CN113418830A - 一种铁矿石烧结液相粘结效果的评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铁矿石烧结液相粘结效果的评价方法，包括如下步骤：配料成型、试样称重、微型烧结、烧结产品称重、烧结产品转鼓实验；得到液相粘结范围BA＝m1/m0；液相粘结强度BS＝m2/m1。本发明使用竖式管炉并配套进样导轨和气氛控制系统进行测试，该设备升降温速度快、可模拟实际烧结升降温过程，气氛可控。本方法具有实验条件与实际烧结过程高度契合、测试过程简便、测量结果准确可靠、可重复性好等优点。

Description

一种铁矿石烧结液相粘结效果的评价方法
技术领域
本发明属于高炉炼铁中的烧结技术领域，尤其涉及一种铁矿石烧结液相粘结效果的评价方法。
背景技术
烧结是细粒铁矿入炉前的预处理工序之一，烧结矿质量严重影响高炉生产效率。液相的粘结效果是保证烧结质量的关键性因素，不同原料、不同工艺参数下所产生的液相各不相同，其粘结效果也不一致，通过优化配矿技术和生成工艺参数获取良好的液相粘结效果对于烧结生产意义重大。然而，目前尚无一个合理的评价液相粘结效果的方法，前人在这方面所做的相关工作详述如下：
方法一：将铁矿粉磨细加入熔剂压制成混合料团块、0.25-1mm铁矿石与有机粘结剂混合压制成铁氧化物团块，将混合料团块置于铁氧化物团块的孔中，在不同温度和时间下加热，查看液相向铁氧化物团块中的渗透深度，以液相渗透深度评价液相粘结特性。该方法并未考虑液相的粘结强度，仅考虑渗透深度也不能说明液相的粘结范围。
方法二：将铁矿粉细磨后与熔剂混合压制成型，在其上下各放置压好的铁矿粉圆片，焙烧后用万能压力试验机测试样品在特制凹槽上的剪切强度，得到其强度特征数。此方法从力学角度考虑了粘结相的粘结强度，但测试过于繁琐，未考虑铁矿粉圆片自身强度对测试结果的影响，且得到的结果并不能表示烧结产品在转运过程中的抗冲击能力。
方法三：将Fe2O3纯试剂压制焙烧成型制成高强度的基片，将粘结相团块置于两个基片的搭接处，加热熔化粘结相，粘结两个基片，冷却后用万能压力试验机测粘结相的剪切强度，得到最大载荷F，并结合粘结面积计算粘结相强度R。此方法从力学角度考虑了粘结相的粘结强度，测试结果为剪切应力，采用高强度基片避免了基片强度对测试结果的干扰，但测试过于繁琐，基片强度与实际烧结铁矿不相符，且得到的结果并不能表示烧结产品在转运过程中的抗冲击能力。
综上，目前相关测试研究方法均具有一定的不足之处，其测量结果和评价体系对实际烧结的指导意义不足。因此，发明一种全新的、科学的、更加符合实际烧结过程条件的液相生成特性的测量方法具有十分重要的意义。
发明内容
本发明旨在突破现有测定方法难以完全模拟实际烧结气氛、传热、传质条件等难题，提供一种贴合实际烧结过程条件、快速测量、结果准确的铁矿石烧结液相粘结效果的评价方法。同时本发明所得数据可以指导预估混合矿的性能。
为解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案：
本发明一种铁矿石烧结液相粘结效果的评价方法，其测定过程包括如下步骤：
矿粉筛分：筛选出-0.5mm部分矿粉；
配料成型：将-0.5mm部分矿粉与熔剂、酒精混合均匀，压制成型后干燥；
试样称重：将干燥好的试样称重，得m0；并安放在平整的刚玉球堆表面；
模拟烧结：采用竖式管炉配套进样导轨按照烧结升温制度和气氛控制制度对试样和刚玉球堆进行模拟烧结；
烧结产品称重：对烧结冷却后的产品进行称重，得质量m1；
烧结产品转鼓实验：对烧结产品进行转鼓实验，试验后进行筛分，称量筛上产品重量，得m2。
作为优选方案；本发明一种铁矿石烧结液相粘结效果的评价方法，熔剂选自氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙中的至少一种，配入量以CaO含量计外配10～40wt％。
作为优选方案；本发明一种铁矿石烧结液相粘结效果的评价方法，按每10g细矿粉配取0.8-1.2mL水的比例，配入水。
作为优选方案；本发明一种铁矿石烧结液相粘结效果的评价方法，成型压力为5-50MPa、优选为5-15MPa，试样大小为φ10*4mm。
作为优选方案；本发明一种铁矿石烧结液相粘结效果的评价方法，刚玉球大小为1～3mm，铺平后振实。
作为优选方案；本发明一种铁矿石烧结液相粘结效果的评价方法，所采用测试设备包括竖式炉并配套进样导轨和气氛控制系统，样品升降温速率的控制范围为0～30℃/s、优选为0～20℃/s，竖式管炉更利于控制炉内气氛。所述竖式炉内设有竖直的导轨、测温装置、进气系统、样品承载台；所述样品承载台水平设置且与导轨相连；所述导轨与驱动装置相连；在驱动装置的驱动下，实现样品承载台的上升或下降。所述承载台上放置刚玉容器所述刚玉容器内铺设有刚玉球。
在工业上应用时，测温装置一般为测温热电偶、进气系统一般为进气管，而且进气管的数量根据实际需求进行控制，1-3根均可以。样品承载台优选为耐高温材质且不与矿发生剧烈反应。优选为刚玉。通过本发明的设计，可以采用简单的设备实现样品的快速升温，和更为敏捷的气氛控制；这使得本方法在温度、气氛控制上均更加贴合实际烧结过程，且操作简单，所得到的结果更加契合实际烧结过程铁矿的液相粘结效果。进而加大增加了本发明实验数据的科学性，
作为优选方案；本发明一种铁矿石烧结液相粘结效果的评价方法，气氛制度与烧结过程相同，温度1000℃以下控制气氛为10～16％O2，6～12％CO2，78％N2；温度1000℃以上控制气氛为0～4％O2，18～22％CO2，78％N2；冷却时气氛为空气气氛；本发明采用上述气氛控制制度，是为了确保获得的数据尽可能的贴近于工业生产。
作为优选方案；本发明一种铁矿石烧结液相粘结效果的评价方法，升温时，在100℃以下采用的升温速率为0.5-2℃/s、在100℃～1000℃采用的升温速率为5-20℃/s、在1000℃以上1200℃采用的升温速率为1-3℃/s；在1200℃～测试的最高温度采用的升温速率为0.5-3℃/s；降温速率为0.5-20℃/s；本发明采用上述升温制度，是为了确保获得的数据尽可能的贴近于工业生产。
作为优选方案；本发明一种铁矿石烧结液相粘结效果的评价方法，将烧结产品与刚玉球按质量比0.7-1g：200g的比例；一起放入转鼓中，以25r/min转速转8min。按照上述比例配入刚玉球可以模拟大量烧结矿在运输过程中相互之间的冲击作用。
作为优选方案；本发明一种铁矿石烧结液相粘结效果的评价方法，所述加入转鼓的刚玉球尺寸为10-15mm。
作为优选方案；本发明一种铁矿石烧结液相粘结效果的评价方法，转鼓为内直径130mm、内长度200mm的钢制圆筒，器壁厚大于5mm，转鼓内壁有两条沿轴向对称配置的钢制提料板，其长200mm、宽20mm、厚2mm，转鼓一端封闭，另一端用密封盖密封，可以打开。
作为优选方案；本发明一种铁矿石烧结液相粘结效果的评价方法，筛分所用筛子为2mm方孔筛。
作为优选方案；本发明一种铁矿石烧结液相粘结效果的评价方法，液相粘结范围BA＝m1/m0；液相粘结强度BS＝m2/m1。
本发明一种铁矿石烧结液相粘结效果的评价方法，获取不同单矿的BA、BS；用单矿的BA、BS通过计算预测混合矿的液相粘结范围和液相粘结强度。
在本发明中，单矿是指成分相同的矿物。混合矿液相粘结范围和液相粘结强度的计算公式如下：
Figure BDA0003125575460000051
式中：BA混为混合矿的液相粘结范围；
BAi为单矿的液相粘结范围；
αi为单矿的配入比例；
Figure BDA0003125575460000061
式中：BS混为混合矿的液相粘结强度；
BSi为单矿的液相粘结强度；
αi为单矿的配入比例；
利用单矿的液相粘结范围和粘结强度以及单矿的配入比例，通过加权求和得到混合矿的液相粘结范围和粘结强度。
与其他同类方法相比，本方法在温度、气氛控制上均更加贴合实际烧结过程，且操作简单，所得到的结果更加契合实际烧结过程铁矿的液相粘结效果。同时本发明所得数据可以指导预估混合矿的性能。
附图说明
图1为测试设备示意图；
图2为测试过程升温和气氛制度；
图3为烧结杯试验结果与本评价方法的对比。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，本发明利用竖式管炉并配套进样导轨和气氛控制系统、电子天平和转鼓筛分系统实现铁矿石液相粘结效果测定，竖式管炉并配套进样导轨和气氛控制系统包括竖式管炉、气氛控制系统、进气管、进样导轨、导轨电机、测温热电偶、温度-进样控制系统，刚玉容器盛满刚玉球、样品放在铺平的刚玉球上，测试时随样品一起进炉模拟烧结。
一种铁矿石烧结液相粘结效果的评价方法，其测定过程包括如下步骤：
矿粉筛分：筛选出-0.5mm部分矿粉；
配料成型：将-0.5mm部分矿粉与氢氧化钙熔剂、水混合均匀，熔剂加入量为20wt.％，水加入8wt.％，压制成型后干燥(压制条件：压力为10MPa，保压1min，团块尺寸为φ10*4mm，在120℃烘箱中干燥2h)；
试样称重：将干燥好的试样称重，得m0；并安放在平整的刚玉球堆表面；
模拟烧结：采用竖式气氛控制炉配套进样导轨按照烧结升温制度和气氛控制制度(如图2所示)对试样和刚玉球堆进行模拟烧结；
烧结产品称重：对烧结冷却后的产品进行称重，得质量m1；
烧结产品转鼓实验：对烧结产品进行转鼓实验，将200g直径10毫米的刚玉球与烧结产品放入转鼓中，以25r/min转速转300转，转鼓后用2mm方孔筛进行筛分，称量筛上产品重量，得m2；
液相粘结范围BA＝m1/m0；液相粘结强度BS＝m2/m1。
液相粘结范围的物理意义：单位重量粘附粉烧结条件下可粘结的矿颗粒重量；
液相粘结强度的物理意义：模拟烧结样品受冲击后大于2mm部分的重量，用于表征粘结相的抗冲击能力；
以下结合具体实施例对本发明作详细说明。
实施例：
按照上述步骤，以1种褐铁矿粉矿和2种磁铁矿精粉为例，测定铁矿石烧结液相粘结效果，图2为本次实验采用的升温制度和气氛条件。单矿的化学成分如表1所示，测试结果见表2，本方法重复试验的误差较低。三种矿中矿B的液相粘结范围和粘结强度最好，本方法可以有效区分出不同矿种的液相粘结范围和粘结强度。
表1铁矿化学成分
矿种 TFe FeO SiO<sub>2</sub> CaO MgO Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> LOI
矿A 65.82 1.54 1.40 0.09 0.06 1.30 3.01
矿B 63.99 29.47 5.30 1.79 0.58 0.19 1.61
矿C 62.37 25.09 10.54 0.16 0.30 0.93 0.97
表2铁矿石烧结液相粘结效果实验
Figure BDA0003125575460000081
以下结合混合矿烧结杯试验详细说明本发明测试结果对不同配比混合矿烧结性能的指导性。
对比例：
表3铁矿烧结配矿表与计算的混合矿液相粘结范围、粘结强度
配矿方案 矿A 矿B 矿C 计算的液相粘结范围 计算的液相粘结强度
方案一 50 50 0 1.94 0.870
方案二 40 50 10 1.77 0.859
方案三 30 50 20 1.59 0.848
表3中计算的液相粘结范围、计算的液相粘结强度是根据表2所得实验结果的平均值，代入到公式(1)、(2)计算得到。
表4烧结指标结果
配矿方案 成品率/％ 转鼓强度/％
方案一 70.02 70.13
方案二 62.49 66.93
方案三 58.32 65.44
烧结杯试验配矿方案和利用公式(1)、(2)计算的液相粘结范围、粘结强度如表3所示。固定烧结矿碱度为1.90，返矿外配30wt.％，燃料外配量5.3wt.％，在相同烧结条件下，烧结杯试验结果如表4所示；成品率是表征烧结生产时液相粘结范围的指标，而烧结矿的转鼓强度是表征烧结产品抗冲击能力是指标；单矿的液相粘结范围和液相粘结强度在一定程度上可以反映其混合后的烧结产品性能。
图3展示了烧结杯实验结果与利用单矿液相粘结范围、粘结强度结果计算的混合矿液相粘结范围、粘结强度的关系，其具有良好的线性关系，说明利用单矿液相粘结范围、粘结强度结果计算的混合矿液相粘结范围、粘结强度可以反应混合矿的烧结性能。本方法是一种快速、经济、可靠的评价混合矿烧结性能的办法。
上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种铁矿石烧结液相粘结效果的评价方法，其特征在于，包括如下步骤：
矿粉筛分：筛选出-0.5mm粒级矿粉；
配料成型：将-0.5mm粒级矿粉与熔剂、水混合均匀，压制成型后干燥；
试样称重：将干燥好的试样团块称重，得m0；并安放在平整的刚玉球堆表面；
模拟烧结：按照烧结升温制度和气氛控制制度对试样和刚玉球堆进行模拟烧结；
烧结产品称重：对烧结冷却后的产品进行称重，得质量m1；
烧结产品转鼓实验：对烧结产品进行转鼓实验，试验后进行筛分，称量筛上产品重量，得m2；
测试样品的液相粘结范围BA＝m1/m0；测试样品的液相粘结强度BS＝m2/m1。
2.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于：
熔剂选自氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙中的至少一种，配入量以CaO含量计外配10～40wt％；
按每10g矿粉配取0.8-1.2mL水的比例，配入水。
3.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于：成型压力为5-50MPa，试样大小为φ10*4mm。
4.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于：所采用测试设备中的烧结设备包括竖式炉并配套进样导轨和气氛控制系统，样品升降温速率的控制范围为0～30℃/s，所述竖式炉内设有竖直的导轨、测温装置、进气系统、样品承载台；所述样品承载台水平设置且与导轨相连；所述导轨与驱动装置相连；在驱动装置的驱动下，实现样品承载台的上升或下降。所述承载台上放置刚玉容器所述刚玉容器内铺设有刚玉球；刚玉球大小为1～3mm，铺平后振实。
5.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于：气氛制度与烧结过程相同，1000℃以下控制气氛为10～16％O2，6～12％CO2，78％N2；1000℃以上控制气氛为0～4％O2，18～22％CO2，78％N2；冷却时气氛为空气气氛。
6.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于：升温时，在100℃以下采用的升温速率为0.5-2℃/s、在100℃～1000℃采用的升温速率为5-20℃/s、在1000℃以上1200℃采用的升温速率为1-3℃/s；在1200℃～测试的最高温度采用的升温速率为0.5-3℃/s；降温速率为0.5-20℃/s。
7.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于：将烧结产品与刚玉球按质量比0.7-1：200g的比例；一起放入转鼓中，以25r/min转速转8min；所述加入转鼓的刚玉球尺寸为10-15mm。
8.根据权利要求7所述的测定方法，其特征在于：转鼓为内直径130mm、内长度200mm的钢制圆筒，器壁厚大于5mm，转鼓内壁有两条沿轴向对称配置的钢制提料板，其长200mm、宽20mm、厚2mm，转鼓一端封闭，另一端用密封盖密封，可以打开。
9.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于：筛分所用筛子为2mm方孔筛。
10.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于：获取不同单矿的BA、BS；用单矿的BA、BS通过计算预测混合矿的液相粘结范围和液相粘结强度。
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