CN103529168A - 铁矿粉同化性测试方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁矿粉同化性测试方法及其装置，该方法包括以下步骤：首先将铁矿粉和石灰进行焙烧，模拟烧结过程；然后测出同化的石灰量；最后用同化的石灰量与铁矿粉同化面积之间的比值来获得铁矿粉的同化量数据，以表征铁矿粉的同化性。本发明考虑到烧结过程中反应方向的不确定性会造成生成物的厚度更能说明铁矿粉同化能力强弱和同化速度快慢的现象，将反应生成物的厚度纳入铁矿粉同化性的评判依据中，通过测试同化石灰量与同化表面积之间的比值获得三维的同化量数据，从而准确表征区别不同铁矿粉的同化性，并能准确得到同化速度和同化温度敏感性数据，从而准确反映铁矿粉同化反应对温度的敏感性和同一试验条件下不同铁矿粉同化速度快慢。

Description

铁矿粉同化性测试方法及其装置

技术领域

本发明涉及烧结技术领域，具体地指一种铁矿粉同化性测试方法及其装置。

背景技术

铁矿粉作为烧结矿的主要用料，对铁矿粉高温基础烧结性能的研究主要集中在高温同化特性、流动特性、粘结强度，及连晶特性等方面，其通过对少量铁矿粉高温性能的测试来研究铁矿粉在高温烧结过程中液相生成能力和粘结效果等，测试结果可为烧结结生产用铁矿粉的配比调节提供依据，从而达到改善烧结用混匀矿粉烧结性能的目的，为高炉供应质量稳定的烧结矿粉提供保证。其中，同化性为铁矿粉一项重要的高温性能，其在很大程度上决定着烧结矿的性能。

对铁矿粉同化性能的判断通常是利用小型加热设备对铁矿粉和石灰粉进行加热，通过比较在同一温度下加热相同时间后反应生成物面积的大小来判断铁矿粉同化能力的强弱。该方法仅以计算二维平面上的反应量来判断铁矿粉的同化能力，而由于反应方向的不确定性，此方法的测定结果往往不能准确反映铁矿粉的同化性能。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种铁矿粉同化性测试方法及其装置，该方法所得结果能够准确反映出铁矿粉的同化性。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种铁矿粉同化性测试方法，包括以下步骤：首先，将铁矿粉和石灰进行焙烧，模拟烧结过程；然后，测出同化的石灰量；最后，用同化的石灰量与铁矿粉同化面积之间的比值来获得铁矿粉的同化量数据T，以表征铁矿粉的同化性。

进一步地，测定所述同化的石灰量与铁矿粉同化面积之间的比值包括以下步骤：

1)取铁矿粉和石灰，将其磨碎后分别压制成铁矿粉小饼和石灰小饼，分别进行恒温焙烧试验，得出铁矿粉和石灰的烧损率α和γ；

2）另取铁矿粉和石灰，将其磨碎后分别压制成铁矿粉小饼和石灰小饼，称量出铁矿粉小饼的质量为m₀并测量出铁矿粉小饼的表面积S，然后将该铁矿粉小饼置入石灰小饼的内部中央，制得试样；

3）将制得的试样在与步骤1）相同的焙烧条件下进行焙烧，模拟烧结过程，然后将焙烧后的试样置于空气中，使试样受潮露出内部的同化铁矿粉小饼；

4）将所得同化铁矿粉小饼加热，以烘干其内的物理水和结晶水，然后称量出烘干后的同化铁矿粉小饼的质量为m₁；

5）由m₁，m₀，α，及γ可计算得到同化的石灰质量数据m₂，m₂与同化前的铁矿粉小饼的表面积S的比值即为铁矿粉在测试温度下的同化量数据T。

进一步地，所述步骤5）中，通过分别改变焙烧时间和焙烧温度，测试同化量数据T随着时间和温度的变化而产生的变化量，从而得到同化速度数据和同化温度敏感性数据。

进一步地，所述步骤2）中，将铁矿粉和石灰分别磨碎至粒度为0.05～0.125mm，所述铁矿粉小饼的直径为4～10mm，所述石灰小饼的直径为18～25mm。

进一步地，所述步骤3）中，将焙烧后的试样置于空气中受潮20～30h。

进一步地，所述步骤4）中，将同化铁矿粉小饼加热升温至550～650℃后恒温25～35min进行烘干。

一种为实现上述方法而设计的铁矿粉同化性测试装置，包括红外加热炉，其特征在于：所述红外加热炉内设有保护套管，所述保护套管内设有放置试样的试样升降台，所述试样升降台的顶端设有顶测温电偶，所述试样升降台的底端设有底测温电偶，所述保护套管上连有气体转换阀，所述保护套管与气体转换阀的输出端连接，所述气体转换阀的输入端并联有氮气瓶和空气泵。

进一步地，所述保护套管为石英保护套管，其顶部设有废气出孔。

更进一步地，所述氮气瓶与所述气体转换阀之间及所述空气泵与所述气体转换阀之间分别连有流量计。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

其一，本发明考虑到烧结过程中反应方向的不确定性会造成生成物的厚度更能说明铁矿粉同化能力强弱和同化速度快慢的现象，因此，将反应生成物的厚度纳入铁矿粉同化性的评判依据中，通过测试同化石灰量与同化面积之间的比值获得三维的同化量数据，从而准确表征区别不同铁矿粉的同化性能的强弱，并能准确得到同化面积相同的铁矿粉与石灰熔剂的反应量，为研究铁矿粉同化性能提供可靠依据。

其二，由该同化性测试方法所得的同化量数据很容易得到同化速度数据和同化温度敏感性数据，从而准确反映出铁矿粉同化反应对温度的敏感性和在同一试验条件下不同铁矿粉的同化速度快慢。

其三，该铁矿粉同化性测试结果能有效指导烧结配矿试验和生产，为研究铁矿粉烧结行为规律及制定合理的铁矿粉焙烧制度提供有效依据。

附图说明

图1为一种铁矿粉同化性测试装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但是本发明并不限于下述实施例。

如图1所示的一种铁矿粉同化性测试装置，包括红外加热炉1，红外加热炉1内设有石英保护套管6，保护套管6的顶部设有废气出孔8，保护套管6内设有试样升降台3，试样升降台3的顶端设有顶测温电偶4，试样升降台3的底端设有底测温电偶5，保护套管6上连有气体转换阀7，保护套管6与气体转换阀7的输出端连接，气体转换阀7的输入端并联有氮气瓶11和空气泵10，氮气瓶11与气体转换阀7之间及空气泵10与气体转换阀7之间分别连有流量计9。

铁矿粉同化性测试过程如下：

同化试验前准备：先将铁矿粉和石灰（分析纯或工业用CaO）磨碎到粒度在0.125mm以下，优选0.05～0.125mm；然后用矿粉压样器在10MPa下压制120s，将铁矿粉试样压制为直径为6mm，高为5mm的圆柱形铁矿粉小饼，将石灰粉试样压制为直径为20mm，质量为5g的圆柱形石灰小饼；接着将铁矿粉小饼和石灰小饼分别放入红外加热炉1中恒温焙烧一段时间，各自经过3次重复试验，测得铁矿粉的平均烧损率为α，石灰小饼的平均烧损率为γ；

同化试样的制备：另取同样的铁矿粉和石灰，将铁矿粉和石灰磨碎至与测烧损率时相同粒度后，仍将铁矿粉压制成直径为6mm，高为5mm的圆柱形铁矿粉小饼，并称量出铁矿粉小饼的质量为m₀，测量计算出铁矿粉小饼的表面积为S，S为122.46mm²；然后称取2g石灰粉用矿粉压样器在10MPa下压制60s，将石灰压制成直径为20mm的石灰小饼，接着将铁矿粉小饼放置在压样器中的石灰小饼正上方，并在其上加入3g石灰粉，最后一起在10MPa下压制120s，制得直径为20mm内部埋有铁矿粉小饼的同化试验试样;

同化试验：将制得的试样2放在试样升降台3的顶部，然后将试样2送入红外加热炉1中的保护套管6内进行加热焙烧，试样2在与测烧损率时相同的焙烧温度和焙烧时间下进行同化试验，铁矿粉小饼与石灰的接触部分发生同化反应变形，在加热试样2时通过顶测温电偶4和底测温电偶5两处测温度，焙烧过程中产生的废气由保护套管6的顶部设有废气出孔8排出;

同化后试样的粉化：将焙烧同化后的试样置于空气中放置20～30h,优选24h，根据化学反应CaO+H₂O(g)=Ca(OH)₂，试样中未同化的CaO受潮会膨胀粉化，即：同化后的试样受潮后会露出内部的同化铁矿粉小饼；然后，将该同化铁矿粉小饼表面清理干净后重新放入红外加热炉1中，加热升温至550～650℃，优选600，℃并通过调节气体转换阀7使氮气瓶11中的氮气经保护套管6通入红外加热炉1内，加热烘干25～35min，优选30min，再称量得到烘干后的同化铁矿粉小饼的质量为m₁，试验过程中根据试验要求在不同温度阶段通入N₂气或空气，N₂气用氮气瓶11供气，空气由空气泵10供气，两种气体的流量使用流量计9调控，供气模式用空\氮气体转换阀7转换；

由m₁，m₀，α，γ计算得到同化的石灰质量数据m₂，m₂与同化前的铁矿粉小饼的表面积S的比值即为铁矿粉在测试温度下的同化量数据T，且通过分别改变焙烧时间和焙烧温度，测试同化量数据T随着时间或温度的变化而产生的变化量，从而得到同化速度数据ν_n和同化温度敏感性数据F，其中：

1）同化量T按以下公式计算：

同化量T=同化的石灰量/铁矿粉同化面积=同化的石灰质量/铁矿粉小饼表面积S=烧损后石灰同化质量/（100%-石灰烧损率γ）×铁矿粉小饼表面积S=【烘干后的同化铁矿粉小饼的质量m₁-试验前铁矿粉小饼的质量m₀×（100%-铁矿粉烧损率α）】/（100%-石灰烧损率γ）×铁矿粉小饼表面积S。

注：1、以上所涉及的质量都是用千分之一天平称取误差保持在±0.010g；

2、铁矿粉同化面积为试验前铁矿粉小饼的表面积。

2）同化速度数据ν_n是通过计算在相同试验条件下，某种铁矿粉随焙烧时间的增加其同化量的变化△T。方法如下：取开始焙烧时间为t₀，每次试验的焙烧时间增加△t，测得每次的同化量为T₀、T₁、T₂、T₃……T_n，同化速度ν_n按以下公式计算：

$v1=\frac{T1-T0}{\mathrm{\Δt}};v2=\frac{T2-T1}{\mathrm{\Δt}};v3=\frac{T3-T2}{\mathrm{\Δt}};......\mathrm{vn}=\frac{\mathrm{Tn}-\mathrm{Tn}-1}{\mathrm{\Δt}}$

注：t₀、△t，及试验次数n可根据试验的需求设定，优选取n=3～5，t₀=0min，△t=30s。

3）同化温度敏感性数据F是同种类的铁矿粉在相同试验条件下，增加△L温度后同化量的变化△T，则温度敏感性F的计算如下式：

$F=\frac{\mathrm{\ΔT}}{\mathrm{\ΔL}}$

注：△L优选10℃或20℃。

本发明能准确有效区分铁矿粉的同化能力，通过计算铁矿粉同化量、同化速度和同化温度敏感性，来比较多种铁矿粉的同化性能优劣和同种铁矿粉的最佳同化条件，为烧结大生产提供可靠铁矿粉烧结性能的数据。

Claims (9)

1.一种铁矿粉同化性测试方法，包括以下步骤：首先，将铁矿粉和石灰进行焙烧，模拟烧结过程；然后，测出同化的石灰量；最后，用同化的石灰量与铁矿粉同化面积之间的比值来获得铁矿粉的同化量数据T，以表征铁矿粉的同化性。

2.根据权利要求1所述的铁矿粉同化性测试方法，其特征在于：测定所述同化的石灰量与铁矿粉同化面积之间的比值包括以下步骤：

1)取铁矿粉和石灰，将其磨碎后分别压制成铁矿粉小饼和石灰小饼，分别进行恒温焙烧试验，得出铁矿粉和石灰的烧损率α和γ；

2）另取铁矿粉和石灰，将其磨碎后分别压制成铁矿粉小饼和石灰小饼，称量出铁矿粉小饼的质量为m0并测量出铁矿粉小饼的表面积S，然后将该铁矿粉小饼置入石灰小饼的内部中央，制得试样；

3）将制得的试样在与步骤1）相同的焙烧条件下进行焙烧，模拟烧结过程，然后将焙烧后的试样置于空气中，使试样受潮露出内部的同化铁矿粉小饼；

4）将所得同化铁矿粉小饼加热，以烘干其内的物理水和结晶水，然后称量出烘干后的同化铁矿粉小饼的质量为m₁；

5）由m₁，m₀，α，及γ可计算得到同化的石灰质量数据m₂，m₂与同化前的铁矿粉小饼的表面积S的比值即为铁矿粉在测试温度下的同化量数据T。

3.根据权利要求1或2所述的铁矿粉同化性测试方法，其特征在于：所述步骤5）中，通过分别改变焙烧时间和焙烧温度，测试同化量数据T随着时间和温度的变化而产生的变化量，从而得到同化速度数据和同化温度敏感性数据。

4.根据权利要求1或2所述的铁矿粉同化性测试方法，其特征在于：所述步骤2）中，将铁矿粉和石灰分别磨碎至粒度为0.05～0.125mm，所述铁矿粉小饼的直径为4～10mm，所述石灰小饼的直径为18～25mm。

5.根据权利要求1或2所述的铁矿粉同化性测试方法，其特征在于：所述步骤3）中，将焙烧后的试样置于空气中受潮20～30h。

6.根据权利要求1或2所述的铁矿粉同化性测试方法，其特征在于：所述步骤4）中，将同化铁矿粉小饼加热升温至550～650℃后恒温25～35min进行烘干。

7.一种为实现权利要求1所述方法而设计的铁矿粉同化性测试装置，包括红外加热炉（1），其特征在于：所述红外加热炉（1）内设有保护套管（6），所述保护套管（6）内设有放置试样的试样升降台（3），所述试样升降台（3）的顶端设有顶测温电偶（4），所述试样升降台（3）的底端设有底测温电偶（5），所述保护套管（6）上连有气体转换阀（7），所述保护套管（6）与气体转换阀（7）的输出端连接，所述气体转换阀（7）的输入端并联有氮气瓶（11）和空气泵（10）。

8.根据权利要求7所述的铁矿粉同化性测试装置，其特征在于：所述保护套管（6）为石英保护套管，其顶部设有废气出孔（8）。

9.根据权利要求7所述的铁矿粉同化性测试装置，其特征在于：所述氮气瓶（11）与所述气体转换阀（7）之间及所述空气泵（10）与所述气体转换阀（7）之间分别连有流量计（9）。