CN112730038B - 一种硅铁生产用兰炭机械强度的测定方法 - Google Patents

一种硅铁生产用兰炭机械强度的测定方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及硅铁生产领域，具体涉及一种兰炭机械强度测定方法，步骤分为：取样、样品制备、测试、结果计算，其中结果相对标准偏差(RSD)小于10％。本发明的优点：区别于国标焦炭强度采用转鼓测试方法，具有取样量小，重复性好，操作方便的特点，便于现场应用。

Description

一种硅铁生产用兰炭机械强度的测定方法
技术领域
本发明涉及硅铁生产技术领域，具体涉及一种硅铁生产用兰炭机械强度的测定方法。
背景技术
兰炭又称半焦、焦粉，是利用神府煤田盛产的优质侏罗精煤块烧制而成的，兰炭结构为块状，粒度一般在3mm以上，颜色呈浅黑色，作为一种新型的炭素材料，以其固定炭高、比电阻高、化学活性高、含灰份低、铝低、硫低、磷低的特性，已逐步取代冶金焦而广泛运用于电石、铁合金、硅铁、碳化硅等产品的生产，成为一种不可替代的炭素材料。
多年生产实践表明，以兰炭为还原剂生产硅铁，具有降耗、增产及提高产品质量的显著优点。但在兰炭的认识上存在较大的误区，尤其是兰炭产品标准的缺失，兰炭机械强度一直没有引起足够重视，致使兰炭产品不能物尽其用，造成了较大的浪费。例如硅铁生产上采用摔打、脚踩的方式衡量兰炭强度的高低，来进行兰炭的搭配用于硅铁生产。由于缺少机械强度的测定方法，难以量化指导生产，因而使用效果与预期效果偏差较大，出现矿热炉炉况不佳时难以有效的评价、分析问题所在，带来了极大的经济损失和能源浪费。
目前兰炭产品标准有两个：一个是参考标准，即YB/T034-1992《铁合金用焦炭》；一个是国标，即GB/％25211-2010《兰炭产品技术条件》。在《铁合金用焦炭》标准中虽没有强度指标，但从铁合金焦的来源就可知道其大体强度范围。《兰炭产品技术条件》标准中没有强度指标是受上述第一个标准的影响，目前还空缺评价兰炭机械强度的方法。
中国发明专利CN102455308B公开了块煤机械强度试验的试验方法，具体为目前块煤机械强度试验方法:取5kg粒度为20～31.5mm块煤样品,在1/5米库姆转鼓中转100转后,筛分计算10mm以上和2mm以下占入转鼓量的百分率,分别表示为MS+10和MS-3。块煤机械强度的另外一种评价方法是落下试验，取2kg大于15mm块煤样品，经过5米4次落下，筛分计算小于6mm百分比例；但是以上两种方法取样较多，不便于大生产中现场应用，且方法精密度不够高，有待进一步改进。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种硅铁生产用兰炭机械强度的测定方法，该方法重复性好精密度高，取样简单，便于大生产现场应用。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种兰炭机械强度测定方法，步骤为：
S1：取兰炭原料样品，筛分，得8-13mm的兰炭样品；
S2：测试：
(1)分别称取等质量的兰炭样品置于球磨装置1和球磨装置2中，分别记作m总-1、m总-2，并在球磨装置1和球磨装置2中放入磨球；
(2)设置球磨装置自转速度为280-300r/min，公转与自转的转速比为1：1-4，开始球磨；
(3)球磨结束后，将球磨后兰炭样品筛分，称量球磨后8-13mm的样品质量，记作m8-1、m8-2；
S3：结果计算如下：
兰炭的机械强度按下式计算：
式中：
R8——粒度为8～13mm所占比率；
m总-1——球磨装置1放入兰炭样品的总质量；
m总-2——球磨装置2放入兰炭样品的总质量；
m8-1——球磨装置1处理后8～13mm的样品质量；
m8-2——球磨装置2处理后8～13mm的样品质量；
以R8数值作为兰炭机械强度表征。
优选地，所述的R8数值相对标准偏差(RSD)小于10％。
优选地，所述自转为顺时针转动，所述公转为360度顺时针翻转。
优选地，所述球磨结束为球磨4-6min后，停止球磨。
优选地，所述步骤还包括在S1步骤之前进行取样，所述取样包括如下操作：首先从兰炭原料堆中至少4个不同部分各取样600g以上的兰炭，混合均匀得混合物，然后将混合物卸落为椎体，最后围绕条状锥体高度2/3至1/2处进行取样，内外各取至少2个点，得兰炭原料样品。
优选地，所述取样时用冰铲插入料堆，每冰铲取样量300-400g，取样时避免选取有浇水现象的兰炭。
优选地，所述S1步骤包括：取兰炭原料样品1500-1600g，筛分选取8～13mm的样品，缩分至280-320g备用。
优选地，S2中所述称取等质量的兰炭样品为称取280-320g兰炭样品。
优选地，S2中所述称取等质量的兰炭样品为称取140-160g兰炭样品；所述磨球为氧化铝磨球，所述氧化铝磨球的数量为5-8个；优选地，所述磨球的直径为20mm。
优选地，所述S2的测试采用PL-2L球磨机，所述球磨装置1和球磨装置2为对位球磨罐。
优选地，所述PL-2L球磨机的传动比设定为0.38，公、自转总成翻转周期为0.8-1.2min。
优选地，在所述PL-2L球磨机启动时，设置加速时间为4-6s，加速速率从0.5Hz到50Hz；在PL-2L球磨机停止时，设定减速时间为4-6s，加速速率从50Hz到0.5Hz。
优选地，一种兰炭机械强度测定方法，步骤为：
S1：取样：人工方式采用冰铲取样，每车取4个点，每个点取2～3铲，总量不少于2500g，卸车后，围绕卸落原料的自然条状锥体高度2/3至1/2处进行取样，内外两侧各取2个点，取样时用冰铲刮去表层部位，平而深插入料堆，不可只取表层部分，取样时避免选取有浇水现象的兰炭；
S2：取兰炭样品1500g，筛分选取8～13mm的样品(不使用大块颗粒破碎至所需粒度)，缩分至300g备用；
S3：测试：
(1)接通PL-2L球磨机电源，并设置自转速度为300r/min，转速比(公转：自转)为1：2；
(2)分别准确称取150g(精确到0.1g)置于1#、2#对位球磨罐中，分别记作m总-1、m总-2，并在球磨罐中各放入7个直径为20mm的氧化铝磨球；
(3)确认转筒安装牢固，盖上保护罩，开启翻转按钮，点击RUN并开始计时；
(4)样品球磨5min后，点击STOP关闭球磨机，待转动停止时取出样品采用标准筛筛分，称量8～13mm的样品质量记作m8-1、m8-2；
四、结果计算：
兰炭的机械强度按下式计算，结果保留三位小数；
式中：
R8——粒度为8～13mm所占比率(1#、2#球磨罐平均值)；
m总-1——1#球磨罐放入样品的总质量；
m总-2——2#球磨罐放入样品的总质量；
m8-1——1#球磨罐处理后8～13mm筛余的质量；
m8-2——2#球磨罐处理后8～13mm筛余的质量；
以R8数值作为兰炭机械强度表征，R8越大，兰炭机械强度越高。
所述的PL-2L球磨机为卓的仪器设备(上海)有限公司制造的全方位行星式球磨机；
所述的PL-2L球磨机设置，加速时间为5s(从启动0.5Hz到50Hz的时间)，减速时间为5s(从启动50Hz到0.5Hz的时间)，传动比设定值为0.38，公、自转总成翻转周期为1min；
所述的R8数值相对标准偏差(RSD)小于10％。
本发明的PL-2L球磨机为全方位行星式球磨机，在一转盘上装有4个球磨罐，可同时测量两种兰炭的机械强度，当转盘转动时，球磨罐在绕转盘轴公转的同时又绕自身轴反向作行星式自转运动，罐中氧化铝磨球和兰炭在高速运动中相互碰撞、摩擦，达到粉碎、研磨样品的目的。而全方位行星式特有的整体三百六十度翻转功能，使得兰炭研磨的更均匀，研磨效果更好，并且还能有效的防止物料沉底和粘罐的发生。
本发明的PL-2L球磨机自转速度为280-300r/min，研究发现，在该范围转速条件下，测试不同兰炭样品机械强度的区分度比较明显，测试结果分布范围较宽，有利于区分不同兰炭机械强度的高低，且易于操作。当自转速度在小于280r/min或大于300r/min时，不同兰炭样品机械强度的区分度较小，测试结果分布范围较窄，不利于区分不同兰炭机械强度的高低；且自转速度大于300r/min时，兰炭样品易于发生粘罐现象。
本发明的兰炭粒度选取8～13mm，在该粒径条件下能较真实的反应小料兰炭强度。常规兰炭小料粒径为5～15mm，其中8～13mm为其主要分布。兰炭粒度小于8mm时，此时兰炭外壳剥落破碎的概率增加，易导致兰炭测试强度偏低，与实际机械强度值偏差较大；当兰炭粒度大于13mm时，同等条件下不利于区分兰炭强度。
本发明的兰炭样品球磨时间为4-6min，时间更短或更长，会导致兰炭强度下限偏高或上限较低，不利于区分不同兰炭机械强度的高低。
本发明的有益效果：
(1)区别于国标焦炭强度采用转鼓测试方法，本发明提供的硅铁生产用小料兰炭机械强度测定方法，简单、易行、快捷，具有取样量小，重复性好，自动化程度高，操作方便的特点，便于现场应用。
(2)通过本发明的测定方法，可以对兰炭的机械强度进行量化的评定，从而指导硅铁生产中还原剂的合理搭配，起到降耗、增产及提高硅铁质量的显著效益；
(3)测试结果可靠、测试重复性好，测试结果相对标准偏差(RSD)小于10％。
具体实施方式
以下提供本发明一种硅铁生产用小料兰炭机械强度测定方法的具体实施方式，但本发明不限于所提供的实施例。
实施例1
一种硅铁生产用小料兰炭机械强度测定方法，步骤为：
S1、取样：人工方式采用冰铲取样，神木县银通商贸有限公司兰炭每车取4个点，总量2700g，混合均匀得混合物，然后将混合物卸落为椎体，最后围绕条状锥体高度2/3至1/2处进行取样，内外各取2个点，得兰炭原料样品，取样时用冰铲刮去表层部位，平而深插入料堆，不可只取表层部分，取样时避免选取有浇水现象的兰炭；
S2、样品制备：取兰炭原料样品1500g，筛分选取8～13mm的样品，缩分至310g备用；
S3、测试：
(1)接通PL-2L球磨机电源，并设置自转速度为300r/min，转速比(公转：自转)为1：2；
(2)准确称取150.12g、150.05g兰炭样品分别置于1#、2#对位球磨罐中，分别记作m总-1、m总-2，并在球磨罐中各放入7个直径为20mm的氧化铝磨球；
(3)确认转筒安装牢固，盖上保护罩，开启翻转按钮，点击RUN并开始计时；
(4)样品球磨5min后，点击STOP关闭球磨机，待转动停止时取出样品采用标准筛筛分，称量8～13mm的样品质量记作m8-1、m8-2；
S4、结果计算：
兰炭的机械强度按下式计算，结果保留三位小数；
式中：
R8——粒度为8～13mm所占比率(1#、2#球磨罐平均值)；
m总-1——1#球磨罐放入样品的总质量；
m总-2——2#球磨罐放入样品的总质量；
m8-1——1#球磨罐处理后8～13mm筛余的质量；
m8-2——2#球磨罐处理后8～13mm筛余的质量；
以R8数值作为兰炭机械强度表征，R8越大，兰炭机械强度越高。
为了检验结果的准确性和重复性，本次检测21次。具体结果如下表：
实施例2
一种硅铁生产用小料兰炭机械强度测定方法，步骤为：
S1、取样：人工方式采用冰铲取样，神木县东源煤化工有限责任公司兰炭每车取4个点，每个点取2铲，总量2500g，混合均匀得混合物，然后将混合物卸落为椎体，最后围绕条状锥体高度2/3至1/2处进行取样，内外各取2个点，得兰炭原料样品，取样时用冰铲刮去表层部位，平而深插入料堆，不可只取表层部分，取样时避免选取有浇水现象的兰炭；
S2、样品制备：取兰炭原料样品1500g，筛分选取8～13mm的样品(不使用大块颗粒破碎至所需粒度)，缩分至285g备用；
S3、测试：
(1)接通PL-2L球磨机电源，并设置自转速度为280r/min，转速比(公转：自转)为1：2；
(2)分别准确称取140.00g、140.06g置于1#、2#对位球磨罐中，分别记作m总-1、m总-2，并在球磨罐中各放入8个直径为20mm的氧化铝磨球；
(3)确认转筒安装牢固，盖上保护罩，开启翻转按钮，点击RUN并开始计时；
(4)样品球磨4min后，点击STOP关闭球磨机，待转动停止时取出样品采用标准筛筛分，称量8～13mm的样品质量记作m8-1、m8-2；
S4、结果计算：
兰炭的机械强度按下式计算，结果保留三位小数；
式中：
R8——粒度为8～13mm所占比率(1#、2#球磨罐平均值)；
m总-1——1#球磨罐放入样品的总质量；
m总-2——2#球磨罐放入样品的总质量；
m8-1——1#球磨罐处理后8～13mm筛余的质量；
m8-2——2#球磨罐处理后8～13mm筛余的质量；
以R8数值作为兰炭机械强度表征，R8越大，兰炭机械强度越高。
为了检验结果的准确性和重复性，本检测重复21次。具体结果如下表：
实施例3
一种硅铁生产用小料兰炭机械强度测定方法，步骤为：
S1、取样：人工方式采用冰铲取样，神木县银泉煤化工有限公司兰炭每车取5个点，总量2800g，混合均匀得混合物，然后将混合物卸落为椎体，最后围绕条状锥体高度2/3至1/2处进行取样，内外各取3个点，得兰炭原料样品，取样时用冰铲刮去表层部位，平而深插入料堆，不可只取表层部分，取样时避免选取有浇水现象的兰炭；
S2、样品制备：取兰炭原料样品1600g，筛分选取8～13mm的样品(不使用大块颗粒破碎至所需粒度)，缩分至325g备用；
S3、测试：
(1)接通PL-2L球磨机电源，并设置自转速度为300r/min，转速比(公转：自转)为1：4；
(2)准确称取160.03g、160.09g兰炭样品分别置于1#、2#对位球磨罐中，分别记作m总-1、m总-2，并在球磨罐中各放入5个直径为20mm的氧化铝磨球；
(3)确认转筒安装牢固，盖上保护罩，开启翻转按钮，点击RUN并开始计时；
(4)样品球磨6min后，点击STOP关闭球磨机，待转动停止时取出样品采用标准筛筛分，称量8～13mm的样品质量记作m8-1、m8-2；
S4、结果计算：
兰炭的机械强度按下式计算，结果保留三位小数；
式中：
R8——粒度为8～13mm所占比率(1#、2#球磨罐平均值)；
m总-1——1#球磨罐放入样品的总质量；
m总-2——2#球磨罐放入样品的总质量；
m8-1——1#球磨罐处理后8～13mm筛余的质量；
m8-2——2#球磨罐处理后8～13mm筛余的质量；
以R8数值作为兰炭机械强度表征，R8越大，兰炭机械强度越高。
为了检验结果的准确性和重复性，本次检测21次。具体结果如下表：
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种兰炭机械强度的测定方法，其步骤包括：
S1：取兰炭原料样品，筛分，得8-13mm的兰炭样品；
S2：测试：
(1)分别称取等质量的兰炭样品置于球磨装置1和球磨装置2中，分别记作m总-1、m总-2，并在球磨装置1和球磨装置2中放入磨球；
(2)设置球磨装置自转速度为280-300r/min，公转与自转的转速比为1：1-4，开始球磨；
(3)球磨结束后，将球磨后兰炭样品筛分，称量球磨后8-13mm的样品质量，记作m8-1、m8-2；
S3：结果计算如下：
兰炭的机械强度按下式计算：
式中：
R8——粒度为8～13mm所占比率；
m总-1——球磨装置1放入兰炭样品的总质量；
m总-2——球磨装置2放入兰炭样品的总质量；
m8-1——球磨装置1处理后8～13mm的样品质量；
m8-2——球磨装置2处理后8～13mm的样品质量；
以R8数值作为兰炭机械强度表征；
所述球磨时间为4-6min。
2.根据权利要求1所述的兰炭机械强度的测定方法，其特征在于，所述的R8数值相对标准偏差RSD％小于10％；所述自转为顺时针转动，所述公转为360度顺时针翻转。
3.根据权利要求1所述的兰炭机械强度的测定方法，其特征在于，所述步骤还包括在S1步骤之前进行取样，所述取样包括如下操作：首先从兰炭原料堆中至少4个不同部分各取样600g以上的兰炭，混合均匀得混合物，然后将混合物卸落为椎体，最后围绕条状锥体高度2/3至1/2处进行取样，内外各取至少2个点，得兰炭原料样品。
4.根据权利要求3所述的兰炭机械强度的测定方法，其特征在于，所述取样时用冰铲插入料堆，每冰铲取样量300-400g，取样时避免选取有浇水现象的兰炭。
5.根据权利要求1所述的兰炭机械强度的测定方法，其特征在于，所述S1步骤包括：取兰炭原料样品1500-1600g，筛分选取8～13mm的样品，缩分至280-320g备用。
6.根据权利要求1所述的兰炭机械强度的测定方法，其特征在于，S2中所述称取等质量的兰炭样品为称取140-160g兰炭样品；所述磨球为氧化铝磨球，所述氧化铝磨球的数量为5-8个；所述磨球的直径为20mm。
7.根据权利要求1所述的兰炭机械强度的测定方法，其特征在于，所述S2步骤的测试采用PL-2L球磨机，所述球磨装置1和球磨装置2为PL-2L球磨机的对位球磨罐；在所述PL-2L球磨机启动时，设置加速时间为4-6s，加速速率从0.5Hz到50Hz；在PL-2L球磨机停止时，设定减速时间为4-6s，减速速率从50Hz到0.5Hz。
8.根据权利要求7所述的兰炭机械强度的测定方法，其特征在于，所述PL-2L球磨机的转动比设定为0.38，公、自转总成翻转周期均为0.8-1.2min。
9.一种根据权利要求1-8任意一项所述的兰炭机械强度的测定方法在硅铁生产中的应用。
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