CN110702880A - 一种检测铁矿石软熔性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高炉炼铁领域，公开了一种检测铁矿石软熔性能的方法。该方法包括以下步骤：在石墨坩埚内装入第一焦炭并铺平形成第一焦炭层；(2)在步骤(1)所述第一焦炭层中心位置上方垂直装入空心管，然后向所述空心管内装入第二焦炭形成焦炭柱；(3)在所述空心管外装入铁矿石，形成铁矿石层，控制所述铁矿石层的高度与所述焦炭柱的高度相同；(4)抽出空心管，然后在所述铁矿石层上方装入第一焦炭，形成第二焦炭层；(5)对所述石墨坩埚加压，然后进行升温，并控制升温过程中气体成分和流量。该方法填料时通过在铁矿石层中心加入焦炭柱，可以更好的模拟高炉内上升煤气流与软熔层的关系。

Description

一种检测铁矿石软熔性能的方法
技术领域
本发明涉及高炉炼铁领域，具体涉及一种检测铁矿石软熔性能的方法。
背景技术
高炉软熔带是铁矿石中铁氧化物逐渐被还原，铁矿石从固相逐渐软化、熔融直到变为液态过程。在此过程中，铁氧化物逐渐变为金属铁并与渣相分离，金属铁和渣相的化学成分以及物相组成不断变化并成为液态滴落，铁矿石料层逐渐变薄，料层透气性先恶化后改善。在此过程中，炉料的物理形态、化学成分和物相组成均经历了复杂的变化。因此检测铁矿石的软熔性能对于预测软熔带在高炉内的位置和形状以及料层透气性具有重要参考价值。
目前铁矿石软熔性能检测大多是参考“高炉用铁矿石荷重还原性的测定”(GB/T24530-2009/ISO 7992:2007)的方法，将铁矿石和焦炭破碎筛分后取粒度为10-12.5mm的部分进行检测。检测时，模拟高炉内焦炭层和矿石层交替装料，先将一定质量的焦炭放入石墨坩埚内，再将一定质量的铁矿石置于焦炭上，然后在铁矿石上放置一定质量的焦炭上。在装有焦炭和铁矿石的石墨坩埚上通过压杆加压，模拟炉料在高炉内承受的上部料柱压力。按照设定的温度程序升温，检测过程中按设定程序控制气体流量和成分。在升温过程中，料层厚度和压差不断变化，料层逐渐软化直至熔融滴落，记录检测过程中料层收缩、压差和温度，用以表征铁矿石软熔性能。
但是，在高炉实际冶炼过程中，上升的高温煤气流穿过焦炭柱将矿石熔化，但只能使料层部分软化和熔化。同一层未熔化的矿石料层在下降过形成位置软低的软熔层。在两软熔层之间为焦炭，上升的煤气流主要从侧向穿过两软熔矿石之间的焦炭层，然后再上升。此外，还有大量煤气穿过高炉中心的焦炭柱，直接从高炉中内迅速上升至上部料层。因此，按目前的检测方法，煤气流方向与检测时矿石和焦炭层方向不一样。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在高炉实际冶炼过程中的煤气流方向与检测时矿石和焦炭层方向不一样的问题，提供一种检测铁矿石软熔性能的方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种检测铁矿石软熔性能的方法，该方法包括以下步骤：
(1)在石墨坩埚内装入第一焦炭并铺平形成第一焦炭层；
(2)在步骤(1)所述第一焦炭层中心位置上方垂直装入空心管，然后向所述空心管内装入第二焦炭形成焦炭柱；
(3)在所述空心管外装入铁矿石，形成铁矿石层，控制所述铁矿石层的高度与所述焦炭柱的高度相同；
(4)抽出空心管，然后在所述铁矿石层上方装入第一焦炭，形成第二焦炭层；
(5)对所述石墨坩埚加压，然后进行升温，并控制升温过程中气体成分和流量；
其中，所述第一焦炭和所述铁矿石的粒度均为10-12.5mm，所述第二焦炭的粒度为3-12.5mm。
优选地，所述第二焦炭的粒度为5-10mm。
优选地，所述第二焦炭的粒度为8-10mm。
优选地，所述第一焦炭层和所述第二焦炭层的高度均为18-22mm。
优选地，所述铁矿石层和所述焦炭柱的高度均为65-75mm。
优选地，所述空心管为薄壁钢管或硬塑料管。
优选地，所述空心管的内径为3-10mm。
优选地，所述焦炭柱的直径与所述石墨坩埚的直径之比为(3-10):50。
优选地，在步骤(5)中，所述升温的速率为5-7℃/min。
优选地，在步骤(5)中，所述控制升温过程中气体成分和流量的方法包括：当温度为0-200℃时，控制所述气体为N2，控制所述气体流量为2.5-3.5L/min；当温度为200℃以上时，控制所述气体为30体积％的CO和70体积％的N2，控制所述气体流量为9.5-10.5L/min。
本发明所述的检测铁矿石软熔性能的方法，填料时通过在铁矿石层中心加入焦炭柱，保证高炉实际冶炼过程的煤气流方向与检测铁矿石软熔性能时矿石和焦炭层的方向一致，可以更好的模拟高炉内上升煤气流与软熔层的关系，进而可以更好的预测软熔带在高炉内的位置和形状以及料层透气性。
附图说明
图1是实施例1中石墨坩埚装料后的示意图；
图2是对比例1中石墨坩埚装料后的示意图；
图3是实施例1中铁矿石位移和压差随温度变化曲线；
图4是实施例2中铁矿石位移和压差随温度变化曲线；
图5是实施例3中铁矿石位移和压差随温度变化曲线；
图6是对比例1中铁矿石位移和压差随温度变化曲线；
图7是对比例2中铁矿石位移和压差随温度变化曲线；
图8是对比例3中铁矿石位移和压差随温度变化曲线。
附图标记
1第一焦炭层 2铁矿石层
3焦炭柱 4第二焦炭层
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供了一种检测铁矿石软熔性能的方法，该方法包括以下步骤：
(1)在石墨坩埚内装入第一焦炭并铺平形成第一焦炭层；
(2)在步骤(1)所述第一焦炭层中心位置上方垂直装入空心管，然后向所述空心管内装入第二焦炭形成焦炭柱；
(3)在所述空心管外装入铁矿石，形成铁矿石层，控制所述铁矿石层的高度与所述焦炭柱的高度相同；
(4)抽出空心管，然后在所述铁矿石层上方装入第一焦炭，形成第二焦炭层；
(5)对所述石墨坩埚加压，然后进行升温，并控制升温过程中气体成分和流量；
其中，所述第一焦炭和所述铁矿石的粒度均为10-12.5mm，所述第二焦炭的粒度为3-12.5mm。
优选地，所述第二焦炭的粒度为5-10mm，进一步优选地，所述第二焦炭的粒度为8-10mm。
在本发明所述的检测铁矿石软熔性能的方法中，所述第一焦炭层与所述第二焦炭层的高度可以相同或不同，优选为相同。
在优选情况下，所述第一焦炭层和所述第二焦炭层的高度均为18-22mm。具体的，例如可以为18mm、19mm、20mm、21mm或22mm，最优选情况下为20mm。
在本发明所述的检测铁矿石软熔性能的方法中，所述铁矿石层和所述焦炭柱的高度均可以为65-75mm。具体的，例如可以为65mm、66mm、67mm、68mm、69mm、70mm、71mm、72mm、73mm、74mm或75mm。
在本发明所述的检测铁矿石软熔性能的方法中，对于所述空心管的选择可以没有特殊的要求，可以为本领域的常规选择。在具体的实施方式中，所述空心管可以为薄壁钢管或硬塑料管。
在本发明所述的检测铁矿石软熔性能的方法中，所述空心管的内径可以为3-10mm，优选为4-8mm。具体的，例如可以为3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或10mm。
在本发明所述的检测铁矿石软熔性能的方法中，所述焦炭柱的直径不宜过大，所述焦炭柱的直径与所述石墨坩埚的直径之比可以为(3-10):50，优选为(5-8):50。
在本发明所述的检测铁矿石软熔性能的方法中，在步骤(5)中，所述升温的速率可以为5-7℃/min，最优选情况下，所述升温速率为6℃/min。
在优选情况下，在步骤(5)中，所述控制升温过程中气体成分和流量的方法包括：当温度为0-200℃时，控制所述气体为N2，控制所述气体流量为2.5-3.5L/min；当温度为200℃以上时，控制所述气体为30体积％的CO和70体积％的N2，控制所述气体流量为9.5-10.5L/min。
进一步优选地，所述控制升温过程中气体成分和流量的方法包括：当温度为0-200℃时，控制所述气体为N2，控制所述气体流量为3L/min；当温度为200℃以上时，控制所述气体为30体积％的CO和70体积％的N2，控制所述气体流量为10L/min。
在优选情况下，所述铁矿石为本领域的常规选择。在具体的实施方式中，所述铁矿石为烧结矿和/或球团矿。
本发明所述的检测铁矿石软熔性能的方法，填料时通过在铁矿石层中心加入焦炭柱，保证高炉实际冶炼过程的煤气流方向与检测铁矿石软熔性能时矿石和焦炭层的方向一致，可以更好的模拟高炉内上升煤气流与软熔层的关系，进而可以更好的预测软熔带在高炉内的位置和形状以及料层透气性。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明的保护范围并不局限于此。
实施例1
在石墨坩埚内装入粒度为10-12.5mm的第一焦炭，并铺平形成第一焦炭层，控制第一焦炭层高度为20mm；在所述第一焦炭层中心位置上方垂直装入内径为5mm的薄壁钢管，然后向所述空心管内装入粒度为8-10mm的第二焦炭，形成焦炭柱，控制所述焦炭柱的高度为70mm，控制所述焦炭柱的直径与石墨坩埚的直径之比为1：10；接着在所述薄壁钢管外装入粒度为10-12.5mm烧结矿，形成烧结矿层，控制所述烧结矿层的高度与所述焦炭柱的高度相同，即为70mm；然后抽出薄壁钢管，在所述烧结矿层上方装入第一焦炭，形成第二焦炭层，控制所述第二焦炭层的高度为20mm；所述石墨坩埚装料后的示意图如图1所示；通过压杆对所述石墨坩埚加压，然后按照表1所示温度程序升温，并按照表1所示方法对升温过程中气体成分和流量进行控制。
实施例2
在石墨坩埚内装入粒度为10-12.5mm的第一焦炭，并铺平形成第一焦炭层，控制第一焦炭层高度为21mm；在所述第一焦炭层中心位置上方垂直装入内径为6mm的薄壁钢管，然后向所述空心管内装入粒度为8-10mm的第二焦炭，形成焦炭柱，控制所述焦炭柱的高度为70mm，控制所述焦炭柱的直径与石墨坩埚的直径之比为2:25；接着在所述薄壁钢管外装入粒度为10-12.5mm球团矿，形成球团矿层，控制所述球团矿层的高度与所述焦炭柱的高度相同，即为70mm；然后抽出薄壁钢管，在所述球团矿层上方装入第一焦炭，形成第二焦炭层，控制所述第二焦炭层的高度为21mm；通过压杆对所述石墨坩埚加压，然后按照表1所示的温度程序升温，并按照表1所示方法对升温过程中气体成分和流量进行控制。
实施例3
在石墨坩埚内装入粒度为10-12.5mm的第一焦炭，并铺平形成第一焦炭层，控制第一焦炭层高度为20mm；在所述第一焦炭层中心位置上方垂直装入内径为5mm的硬塑料管，然后向所述空心管内装入粒度为8-10mm的第二焦炭，形成焦炭柱，控制所述焦炭柱的高度为71mm，控制所述焦炭柱的直径与石墨坩埚的直径之比为3:25；接着在所述薄壁钢管外装入粒度为10-12.5mm烧结矿和球团矿的混合矿，形成混合矿层，控制所述混合矿层的高度与所述焦炭柱的高度相同，即为71mm；然后抽出薄壁钢管，在所述混合矿层上方装入第一焦炭，形成第二焦炭层，控制所述第二焦炭层的高度为20mm；通过压杆对所述石墨坩埚加压，然后按照表1所示的温度程序升温，并按照表1所示方法对升温过程中气体成分和流量进行控制。
对比例1
所使用的第一焦炭、烧结矿和石墨坩埚与实施例1相同，第一、第二焦炭层和烧结矿层的高度与实施例1相同，升温程序和气体成分和流量均与实施例1相同，与之不同的是实施方法按照现有的技术方案进行实施，具体过程如下：先将第一焦炭放入石墨坩埚内，再将烧结矿置于所述第一焦炭上，然后在烧结矿上放置所述第一焦炭上；所述石墨坩埚装料后的示意图如图2所示；通过压杆对石墨坩埚加压，按照表1所示的温度程序升温，并按照表1所示对升温过程中气体成分和流量进行控制。
对比例2
所使用的第一焦炭、球团矿和石墨坩埚与实施例2相同，第一、第二焦炭层和球团矿层的高度与实施例2相同，升温程序和气体成分和流量均与实施例2相同，与之不同的是实施方法按照现有的技术方案进行实施，具体过程如下：先将第一焦炭放入石墨坩埚内，再将球团矿置于所述第一焦炭上，然后在球团矿上放置所述第一焦炭上；通过压杆对石墨坩埚加压，按照表1所示的温度程序升温，并按照表1所示对升温过程中气体成分和流量进行控制。
对比例3
所使用的第一焦炭、球团矿和烧结矿的混合矿以及石墨坩埚与实施例3相同，第一、第二焦炭层和混合矿层的高度与实施例2相同，升温程序和气体成分和流量均与实施例2相同，与之不同的是实施方法按照现有的技术方案进行实施，具体过程如下：先将第一焦炭放入石墨坩埚内，再将混合矿置于所述第一焦炭上，然后在混合矿上放置所述第一焦炭上；通过压杆对石墨坩埚加压，按照表1所示的温度程序升温，并按照表1所示对升温过程中气体成分和流量进行控制。
表1
Figure BDA0002243190650000091
测试例
检测实施例1-3和对比例1-3中铁矿石的料柱压差和位移，并绘制柱压差和位移随温度变化曲线图。根据绘制的曲线图，可以得到软化开始温度(T10)、软化终了温度(T40)、压差徒升温度(T0.98)、压差最高时的温度(TΔPmax)、试样开始滴落温度(Tm)、软化温度区间(T40-10)、滴落温度区间(Tm-0.98)、最高压差(ΔPmax)以及滴落带厚度(H)的数据。
其中，所述软化开始温度是指料柱高度收缩10％时的温度，所述软化终了温度是指料柱高炉收缩40％时的温度，所述压差徒升温度是指压差为0.98kPa时的温度，在本文中当滴落的试样质量达到20g时表示试样开始滴落，所述滴落带厚度是指Tm与T0.98时料柱位移之差。
实施例1中烧结矿压差和位移随温度变化曲线图如图3所示，实施例2中球团矿压差和位移随温度变化曲线图如图4所示，实施例3中混合矿压差和位移随温度变化的曲线图如图5所示，对比例1中烧结矿压差和位移随温度变化的曲线图如图6所示，对比例2中球团矿压差和位移随温度变化的曲线图如图7所示，对比例3中混合矿压差和位移随温度变化的曲线图如图8所示，实施例1-3和对比例1-3的T10、T40、T0.98、TΔPmax、Tm、T40-10、Tm-0.98、ΔPmax和H的数据如表2所示。
表2
T<sub>10</sub> T<sub>40</sub> T<sub>0.98</sub> T<sub>△Pmax</sub> T<sub>m</sub> T<sub>40-10</sub> T<sub>m-△P</sub> ΔP<sub>max</sub> H
实施例1 1187 1247 1298 1325 1514 60 216 4.15 26.39
实施例2 1163 1289 1319 1403 1457 126 138 3.11 31.98
实施例3 1179 1263 1299 1350 1500 84 201 5.75 35.53
对比例1 1176 1248 1293 1350 1455 72 162 13.22 31.01
对比例2 1120 1221 1245 1264 1441 101 196 18.09 42.81
对比例3 1105 1168 1192 1234 1456 63 264 15.42 27.27
根据表2的结果可知，实施例的最高压差明显低于相应的对比例，更符合高炉生产实际，说明本发明所述的方法可以更好的模拟高炉内上升煤气流与软熔层的关系，进而可以更好的预测软熔带在高炉内的位置和形状以及料层透气性。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种检测铁矿石软熔性能的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)在石墨坩埚内装入第一焦炭并铺平形成第一焦炭层；
(2)在步骤(1)所述第一焦炭层中心位置上方垂直装入空心管，然后向所述空心管内装入第二焦炭形成焦炭柱；
(3)在所述空心管外装入铁矿石，形成铁矿石层，控制所述铁矿石层的高度与所述焦炭柱的高度相同；
(4)抽出空心管，然后在所述铁矿石层上方装入第一焦炭，形成第二焦炭层；
(5)对所述石墨坩埚加压，然后进行升温，并控制升温过程中气体成分和流量；
其中，所述第一焦炭和所述铁矿石的粒度均为10-12.5mm，所述第二焦炭的粒度为3-12.5mm。
2.根据权利要求1所述的检测铁矿石软熔性能的方法，其特征在于，所述第二焦炭的粒度为5-10mm。
3.根据权利要求2所述的检测铁矿石软熔性能的方法，其特征在于，所述第二焦炭的粒度为8-10mm。
4.根据权利要求1所述的检测铁矿石软熔性能的方法，其特征在于，所述第一焦炭层和所述第二焦炭层的高度均为18-22mm。
5.根据权利要求1所述的检测铁矿石软熔性能的方法，其特征在于，所述铁矿石层和所述焦炭柱的高度均为65-75mm。
6.根据权利要求1所述的检测铁矿石软熔性能的方法，其特征在于，所述空心管为薄壁钢管或硬塑料管。
7.根据权利要求1或6所述的检测铁矿石软熔性能的方法，其特征在于，所述空心管的内径为3-10mm。
8.据权利要求1所述的检测铁矿石软熔性能的方法，其特征在于，所述焦炭柱的直径与所述石墨坩埚的直径之比为(3-10):50。
9.据权利要求1所述的检测铁矿石软熔性能的方法，其特征在于，在步骤(5)中，所述升温的速率为5-7℃/min。
10.据权利要求1或9所述的检测铁矿石软熔性能的方法，其特征在于，在步骤(5)中，所述控制升温过程中气体成分和流量的方法包括：当温度为0-200℃时，控制所述气体为N2，控制所述气体流量为2.5-3.5L/min；当温度为200℃以上时，控制所述气体为30体积％的CO和70体积％的N2，控制所述气体流量为9.5-10.5L/min。
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CN112763298A (zh) * 2020-12-07 2021-05-07 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 检测铁矿石软熔性能的坩埚装料结构和检测铁矿石软熔性能的方法

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