CN1811374A - 用于分析含铁的可还原性材料的样品的强度的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于分析含铁的可还原性材料的测试样品(A)的强度的方法，期间使用了一种具有可相对移动的第一器件和第二器件的装置，分别都具有彼此面对的接触面(8、13)。该方法包括如下步骤：a)将测试样品安置于接触面(8、13)之间；b)连续减少接触面(8、13)之间的距离；c)在接触面(8、13)之间压缩测试样品(A)，同时收集测量值，所述测量值至少包括施加在所述样品(A)上的力；d)将测量值存储在存储器中；e)增加接触面之间的距离；和f)移去被压缩的测试样品。本发明还包括一种用于实施该方法的装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于分析含铁的可还原性材料的测试样品的强度的方法和实施该方法的装置。
背景技术
通常情况下，通过在鼓风炉中还原氧化铁或通过其在直接还原炉中直接还原而提取精炼铁。将球形氧化铁与一种还原气体接触，从而，氧化铁被还原成铁水形式的精炼铁，或如所知的海绵铁。在直接还原过程中，还原气体的温度大约是800-950℃。如果小球在还原过程中裂解，则氧化铁与还原气体的接触就更加困难，导致操作不均和生产率降低。由于这个原因，希望得到匀质和高强度的小球。在这里，术语“球粒(pellet)”用于表示由还原性材料组成的个体，该材料含有细碎物料附聚物形式的铁。在小球的制造过程中，将已研磨成适当大小的化学纯的铁矿石富集物与一种添加剂混合，并随后将混合物过滤以生成湿的纤维滤饼。纤维滤饼的湿度通常在重量比为8到9％的范围内。将湿滤料与一种粘结剂混合并用已知方法轧制，例如，利用滚筒或滚盘以制成生球(raw pellet)，通称为生球团(green pellet)，具有约10-15mm的直径。通过在升高的温度下烘干对生球作进一步的处理，以随后在高温下烧结成硬球。
潮湿的生球不牢固，且通常具有大约10N/球的耐压强度。强度低意味球粒易碎。在将生球供给到制粒机器前，通过筛分分离出碎裂的球粒，但是生球也可能在筛分后碎裂。在形成球的过程中，减少处于生球床(bedof raw pellets)中的气体渗透能力的方法以及接下来的包括干燥过程和氧化过程的方法(如果铁矿石富集物是磁铁矿的话)不能以有效均质的方式进行。此外，生球是可塑性的，也就是说，它们可以通过加压变形，并且这进一步减少了生球床的渗透力，这是因为变形的球粒将封闭在具有高强度的球之间形成的空间，并且气体将通过该空间。
当干燥湿的生球时，粘结剂和其它任何溶解的或细碎的物料聚集在作为生球成分的颗粒之间的接触点处。这产生新的联结，从而，当使用粘结剂时，干燥的生球显示强度增加，典型地在20-60N/球的范围内。
如果铁矿石富集物是磁铁矿，则在成粒过程中生球被氧化成赤铁矿。在作为生球成分的颗粒之间形成更多的接触点，从而，耐压强度典型地达到大约500-800N/球粒，尽管其它值也可能升高。
在烧结后，其通常在大约1300℃下进行，烧结球粒获得超过2000N/球的耐压强度。为获得强度高并且均匀的球粒，有几个重要的原因。除了在上述还原过程中的影响之外，在运输过程中的处理强度也很重要。球粒最终的强度在很大程度上取决于在制粒过程开始时生球的强度。
不同的湿度、起始材料的细度、粘结剂的用量和混合过程中的条件是获得不同强度的参数的实例。生球和球粒的强度较高意味着可以以较高的容量实施制粒过程。在运输中产生少量粉矿，并且还原过程的生产率将更高。对于均匀高质量的球粒的需求增加，并且这意味着在球粒质量和生球性质之间的反馈甚至变得更加重要。为了确定在铁提取过程中使用的最终球粒的强度，在球粒产品中进行随机取样。随机取样也用于其它不同类型的检测。然而，对于非烧结球粒和对于湿的和干的生球的检测方法并非可靠，并且由于该原因，需要一种高效可靠的检测方法。
用于检测测试样品的硬度的装置早已公知。检测湿生球的一种常用方法就是将生球从一预定高度落下多次。生球从该高度落下并不碎裂的次数就是测试结果。这种方法的弊端是该结果依赖于进行该测试的人，即结果可能受实施该检测的人的无意影响。
一种用于检测湿的和干的生球和球粒的装置可设计成这样一种方式，就是通过活塞施加不断增加的力直至生球或球粒碎裂而将生球或球粒压碎。在碎裂时手工地在仪表上或者自动地读数，作为球粒直径已减少某百分比前的最大值。将读出的力值记录入表中。这样做的弊端是没有记录在整个压力施加过程中所使用的力，并且由于这个原因，只能获得在整个加压过程中的最大力信息。已经证明的情况是一旦在生球或球粒中开始出现裂纹信息时，最大力值可能会上升，并因此以这种方式产生有关强度的错误图象。目视读数不准确，并且依赖于执行人。这种装置的另一弊端就是其以这样一种方式设计成必须每次手工地插入不牢固的湿和干生球。
如果湿滤料可以给出一个最佳湿度，则证明在轧制过程中即在形成生球的过程中，有足够快速的增长、所形成的生球的最大强度和足够高的可塑性，从而使之能经受住处理，并且这对于接下来的制球过程具有主要意义。
发明内容
为此，本发明的一个目的就是提供一种装置和方法，用于分析含有铁的可还原性材料的测试样品的性质，其以生球和球粒的形式含有烧结和非烧结形式的铁，并且提供一个后续报告。
这些目的通过一种方法和用于实施该方法的装置实现，其具有在下述权利要求书中限定的性质和特征。
附图说明
参照附图，以下将描述选作为示例的具体实施方式，其中，
图1显示了根据本发明的压力装置，和
图2显示了图1中的去除外壳的压力装置。
具体实施方式
在图1中显示的装置包括压力装置1，用于可还原性材料的测试样品A，其含有生球形式的铁，也就是湿的或干的生球，或烧结过的球粒。压力装置1包括框架2，具有作为底部的基底3。外壳4设置成以一对彼此相隔一定距离基本垂直的壁5和后板6的形式罩在框架2外。外壳4设有开口7，用于将压力装置1与控制和记录装置连接，例如以计算机、PLC或类似物的形式(图中未示出)。
如图2中所示，在垂直壁5之间设置第一器件，具有以压力器件8的形式出现的接触面，在控制下，压力器件8可以在第一缩回末端位置和第二延伸位置之间移动。该压力器件例如包括活塞或冲压机，其具有的力适合于本申请的领域。当检测生球时，使用处于0-100N范围内的力，然而，当检测烧结球时，选择检测的区域，使最大力在100-3300N之间。在优选的实施例中，将压力器件8的速度设置在2-50mm/min之间，并且将压力器件8位移的距离设为100mm。所述的速度和距离通过一个电动的、液压的或气压的发动机9进行调整，并且它们经过传感器由所述的计算机控制。
接触式传感器11设置在压力器件(pressure device)8的自由端，位于其接触表面10上，并希望该接触式传感器记录球粒A的表面与压力器件8之间的接触。为了使施压所用的时间最短，可以在两个或更多个不同的速度下依次驱动压力器件。对压力器件从其上末端在朝向测试样品的方向快速向前进料。在接触式传感器与测试样品接触之前结束快速进料，于离预定的末端位置一定距离处。接触式传感器用于测量测试样品的直径，在接触式传感器与测试样品进行接触时读出其直径。外壳4还设有通向第二器件的开口12，第二器件设置在基底3上，具有例如平台形、盘形元件的形式的接触面13。这个元件能够旋转，优选在水平面内旋转。
盘(disk)13在其面向压力器件8的表面14上有多个凹陷或孔洞15，希望将测试样品A以保持间隔的方式置于其中。凹陷15围绕盘13的外缘对称设置，彼此间隔相同的距离。在这个实施例中，凹陷15的数目是20，但是必须明白，凹陷的数目可以更多或更少。凹陷15具有的尺寸可以容纳直径在1-30mm范围内优选在5-15mm范围内的测试样品。如果凹陷具有碗状形式则是有利的，测试样品可借此在展开期间以一种简单的方式朝向凹陷中心移动。在另一个实施例中，将盘设计成具有围绕凹陷的连续壁或凸缘。凸缘的任务是防止当测试样品碎裂时灰尘和碎屑扩散到设备内部。在另一实施例中，凹陷仅局部被凸缘围绕，以便有可能在压制过程中进行测试样品碎裂的光学研究。
盘13安装有回转机构16，如发动机，由传动带驱动的盘或由发动机驱动的齿轮，并且它可以拆卸下来，以允许清理盘13上的凹陷15，并允许将新的测试样品放入凹陷中。回转机构16具备角度传感器，以便使盘的凹陷相对于压力器件8的运动方向定位在准确的位置。
另外，将旋转联轴器17安装在回转机构16和盘13之间。旋转联轴器17被构造成具有一松散结构或具有间隙。松散或间隙的功能是当盘的凹陷15以正确的方式定位时使盘13从回转机构16上释放下来、并且以这种方式断开盘13和回转机构16之间的机械连结。这对于避免数据收集中的错误是必要的。盘13的旋转以这样一种方式与压力器件8的运动耦合，即，该方式使得当压力器件8远离盘13移动时，该盘往前移动一步，以便根据压力器件8的移动方向而将新的测试样品A定位。
在另一个实施例中，第二器件的接触面13包括平台形状的延伸元件，用于接收大量测试样品，并且在加压操作中用于在其纵向向前移动一步。
必须明白，在另一个实施例中，两个接触面都可以在彼此相对或相背的方向移动，或者仅具有平台形状的接触面可以在朝向第一接触面的方向移动。
根据压力器件8和盘13来设置至少一个测压元件(loading cell)18，盘13可以沿压力器件8的运动方向移动。相对于其操作领域，以与压力器件同样的方式选择测压元件。当测试湿的或干燥的生球时，使用测量范围例如为0-100N的测压元件，然而，当测量部分硬化的球粒时，选择测量范围在0-1000N之间。必须明白，选择测压元件的测量范围，以便相应于可能上升的推定的负荷力。测压元件18与压力器件8和盘13的运动同步，从而将施加于测试样品A的负荷值传输到计算机中。
盘13由分布在其背对压力器件8的表面14上的三个点支撑，例如分布为三角形，其中的一个点包括测压元件18，并且其它两个点包括机械支撑物19。将测压元件18设在与压力器件8的运动方向为同一直线的位置处，于每次检测前，在该位置放置盘13的凹陷15。在另一个实施例中，测压元件18安装在两个或者所有这些支撑点上。如果将测压元件安装在每个支撑点上，就可避免数据收集过程中的出错源，如果将测试样品倾斜地置于凹陷中，也就是说，如果测试样品没有定位于凹陷中央，则可能出现该错误。
在另一个实施例中，测压元件18安装于压力器件8中。在这样一个实施例中，加压过程可以如同以上所述的，但是必须明白，也可以将压力器件8设置成固定器件，从而，接触面13首先向前移动一步，以便将测试样品A定位于正确的位置上，之后，将接触面13沿朝向压力器件8的方向移动，以压缩测试样品A。
如上所述，将测压元件18、盘13和压力器件8连接到计算机或类似的设备上。在检测期间，将测试样品放置在每一个凹陷内，之后，依次对所有的测试样品实施检测。计算机通过测压元件和压力器件的接触式传感器收集测量值，并且以一种早已公知的方法将这些数值存储在存储器形式如计算机硬盘的存储介质中，之后，产生一个测量文件。收集的测量值有，例如，所检测的测试样品A的序号、从压力器件开始接触测试样品到测试样品裂解即直到压力器件到达一特定的倒退位置时压力器件8所施加的压力的连续测量值、当压力器件与测试样品接触时压力器件8和盘13之间的距离、以及接触式传感器11两端的电压。必须明白，根据分析的特性和目的，也可以收集其它的值。在这个实施例中，数据收集的速率是1000/秒，但它可以是200,000/秒，
将收集的测量值整理成一数字报告和一图形报告。数字报告反映的基础信息在每次压缩过程后自动生成。显示的数值例子有直径、力、分类，该分类按其碎裂、变形和任何线性偏离的方式进行定义。
图形报告说明了在加压过程中的受力过程和每个测试样品相对于压力器件运动时的压碎。所收集的值在图中绘出，例如，力显示为时间的函数，从所述图中可计算出距离，因为压力器件的速度是已知的。
本发明不局限于以上所描述的和附图中所示的内容：在附属的权利要求书所指定的创新概念的范围内，它可以按许多不同的方式改变和修改。
Claims (19)
1.一种用于分析含铁的可还原性材料的测试样品(A)的强度的方法，期间使用了一种具有可相对移动的第一器件和第二器件的装置，分别都具有彼此面对的接触面(8、13)，其特征在于如下步骤：
a)将测试样品安置于所述接触面(8、13)之间；
b)连续减少所述接触面(8、13)之间的距离；
c)在所述接触面(8、13)之间压缩所述测试样品(A)，同时收集测量值，所述测量值至少包括施加在所述样品(A)上的力；
d)将所述测量值存储在存储器中；
e)增加所述接触面之间的距离；和
f)移去所述被压缩的测试样品。
2.根据权利要求1的方法，其中，将多个测试样品放在所述接触面(8、13)之间，之后，通过逐步移动一个接触面而对每一测试样品依次重复步骤b-e，然后，实施步骤f)。
3.根据前述的任意一项权利要求的方法，其中，由计算机收集和处理所述测量值，并显示在图形报告和数字报告中。
4.根据权利要求2的方法，其中，所述测量值在测量过程中实时地呈现。
5.一种在铁提取期间使用的用于分析测试样品(A)的强度的装置，包括框架(2)，其上有可相对移动并包括相互面对的接触面(8、13)第一器件和第二器件，所述第一器件和第二器件被设置成用于压缩测试样品(A)，所述装置的特征在于：所述接触面(8、13)包括用于接受测试样品的凹陷(15)以及用于记录测量值的传感器(11、18)，所述测量值至少包括施加于样品(A)的力。
6.根据权利要求5的装置，其中，第二接触面(13)具有多个凹陷(15)。
7.根据权利要求6的装置，其中，逐步移动所述第二接触面(13)，用于将所述凹陷(15)根据所述第一接触面(8)的运动方向依次定位。
8.根据权利要求6的装置，其中，所述第二接触面(13)借助于回转机构(16)而逐步旋转，用于将所述凹陷(15)根据所述第一接触面(8)的运动方向依次定位。
9.根据权利要求8的装置，其中，所述回转机构(16)包括一旋转联轴器(17)，所述第二接触面(13)利用该旋转联轴器(17)而在所述压缩期间与回转机构(16)的机械脱离接触。
10.根据权利要求5-9中任一项所述的装置，其中，传感器(18)包括测压元件，用于记录在所述压缩期间从接触面(8、13)施加于所述样品(A)的力测量值。
11.根据权利要求10的装置，其中，在一系列测试样品中，所收集的测量值包括所述测试样品(A)的直径和所述测试样品的序号。
12.根据权利要求10的装置，其中，将所述测量值存储在与所述接触面相连的存储单元中。
13.根据权利要求5-12中任一项所述的装置，其中，根据所述第一接触面(8)的运动方向来设置所述传感器(18)。
14.根据权利要求5-12中任一项所述的装置，其中，将所述传感器(18)配置于所述第一接触面(8)上。
15.根据权利要求5的装置，其中，所述第一接触面(8)还包括接触式传感器(11)。
16.根据权利要求5-15中任一项所述的装置，其中，所述第二接触面的器件(13)包括一具有平台形状的元件。
17.根据权利要求5-16中任一项所述的装置，其中，所述凹陷(15)包括完全或部分围绕所述凹陷(15)的凸缘。
18.根据权利要求5-17中任一项所述的装置，其中，它包括外壳(4)，该外壳包括具有活门的开口(12)。
19.根据权利要求18的装置，其中，所述开口(12)设有在所述活门于所述压缩期间打开的情况下可断开对所述第一接触面(8)供电的装置。
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