变，具体如附图1所示。
这样，根据高温炉的炉温对铁矿石试料上的压力进行分段控制，通过分段控制，使得试验过程中施加在铁矿石试料上的压力能更接近于实际冶炼过程中的压力。
在本实施例步骤四中，设定升温方式为：
当高温炉的炉温为室温-900℃时，高温炉的升温速率为10℃/min；
当高温炉的炉温为900℃-1100℃时，高温炉的升温速率为2℃/min；
当高温炉的炉温为1100℃-1400℃时，高温炉的升温速率为3℃/min；
当高温炉的炉温为1400℃-终温时，高温炉的升温速率为5℃/min；
终温为1600℃，具体的升温方式如附图2所示；
当试验结束后，以2L/min的流量向炉膛内通入N2，待温度降至200℃后，停止通气，高温炉空冷至室温。
这样，使得高温炉的炉温变化更接近于实际冶炼过程中的温度变化。
在本实施例步骤二中，将石墨坩埚放置在高温炉内后，先向高温炉内以5L/min的速度通入N2，高温炉内的压力与高温炉外的压力差值不小于2×104Pa，即认为高温炉炉膛气密性良好；步骤三中，将高温炉内进行抽真空处理，使得高温炉内的真空度达到8-12Pa。
这样，通过对系统进行气密性的检查，保证了整个试验过程中高温炉工作环境的密封性能。
在本实施例步骤四中，炉内气体的控制方法中，当试验结束后向高温炉内以2L/min的速度通入N2，当高温炉的炉温小于200℃时，停止通入N2。
在本实施例步骤一中，取烘干后的铁矿石试料1000g±0.5g和焦炭320g±0.5g备用，铁矿石试料的粒度范围为10mm-12.5mm；所述指定方式为：在石墨坩埚底部先平整摆放烘干后的焦炭80g，并对焦炭表面施加196kPa±1kPa的压力同时记录下此时石墨坩埚内物料层的高度H1；然后将烘干的铁矿石试料1000g±0.5g平铺在焦炭的表面，并对铁矿石试料的表面施加196kPa±1kPa的压力同时记录下此时石墨坩埚内物料层的高度H2；最后再将烘干后的焦炭80g平铺在铁矿石试料的表面，并将焦炭表面压平；
步骤四中，高温炉升温过程中，实时采集各温度时刻铁矿石试料层的高度和铁矿石试料层的质量。
这样，通过记录的数据H1和H2可以得到铁矿石试料层的初始高度H(H＝H2-H1)，采集的铁矿石试料在各温度时刻的高度和质量数据为步骤四中相关参数的计算提供数据支持。
在本实施例的步骤五中，涉及到的铁矿石还原软熔滴落性能的特征参数，包括试料收缩率、软化开始温度、软化终了温度、压差、熔化开始温度、滴落温度、软化区间、软熔区间、熔滴区间以及铁矿石失重率。试料收缩率为实验过程中试料变化高度与原始试料高度的百分比；软化开始温度为试料收缩10％的温度；软化终了温度为试料收缩40％的温度；熔化开始温度为压差陡升拐点对应的温度；滴落温度为第一滴铁液滴落的温度；软化区间为软化终了温度与软化开始温度差；软熔区间为滴落温度与熔化开始温度差；熔滴区间为滴落温度与软化开始温度差；铁矿石失重率为铁矿石失重质量与初始质量的比值。
各数据具体计算如下：
1)铁矿石试料收缩率的计算
H＝H2-H1
式中：
Δt为炉温为t℃下的铁矿石试料收缩率，其数值以％表示；
H600为炉温为600℃时，铁矿石试料层的高度，单位为毫米；
Ht为温度为t时，铁矿石试料层的高度，单位为毫米；
H为铁矿石试料层的初始高度，单位为毫米；
2)软化区间、软熔区间、融滴区间和软熔滴落带厚度的计算
ΔT1＝T40-T10
ΔT2＝Td-Ts
ΔT3＝Td-T10
ΔH＝Hs-Hd
式中：
ΔT1为软化区间，单位为摄氏度；
ΔT2为软熔区间，单位为摄氏度；
ΔT3为融滴区间，单位为摄氏度；
ΔH为软熔滴落带厚度，单位为毫米；
T10为铁矿石试料收缩率为10％时的温度，单位为摄氏度；
T40为铁矿石试料收缩率为40％时的温度，单位为摄氏度；
Ts为铁矿石试料熔化开始时的温度，单位为摄氏度；
Td为铁矿石试料滴落开始时的温度，单位为摄氏度；
Hs为铁矿石试料层熔化开始时的高度，单位为毫米；
Hd为铁矿石试料层滴落开始时的高度，单位为毫米；
3)铁矿石试料失重率的计算
式中：
Δm为铁矿石试料的失重率；
m0为铁矿石试料的初始质量，单位为克；
mt为t时刻铁矿石试料的质量，单位为克。
这样，通过计算可以得到铁矿石试料的性能参数，为铁矿石试料的性能分析提供依据。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种高温连续变压、变气氛条件下铁矿石性能测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将烘干后的焦炭和铁矿石试料按指定方式放置在石墨坩埚内；
步骤二：将石墨坩埚放置在高温炉内，向高温炉内持续通入N2，直到高温炉内的压力和高温炉外的压力差不小于2×104Pa，即认为高温炉气密性良好；
步骤三：使用真空泵将高温炉炉膛内的混合气体抽出，待高温炉膛内的压力达到设定实验要求时，开始升温；
步骤四：升温过程中，按设定压力控制方式根据高温炉的炉温对施加在铁矿石试料上的压力进行控制；
同时当到高温炉的炉温小于500℃时向高温炉内持续通入N2；当高温炉的炉温不小于500℃时向高温炉内通入还原气体，还原气体包括由N2、CO2、CO和H2组成的混合气体，在高温炉的炉温大于500℃但不大于终温时，按设定流量控制方式根据高温炉的炉温对还原气体中各气体成分的流量进行控制；其中，
当高温炉的炉温为500℃-1100℃时，CO2的流量随炉温的升高而减小，CO的流量随炉温的升高而增大，H2和N2的流量保持不变；
当高温炉的炉温为1100℃-1400℃时，CO2的流量随炉温的升高而减小，H2的流量随炉温的升高而增大，CO和N2的流量保持不变；
当高温炉的炉温为1400℃-终温时，CO的流量随炉温的升高而减小，H2的流量随炉温的升高而增大，CO2和N2的流量保持不变；
当高温炉的炉温为500℃-1100℃时，CO2的流量由500℃时的1L/min随炉温的升高而线性减小到1100℃时的0.15L/min，CO的流量由500℃时的1.25L/min随炉温的升高而线性增大到1100℃时的2.1L/min，H2的流量为0.25L/min，N2的流量为2.5L/min；
当高温炉的炉温为1100℃-1400℃时，CO2的流量由1100℃时的0.15L/min随炉温的升高而线性减小到1400℃时的0L/min，H2的流量由1100℃时的0.25L/min随炉温的升高线性增大到1400℃时的0.4L/min，CO的流量为2.1L/min，N2的流量为2.5L/min；
当高温炉的炉温为1400℃-终温时，CO的流量由1400℃时的2.1L/min随炉温的升高线性减小到终温时的2L/min，H2的流量由1400℃时的0.4L/min随炉温的升高线性增大到终温时的0.5L/min，CO2的流量为0L/min，N2的流量为2.5L/min；
所述终温为1600℃；
步骤五：进行数据采集及计算，完成铁矿石性能的测定。
2.根据权利要求1所述的高温连续变压、变气氛条件下铁矿石性能测定方法，其特征在于，步骤四中，当高温炉的炉温为500℃-900℃时，CO2的流量由500℃时的1L/min随炉温的升高线性减小到900℃时的0.75L/min、CO的流量由500℃时的1.25L/min随炉温的升高线性增大到900℃时的1.5L/min；
当高温炉的炉温为900℃-1100℃时，CO2的流量由900℃时的0.75L/min随炉温的升高线性减小到1100℃时的0.15L/min、CO的流量由900℃时的1.5L/min随炉温的升高线性增大到1100℃时的2.1L/min。
3.根据权利要求1所述的高温连续变压、变气氛条件下铁矿石性能测定方法，其特征在于，步骤四中，设定压力控制方式为根据高温炉的炉温进行分段压力控制：
当高温炉的炉温为室温-200℃时，施加在铁矿石试料上的压力为0kPa；
当高温炉的炉温为200℃-900℃时，施加在铁矿石试料上的压力从0kPa开始以1.34kPa/min的速率增加；
当高温炉的炉温为900℃-1100℃时，施加在铁矿石试料上的压力以0.06kPa/min的速率增加；
当高温炉的炉温为1100℃-终温时，施加在铁矿石试料上的压力保持不变。
4.根据权利要求1所述的高温连续变压、变气氛条件下铁矿石性能测定方法，其特征在于，步骤四中，设定升温方式为：
当高温炉的炉温为室温-900℃时，高温炉的升温速率为10℃/min；
当高温炉的炉温为900℃-1100℃时，高温炉的升温速率为2℃/min；
当高温炉的炉温为1100℃-1400℃时，高温炉的升温速率为3℃/min；
当高温炉的炉温为1400℃-终温时，高温炉的升温速率为5℃/min；
所述终温为1600℃。
5.根据权利要求1所述的高温连续变压、变气氛条件下铁矿石性能测定方法，其特征在于，步骤二中，将石墨坩埚放置在高温炉内后，先向高温炉内以5L/min的速度通入N2，高温炉内的压力与高温炉外的压力差值不小于2×104Pa，即认为高温炉炉膛气密性良好；步骤三中，设定实验要求为，将高温炉内进行抽真空处理，使得高温炉内的真空度达到8-12Pa。
6.根据权利要求1所述的高温连续变压、变气氛条件下铁矿石性能测定方法，其特征在于，步骤四中，当试验结束后向高温炉内以2L/min的速度通入N2，当高温炉的炉温小于200℃时，停止通入N2，高温炉空冷至室温。
7.根据权利要求1所述的高温连续变压、变气氛条件下铁矿石性能测定方法，其特征在于，步骤一中，取烘干后的铁矿石试料1000g±0.5g和焦炭320g±0.5g备用，铁矿石试料的粒度范围为10mm-12.5mm；所述指定方式为：在石墨坩埚底部先平整摆放烘干后的焦炭80g，并对焦炭表面施加196kPa±1kPa的压力同时记录下此时石墨坩埚内物料层的高度H1；然后将烘干的铁矿石试料1000g±0.5g平铺在焦炭的表面，并对铁矿石试料的表面施加196kPa±1kPa的压力同时记录下此时石墨坩埚内物料层的高度H2；最后再将烘干后的焦炭80g平铺在铁矿石试料的表面，并将焦炭表面压平；
步骤四中，高温炉升温过程中，实时采集各温度时刻铁矿石试料层的高度和铁矿石试料层的质量。
8.根据权利要求7所述的高温连续变压、变气氛条件下铁矿石性能测定方法，其特征在于，步骤五中包括以下数据的采集和计算：
1)铁矿石试料收缩率的计算
H＝H2-H1
式中：
Δt为炉温为t℃下的铁矿石试料收缩率，其数值以％表示；
H600为炉温为600℃时，铁矿石试料层的高度，单位为毫米；
Ht为温度为t时，铁矿石试料层的高度，单位为毫米；
H为铁矿石试料层的初始高度，单位为毫米；
2)软化区间、软熔区间、融滴区间和软熔滴落带厚度的计算
ΔT1＝T40-T10
ΔT2＝Td-Ts
ΔT3＝Td-T10
ΔH＝Hs-Hd
式中：
ΔT1为软化区间，单位为摄氏度；
ΔT2为软熔区间，单位为摄氏度；
ΔT3为融滴区间，单位为摄氏度；
ΔH为软熔滴落带厚度，单位为毫米；
T10为铁矿石试料收缩率为10％时的温度，单位为摄氏度；
T40为铁矿石试料收缩率为40％时的温度，单位为摄氏度；
Ts为铁矿石试料熔化开始时的温度，单位为摄氏度；
Td为铁矿石试料滴落开始时的温度，单位为摄氏度；
Hs为铁矿石试料层熔化开始时的高度，单位为毫米；
Hd为铁矿石试料层滴落开始时的高度，单位为毫米；
3)铁矿石试料失重率的计算
式中：
Δm为铁矿石试料的失重率；
m0为铁矿石试料的初始质量，单位为克；
mt为t时刻铁矿石试料的质量，单位为克。
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