CN110441348A - 一种铁矿烧结模拟试验通过过程暂停实现精细分析的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铁矿烧结模拟试验通过过程暂停实现精细分析的方法，试样物料在未烧成前的试验过程中，通过不同的工艺条件实现过程的阶段分切，实现在某个阶段暂停烧结过程并针对该阶段进行定性分析；根据各个阶段的过程参数和中间结果，分析和调整最终的烧结方案。本发明针对烧结模拟试验调整配料和烧结方案提供了一种精细化的分析手段，可减少无效的试验量，对烧结成品的结果提供了前所未有的过程性参数，实现了重要过程参数的可视化，给烧结理论和实践提供更加强有力的支撑。

Description

一种铁矿烧结模拟试验通过过程暂停实现精细分析的方法
技术领域
本发明涉及铁矿粉造块技术领域，尤其涉及一种铁矿烧结模拟试验通过过程暂停实现精细分析的方法。
背景技术
铁矿粉烧结是钢铁工业广泛采用的造块工艺，主要目的是为高炉炼铁提供优质炉料。通过烧结使低品位的铁矿资源得到优化，并在烧结过程中添加熔剂从而改善还原性、高温软化及熔融性等冶金性能。受铁矿来源的影响，要实现合理优化在现阶段必须通过模拟试验方法来进行。
常规的烧结模拟试验方法是将铁矿粉预处理后入烧结杯进行烧结，烧结后对试样的结果进行各种检测、分析、评价和验证。在这个过程中，试样成分组成、预混、水分、造粒、加热制度、温度控制、料层厚度、透气性等一系列变量都将直接影响烧结成品的质量。而这些变量中的任意一个产生变化时都可能对结果产生影响。
常规的铁矿烧结模拟试验方法不够精细，试验结果的敏感性不高，再现性较差。想要实现分析某一变量对结果的影响规律，需要做大量的试验，基本处于盲测的状态。由于需要反复进行多次试验，而试验本身存在的误差很大，因此某个变量的变化是否对最终结果产生了影响，以及产生了多少影响，很多情况下都被试验误差所覆盖，这也是常规烧结试验始终存在的缺陷。在这种情况下，必须对每次试验进行烧成后最终结果的评价以确定每次试验的方案是否有效，但这种做法也往往收效甚微，或者需要对配料结构或对烧结方案作出较大调整后才能在结果的变化上反映出来，这期间浪费了大量人力物力。特别是，当想要获得烧结过程中某个时间段或某种工艺条件下的过程参数对烧结过程可能产生的影响，从而实现对结果的提前分析和预判，更是烧结工艺研究领域的空白。
发明内容
本发明提供了一种铁矿烧结模拟试验通过过程暂停实现精细分析的方法，针对烧结模拟试验调整配料和烧结方案提供了一种精细化的分析手段，可减少无效的试验量，对烧结成品的结果提供了前所未有的过程性参数，实现了重要过程参数的可视化，给烧结理论和实践提供更加强有力的支撑。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种铁矿烧结模拟试验通过过程暂停实现精细分析的方法，试样物料在未烧成前的试验过程中，通过不同的工艺条件实现过程的阶段分切，实现在某个阶段暂停烧结过程并针对该阶段进行定性分析；根据各个阶段的过程参数和中间结果，分析和调整最终的烧结方案。
所述过程参数具体包括：
1)物料水分大小在不同温度条件下的过程变化对透气性及料层断面的温度影响；
2)加入的熔剂或其他元素成分在不同温度条件下融合特性的变化，及其与透气性能的关联；
3)同组分物料试样在不同温度条件下的透气性变化；
4)同组分物料试样在相同温度条件下的垂直温度变化情况，以及不同温度条件下的垂直温度变化情况；
5)各种试验条件下的尾气成分分析；
6)不同温度条件下，物料试样的垂直温度分布特征；
7)在不同热风流量下，参数1)-6)的变化情况。
一种铁矿烧结模拟试验通过过程暂停实现精细分析的方法，具体包括：
采用由热风炉、烧结杯、抽风系统及气体分析系统组成的铁矿烧结模拟试验装置实现；所述烧结杯的顶部通过密封套与热风炉的热风出口密封连接，热风炉的顶部设进风管道与外部空气连通；烧结杯的底部连接抽风系统，自抽风系统引出的气体分析支管上设气体分析系统；所述热风炉的热风出口处设压力取样点P1，抽风系统中设压力取样点P2，P1和P2通过测压管路连接，测压管路上设差压传感器；抽风系统中另外设压力取样点P3，P3通过测压管路连接负压传感器；烧结杯沿高向设有多个热电偶；所述抽风系统、热风炉的加热系统、差压传感器、负压传感器、气体分析系统及热电偶分别通过控制系统连接计算机；
通过计算机将热风炉送出的热风温度控制在某个设定温度范围内，在抽风系统产生的负压条件下，收集烧结杯内垂直料层的温度分布参数、透气性参数、气体组分参数并形成记录；
在不同热风温度下分别进行试验，即将一个完整升温过程进行有效分切从而实现过程暂停；
通过调整配料结构，观察不同温度条件下的透气性、气体组分参数变化，与最终烧结成品料的对应结果进行匹配分析；使每一组烧结矿成品料均对应一组由多段试验过程形成的数据组。
所述铁矿烧结模拟试验装置的试验过程为：
在抽风系统形成的负压条件下，空气经过进风管道进入热风炉，热风炉将空气加热后送入烧结杯，热风自上而下穿过烧结杯内的铁矿物料层使其受热；抽风系统的抽风压力由负压传感器从压力取样点P3处获得；
通过差压传感器测定压力取样点P1和压力取样点P2两处的压力，即通过料层的热风产生的压差，从而获得实时的透气性参数；
气体分析系统实时检测分析从烧结杯中排出气体的组分；
透气性参数及气体组分参数通过计算机收集后绘制成曲线供分析；
通过多个热电偶获得料层各层面的温度分布情况，温度数据通过计算机收集后绘制成温度曲线及温度分布图谱，直观分析料层受热的动态变化情况。
所述多个热电偶探入烧结杯内的长度不同，从而实现沿烧结杯半径方向温度分布情况的测定。
所述密封套设有耐热不锈钢内衬及耐高温陶瓷纤维外壳。
所述热风炉与烧结杯之间可拆卸地连接。
所述热风炉在进行成品料烧结时，兼做烧结杯点火器使用。
所述气体分析系统为红外气体分析仪或热导分析仪，其至少能够分析CO、CO2、H2及S的组分。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
通过热风炉不同风温使烧结杯内的料层在不同的温度下、不同的水分、配料结构变化等众多条件下可实时的测定某个阶段的透气性、温度变化分布情况、压力变化等众多参数，从而根本不用完成烧结过程也可以判断过程中间参数，为最终的成品烧结矿提供一个重要的有力的分析评价手段.
附图说明
图1是本发明所述铁矿烧结模拟试验装置的结构示意图。
图中：1.空气 2.进风管道 3.热风炉 3.1.热风炉的加热系统 4.热风 5.密封套6.烧结杯 7.热电偶 8.抽风系统 9.气体分析支管 10.气体分析系统 11.负压传感器 12.差压传感器 13.计算机 14.控制系统
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
本发明所述一种铁矿烧结模拟试验通过过程暂停实现精细分析的方法，试样物料在未烧成前的试验过程中，通过不同的工艺条件实现过程的阶段分切，实现在某个阶段暂停烧结过程并针对该阶段进行定性分析；根据各个阶段的过程参数和中间结果，分析和调整最终的烧结方案。
所述过程参数具体包括：
1)物料水分大小在不同温度条件下的过程变化对透气性及料层断面的温度影响；
2)加入的熔剂或其他元素成分在不同温度条件下融合特性的变化，及其与透气性能的关联；
3)同组分物料试样在不同温度条件下的透气性变化；
4)同组分物料试样在相同温度条件下的垂直温度变化情况，以及不同温度条件下的垂直温度变化情况；
5)各种试验条件下的尾气成分分析；
6)不同温度条件下，物料试样的垂直温度分布特征；
7)在不同热风流量下，参数1)-6)的变化情况。
本发明所述一种铁矿烧结模拟试验通过过程暂停实现精细分析的方法，具体包括：
如图1所示，本发明采用由热风炉3、烧结杯6、抽风系统8及气体分析系统10组成的铁矿烧结模拟试验装置实现；所述烧结杯6的顶部通过密封套5与热风炉3的热风出口密封连接，热风炉3的顶部设进风管道2与外部空气1连通；烧结杯6的底部连接抽风系统8，自抽风系统8引出的气体分析支管9上设气体分析系统10；所述热风炉3的热风出口处设压力取样点P1，抽风系统8中设压力取样点P2，P1和P2通过测压管路连接，测压管路上设差压传感器12；抽风系统8中另外设压力取样点P3，P3通过测压管路连接负压传感器11；烧结杯6沿高向设有多个热电偶7；所述抽风系统8、热风炉的加热系统3.1、差压传感器12、负压传感器11、气体分析系统10及热电偶7分别通过控制系统14连接计算机13；
通过计算机13将热风炉3送出的热风4温度控制在某个设定温度范围内，在抽风系统8产生的负压条件下，收集烧结杯6内垂直料层的温度分布参数、透气性参数、气体组分参数并形成记录；
在不同热风温度下分别进行试验，即将一个完整升温过程进行有效分切从而实现过程暂停；
通过调整配料结构，观察不同温度条件下的透气性、气体组分参数变化，与最终烧结成品料的对应结果进行匹配分析；使每一组烧结矿成品料均对应一组由多段试验过程形成的数据组。
所述铁矿烧结模拟试验装置的试验过程为：
在抽风系统8形成的负压条件下，空气1经过进风管道2进入热风炉3，热风炉3将空气1加热后送入烧结杯6，热风4自上而下穿过烧结杯6内的铁矿物料层使其受热；抽风系统8的抽风压力由负压传感器11从压力取样点P3处获得；
通过差压传感器12测定压力取样点P1和压力取样点P2两处的压力，即通过料层的热风4产生的压差，从而获得实时的透气性参数；
气体分析系统10实时检测分析从烧结杯6中排出气体的组分；
透气性参数及气体组分参数通过计算机13收集后绘制成曲线供分析；
通过多个热电偶7获得料层各层面的温度分布情况，温度数据通过计算机13收集后绘制成温度曲线及温度分布图谱，直观分析料层受热的动态变化情况。
所述多个热电偶7探入烧结杯6内的长度不同，从而实现沿烧结杯6半径方向温度分布情况的测定。
所述密封套5设有耐热不锈钢内衬及耐高温陶瓷纤维外壳。
所述热风炉3与烧结杯6之间可拆卸地连接。
所述热风炉3在进行成品料烧结时，兼做烧结杯6的点火器使用。
所述气体分析系统10为红外气体分析仪或热导分析仪，其至少能够分析CO、CO2、H2及S的组分。
热风炉3是本发明所述铁矿烧结模拟试验装置的重要组成部分，其输出的热风4的温度是室温～1400℃以上。通过计算机编程或其他温控仪表对热风炉3的工作温度进行设定，即可控制热风4的温度。
热风炉3与烧结杯6通过密封套5密封连接，在试验过程中有效减少热风的泄漏，保证风温稳定。
为了获取更全面的料层温度情况，在烧结杯6的侧壁上沿竖直方向设置了多个热电偶7，这些热电偶7可以在垂直方向上并排分布，从而获得料层的不同区间温度分布情况，也可以根据需要将热电偶7沿烧结杯6的半径方向插入不同深度，以此来测量烧结杯6沿半径方向的温度分布情况，其目的是对物料边缘与杯体接触边缘偏析的情况进行观察和分析。
在热风炉3的热风出口处设置压力取样点P1，在抽风系统8内设置压力取样点P2，两者的压差通过差压传感器12进行测量。压差值反应了料层的透气性指标，更具有意义的是可在不同条件下获得透气性参数。
在抽风系统8内另外设置压力取样点P3，以获得抽风系统8的气体负压值，根据负压情况及设定值调节抽风系统8的风流量。
经过抽风系统8后产生的废气通过气体分析支管9引入到气体分析系统10，气体分析系统10可以由能够进行多种组分分析的气体分析仪组成。
本发明所涉及的检测及控制均由计算机13和控制系统14完成，通过在计算机13上运行对应的软件，可以对试验过程进行控制、收集相关数据、归纳分析并绘制曲线图谱等。
以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
【实施例】
本实施例中，铁矿烧结模拟试验的过程如下：
1.装一定量的烧结料至烧结杯中；
2.热风炉升温，自300℃至800℃；
3.开启抽风系统，在恒定的流量状态下，使热风穿过烧结杯内的物料,本实施例中，熔剂类及水分的控制均按常规实验执行。
经过各温度及参数传感器检测获得的相关性数据如表1、表2所示：
表1
表2
从表1中可以看出，每间隔一个温度等级，在持续相等的时间内，负压变化率并不大，表明在这个温度范围内，由于料层试样没有烧结导致的透气性较差，随时间推移和温度提高，有部分燃料产生了燃烧，所以在气体浓度上CO2含量百分比初始阶段较低，主要原因是低温阶段燃烧不充分。当温度在500℃～700℃范围时，气体浓度上CO2含量百分比有所增加，但不是很大，显现出燃料燃烧比例较低。料层出口温度随温度升高有所升高。
从表2可以看出，烧结杯体上的热电偶1～8(从上到下顺序排列)随温度升高，温场分布也随之有变化，由于透气性差，只有某个区间有部分燃烧使温度有所提高，但均处于燃烧不充分的情况下，由于透气性较差，及尾气CO2浓度低，可见仅有少量燃料参与了燃烧，这个过程中水分和物料本身吸收了大量的热，也促使燃烧不充分的一个因素。
从上述实施例我们可以知道，在不同的温度段，试样物料的物理性能已经发生改变，在完成上述试验后，将试样取出，对其中的未燃部分进行分析，矿粉受热层面在800℃时是否发生聚集效应。这些需要展开进行测试，从而获得在烧结期间物料配方变化而获得的规律参数。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种铁矿烧结模拟试验通过过程暂停实现精细分析的方法，其特征在于，试样物料在未烧成前的试验过程中，通过不同的工艺条件实现过程的阶段分切，实现在某个阶段暂停烧结过程并针对该阶段进行定性分析；根据各个阶段的过程参数和中间结果，分析和调整最终的烧结方案。
2.根据权利要求1所述的一种铁矿烧结模拟试验通过过程暂停实现精细分析的方法，其特征在于，所述过程参数具体包括：
1)物料水分大小在不同温度条件下的过程变化对透气性及料层断面的温度影响；
2)加入的熔剂或其他元素成分在不同温度条件下融合特性的变化，及其与透气性能的关联；
3)同组分物料试样在不同温度条件下的透气性变化；
4)同组分物料试样在相同温度条件下的垂直温度变化情况，以及不同温度条件下的垂直温度变化情况；
5)各种试验条件下的尾气成分分析；
6)不同温度条件下，物料试样的垂直温度分布特征；
7)在不同热风流量下，参数1)-6)的变化情况。
3.根据权利要求1所述的一种铁矿烧结模拟试验通过过程暂停实现精细分析的方法，其特征在于，具体包括：
采用由热风炉、烧结杯、抽风系统及气体分析系统组成的铁矿烧结模拟试验装置实现；所述烧结杯的顶部通过密封套与热风炉的热风出口密封连接，热风炉的顶部设进风管道与外部空气连通；烧结杯的底部连接抽风系统，自抽风系统引出的气体分析支管上设气体分析系统；所述热风炉的热风出口处设压力取样点P1，抽风系统中设压力取样点P2，P1和P2通过测压管路连接，测压管路上设差压传感器；抽风系统中另外设压力取样点P3，P3通过测压管路连接负压传感器；烧结杯沿高向设有多个热电偶；所述抽风系统、热风炉的加热系统、差压传感器、负压传感器、气体分析系统及热电偶分别通过控制系统连接计算机；
通过计算机将热风炉送出的热风温度控制在某个设定温度范围内，在抽风系统产生的负压条件下，收集烧结杯内垂直料层的温度分布参数、透气性参数、气体组分参数并形成记录；
在不同热风温度下分别进行试验，即将一个完整升温过程进行有效分切从而实现过程暂停；
通过调整配料结构，观察不同温度条件下的透气性、气体组分参数变化，与最终烧结成品料的对应结果进行匹配分析；使每一组烧结矿成品料均对应一组由多段试验过程形成的数据组。
4.根据权利要求3所述的一种铁矿烧结模拟试验通过过程暂停实现精细分析的方法，其特征在于，所述铁矿烧结模拟试验装置的试验过程为：
在抽风系统形成的负压条件下，空气经过进风管道进入热风炉，热风炉将空气加热后送入烧结杯，热风自上而下穿过烧结杯内的铁矿物料层使其受热；抽风系统的抽风压力由负压传感器从压力取样点P3处获得；
通过差压传感器测定压力取样点P1和压力取样点P2两处的压力，即通过料层的热风产生的压差，从而获得实时的透气性参数；
气体分析系统实时检测分析从烧结杯中排出气体的组分；
透气性参数及气体组分参数通过计算机收集后绘制成曲线供分析；
通过多个热电偶获得料层各层面的温度分布情况，温度数据通过计算机收集后绘制成温度曲线及温度分布图谱，直观分析料层受热的动态变化情况。
5.根据权利要求3所述的一种铁矿烧结模拟试验通过过程暂停实现精细分析的方法，其特征在于，所述多个热电偶探入烧结杯内的长度不同，从而实现沿烧结杯半径方向温度分布情况的测定。
6.根据权利要求3所述的一种铁矿烧结模拟试验通过过程暂停实现精细分析的方法，其特征在于，所述密封套设有耐热不锈钢内衬及耐高温陶瓷纤维外壳。
7.根据权利要求3所述的一种铁矿烧结模拟试验通过过程暂停实现精细分析的方法，其特征在于，所述热风炉与烧结杯之间可拆卸地连接。
8.根据权利要求3所述的一种铁矿烧结模拟试验通过过程暂停实现精细分析的方法，其特征在于，所述热风炉在进行成品料烧结时，兼做烧结杯点火器使用。
9.根据权利要求3所述的一种铁矿烧结模拟试验通过过程暂停实现精细分析的方法，其特征在于，所述气体分析系统为红外气体分析仪或热导分析仪，其至少能够分析CO、CO2、H2及S的组分。
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