SE529487C2 - Metod vid analys av en provkropp av reducerbart järninnehållande material - Google Patents

Description

529 487 2 Efter sintringen, som vanligtvis sker vid ca 1300' C, erhåller den färdiga sintrade pelleten en tryckhållfasthet på över 2000 N/kula. Hög och jämn hållfasthet hos pelleten är viktig i flera avseenden. Förutom den ovan beskrivna effekten vid reduktionsprocessen är även hållbarheten vid hanteringen under transport viktig. Den slutliga hàllfastheten i färdiga pellets avgörs till stor del av ràkulomas hållfastheti början av pelletiseringsprocessen.

Olika fukthalt, finleken i mängden bindningsmedel och blandningsförhållanden är några exempel på parametrar som ger olika hållfasthet. En högre råmaterial, hållfasthet i ràkulor och pellets medför att pelletiseringsprocessen kan köras med högre kapacitet. Det genereras mindre fines under reduktionsprocessen blir högre. Kraven på jämn och hög pelletkvalitet ökar, vilket gör att återkopplingen mellan pelletkvalitet och råkulans egenskaper blir allt viktigare. För att kontrollera hàllfastheten hos färdiga pellets för järnframställning' tas stickprov från pelletsproduktionen. Stickproven utsätts för olika typer av tester. Testmetoder för icke- sintrade pellets samt för fuktiga och torra ràkulor har dock inte varit tillförlitliga, varför behovet för en effektiv och tillförlitlig mätmetod finns.

Sedan tidigare är kända anordningar för provning av hårdheten hos provkroppar. En vanlig metod för att prova fuktiga ràkulor är att råkulan släpps ett antal gånger från en pà förhand bestämd höjd. Resultatet från testet ger antalet gånger som råkulorna klarar fallhöjden utan att gå sönder. Nackdelen med denna metod är att resultatet är personberoende, dvs resultatet kan omedvetet påverkas av den som utför testet.

En anordning för provning av fuktiga och torkade ràkulor och pellets är utformad att pressa sönder ràkulan/pelleten genom att en kolv pressas med en ökande kraft tills råkulan/pelleten brister. l bristningsögonblicket sker en avläsning, antingen visuellt manuellt transport samt produktiviteten i pä en mätare eller automatiskt som ett maximivärde innan diametem minskat med en viss procentandel. Det avlästa värdet på kraften förs in i en tabell. Nackdelen med detta är att den anbringade kraften inte registreras under hela pressförloppet, varför endast information om maximikraften under hela pressförloppet kan utläsas. Det har visat sig att maximal tryckkraft kan uppstå efter att sprickbildning i råkulan eller pellets har börjat och kan således ge en felaktig bild av hållfasthet. Visuell avläsning är onoggrann och personberoende. Ytterligare en nackdel är att den är utformad så att de svaga fuktiga och torkade ràkulor måste matas in manuellt en åt gången.

Om det fuktiga filtrerade materialet kan ges en optimala fukthalt så uppvisar det tillräckligt snabb tillväxt vid rullningsförloppet, dvs bildandet av ràkulor, maximal hållfasthet hos de bildade ràkulorna samt tillräckligt hög plasticitet för att klara hanteringen, vilket är av stor betydelse för den efterföljande pelletiseringsprocessen. 529 487 s Ett syfte med den föreliggande uppfinningen är således att tillhandahålla en metod för att analysera egenskaperna hos provkroppar av reducerbart jäminnehållande material i dess sintrade eller osintrade form i form av ràkulor och pellets med efterföljande rapport.

Dessa syften löses genom en metod som uppvisar de särdrag och kännetecken som definieras i de efterföljande patentkraven.

I det följande kommer en som exempel vald utföringsform att beskrivas under hänvisning till de bifogade figurerna, av vilka figur 1 visar en press för sammapressning av provkroppar, figur 2 visar pressen från figur 1 med täckkàpan avtagen, figur 3 visar exempel på en grafisk kurva av tryckkraft som funktion av tid vid provning av en råkula, figur 4 visar exempel pà en grafisk kurva som plottas av tryckkraft som funktion av tid för en råkula med klass A sönderfall, figur 5 visar exempel på en grafisk kurva som plottas av tryckkraft som funktion av tid för en råkula med klass B sönderfall, samt figur 6 visar exempel på en grafisk kurva som plottas av tryckkraft som funktion av tid för två fuktiga råkulor med klass C sönderfall. Figur 6 visar också ett exempel på beräkning av defonnationsmåttet vid 10 N tryck (Def(10N)) samt beräkning av awikelse frän linjäritet (Dlin(max).

Den i figur 1 visade anordningen innefattar en press 1 för provkroppar A av reducerbart järninnehållande material i form av grönpellets, dvs fuktiga eller torkade råkulor, eller sintrade pellets. Pressen 1 innefattar ett stativ 2 med en bas 3 i form av en bottendel. Över stativet 2 är anordnat en täckkäpa 4 i form av ett par väsentligen vertikala väggar 5 på avstånd från varandra samt ett bakstycke 6. Kàpan 4 är försedd med uttag 7 för sammankoppling av pressen 1 med en styr- och registreringsutrustning i form av exempelvis en dator, PLC eller liknande utrustning (ej visad).

Mellan de vertikala väggarna 5 är enligt figur 2 anordnad ett första organ med en kontaktyta i form av ett pressorgan 8 förskjutbart styrd mellan ett första tillbakadraget ändläge och ett andra utskjutet ändläge. Pressorganet innefattar exempelvis en kolv eller stans med en presskraft som är anpassad till det aktuella användningsområdet. Vid provning av ràkulor väljs en presskraft i intervallet 0 - 100 N och vid provning av sintrade pellets väljs mätomràdet sà att den maximala presskraften är mellan 100 - 3300 N. I den föredragna utföringsformen är hastigheten hos pressorganet 8 satt till mellan 2 - 50 mm/min och sträckan som pressorganet 8 förskjuts 100 mm. Nämnda hastighet och sträcka regleras via en elektrisk, hydraulisk eller pneumatisk motor 9 och styrs via givare av nämnda dator.

Vid pressorganets 8 fria ände vid dess kontaktyta 10 är anordnad en kontaktsensor 11 som är avsedd att registrera pressorganets 8 kontakt med provkroppens A yta. 529 487 4 instrumentet kan köras med två eller fler olika hastigheter i sekvens för att minimera tiden för pressning. Pressorganet snabbmatas från sitt övre ändläge i riktning mot provkroppen.

Snabbmatning upphör innan kontaktsensorn kontaktar provkroppen, vid ett på förhand bestämt avstånd från ändläget. Kontaktsensorn används till mätningen av provkroppens diameter, vilken diameter avläses när kontaktsensorn kontaktar provkroppen. Kàpan 4 är vidare försedd med en öppning 12 för åtkomst av en pà basen 3 anordnad andra organ med en kontaktyta 13 i form av ett plattformigt element, exempelvis en tallrik, vilken är roterbar företrädesvis i horisontalplanet.

Tallriken 13 uppvisar på sin sida 14 som är vänd mot pressorganet 8 ett flertal fördjupningar eller urtag 15 i vilka provkroppar A är avsedda att placeras på ett kvarhållande sätt. Fördjupningarna 15 är placerade symmetriskt på inbördes avstånd från varandra längs tallrikens 13 yttre kant. Antalet fördjupningar 15 i detta utföringsexempel är 20 st, men det bör inses att antalet kan vara fler eller färre. Fördjupningarna 15 har en storlek för att rymma en provkropp A med diameter 1 - 30 mm, förslagsvis 5 - 15 mm. Fördjupningarna är med fördel skàlformade varvid provkropparna på ett enkelt sätt förflyttas mot mitten _av fördjupningen vid utplacerandet. I en annan utföringsform är tallriken utformad med kontinuerliga väggar eller kragar omslutande fördjupningarna. Kragama har till uppgift att förhindra att damm och splitter sprids inne i apparaten när provkropparna krossas. l ytterligare en utföringsform är fördjupningarna endast delvis omslutna av kragar för att möjliggöra en optisk studie av provkropparnas sönderfall under pressningsförloppet.

Tallriken 13 är anordnad till en vridmekanism 16, exempelvis en motor eller en remskiva eller en kuggkrans som drivs av en motor, och är demonterbar för rengöring av tallrikens 13 fördjupningar 15 och för lnplacerande av nya provkroppar. Vridmekanismen 16 är försedd med en vinkelgivare för placering av tallrikens fördjupning på ett korrekt sätt i förhållande till pressorganets 8 rörelseriktning.

Vidare är anordnad en rotatlonskoppling 17 mellan vridmekanísmen 16 och tallriken 13. Rotationskopplingen 17 är konstruerad med ett glapp eller spelrum. Glappet eller spelrummet har till uppgift att frigöra tallriken 13 från vridmekanísmen 16 när tallrikens fördjupning 15 positionerats på rätt sätt och pà sä sätt frigöra tallrikens 13 mekaniska kontakt med vridmekanísmen 16. Detta för att undvika fel vid mätinsamlingen. Tallrikens 13 rotation är kopplad till pressorganets 8 rörelse på så sätt att när pressorganet 8 rör sig bort från tallriken 13 indexeras tallriken 13, dvs förflyttas stegvis, för positionering av en ny provkropp Ai linje med pressorganets 8 rörelseriktning.

I en annan utföringsforrn innefattar det andra organets kontaktyta 13 ett làngsträckt plattformigt element avsett att mottaga ett flertal provkroppar och under pressningen indexeras, dvs förflyttas stegvis, i dess Iängdrlktning. 529 487 s Det bör inses att de bàda kontaktytorna i en annan utföringsform kan vara rörliga i riktning mot och ifrån varandra eller att endast den plattforrniga kontaktytan är rörlig i riktning mot den första kontaktytan.

I linje med pressorganet 8 och tallriken 13, som år flyttbar i riktning med pressorganets 8 rörelseriktning, är anordnad åtminstone en lastcell 18. Lastcellen väljs på samma sätt som pressorganet med avseende på användningsområde. Vid provning av fuktiga och torra ràkulor väljs en lastcell med ett mätomráde mellan exempelvis 0 - 100 N och vid provning av delvis härdade pellets med ett mätomráde mellan exempelvis 0 - 1000 N. Det bör inses att lastcellens mätomráde väljs för att motsvara de tänkta belastningar som kan uppkomma. Lastcellen 18 är synkroniserad med pressorganets 8 och tallrikens 13 rörelse varvid värdet på den belastning som anbringas provkroppen A överförs till datorn.

Tallriken 13 vilar på tre punkter fördelade över tallrikens 13 fràn pressorganet 8 vända yta 14, exempelvis enligt en triangel, där den ena punkten innefattar lastcellen 18 och de två andra punkterna innefattar mekaniska stöd 19. Lastcellen 18 är placerad i linje med pressorganets 8 rörelseriktning är den position som tallrikens 13 fördjupningar 15 positioneras till inför varje provning. I en annan utföringsform är lastceller 18 anordnade till tvâ eller samtliga stödpunkter. Om en lastcell anordnas till vardera stödpunkten undviks felkällor vid insamlandet av mätdata som kan uppkomma om provkroppen placeras snett i fördjupningen i tallriken, dvs inte är centrerad i fördjupningen.

I en annan utföringsforrn är lastcellen 18 anordnad till pressorganet 8. I en sådan utföringsform kan pressningsförfarandet vara som det ovan beskrivna, men det bör inses att pressorganet 8 även kan vara fast anordnat, varvid kontaktytan 13 först indexeras för att positionera en provkropp A till rätt läge varefter kontaktytan 13 förflyttas I riktning mot pressorganet 8 för sammanpressning av provkroppen A.

Lastcellen 18, tallriken 13 och pressorganet 8 är, som beskrivits ovan, kopplade till en dator, PLC eller liknande utrustning. Vid provningen placeras en provkropp i varje fördjupning varefter provningen genomförs sekventiellt på samtliga provkroppar. Datorn samlar in mätvärden via lastcellen och pressorganets kontaktsensor och lagrar dessa i ett lagringsmedium i form av ett minne, exempelvis en hårddisk i datorn pà känt sätt, varefter en mätdatafil genereras. De mätvärden som insamlas är exempelvis ordningsnummer på den provkropp A som provas, kontinuerlig mätning av presskraften som anbringas av pressorganet 8 från det att pressorganet kontaktar provkroppen tills provkroppen sönderfaller, dvs tills pressorganet har nått ett angivet vändläge, öppningen mellan pressorganet 8 och tallriken 13 när pressorganet kontaktar provkroppen samt spänningen hos kontaktsensorn 11. Det bör inses att även andra värden kan insamlas, beroende av analysens syfte och karaktär. Takten med vilken värdena samlas är i denna utföringsform 1000 värden per sekund men kan vara 200000 värden per sekund. 529 487 a De insamlade mätvärdena sammanställs till en numerisk samt en grafisk rapport.

Den numeriska rapporten och underlag för den skapas automatiskt efter pressning av alla provkroppar på en tallrik. Exempel på värden som presenteras i tabellform är diameter, presskraft, klassificering enligt sönderfallsmönster, deformation samt awikelsen från linearitet.

Den grafiska rapporten åskådliggör kraftförloppet vid pressningen och krossningen av varje pellet med avseende på pressorganets rörelse. l det följande visas exempel på hur de insamlade mätvärdena används.

Benämningen provkropp har i vissa fall ersatts med benämningen råkula eller pellet i förtydligande syfte.

Vid analys av råkulans/pelletens tryckhållfasthet med hjälp av de insamlade mätvärdena studeras den grafiska kurvan vilken plottas med avseende på presskraft och tid, se figur 3. Diagrammet graderas med presskraften i Newton (N) på Y-axeln och tiden i millisekunder (ms) på X-axeln på samma sätt såväl vid provning av fuktiga eller torra ràkulor som vid provning av sintrade eller osintrade pellets. Trycket stiger med ökande presskraft, tills pelleten brister för första gången. Därefter kan trycket börja stiga igen och flera efterföljande sönderfall kan ske. När pelleten brister och det anbringade trycket faller, vänder kurvan nedåt i riktning mot X-axeln. Bristningspunkten eller sönderfallspunkten S är maximitrycket innan ett fördefinierat tryckfall sker för första gången, tryckfallet kan vara exempelvis 10 % av maximitrycket. På det sättet kan väljas hur stor spricka i provkroppen som definieras som sönderfall.

Storleken på tryckfallet i förhållande till maximal tryck vid sönderfallspunkten- används för att indela provkropparna i olika klasser. Klasseringen återspeglar sönderfallsmönstret i provkropparna. Om provkroppen faller sönder i ett fåtal stora bitar, blir tryckfallet stort, exempelvis 80% eller mer och kulorna klasseras i klass A, se figur 4. Om sönderfallet sker stegvis kan det bero på att råkulan är uppbyggd på ett sådant sätt att ett flertal skal lagts på varandra. När en sådan råkula provas kan bindningarna mellan skallagren vara svagare och råkulan går sönder i flera steg. Vid stegvis sönderfall blir tryckfallet vid sönderfallspunkten lägre, exempelvis mellan 50 och 80% av maximitrycket och kulorna klasseras i klass B, se figur 5. Sönderfallet kan också ske långsamt så tryckkurvan visar en bred rundning vid sönderfallspunkten. Detta beteendet är typiskt för fuktiga ràkulor där vätskemättnaden är hög. Tryckfallet kan bli typiskt mellan 10 och 50% av maximitrycket och kulorna klasseras i klass C. Klass C sönderfall är också typiskt för smulande sönderfall då fukthalten i råkulorna är för låg, men då blir tryckfallet på tryckkurvan mera distinkt. Ett exempel på båda typer av sönderfall visas i figur 6. Även andra värden för tryckfall kan användas för att klassera provkropparna. 529 487 7 En fuktig råkula deformeras vid en långsam sammanpressning med en kvarvarande deformation som resultat. På grund av att partiklarna börjar glida i förhållande till varandra, men med bibehàllna inbördes bindningar, ändras kulans tvärsnitt från sfärisk till elliptisk. Som beskrivits egenskap till nackdel för den pelletiseringsprocessen eftersom deformerade råkulor täpper till hålrummen mellan råkulor tidigare är denna efterföljande genom vilka hålrum gasen ska passera, varvid tryckfallet ökar och oxidationen försvåras.

Eftersom råkulor uppvisar olika hållfasthet och olika kurvformer när trycket närmar sig sönderfallspunkten, kan inte deformationen avlåsasbdirekt från tryckkurvan. Trycket växer i vissa fall lineärt hela vägen fram till sönderfallspunkten. I andra fall kan bristnlngar i bindningarna uppstå redan före sönderfallspunkten nås, vilket leder till att tryckkurvan böjs.

Vid analys av provkroppens deformation med hjälp av de insamlade mätvärdena ritas en regressionslinje i form av en tangent till kurvan in mellan två bestämda vården, l detta fall mellan 3 och 8 N, enligt figur 6. Gränsvärden väljs så att tryckkurvan mellan dessa värden växer lineärt. Deforrnation hos råkulor efter långsam tryckning till 10 N kan utläsas genom att läsa av värdet på X-axeln i den punkt där 10 N på Y-axeln skär regressionslinjen. Avståndet på X-axeln från denna punkt till den punkt där regressionslinjen skär X-axeln räknas om till mikrometer varvid provkroppens deformation kan bestämmas. Om ràkulans tryckhållfasthet är lägre än 10 N, förlängs regressionslinjen förbi 10 N för avläsning av deformation.

Deformationsmåttet påverkas bland annat av fukthalt och porositet i råkulorna samt ràmaterialets finlek och partikelform. Enligt figur 6, där Y-axeln graderas med presskraften (N) och X-axeln med tid (ms), mäts tryckkurvans awikelse från linjäritet vid maximaltryck i sönderfallspunkten (Dlin(max)) , vilket beskriver kurvans form. Om kurvan är helt lineär, blir awikelse från linearltet lika med noll. Om tryckkurvan böjer sig före sönderfallspunkten, blir awikelse från linearltet en positiv siffra. Om beräknad awikelse från linearltet blir negativt, är det ett tecken på att tangenten är felritad och därmed år det beräknade deformationsvärdet felaktigt. Awikelse från linearltet kan således användas för att kontrollera att tangenten är korrekt ritad och deformationsberäkningen är rätt. Om awikelse från linearltet är negativt, exempelvis mindre än -1 N, kan tangenten ritas om genom att flytta övre punkten högre upp eller längre ner l tryckskalan, beroende på hur råkulornas hållfasthet tillåter.

Deforrnationsvärden som är inkopplade med en negativ awikelse från linearltet, exempelvis <-1 N, kan plockas bort från medelvärdesberäkningar.

Föreliggande uppfinning är inte begränsad till det ovan beskrivna och på ritningarna visade utan kan ändras och modifieras på en rad olika sätt inom ramen för den i de efterföljande patentkraven angivna uppfinningstanken.

Claims (8)

10 15 20 25 30 35 529 487 8 Patentkrav

1. Metod vid analys av egenskaperna hos en järninnehållande reducerbar provkropp (A) av typen ràkula/pellet vid råkule/pelletsframställning för optimering av pelletiseringsprooessen och en efterföljande järnframställningsprocessunder användande av en anordning uppvisande ett första och ett andra relativt varandra rörligt organ vardera uppvisande mot varandra riktade kontaktytor (8,13), vilken metod k ä n n e t e c k n a s av stegen: , a) att provkroppen (A) anbringas mellan kontaktytorna (8,13), b) att avståndet mellan kontaktytorna (8,13) minskas kontinuerligt, c) att diametern hos provkroppen (A) mäts när provkroppen kontaktar kontaktytorna (8,13), d) att kontaktytorna (8,13) ytterligare förflyttas i riktning mot varandra under sammanpressning av provkroppen (A) tills provkroppen sönderfaller e) att storleken hos den kraft som påförs provkroppen (A) och tiden registreras och lagras kontinuerligt. f) att maximal presskraft vid provkroppens (A) samtliga sönderfallspunkter registreras, g) att avståndet mellan kontaktytoma (8,13) ökas, och h) att provkroppen avlägsnas.

2. Metod enligt kravet 1, varvid provkroppen klassificeras enligt ett tryckfall som uppkommer efter nämnda sönderfallspunkt.

3. Metod enligt något av föregående krav, varvid de insamlade mätvårdena presenteras numeriskt i tabellform.

4. Metod enligt något av föregående krav, varvid de insamlade mätvärdena presenteras graflskt i diagramforrn.

5. Metod enligt något av föregående krav, varvid de insamlade mätvärdena presenteras i realtid ,

6. Metod enligt något av föregående krav, varvid ett flertal provkroppar pressas samman den ena efter den andra under insamlandet av mätdata

7. Metod enligt något av föregående krav, varvid mätvärdena används för framställning av en graf, att en regressionslinje till grafen dras mellan två på förhand bestämda intervall på Y-axeln samt att värdet på X-axeln i den punkt där ett på förhand bestämt värde på Y-axeln skär nämnda regressionslinje dras från värdet hos den punkt där regressionslinjen skär X-axeln, varvid differensen utnyttjas som ett mått på deformationen hos provkroppen vid långsam sammanpressning av provkroppen till en på förhand bestämd tryckkraft. 529 487 e

8. Metod enligt kravet 7, varvid awikelsen i linjäritet hos tryckkurvan avlåses av skillnaden i Y-led mellan sönderfallspunkten och regressionslinjen.