CN111610305A - 使用转鼓定量评价炼钢用铁合金抗碎性和耐磨性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及铁合金高效化利用领域，提供了一种使用转鼓定量评价炼钢用铁合金抗碎性和耐磨性的方法，依次包括铁合金的制样、铁合金试样的转鼓测试、铁合金试样的筛分和粒度分级、筛分后对铁合金抗碎性和耐磨性进行评价；其中，筛分后小孔径颗粒与入转鼓前铁合金总量的比值作为抗碎性指标，筛分后大孔径颗粒与入转鼓前铁合金总量的比值作为耐磨性指标；优选的，转鼓测试后粒径<1mm合金颗粒和粒径>10mm合金颗粒与入转鼓合金总量的比值，得到合金抗碎性和耐磨性的评价指标。本发明方法可以方便、准确、定量地评价出炼钢用合金的抗碎性和耐磨性，对于炼钢过程提高合金收得率、降低炼钢过程合金消耗有重要指导作用。
Description
技术领域
本发明涉及铁合金高效化利用领域，特别涉及一种使用转鼓定量评价炼钢用铁合金抗碎性和耐磨性的方法。
背景技术
炼钢用合金在使用过程的收得率不仅与合金元素的含量相关，还与其粒度、状态、加入方式和使用条件直接相关。
在炼钢合金化控制过程中，为提高合金收得率的稳定性及降低合金中有害元素对钢性能的影响，企业更多关注了合金主成分的含量，以及合金中残余元素的含量，如：高品质钢冶炼时，炼钢用合金需满足合金元素纯度高、残余元素(S、P、As、N等)含量低的要求；提高合金主元素含量，降低有害元素含量对提高合金收得率的稳定性固然重要，但也受到成本的限制。另一方面，合金在炼钢使用过程中，由于合金性质(抗碎性、耐磨性)的不同，也会导致合金在加入反应器前后粒度、状态发生巨大变化，从而导致合金收得率降低和波动变大。因此，为获得稳定的合金收得率，不仅需要控制合金中主元素和残余元素的含量，更需要从合金本身性质(抗碎性、耐磨性)上进行改善，降低合金在运输、存储、堆积过程中的破碎和粉化，以及由此导致的合金在炼钢使用过程中的损失。
目前，针对炼钢用铁合金主要元素含量、残余元素含量等的检测和评价方法较完善，但是缺乏对合金性质，如合金抗碎性、耐磨性的评价方法，很难判断炼钢用合金性质对其使用过程中合金收得率的影响。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种使用转鼓定量评价炼钢用铁合金抗碎性和耐磨性的方法，比较准确地描述了合金的抗碎性和耐磨性。
本发明采用如下技术方案：
一种使用转鼓定量评价炼钢用铁合金抗碎性和耐磨性的方法，依次包括铁合金的制样、铁合金试样的转鼓测试、铁合金试样的筛分和粒度分级、筛分后对铁合金抗碎性和耐磨性进行评价；其中，筛分后小孔径颗粒与入转鼓前铁合金总量的比值作为抗碎性指标，筛分后大孔径颗粒与入转鼓前铁合金总量的比值作为耐磨性指标。
进一步的，所述方法具体包括如下步骤：
S1、铁合金制样：待测铁合金为未破碎铁合金的块状经机械破碎制样，或直接从钢铁企业所采购的已破碎铁合金中选取，待测铁合金的初始粒径为5～50mm；
S2、转鼓测试：对经过步骤S1处理后的铁合金试样进行转鼓测试，设定转鼓转速和转鼓时间；
S3、铁合金试样筛分：以设定孔径的小孔筛和大孔筛对铁合金试样进行筛分，得到大孔径颗粒和小孔径颗粒，分别称量所述大孔径颗粒质量和小孔径颗粒的质量；
S4、铁合金抗碎性和耐磨性评价：步骤S3处理后得到的所述大孔径颗粒质量与入转鼓前铁合金总质量的比值作为耐磨性指标，所述小孔径颗粒质量与入转鼓前铁合金总质量的比值作为抗碎性指标。
进一步的，所述方法还包括：
S5、针对不同厂家、不同批次的炼钢用铁合金，通过步骤S1至步骤S4的过程分别建立不同类型铁合金的抗碎性指标和耐磨性指标的数据库；根据使用不同类型铁合金加入钢液后的合金元素收得率，建立所述抗碎性指标、耐磨性指标与合金元素收得率之间的对应关系；
S6、以步骤S5中得到的所述对应关系筛选出炼钢用铁合金。
进一步的，步骤S1中，铁合金的初始粒径为等效球形粒径，通过排水法测定；待测铁合金的粒径分布为：粒径5-15mm占总质量的5％-15％(目标值10％)，粒径15-30mm占总质量的20％-40％(目标值30％)，粒径30-50mm占总质量的50％-70％。按照上述粒度比例测定的抗碎性和耐磨性，可以最大程度还原使用过程实际情况。
进一步的，步骤S2中，采用I型转鼓机对合金进行转鼓测试，转鼓转速为20转/分钟，转鼓时间为1分钟。I型转鼓为竖直桶状转鼓，其他该形状转鼓也可完成测试。根据实际的储运环境以及合金本身性质，可适当调整转鼓的转速和转鼓时间，一般的，转鼓转速15-25转/分钟，转鼓时间0.8-1.2分钟。
进一步的，步骤S3中，所述大孔筛的孔径为10mm，所述小孔筛的孔径为1mm。选定10mm和1mm是基于对合金加入钢液后行为确定的。
小于1mm时，加入合金会因为真空抽吸的曳力大于重力或因为浮在渣层而无法进入钢液内起合金化作用。而大于10mm可在钢液内熔化和扩散，获得均匀的溶质分布状态，有利于合金收得率的提高。
如果因为钢厂设备不同、冶炼工艺有差异或合金本身性质原因，评价抗碎性和耐磨性的粒度可以做适当调整，调整依据为：抗碎性评价指标粒度选取真空或上浮造成损失的最大粒径，即小于该粒径会造成合金未进入钢液熔化就已经损失消耗；耐磨性评价指标粒度选取可进入盛放钢液容器深度1/5处的最小粒径，即大于该粒径合金加入钢液后在向下运动超过盛放钢液容器深度1/5后才完全熔化并均匀扩散。
进一步的，步骤S4中，入鼓待测铁合金试样总质量m0和转鼓并筛分后的总质量之差要小于入鼓试待测铁合金试样总质量m0的1.0％，否则，该次测试结果无效。
进一步的，筛分转鼓后<1mm铁合金颗粒质量m1与入转鼓前铁合金总质量m0的比值是合金的抗碎性指标，筛分转鼓后>10mm铁合金颗粒质量m10与入转鼓前铁合金总质量m0的比是合金的耐磨性指标；
所述抗碎性指标为Tr＝m1/m0×100％；
所述合金耐磨性指标为Tw＝m10/m0×100％。
进一步的，每次测试做两次转鼓试验，如果抗碎性指标Tr或耐磨性指标Tw相对误差超过3％，则做第三次转鼓试验，最终结果取所有转鼓试验结果的平均值。
进一步的，使用Tr与Tw评价铁合金抗碎性和耐磨性时，所测铁合金为同一类合金。
本发明的有益效果为：
1、本发明所提出的评价方法，解决了炼钢用铁合金没有粉化强度评价方法的问题，可以快速准确反映合金品质。
2、该方法可以用于测定不同种类的块状合金，根据实际的储运环境以及合金本身性质，调整转鼓参数，对各类合金强度评价具有通用性。
3、整个试验过程中，所使用的排水法及转鼓测试均为物理测试方法，只会产生微量废水及粉尘，经无害化处理后可做到对环境无破坏性影响。
4、通过对合金性质检验，并结合后期钢液中元素收得率，可揭示出炼钢用合金性质对其使用过程中合金收得率的影响，为生产技术人员提供指导。
附图说明
图1所示为本发明实施例中所用实验装置的结构简图。
图2a所示为实施例中抗碎性和耐磨性评价测定前微碳锰铁整体形貌。
图2b所示为实施例中抗碎性和耐磨性评价测定后微碳锰铁整体形貌。
图2c所示为实施例中评价测定后微碳锰铁粒径大于10mm部分的形貌。
图2d所示为实施例中评价测定后微碳锰铁粒径1～10mm部分的形貌。
图2e所示为实施例中评价测定后微碳锰铁粒径小于1mm部分。
具体实施方式
下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。
本发明实施例一种使用转鼓定量评价炼钢用铁合金抗碎性和耐磨性的方法，包括如下步骤：
S1、铁合金制样与测量
S1.1确定待测合金的密度：选取待测合金2kg，缓慢加入装满水的大烧杯中，利用天平称量溢出水质量，利用ρ＝m/v，计算出待测合金密度，记为ρd；
S1.2确定待测合金粒度范围：根据合金密度ρd，且利用球体积公式，计算m＝4/3πr3ρd，将等效粒径代入，可以将待测合金粒度范围转化为质量范围，使得粒度分布为5-15mm占总质量的5％-15％(目标值10％)，粒度15-30mm占总质量的20％-40％(目标值30％)，粒度30-50mm占总质量的50％-70％(目标值60％)。
S2、转鼓测试
称量选定粒度范围的合金1kg，精确到0.1g，记为m0，将其置于鼓高700mm，内径Φ135mm的I型转鼓内，设置转鼓机转速为20转/分钟，转鼓时间为1分钟，对合金进行转鼓测试。
S3、铁合金试样筛分
将经过S2处理后的铁合金进行合金粒度统计：称量总质量记为mz，然后使用孔径为10mm的标准方孔筛进行筛分，称量筛上物质量记为m10，再对筛下物使用孔径为1mm的标准方孔筛进行筛分，称量筛下物质量记为m1；
S4、铁合金抗碎性和耐磨性评价
筛分后<1mm的合金颗粒质量m1与入转鼓前合金总质量m0的比值定义为合金的抗碎性指标，筛分后>10mm合金颗粒质量m10与入转鼓前合金总质量m0的比值定义为合金的耐磨性指标。即，
合金抗碎性指标Tr＝m1/m0×100％；
合金耐磨性指标Tw＝m10/m0×100％；
其中，Tr值越大代表合金抗碎性越差，冲击过程中越容易破碎；Tw值越大代表合金耐磨性越好，受到摩擦不容易破碎。
优选的，对上述评价结果进行判定：
入鼓试样质量m0和转鼓试验后的总质量mz之差要小于入鼓试样质量m0的1.0％，否则，该次检验应重做。每次测试做两次转鼓试验，如果两次的抗碎性指标Tr或耐磨性指标Tw相对误差超过3％，则做第三次转鼓试验，最终结果取所有转鼓试验结果的平均值。
S5、针对不同厂家、不同批次的炼钢用铁合金，通过步骤S1至步骤S4的过程分别建立不同类型铁合金的抗碎性指标和耐磨性指标的数据库；根据使用不同类型铁合金加入钢液后的合金元素收得率，建立所述抗碎性指标、耐磨性指标与合金元素收得率之间的对应关系；
S6、以步骤S5中得到的所述对应关系筛选出炼钢用铁合金。
实施例1
某钢厂用微碳锰铁抗碎性和耐磨性评价：
步骤1：将1508.65g微碳锰铁缓慢装入一个装满水的1L大烧杯，利用天平测量溢出水质量为217.23g，利用ρ＝m/v，计算出该微碳锰铁密度为6.94g/cm3；
步骤2：利用球体积公式，计算m＝4/3πr3ρd，将等效粒径代入公式，称取质量范围为0.45-12.26g的单块微碳锰铁121.87g，占总质量的11.32％；称取质量范围为12.26-98.11g的单块微碳锰铁350.22g，占总质量的32.53％；称取质量范围为98.11-454.22g的单块微碳锰铁604.52g，占总质量的56.15％；
步骤3：将上述入鼓前总质量m0为1076.62g的微碳锰铁置于鼓高700mm，内径Φ135mm的I型转鼓内，设置转鼓机转速为20转/分钟，转鼓时间为1分钟，对合金进行转鼓测试；
步骤4：称量转鼓测试后总质量为1073.16g，先使用孔径为10mm的标准方孔筛进行筛分，称量筛上物质量为746.34g，再对筛下物使用孔径为1mm的标准方孔筛进行筛分，称量筛下物质量为84.26g；
步骤5：合金抗碎性指标Tr＝84.26g/1076.62g×100％＝7.83％；
合金耐磨性指标Tw＝746.34g/1076.62g×100％＝69.32％；
步骤6：评价结果判定：入鼓质量1076.62g与试验结束后质量1073.16g差值与入鼓质量之比为0.32％，小于1％，本次测试有效。
步骤7：重复上述第二至第六步，测得抗碎性指标Tr为8.04％，耐磨性指标Tw为69.10％，两次抗碎性指标和耐磨性指标测定相对误差均小于3％，取两次均值为最终试验结果。
最终测定该微碳锰铁抗碎性指标Tr为7.94％，耐磨性指标Tw为69.21％。
相关实验数据记录如表1，试验前后微碳锰铁形貌见图2a-图2e。
表1微碳锰铁抗碎性和耐磨性评价试验结果
通过上述方法，针对不同生产厂家，不同入厂批次的炼钢用微碳锰铁合金建立抗碎性和耐磨性指标数据库，以筛选出抗冲击性和耐磨性相对较好的合金，提升合金加入钢液后锰元素收得率。表2为该厂使用不同抗碎性和耐磨性指标的微碳锰铁后，各追踪同一钢种的7炉生产数据，对比可以发现随着Tr值的减小和Tw值的增大，锰元素在钢液中的收得率取得了显著提高。
表2不同抗碎性和耐磨性指标微碳锰铁合金收得率对比
实施例2
某钢厂用硅铁(45％)抗碎性和耐磨性评价：
步骤1：将1392.72g硅铁缓慢装入一个装满水的1L大烧杯，利用天平测量溢出水质量为270.43g，利用ρ＝m/v，计算出该硅铁密度为5.15g/cm3；
步骤2：利用球体积公式，计算m＝4/3πr3ρd，将等效粒径代入公式，称取质量范围为0.34-9.10g的单块硅铁91.22g，占总质量的9.13％；称取质量范围为9.10-72.80g的单块硅铁311.84g，占总质量的31.21％；称取质量范围为72.80-337.03g的单块硅铁596.10g，占总质量的59.66％；
步骤3：将上述入鼓前总质量m0为999.17g的硅铁置于鼓高700mm，内径Φ135mm的I型转鼓内，设置转鼓机转速为20转/分钟，转鼓时间为1分钟，对合金进行转鼓测试；
步骤4：称量转鼓测试后总质量为997.74g，先使用孔径为10mm的标准方孔筛进行筛分，称量筛上物质量为933.85g，再对筛下物使用孔径为1mm的标准方孔筛进行筛分，称量筛下物质量为50.79g；
步骤5：合金抗碎性指标Tr＝50.79g/997.74g×100％＝5.09％；
合金耐磨性指标Tw＝933.85g/997.74g×100％＝93.60％；
步骤6：评价结果判定：入鼓质量999.17g与试验结束后质量997.74g差值与入鼓质量之比为0.14％，小于1％，本次测试有效。
步骤7：重复上述第二至第六步，测得抗碎性指标Tr为5.34％，耐磨性指标Tw为93.41％，两次抗碎性指标和耐磨性指标测定相对误差均小于3％，取两次均值为最终试验结果。
最终测定该硅铁抗碎性指标Tr为5.22％，耐磨性指标Tw为93.51％，相关实验数据记录如表3。
表3硅铁抗碎性和耐磨性评价试验结果
通过上述方法，针对不同生产厂家，不同入厂批次的炼钢用硅铁合金(45％)建立抗碎性和耐磨性指标数据库，以筛选出抗冲击性和耐磨性相对较好的合金，提升合金加入钢液后硅元素收得率。表4为该厂使用不同抗碎性和耐磨性指标的硅铁合金(45％)后，各追踪同一钢种的5炉生产数据，对比可以发现随着Tr值的减小和Tw值的增大，硅元素在钢液中的收得率取得了明显提高。
表4不同抗碎性和耐磨性指标硅铁合金(45％)收得率对比
本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。
Claims (10)
1.一种使用转鼓定量评价炼钢用铁合金抗碎性和耐磨性的方法，其特征在于，所述方法依次包括铁合金的制样、铁合金试样的转鼓测试、铁合金试样的筛分和粒度分级、筛分后对铁合金抗碎性和耐磨性进行评价；其中，筛分后小孔径颗粒与入转鼓前铁合金总量的比值作为抗碎性指标，筛分后大孔径颗粒与入转鼓前铁合金总量的比值作为耐磨性指标。
2.如权利要求1所述的使用转鼓定量评价炼钢用铁合金抗碎性和耐磨性的方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：
S1、铁合金制样：待测铁合金为未破碎铁合金的块状经机械破碎制样，或直接从已破碎铁合金中选取，待测铁合金的初始粒径为5～50mm；
S2、转鼓测试：对经过步骤S1处理后的铁合金试样进行转鼓测试，设定转鼓转速和转鼓时间；
S3、铁合金试样筛分：以设定孔径的小孔筛和大孔筛对铁合金试样进行筛分，得到大孔径颗粒和小孔径颗粒，分别称量所述大孔径颗粒质量和小孔径颗粒的质量；
S4、铁合金抗碎性和耐磨性评价：步骤S3处理后得到的所述大孔径颗粒质量与入转鼓前铁合金总质量的比值作为耐磨性指标，所述小孔径颗粒质量与入转鼓前铁合金总质量的比值作为抗碎性指标。
3.如权利要求2所述的使用转鼓定量评价炼钢用铁合金抗碎性和耐磨性的方法，其特征在于，所述方法还包括：
S5、针对不同种类的炼钢用铁合金，通过步骤S1至步骤S4的过程分别建立不同类型铁合金的抗碎性指标和耐磨性指标的数据库；根据不同类型铁合金加入钢液后的合金元素收得率，建立所述抗碎性指标、耐磨性指标与合金元素收得率之间的对应关系；
S6、以步骤S5中得到的所述对应关系筛选出炼钢用铁合金。
4.如权利要求2所述的使用转鼓定量评价炼钢用铁合金抗碎性和耐磨性的方法，其特征在于，步骤S1中，铁合金的初始粒径为等效球形粒径，通过排水法测定；待测铁合金的粒径分布为：粒径5-15mm占总质量的5％-15％，粒径15-30mm占总质量的20％-40％，粒径30-50mm占总质量的50％-70％。
5.如权利要求2所述的使用转鼓定量评价炼钢用铁合金抗碎性和耐磨性的方法，其特征在于，步骤S2中，采用I型转鼓机对合金进行转鼓测试，转鼓转速为20转/分钟，转鼓时间为1分钟。
6.如权利要求2所述的使用转鼓定量评价炼钢用铁合金抗碎性和耐磨性的方法，其特征在于，步骤S3中，所述大孔筛的孔径为10mm，所述小孔筛的孔径为1mm。
7.如权利要求2所述的使用转鼓定量评价炼钢用铁合金抗碎性和耐磨性的方法，其特征在于，步骤S4中，入鼓待测铁合金试样总质量m0和转鼓筛分后的总质量之差要小于入鼓待测铁合金试样总质量m0的1.0％，否则，该次测试结果无效。
8.如权利要求6所述的使用转鼓定量评价炼钢用铁合金抗碎性和耐磨性的方法，其特征在于，筛分转鼓后<1mm铁合金颗粒质量m1与入转鼓前铁合金总质量m0的比值是合金的抗碎性指标，筛分转鼓后>10mm铁合金颗粒质量m10与入转鼓前铁合金总质量m0的比是合金的耐磨性指标；
所述抗碎性指标为Tr＝m1/m0×100％；
所述合金耐磨性指标为Tw＝m10/m0×100％。
9.如权利要求8所述的使用转鼓定量评价炼钢用铁合金抗碎性和耐磨性的方法，其特征在于，每次测试做两次转鼓试验，如果抗碎性指标Tr或耐磨性指标Tw相对误差超过3％，则做第三次转鼓试验，最终结果取所有转鼓试验结果的平均值。
10.如权利要求9所述的使用转鼓定量评价炼钢用铁合金抗碎性和耐磨性的方法，其特征在于，使用Tr与Tw评价铁合金抗碎性和耐磨性时，所测铁合金为同一类合金。
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