CN112763298A - 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 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了检测铁矿石软熔性能的坩埚装料结构,包括:坩埚,放置于坩埚内的第一焦炭层、矿石层,第二焦炭层和第三焦炭层;所述第一焦炭层上设置有矿石层和第二焦炭层;在坩埚的径向方向上,所述坩埚的内壁与所述矿石层之间设置有第二焦炭层;所述矿石层和所述第二焦炭层上设置有第三焦炭层。本申请还提供了利用上述结构检测铁矿石软熔性能的检测方法。本申请通过在矿石层外侧添加了第二焦炭层作为外层,避免了炉料软熔后堵塞矿石层与石墨坩埚壁的间隙,从而堵塞煤气流上升的通道的问题。
Description
技术领域
本发明涉及高炉炼铁技术领域,尤其涉及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。
背景技术
高炉软熔带是铁矿石中铁氧化物逐渐被还原,铁矿石从固态向液态逐渐转变的区域。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、渣相化学成分和物相组成不断变化并成为液态滴落,矿石层的透气性逐渐恶化,对煤气流的阻力逐渐增大。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。
目前普通铁矿石软熔性能检测为高温荷重还原法,主要按照国家标准《铁矿石高温荷重还原软熔滴落性能测定方法》(GB/T 34211-2017)进行,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。不同的检测装置的石墨坩埚的尺寸、焦炭和铁矿石的重量、荷重压力并完全相同,但检测方法是一样的。
在高炉实际冶炼过程中,炉内软熔带形状如图1所示。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。虽然铁矿石软熔后,铁矿石颗粒间的空隙减少,甚至粘结一起,严重阻碍煤气流的上升,使此区域内煤气的压力损失增大。但在实际情况下,铁矿石软熔以后在上部荷重的作用下,可以向两侧延伸,并不会将其料层的煤气通道完全堵塞。而在目前的测定方法下,铁矿石在软熔以后,在上部荷重的作用下逐渐向外侧延伸,逐渐将料层与石墨坩埚壁的间隙完全堵塞,使煤气流的压力损失显著升高,这与实际情况存在较大差别,如图2~图4所示。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供检测铁矿石软熔性能的坩埚装料结构,该结构可避免炉料软熔后堵塞煤气流上升通道的问题。
有鉴于此,本申请提供了检测铁矿石软熔性能的坩埚装料结构,包括:坩埚,放置于坩埚内的第一焦炭层、矿石层,第二焦炭层和第三焦炭层;
所述第一焦炭层上设置有矿石层和第二焦炭层;
在坩埚的径向方向上,所述坩埚的内壁与所述矿石层之间设置有第二焦炭层;
所述矿石层和所述第二焦炭层上设置有第三焦炭层。
优选的,所述第一焦炭层的高度为10~20mm,所述第一焦炭层中的焦炭的粒度为5~12.5mm。
优选的,所述第二焦炭层的厚度为3~5mm,高度为50~70mm,所述第二焦炭层中焦炭的粒度为3~12.5mm。
优选的,所述矿石层的高度为50~70mm,所述矿石层中矿石的粒度为5~12.5mm。
优选的,所述第三焦炭层中焦炭的粒度≥所述矿石层中矿石的粒度,且粒度差不超过2.5倍。
优选的,所述第三焦炭层中焦炭的粒度为5~12.5mm。
本申请还提供了检测铁矿石软熔性能的方法,包括以下步骤:
按照上述所述的结构将第一焦炭层、矿石层、第二焦炭层和第三焦炭层装料;
在所述第三焦炭层上施加压头;所述压头的直径小于所述矿石层的直径;
采用滴落试验检测铁矿石软熔性能。
优选的,所述压头为石墨压头。
优选的,所述石墨压头的直径小于所述矿石层直径4~5mm。
本申请提供了检测铁矿石软熔性能的坩埚装料结构,其包括坩埚、放置于坩埚内的第一焦炭层、矿石层、第二焦炭层和第三焦炭层;本申请通过在矿石层外层增加了第二焦炭层,由此防止由于炉料软熔后堵塞矿石层和坩埚壁的间隙,从而堵塞煤气流上升的通道的问题,使得炉料软熔后煤气流正常上升,提高了铁矿石软熔性能检测的准确性。
附图说明
图1为本发明现有技术中高炉内软熔带分布示意图;
图2为本发明现有技术中软熔前石墨坩埚内焦炭和铁矿石的装料示意图;
图3为本发明现有技术中软熔过程中以及软熔后石墨坩埚内焦炭和铁矿石示意图;
图4为本发明现有技术中实际测定过程中软熔后的铁矿石外形示意图;
图5为本发明提供的检测方法的石墨坩埚装料结构示意图;
图6为按本方法检测的烧结矿的位移、压差和滴落物重量随温度变化的曲线图;
图7为按背景技术的方法检测的烧结矿的位移、压差和滴落物重量随温度变化的曲线图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明,下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述,但是应当理解,这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点,而不是对本发明权利要求的限制。
为了避免料层与坩埚壁的间隙完全堵塞,使煤气流的压力损失显著升高,进而影响铁矿石软熔性能检测准确性的问题,本申请首先提供了检测铁矿石软熔性能的坩埚装料结构,其通过在矿石层外增设第二焦炭层,在铁矿石熔化后煤气流自焦炭之间的孔隙逸出,不会造成煤气流上升的通道,进而避免了铁矿石软熔性能检测不准确的问题。具体的,本申请首先提供了检测铁矿石软熔性能的坩埚装料结构,包括:坩埚,放置于坩埚内的第一焦炭层、矿石层,第二焦炭层和第三焦炭层;
所述第一焦炭层上设置有矿石层和第二焦炭层;
在坩埚的径向方向上,所述坩埚的内壁与所述矿石层之间设置有第二焦炭层;
所述矿石层和所述第二焦炭层上设置有第三焦炭层。
在本申请所述坩埚装料结构中,所述第一焦炭层位于最底层,所述第二焦炭层和所述矿石层位于中间层,所述第三焦炭层位于顶层,且所述第二焦炭层设置于所述矿石层周围。
在本申请中,所述第一焦炭层的高度为10~20mm,所述第一焦炭层中焦炭的粒度可以为常见的10~12.5mm,可以为其他粒度,但不宜过小,还可以为5~8mm或8~10mm。所述第二焦炭层的厚度为3~5mm,高度为50~70mm,所述第二焦炭层中焦炭的粒度为3~12.5mm;所述矿石层的高度为50~70mm,所述矿石层中矿石的粒度为5~12.5mm;所述第二焦炭层的高度和所述矿石层的高度相同,按照国家标准的要求,所述矿石层的高度为70mm,所述第二焦炭层的高度同样为70mm,根据不同测定设备的实际不同,其恒温带高度不同,所述恒温区为50mm,矿石层高度为50mm,同样所述第二焦炭层的厚度为50mm。所述第二焦炭层中焦炭的粒度和所述矿石层中矿石的粒度可以为10~12.5mm,可以为其他粒度,如可以为3~5mm或5~8mm或8~10mm。
所述第三焦炭层中焦炭的粒度可以与矿石层中矿石的粒度相同,如同为10~12.5mm、5~8mm或8~10mm,也可以比矿石层的矿石的粒度更大,但不能比矿石的粒度小,但粒度差不宜超过2.5倍。如矿石层的矿石的粒度为3~5mm,第三焦炭层的焦炭粒度可以为3~5mm或5~8mm,但不宜为8~10mm或10~12.5mm;如矿石粒度为5~8mm,焦炭粒度可以为5~8mm或10~12.5mm;如矿石粒度为10~12.5mm,焦炭粒度则为10~12.5mm。矿石或焦炭的粒度进一步增大,不适宜于在目前通用的实验设备上在实验室进行软熔性能的测定。
本申请上述坩埚装料结构的制备过程具体为:首先在石墨坩埚内装入焦炭,并铺平,形成第一焦炭层;然后以厚度约1mm的金属片制作不同直径和高度的圆筒,此金属片可以为金属钼片或铁片以其它延展性较好的材料,但其厚度不宜超过2mm;根据盛装试样的石墨坩埚的内径,此金属圆筒的外径距石墨坩埚的内壁约3~5mm;将此圆筒放在第一焦炭层上,在其中装入一定数量的矿石,形成矿石层;然后在金属外筒的外侧放置相同高度的焦炭,形成第二焦炭层,此焦炭层的高度和圆筒内的矿石层的高度相同;当此层焦炭和矿石盛装完成后,用钳子将金属薄片圆筒缓慢夹出;然后,在此内部为铁矿石、外部为焦炭的层上放置焦炭,形成第三焦炭层。
本申请还提供了利用上述坩埚装料结构检测铁矿石软熔性能的方法,包括以下步骤:
按照上述结构将第一焦炭层、矿石层、第二焦炭层和第三焦炭层装料;
在所述第三焦炭层上施加压头;所述压头的直径小于所述矿石层的直径;
采用滴落试验检测铁矿石软熔性能。
在本申请中,所述压头优选为石墨压头,所述石墨压头的直径比矿石层直径或金属圆筒内径小5mm;如矿石层直径为5.5mm,则石墨压头直径为5mm;如矿石层直径为5mm,则石墨压头直径为4.5mm;如此,当矿石层软熔后,上部施加的荷重以后,石墨压头才能随软熔的炉料下移。
为了进一步理解本发明,下面结合实施例对本发明提供的按照本申请坩埚装料方法检测铁矿石软熔性能的方法进行详细说明,本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
按背景技术中的方法检测时,焦炭和烧结矿粒度均为10~12.5mm,上下层焦炭均为40g,烧结矿粒度10~12.5mm、重量500g。
首先在石墨坩埚内装入40g、粒度为10~12.5mm的焦炭,并铺平;再以厚度约1mm的金属片制作不同直径和高度的圆筒,根据盛装试样的石墨坩埚的内径,此金属圆筒的外径距石墨坩埚的内壁约3~5mm;将此圆筒放在此焦炭层上,装入200g、高度70mm、粒度为10~12.5mm的矿石;然后金属外筒的外侧放置相同高度的粒度为10~12.5mm的焦炭,此焦炭层的高度与圆筒内矿石的高度相同;当此层焦炭和矿石盛装完成后,用钳子将金属薄片圆筒缓慢夹出;最后在此内部为铁矿石、外部为焦炭的层上放置粒度为10~12.5mm的焦炭40g;
将焦炭层上放置石墨压头,石墨压头的直径比矿石层直径小5mm,当矿石层软熔后,上部施加的荷重以后,石墨压头才能随软熔的炉料下移,具体结构如图5所示。
检测过程中,煤气成分和流量以及升温控制程度可以与目前国家标准的方法相同,也可以按各企业自身的实际情况自行确定,如表1所示,但只要按同一标准,即具有作为实用价值的对比性。
表1滴落试验升温程序和气体流量数据表
某一成分的烧结矿按新方法检测的料柱压差、位移和滴落物重量随温度变化的曲线如图6所示,按原方法检料柱压差、位移和滴落物重量随温度变化的曲线如图7所示。
根据检测的曲线,检测结果如表2所示。
表2不同检测方法烧结矿软熔性能
表2中本方法中的压差明显低于原方法;
T10为试样软化开始温度,指料柱高度收缩10%时的温度;
T40为软化终了温度,指料柱高炉收缩40%时的温度;
Tm为压差徒升温度压差,本方法中指烧结矿压差刚开始升高时的温度,原方法中指压差为0.98kPa时温度;
TΔPmax为压差最高时的温度;
Td为开始试样开始滴落温度,在本试验中当滴落的试样质量达到20g时表示试样开始滴落;
T1为软化温度区间;
T2为软熔温度区间;
T3为熔融温度区间;
ΔPmax为最高压差,kPa;
H为滴落带厚度,指Tm与Tm时料柱位移之差,mm。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.检测铁矿石软熔性能的坩埚装料结构,包括:坩埚,放置于坩埚内的第一焦炭层、矿石层,第二焦炭层和第三焦炭层;
所述第一焦炭层上设置有矿石层和第二焦炭层;
在坩埚的径向方向上,所述坩埚的内壁与所述矿石层之间设置有第二焦炭层;
所述矿石层和所述第二焦炭层上设置有第三焦炭层。
2.根据权利要求1所述的坩埚装料结构,其特征在于,所述第一焦炭层的高度为10~20mm,所述第一焦炭层中的焦炭的粒度为5~12.5mm。
3.根据权利要求1所述的坩埚装料结构,其特征在于,所述第二焦炭层的厚度为3~5mm,高度为50~70mm,所述第二焦炭层中焦炭的粒度为3~12.5mm。
4.根据权利要求1所述的坩埚装料结构,其特征在于,所述矿石层的高度为50~70mm,所述矿石层中矿石的粒度为5~12.5mm。
5.根据权利要求1所述的坩埚装料结构,其特征在于,所述第三焦炭层中焦炭的粒度≥所述矿石层中矿石的粒度,且粒度差不超过2.5倍。
6.根据权利要求5所述的坩埚装料结构,其特征在于,所述第三焦炭层中焦炭的粒度为5~12.5mm。
7.检测铁矿石软熔性能的方法,包括以下步骤:
按照权利要求1~6任一项所述的结构将第一焦炭层、矿石层、第二焦炭层和第三焦炭层装料;
在所述第三焦炭层上施加压头;所述压头的直径小于所述矿石层的直径;
采用滴落试验检测铁矿石软熔性能。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述压头为石墨压头。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述石墨压头的直径小于所述矿石层直径4~5mm。
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