CN205719844U - 多孔堆积床层持水与透水特性的测定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多孔堆积床层持水与透水特性的测定装置，包括外框架，位于外框架外的计算机、第二电子天平和盛水箱，以及位于外框架内的烧杯、第一电子天平、悬挂件、悬挂筒和试样筒。本实用新型能够真实而合理地反映了烧结混合料在制粒生产中被水喷淋润湿的行为，所测定的持水特性与透水特性参数更有利于实际制粒过程的加水调控。

Description

多孔堆积床层持水与透水特性的测定装置

技术领域

本实用新型属于对多孔填充床层物料作持水特性和透水特性测定与分析技术领域，具体涉及一种多孔堆积床层持水与透水特性的测定装置。

背景技术

烧结混合料的制粒是向高炉提供优质烧结矿的关键环节之一，对铁矿烧结的能耗、产量和质量有十分显著的影响。物料的持水与透水特性对铁矿粉制粒过程中制粒适宜含水量、制粒准颗粒的强度等制粒性能有很大的影响。调控制粒加水量、优化制粒加水策略成为优化烧结混合料制粒效果的重要措施。在钢铁企业烧结生产实践中，有经验的操作者通过肉眼观察或者捏拿触摸的手感来判断工艺参数(特别是制粒含水量)是否合理、评价混合料制粒结果的好坏。在复杂的原料条件下，依靠人工经验来实施对铁矿粉制粒的高水平操控往往是十分困难的。由于铁矿粉烧结过程专家经验的稀缺与高成本，同时为了保障烧结生产的稳定与高效，生产操作者和科研工作者对烧结混合料配料与制粒的智能化生产进行了许多探究。在铁矿粉制粒过程中准颗粒含水量的智能化调控是强化制粒、优化烧结的重要课题之一。

有不少现有的专利探究了水与固体颗粒相互作用行为,例如：专利申请号为201220035769.3的一种可以对抗渗性能较低的混凝土或有较强透水性的无砂混凝土进行渗透系数测试的装置，这种测定混凝土抗渗性能的装置，其原理是将测试试件置入抗渗试模中，以在一定压力下试件渗入水的高度来确定试件的相对渗透系数；专利申请号为201210183001.5和201220266310.4提出一种可以直接测定各种多孔介质(包括砂、砂土、粉土)的毛细水上升高度与速率等参数的测试装置，这种装置考察的是多孔堆积床层毛细吸水能力，可以获得堆积物料的吸水高度以及基于高度的吸水速率；在钢铁冶金领域，专利申请号为200920128074.8以及201110396149.2 开发了利用堆积床层物料的毛细吸水效应来对物料的吸水性能进行测试的装置及方法，这套测试设备的显著特点是要保证物料在吸水过程中测试圆筒容器所受的浮力与水-圆筒界面的张力达到动态平衡，以便使得电子天平的读数变化能真正反映物料吸水的质量变化；专利申请号为201010525686.8以混合料中粘附粉的含量(X_a)、粘附粉的饱和持水量(W_aw)、核颗粒(颗粒粒径>0.25～1.0mm)的内孔持水量(W_cw)等作为重要参数来预测适宜制粒水分(W)：W＝(1-X_a)*W_cw+0.72X_a*W_aw，这种确定混合料制粒适宜水分的方法需要开展多项检测内容；专利申请号为201220100340.8提出一种用于皮带运输机上烧结铁料的加水装置，可以对进入烧结配料环节之前的铁精矿粉进行加水润湿，以便改善制粒效果、提高烧结生料层的透气性；专利申请号为201110339783.2通过对部分铁矿粉提前润湿处理来改善混合料的制粒效果；专利申请号为201210349537.X旨在通过加入改性液体来改善水分对物料颗粒的润湿性，进而改善物料的制粒性能。这些专利几乎没考虑到烧结混合料在制粒过程中与水分相互作用时被喷淋润湿的实际特点。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服上述不足，提供一种多孔堆积床层持水与透水特性的测定装置。

一种多孔堆积床层持水与透水特性的测定装置，包括外框架1，位于外框架1外的第二电子天平8和盛水箱10，以及位于外框架1内的烧杯4、第一电子天平5、悬挂件7、悬挂筒2和试样筒3，其特征在于：所述第一电子天平5位于外框架1底部，所述烧杯4位于第一电子天平5上，所述第二电子天平8位于外框架1顶部，所述悬挂件7的一端与第二电子天平8相连，所述悬挂件7的另一端与悬挂筒2相连，所述试样筒3位于悬挂筒2内，所述试样筒3的筒口设有喷淋器11，所述盛水箱10安装在外框架1顶部的外侧面，所述喷淋器11的进水口通过管道与盛水箱10的出水口相连，所述管道上设有流量调节阀9。

进一步，所述外框架1、悬挂筒2、盛水箱10和试样筒3的材料均为有机玻璃或树脂。

进一步，所述悬挂筒2的底部为筛网。

进一步，所述试样筒3底部为筛网，所述筛网上铺有滤纸。

进一步，所述悬挂件7的两端均带挂钩。

进一步，所述盛水箱10的杯体表面设有体积刻度。

本实用新型具有如下优点：

1.本实用新型能够真实而合理地反映了烧结混合料在制粒生产中被水喷淋润湿的行为，所测定的持水特性与透水特性参数更有利于实际制粒过程的加水调控。

2.本实用新型无需对试样筒悬挂的高度进行校验与精确调控，具有可操作性强、测试流程规范性好等特点。

3.所用的外框架、悬挂筒、试样筒以及盛水箱是采用透明材料制成的，方便直接观察实验过程并且所采用的材质保证了整套装置的轻量化和小型化。

附图说明

图1是本实用新型多孔堆积床层持水与透水特性的测定装置示意图。

图2是测试实例中矿粉吸水与透水过程质量变化的曲线图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本实用新型作进一步的说明：

本实用新型主要涉及的是多孔堆积床层持水与透水特性的测定装置，包括外框架1，位于外框架1外第二电子天平8和盛水箱10，以及位于外框架1内的烧杯4、第一电子天平5、悬挂件7、悬挂筒2和试样筒3，所述第一电子天平5位于外框架1底部，所述烧杯4位于第一电子天平5上，所述第二电子天平8位于外框架1顶部，所述悬挂件7的一端与第二电子天平8相连，所述悬挂件7的另一端与悬挂筒2相连，所述试样筒3位于 悬挂筒2内，所述试样筒3的筒口设有喷淋器11，所述盛水箱10安装在外框架1顶部的外侧面，所述喷淋器11的进水口通过管道与盛水箱10的出水口相连，所述管道上设有流量调节阀9。可以人工观察记录第一电子天平5和第二电子天平8的读数变化，也可以加入计算机6采集第一电子天平5和第二电子天平8的读数变化，此时所述第二电子天平8的信号输出端口和第一电子天平5的信号输出端口均与计算机6的信号输入端口相连。

所述外框架1、悬挂筒2、盛水箱10和试样筒3的材料均为有机玻璃或树脂，这样便于观察且有利于装置的轻量化和小型化。所述悬挂筒2的底部为筛网。所述试样筒3底部为筛网，所述筛网上铺有滤纸。所述悬挂件7的两端均带挂钩。所述盛水箱10的杯体表面设有体积刻度。

基于本实用新型，多孔堆积床层持水与透水特性的测定方法，其具体步骤包括：

1、铁矿粉的预处理

首先，将一定质量的铁矿粉(如2kg)放入温度为115±5℃烘箱内烘干掉所有的自由水分，轻压以破碎掉烘干后结成块的铁矿粉。取一部分冷却至室温的铁矿粉通过缩分器制成一式四份的待检测试样(200g～500g/份,本实例中m₀＝200g)，分别装入试样袋、作好试样标记后放入干燥箱内备用。

2、初始化检测装置的测试条件。

首先，确保计算机6的数据采集程序能够实时动态地采集第一电子天平5和第二电子天平8的读数变化；其次，对放置有空的烧杯4的第一电子天平5、悬挂有悬挂筒2和试样筒3(底部筛网上铺有滤纸)的第二电子天平8进行去皮(读数清零)操作；其三，将待加入的总水量(60g)装入盛水箱10内，保持流量调节阀9处于关闭状态。其四，以偏离垂直方向45度的倾斜度向带滤纸的试样筒3内装入指定质量(m₀)的干燥试样，随后通过轻微的晃动或振实使得堆积床层上表面是平整的。

3、堆积床层试样的持水与透水过程测试。

(1)将装有试样的试样筒3放回悬挂筒2内，记录此时第一电子天平5和第二电子天平8的读数(m_(c5,0)和m_(c8,0))。(2)迅速将流量调节阀9打开到 最大开度，让盛水箱10内的水在指定时间(5s)内通过喷淋器11喷洒到堆积床层的表面。堆积床层物料开始吸水与透水过程，第一电子天平5和第二电子天平8的读数发生连续的变化。(3)当第一电子天平5和第二电子天平8的读数不再变化后，停止计算机6的数据采集程序并保存采集的数据。此时，第一电子天平5和第二电子天平8的稳态读数值分别为m_(c5,T)和m_(c8,T)。(4)清除饱和吸水、稳态透水后的试样，清洁并干燥试样筒3，随后向试样筒3内放入平铺的滤纸。

4、堆积床层物料持水与透水特性参数的求解。

由第3步的测试过程数据，绘制堆积床层物料持水与透水过程第一电子天平5和第二电子天平8的读数变化曲线。该堆积床层内铁矿粉试样的饱和吸水量(又被称作湿容量)为：W_SA(％)＝(m_(c8,T)-m_(c8,0))/m₀*100％；矿粉试样的饱和滤水质量m_SD＝(m_(c5,T)-m_(c5,0))，结合饱和滤水时间T_D可知该试样的平均透水速率U_PR＝m_SD/(m₀*T_D)，(S^-1)。

堆积床内矿粉试样的滤水质量m_SD(t_D)随滤水时间t_D变化的关系曲线满足Lagergren一级速率方程：

m_SD(t_D)＝m_SD×(1-exp(-k×t_D))

当试样即将开始滤水过程时m_SD(t_D)＝0，对应初始滤水时间t_D＝0s；当滤水质量达到饱和值时m_SD(t_D)＝m_SD，对应的滤水时间t_D＝T_D(饱和滤水时间)。滤水速率方程中参数k反映了堆积床层试样的滤水速度，k越大则物料的滤水速度越快、滤水饱和时间T_D越短。

应用实例：以下将以某种铁矿粉为研究对象，对该实用新型作进一步说明。

测试实验中所有铁矿粉OreA的粒度组成和化学成分分别见表1和表2。

表1 待测试铁矿粉OreA的粒度组成(％)

样品	-0.125mm	～0.125	～0.25	～0.5	～1.0	～2.0	～3.0	～5.0	～8.0	+10.0
											OreA	1.62	3.01	7.57	13.93	13.76	11.96	16.96	16.65	7.75	6.79

表2 待测试铁矿粉Ore A的化学成分(％)

样品	TFe	SiO2	CaO	Al2O3	MgO	FeO	TiO2	P2O5	S	LOI
											OreA	58.27	5.55	0.04	1.37	0.08	0.22	0.05	0.098	0.009	10.13

根据上述的测试步骤将检测的实验数据绘制成图，可以得到如图2所示的矿粉OreA堆积床层持水特性与透水特性的特征曲线。那么该矿粉试样的饱和吸水量(即湿容量)W_SA(％)＝28.6/200*100％＝14.3％，持水时间t₀＝65s，饱和滤水质量m_SD＝31.2g，平均透水速率为U_PR＝31.2/(200*86)＝0.18*10^-2(S^-1)。堆积床内矿粉试样的动态滤水方程为：

$m_{SD}\left(t_D\right)=31.2\×(1-\exp (-0.025\×t_D\left)\right),R_{adj}^2=0.95$ 。

Claims (6)

1.一种多孔堆积床层持水与透水特性的测定装置，包括外框架(1)，位于外框架(1)外的第二电子天平(8)和盛水箱(10)，以及位于外框架(1)内的烧杯(4)、第一电子天平(5)、悬挂件(7)、悬挂筒(2)和试样筒(3)，其特征在于：所述第一电子天平(5)位于外框架(1)底部，所述烧杯(4)位于第一电子天平(5)上，所述第二电子天平(8)位于外框架(1)顶部，所述悬挂件(7)的一端与第二电子天平(8)相连，所述悬挂件(7)的另一端与悬挂筒(2)相连，所述试样筒(3)位于悬挂筒(2)内，所述试样筒(3)的筒口设有喷淋器(11)，所述盛水箱(10)安装在外框架(1)顶部的外侧面，所述喷淋器(11)的进水口通过管道与盛水箱(10)的出水口相连，所述管道上设有流量调节阀(9)。

2.根据权利要求1所述的多孔堆积床层持水与透水特性的测定装置，其特征在于：所述外框架(1)、悬挂筒(2)、盛水箱(10)和试样筒(3)的材料均为有机玻璃或树脂。

3.根据权利要求2所述的多孔堆积床层持水与透水特性的测定装置，其特征在于：所述悬挂筒(2)的底部为筛网。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的多孔堆积床层持水与透水特性的测定装置，其特征在于：所述试样筒(3)底部为筛网，所述筛网上铺有滤纸。

5.根据权利要求1-3中任意一项所述的多孔堆积床层持水与透水特性的测定装置，其特征在于：所述悬挂件(7)的两端均带挂钩。

6.根据权利要求1-3中任意一项所述的多孔堆积床层持水与透水特性的测定装置，其特征在于：所述盛水箱(10)的杯体表面设有体积刻度。