CN1896711B - 用于分析含铁的可还原性材料的测试样品的方法 - Google Patents
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Abstract
分析可还原性材料测试样品(A)性能的方法，该材料含有在生球或者球粒生产过程中以生球或者球粒形式出现的铁，用于优化制粒过程和接下来的铁提取过程，这通过利用了具有可相对移动的第一器件和第二器件的装置，器件分别具有相互面对的接触面(8、13)。方法包括步骤：a)置测试样品(A)于接触面(8、13)间；b)连续减少接触面(8、13)间距离；c)当测试样品与接触面(8、13)接触，测测试样品(A)直径；d)在压缩测试样品(A)期间，将接触面(8、13)进一步向彼此方向移动直至测试样品碎裂；e)连续记录和存储加于测试样品(A)的力和时间；f)记录测试样品(A)在所有碎裂点的最大力；g)增加接触面(8、13)间距离；h)移去测试样品。
Description
技术领域
本发明涉及一种方法，用于分析可还原性测试材料的性能，该材料在制造生球(raw pellet)或球粒(pellet)期间含有生球或球粒类型的铁，用于优化制粒过程和后来的铁提取过程。
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”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，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压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。将读出的压力值记录入表中。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
本发明要解决的技术问题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实现，其为一种用于分析可还原性材料的测试样品的性能的方法，该材料含有在生球或者球粒的生产过程中以生球或者球粒形式出现的铁，所述方法用于优化制粒过程和接下来的铁提取过程，这通过利用了一种具有可以相对移动的第一器件和第二器件的装置，所述器件分别具有相互面对的接触面，所述方法的特征在于如下步骤：
a)将测试样品安置于所述接触面之间；
b)连续减少所述接触面之间的距离；
c)当所述测试样品与所述接触面接触时，测量该测试样品的直径；
d)在压缩所述测试样品期间，将所述接触面进一步向彼此的方向移动直至所述测试样品碎裂；
e)连续记录和存储施加于所述测试样品的力和时间；
f)记录所述测试样品在所有碎裂点的最大力；
g)将所述接触面之间的距离增加；和
h)移去所述测试样品。
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，
图2显示了图1中的去除外壳的压力装置，和
图3-6显示了由所收集的测量值绘制的曲线示例，图3显示了在生球检测中力对时间的函数，图4显示了A等级碎裂的生球的力对时间的函数，图5显示了B等级碎裂的生球的力对时间的函数，图6显示了两个C等级碎裂的湿生球的力对时间的函数，其中该图还显示了计算在10N(Def(10N))的力下的形变量和计算线性偏离(Dlin(最大))的示例。
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，其具有的压力适合于本申请的领域。当检测生球时，使用处于0-100N范围内的压力，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，以便将新的测试样品A定位成与压力器件8的移动方向成一直线。
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由分布在盘表面14上的三个点支撑，其背对压力器件8，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设置成固定设备，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，数值收集的速率是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。当压缩盘上的所有测试样品后，自动生成数字报告和该报告的基础信息。以表格形式显示的数值例子有直径、力、类别，该类别按其碎裂、变形和任何偏离线性的方式进行定义。
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。
现在将显示使用测量数值的例子。为清楚起见，在确定的情况下，术语“测试样品”已用术语“生球”或“球粒”代替。
在借助于所收集的测量值分析生球或球粒的耐压强度期间，研究所绘制的力和时间曲线，参见图3。在绘制该图时，沿Y轴是以牛顿(N)为单位的力，而沿X轴是以毫秒(ms)为单位的时间，以同样的方式，不仅用于检测湿的或干的生球而且用于检测烧结或非烧结的球粒。压力随力的增加而增加，直到球粒第一次碎裂。接下来压力开始再次增加，并且发生随后的几次碎裂。当球粒碎裂并且所施加压力下降时，曲线在朝向X轴的方向向下折转。破裂点或碎裂点S为首次出现预定义的下降前的最大压力，该压力下降例如可以是最大压力的10％。在测试样品中被定义为“破碎”的裂纹大小可以以这种方式定义。
利用相对于碎裂点时的最大压力的压力下降量将测试样品分成不同的等级。这种分类反映了测试样品的碎裂过程的模式。如果测试样品碎裂成少量的大块，那么压力下降将会很大，例如大至80％或更大，将该球粒分类为“A等级”，参见图4。如果碎裂发生在不同的阶段，这可能取决于生球以这样一种方式聚集起来使得许多外壳彼此连接。当检测这样一个生球时，外壳之间的连接更为脆弱，并且生球在几个不同的阶段碎裂。对于逐步的碎裂，压力下降将较小，如处于最大压力值的50％至80％之间，将该球粒分类成属于“B等级”，参见图5。碎裂也可能缓慢发生，使得压力曲线在碎裂点显示一个大的曲率。这种行为代表湿的生球，其具有高流体饱和度。压力下降典型地处于最大压力值的10％至50％之间，将该球粒分类为属于“C等级”。对于粉状碎裂，C等级也是典型的，其中，生球的湿度太低，但在这种情况下，压力曲线中的压力下降将更为清楚。图6显示出每种类型的碎裂的一个例子。压力下降的其它值也可以用于测试样品的分类。
湿的生球通过缓慢压缩而变形，其结果是残留变形。基于微粒开始互相滑动并保留其相互连接的事实，球粒的横截面从圆形变为椭圆形。如早已描述的，这种性质对于接下来的制粒过程不利，这是因为变形的生球封闭住生球之间容许气体通过的空间，导致压力下降的增加和氧化难度的增加。当压力达到碎裂点时，由于生球显示不同强度和不同形状的曲线图，变形就不能直接从压力曲线图上读出。在一些特定的情况下，压力直线上升至碎裂点。在一些其它情况下，在碎裂点到达之前可能发生连接的断裂，并且这导致曲线弯曲。当借助于已收集的测量值分析测试样品的变形时，于两个确定值之间以切线形式在曲线上绘制回归线，在这种情况下位于3N和8N之间，如图6所示。将极限值选择成使位于这两个值之间的压力曲线显示线性增长。随缓慢施加的压力上升至10N，可以通过读取在Y轴上的10N的点相交于回归线时该点对应的在X轴上的值而读取生球的形变。将从该点沿X轴到回归线与X轴相交的点之间的距离转换成微米，由此可以确定检测样品的变形。如果生球的耐压强度低于10N，为了读出变形，将回归线延伸超过10N。
在其它的影响因素中，形变量受生球的潮湿程度和多孔率的水平和原材料的结构细度及其颗粒形式的影响。根据图6，其中，将压力值(N)沿Y轴绘制，时间(ms)沿X轴绘制，在碎裂点的最大压力值处测量压力曲线的线性偏离(Dlin(最大))，并且这描述了曲线的形状。在曲线是完全线性的情况下，线性偏离将等于零。如果压力曲线在碎裂值前弯曲，则线性偏离为正值。如果计算的线性偏离为负值，就是切线错绘的信号，并因此这样所计算的变形值也是错误的。这样，线性偏离可用于校验该切线已正确绘制和已正确实施变形计算。如果线性偏离是负值，例如少于-1N，则可以通过将上面的点沿压力刻度上移或下移而重新绘制切线，这取决于生球强度是否允许。与负线性偏离相关的变形值，例如小于-1N，可从平均值的计算中删掉。
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 (11)
1.一种用于分析可还原性材料的测试样品(A)的性能的方法，该材料含有在生球或者球粒的生产过程中以生球或者球粒形式出现的铁，所述方法用于优化制粒过程和接下来的铁提取过程，这通过利用了一种具有可以相对移动的第一器件和第二器件的装置，所述器件分别具有相互面对的接触面(8、13)，所述方法的特征在于如下步骤：
a)将测试样品(A)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)当所述测试样品与所述接触面(8、13)接触时，测量该测试样品(A)的直径；
d)在压缩所述测试样品(A)期间，将所述接触面(8、13)进一步向彼此的方向移动直至所述测试样品碎裂；
e)连续记录和存储施加于所述测试样品(A)的力和时间；
f)记录所述测试样品(A)在所有碎裂点的最大力；
g)将所述接触面(8、13)之间的距离增加；和
h)移去所述测试样品；
其中，根据在所述碎裂点之后出现的压力下降而对所述测试样品进行分类。
2.根据权利要求1的方法，其中，所收集的测量值以表格形式用数字展示。
3.根据权利要求1的方法，其中，所收集的测量值用图的方式表示在图中。
4.根据权利要求1的方法，其中，所收集的测量值实时展示。
5.根据权利要求1的方法，其中，将数个测试样品依次压缩，并收集测量数据。
6.根据权利要求2的方法，其中，所述测量值用于产生一压力曲线的图，其中将压力值沿Y轴绘制，时间沿X轴绘制，在该图的Y轴上的其值已经预定的两点之间绘制回归线，并且根据所述回归线与X轴相交点的值来绘制在Y轴上的预定值与所述回归线相交点在X轴上的值，从而将回归线与X轴相交的相交点之间的差值用作在缓慢压缩测试样品至预定压力值期间的 形变量度。
7.根据权利要求6的方法，其中，所述压力曲线的线性偏离通过沿Y方向在所述碎裂点和所述回归线之间的差值而读出。
8.根据权利要求3的方法，其中，所述测量值用于产生一压力曲线的图，其中将压力值沿Y轴绘制，时间沿X轴绘制，在该图的Y轴上的其值已经预定的两点之间绘制回归线，并且根据所述回归线与X轴相交点的值来绘制在Y轴上的预定值与所述回归线相交点在X轴上的值，从而将回归线与X轴相交的相交点之间的差值用作在缓慢压缩测试样品至预定压力值期间的形变量度。
9.根据权利要求8的方法，其中，所述压力曲线的线性偏离通过沿Y方向在所述碎裂点和所述回归线之间的差值而读出。
10.根据权利要求4的方法，其中，所述测量值用于产生一压力曲线的图，其中将压力值沿Y轴绘制，时间沿X轴绘制，在该图的Y轴上的其值已经预定的两点之间绘制回归线，并且根据所述回归线与X轴相交点的值来绘制在Y轴上的预定值与所述回归线相交点在X轴上的值，从而将回归线与X轴相交的相交点之间的差值用作在缓慢压缩测试样品至预定压力值期间的形变量度。
11.根据权利要求10的方法，其中，所述压力曲线的线性偏离通过沿Y方向在所述碎裂点和所述回归线之间的差值而读出。
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