CN111220643B - 一种测定高炉含铁炉料间高温交互反应性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种测定高炉含铁炉料间高温交互反应性的方法，所述方法用于含铁炉料交互反应性的测定及评价。传统上依据单一炉料的熔滴性能来推断综合炉料在高炉高温区的行为并不全面、准确，烧结矿与块矿/球团矿在高温状态下发生交互反应，这种高温交互反应特性对综合炉料软熔滴落性能产生影响，高温交互反应评价指标的提出，可以为高炉优化配矿提供理论支撑。
Description
【技术领域】
本发明涉及钢铁冶金技术领域，尤其涉及一种测定高炉含 铁炉料间高温交互反应性的方法。
【背景技术】
由于高碱度烧结矿与酸性块矿、球团矿等含铁炉料在化学 成分、显微结构等方面存在着明显的差异，当它们相互接触时， 在浓度梯度的推动下易在高温状态下发生组分的扩散和化学 反应，从而使得含铁炉料接触面附近的低熔点化合物生成情况 发生变化，进而影响含铁炉料的软化熔融行为，此反应称之为 高温交互反应。
烧结矿、天然块矿和球团矿是现代高炉炼铁的主要原料。 经过国内外大量的科学研究，人们对烧结矿、块矿和球团矿等 各种单一炉料的冶金性能有了较为系统的认识，如还原性、低 温还原粉化性、熔滴性能等，这对高炉精料技术的实施起到了 重要作用。然而，在高炉炉料结构中，各种类铁矿石并非是单 一进入高炉进行冶炼的，而是按照一定比例混合后进入高炉， 高碱度烧结矿和酸性块矿/球团矿间在高温下会发生交互作 用，影响综合炉料的冶金性能。长期以来人们对于高炉冶炼过 程中不同炉料之间的交互作用却知之甚少，尚未有研究者对不 同含铁炉料间的高温交互反应性提出明确的测定方法和评价 指标。
因此，有必要研究一种测定高炉含铁炉料间高温交互反应 性的装置及方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一 个或多个问题。
【发明内容】
有鉴于此，本发明提供了一种测定高炉含铁炉料间高温交 互反应性的方法，所述方法用于含铁炉料交互反应性的测定及 评价。传统上依据单一炉料的熔滴性能来推断综合炉料在高炉 高温区的行为并不全面、准确，烧结矿与块矿/球团矿在高温 状态下发生交互反应，这种高温交互反应特性对综合炉料软 熔滴落性能产生影响，高温交互反应评价指标的提出，可以为 高炉优化配矿提供理论支撑。
一方面，本发明提供一种测定高炉含铁炉料间高温交互反应 性的方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：制备粒度范围10.0mm～12.5mm的含铁炉料和粒度 范围8.0～10.0mm的焦炭试样；
步骤2：将步骤1中含铁炉料和焦炭试样置于烘箱中干燥；
步骤3：将烘箱中干燥后的含铁炉料和焦炭试样放入石墨坩 埚进行装样；
步骤4：将石墨坩埚放入高温炉内，先后通入N2和还原煤气， 进行熔滴实验；
步骤5：根据熔滴实验采集到的温度-压差-收缩率关系曲线， 得到特征参数TS、Td以及ΔT，ΔT＝Td-TS；其中TS为软熔温度，Td为滴落温度，ΔT为熔滴温度区间；
步骤6：根据熔滴实验采集的曲线，得到单种含铁炉料的熔 滴温度区间和混合炉料的的熔滴温度区间，计算高温交互反应指 数。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实 现方式，所述步骤6中单种含铁炉料的熔滴温度区间包括烧结矿 的熔滴温度区间T1和球团矿/块矿的熔滴温度区间T2，所述混合 炉料的的熔滴温度区间为T0。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实 现方式，所述步骤6中计算高温交互反应指数HTII的方法如下：
式中：T0为混合炉料的熔滴温度区间；T1为烧结矿的熔滴温 度区间；T2为球团矿/块矿的熔滴温度区间；a为混合炉料中烧结 矿的质量分数；b为混合炉料中球团矿/块矿的质量分数。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实 现方式，所述步骤4中熔滴实验具体为：将石墨坩埚放入高温炉 内，从室温开始加热至900℃，500℃之前通入5L/min的N2，在 500℃时试样料柱加载0.1MPa，从500℃至升温结束，通入12L/min的还原煤气，试验结束后，通入5L/min的N2将试样冷 却至室温，其中900℃以前升温速率为10℃/min，900℃升温至 滴落温度阶段升温速率为5℃/min，在900℃恒温180min。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实 现方式，所述熔滴实验中通入的煤气成分为：70％N2+30％CO， 渣铁滴落时试验结束。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实 现方式，所述步骤2具体为：将含铁炉料和焦炭试样置于 105℃±5℃烘箱中干燥，时间不小于8h，冷却至室温移入干燥器 中备用。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实 现方式，所述步骤3具体为称取烘干的含铁炉料试料质量为 200g±0.1g，焦炭试料40g±0.1g；石墨坩埚底部先平整摆放焦炭 20g，底层焦炭颗粒上表面摆放铁矿石试料200g±0.1g，铁矿石试 料上面再摆放焦炭20g。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实 现方式，所述步骤3中对于单种含铁炉料熔滴实验，直接称取 200g，对于混合炉料的熔滴实验，先将烧结矿和酸性球团矿/块 矿按照a：b的比例混匀，之后再装料。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实 现方式，所述步骤5中软熔温度TS为含铁炉料收缩率达到10％ 所对应的温度。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实 现方式，所述步骤1中含铁炉料制备具体为：球团矿：通过筛分 得到粒度范围10.0mm～12.5mm的试验试料；天然块矿和烧结矿： 先进行破碎后筛分出粒度范围10.0mm～12.5mm的试验试料；焦 炭制备具体为：通过破碎、筛分得到粒度范围在8.0～10.0mm的 试验试料。
与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：
(1)完善了铁矿石冶金性能的评价指标，在选择高炉合 理炉料结构时，不应只关注单一块矿的软化性能，应当更重视 高炉内高温区块矿与烧结矿的高温交互作用，把块矿的高温交 互反应指数作为优化配矿的重要指标加以考虑。
(2)利用这一反应性可以优化高炉含铁炉料的搭配模式 和调整不同种类铁矿石的使用比例，探讨高炉合理使用高比例 块矿/球团矿的可行性和技术方向。
(3)利用这一反应性可以为高炉提高块矿使用比例提供 理论基础和技术支持，减少能源消耗，降低污染物排放，发展 绿色钢铁。
(4)根据传统的认识，块矿的软化温度低、软熔区间宽， 人们担心它会影响高炉顺行和技术经济指标。然而，国内一些 高炉的块矿使用量达到了20％水平，并没有出现人们所担心的 问题。这些生产实践也揭示了研究不同炉料之间交互作用的必 要性。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上 所述的所有技术效果。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实 施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描 述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术 人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附 图获得其它的附图。
图1是本发明一个实施例提供的熔滴实验装置结构图；
图2是本发明一个实施例提供的熔滴实验时石墨坩埚内 部结构图；
图3是本发明一个实施例提供的熔滴曲线图。
其中，图中：
1-位移传感器；2-荷重装置；3-出气口；4-加热炉；5-试样； 6-石墨坩埚；7-热电偶；8-观测口；9-进气口；10-熔化物；11- 旋转台。
【具体实施方式】
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发 明实施例进行详细描述。
应当明确，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它实施 例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施 例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利 要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包 括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
本发明提供一种测定高炉含铁炉料间高温交互反应性的方 法，所述方法包括以下步骤：
(1)含铁炉料制备：球团矿通过筛分得到粒度范围 10.0mm～12.5mm的试验试料；天然块矿和烧结矿，先进行破碎 后筛分出粒度范围10.0mm～12.5mm的试验试料。
(2)焦炭制备：通过破碎、筛分得到粒度范围在8.0～10.0mm 的试验试料。
(3)样品烘干：将含铁炉料和焦炭试样置于105℃±5℃烘 箱中干燥，时间不小于8h，冷却至室温移入干燥器中备用。
(4)装样：称取烘干的含铁炉料试料质量为200g(±0.1g)， 焦炭试料40g(±0.1g)。石墨坩埚底部先平整摆放焦炭20g，底 层焦炭颗粒上表面摆放铁矿石试料200g(±0.1g)，铁矿石试料 上面再摆放焦炭20g。(备注：对于单种含铁炉料熔滴实验，直 接称取200g，对于混合炉料的熔滴实验，需先将烧结矿和酸性 球团矿/块矿按照a：b的比例混匀，之后再装料)
(5)将石墨坩埚放入高温炉内，从室温开始加热，500℃之 前通入5L/min的N2，在500℃时试样料柱加载0.1MPa，从500℃ 至升温结束，通入12L/min的还原煤气，煤气成分：70％N2+30％ CO，试验结束后(渣铁滴落)，通入5L/min的N2将试样冷却至 室温。其中900℃以前升温速率为10℃/min，900℃至升温结束 阶段升温速率为5℃/min，在900℃恒温180min。
(6)根据熔滴实验采集到的温度-压差-收缩率关系曲线，得 到特征参数TS(软熔温度)和Td(滴落温度)以及熔滴温度区间ΔT (ΔT＝Td-TS)。
(备注：含铁炉料收缩率达到10％所对应的温度，表征软熔 温度TS)
(7)根据熔滴实验采集的曲线，得到单种含铁炉料的熔滴 温度区间T1(烧结矿的熔滴温度区间)、T2(球团矿/块矿的熔 滴温度区间)，以及混合炉料的的熔滴温度区间T0，按照式1 计算高温交互反应指数(High temperature interaction index,HTII)
式中：T0为混合炉料的熔滴温度区间；T1为烧结矿的熔滴温 度区间；T2为球团矿/块矿的熔滴温度区间；a为混合炉料中烧结 矿的质量分数；b为混合炉料中球团矿/块矿的质量分数。
本发明所述方法通过如图1所示的熔滴实验装置进行实验， 图1中所述熔滴实验装置包括位移传感器1、荷重装置2、出气 口3、加热炉4石墨坩埚6、热电偶7、观测口8、进气口9和旋 转台11；加热炉4置于旋转台11上，旋转台11可供熔化物10 自石墨坩埚6反应后滴落，热电偶7用于给加热炉4加热。试样 5(包括烧结矿、球团矿、块矿)通过荷重装置2的推动，进入 石墨坩埚6，位移传感器1记录推动的距离，反应过程中，通过 观测口8对熔滴实验进行观测，还原气体和N2在实验时，自 进气口9进入，经过石墨坩埚6，从出气口3排气。石墨坩埚 6内部及试样分布情况，具体如图2所示，石墨坩埚6上方设 有顶部压盖，在顶部压盖和石墨坩埚6的坩埚壁之间，还设有 压盖透气孔，石墨坩埚6底部设有滴落空，顶部压盖接收来自 荷重装置2的推力，压动试样5向下挤压，试样5的具体排列 次序为：上层焦炭、含铁炉料和下层焦炭由上至下依次排列。
实施例1：
本发明所述方法可以测定含铁炉料(烧结矿、球团矿、块 矿)的熔滴性能，根据熔滴曲线(如图3所示)，得到单种含 铁炉料的熔滴温度区间T1(烧结矿的熔滴温度区间)、T2(球 团矿/块矿的熔滴温度区间)。
将烧结矿和球团矿(或块矿)按照75％:25％的比例混合后， 采用相同的实验方法，测定此混合炉料的熔滴温度区间T0。
(1)试样成分
(2)实验步骤：取烘干后10～12.5mm粒级的烧结矿、球 团矿、块矿各200g，进行单一含铁炉料熔滴实验；取150g烧 结矿和50g球团矿/块矿，组成混合炉料，进行混合炉料熔滴实 验；根据熔滴实验采集到的温度-压差-收缩率关系曲线，得到特 征参数Ts(软熔温度)和Td(滴落温度)以及熔滴温度区间ΔT (ΔT＝Td-Ts)。
单种含铁炉料的熔滴温度区间T1(烧结矿的熔滴温度区间)、 T2(球团矿/块矿的熔滴温度区间)，混合炉料的的熔滴温度区 间T0
根据式1计算高温交互反应指数。
(3)结果
根据式1,(a＝0.75,b＝0.25),计算高温交互反应指数，得：烧 结矿与块矿的高温交互反应指数为23.37％，烧结矿与球团矿的 高温交互反应指数为14.80％。
(4)由结果可知，烧结矿与块矿/球团矿之间的高温交互改 善了混合料的熔滴性能，使得熔滴区间减小，这有利于改善高炉 炉料透气性。
虽然块矿自身的熔滴温度区间较宽，但其和烧结矿组成混合 炉料后，由于两者高温交互作用较好，使得混合炉料的熔滴性能 得到明显的改善。这也证明了仅从单一炉料自身的熔滴性能评价 铁矿石优劣是片面的、不准确的，在选择高炉合理炉料结构时, 应当更重视高炉内高温区块矿/球团矿与烧结矿的高温交互作用, 把块矿/球团矿的高温交互反应指数作为优化配矿的重要指标加 以考虑。
以上对本申请实施例所提供的一种测定高炉含铁炉料间高 温交互反应性的方法，进行了详细介绍。以上实施例的说明只 是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领 域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应 用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解 为对本申请的限制。
如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特 定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同 名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的 差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作 为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的 “包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不 限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人 员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技 术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所 述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为 准。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变 体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品 或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他 要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没 有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并 不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同 要素。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关 联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B， 可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种 情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或” 的关系。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前 所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看 作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环 境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关 领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变 化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求 书的保护范围内。
Claims (8)
1.一种测定高炉含铁炉料间高温交互反应性的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1：制备含铁炉料和焦炭试样；
步骤2：将步骤1中含铁炉料和焦炭试样置于烘箱中干燥；
步骤3：将烘箱中干燥后的含铁炉料和焦炭试样放入石墨坩埚进行装样；
步骤4：将石墨坩埚放入高温炉内，先后通入N2和还原煤气，进行熔滴实验；
步骤5：根据熔滴实验采集到的温度-压差-收缩率关系曲线，得到特征参数TS、Td以及ΔT；
步骤6：根据熔滴实验采集的曲线，得到单种含铁炉料的熔滴温度区间和混合炉料的的熔滴温度区间，计算高温交互反应指数，所述高温交互反应指数定义所使用的的温度区间为熔滴温度区间，含铁炉料收缩率达到10％所对应的温度，表征软熔温度TS；炉料滴落时的温度定义为滴落温度Td，ΔT＝Td-TS为熔滴温度区间；
所述步骤6中单种含铁炉料的熔滴温度区间包括烧结矿的熔滴温度区间T1和球团矿/块矿的熔滴温度区间T2，所述混合炉料的的熔滴温度区间为T0，所述步骤6中计算高温交互反应指数HTII的方法如下：
式中：T0为混合炉料的熔滴温度区间；T1为烧结矿的熔滴温度区间；T2为球团矿/块矿的熔滴温度区间；a为混合炉料中烧结矿的质量分数；b为混合炉料中球团矿/块矿的质量分数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中熔滴实验具体为：将石墨坩埚放入高温炉内，从室温开始加热至900℃，500℃之前通入5L/min的N2，在500℃时试样料柱加载0.1MPa，从500℃至升温结束，通入12L/min的还原煤气，试验结束后，通入5L/min的N2将试样冷却至室温，其中900℃以前升温速率为10℃/min，900℃升温至滴落温度阶段升温速率为5℃/min，在900℃恒温180min。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述熔滴实验中通入的煤气成分为：70％N2+30％CO，渣铁滴落时试验结束。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2具体为：将含铁炉料和焦炭试样置于105℃±5℃烘箱中干燥，时间不小于8h，冷却至室温移入干燥器中备用。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3具体为称取烘干的含铁炉料试料质量为200g±0.1g，焦炭试料40g±0.1g；石墨坩埚底部先平整摆放焦炭20g，底层焦炭颗粒上表面摆放铁矿石试料200g±0.1g，铁矿石试料上面再摆放焦炭20g。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中对于单种含铁炉料熔滴实验，直接称取200g，对于混合炉料的熔滴实验，先将烧结矿和酸性球团矿/块矿按照a：b的比例混匀，之后再装料。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤5中软熔温度TS为含铁炉料收缩率达到10％所对应的温度。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中含铁炉料制备具体为：球团矿：通过筛分得到粒度范围10.0mm～12.5mm的试验试料；天然块矿和烧结矿：先进行破碎后筛分出粒度范围10.0mm～12.5mm的试验试料；焦炭制备具体为：通过破碎、筛分得到粒度范围在8.0～10.0mm的试验试料。
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