測量鐵礦粉溼容量及測算燒結混合料配水量的方法
2023-09-21 09:46:40 2
專利名稱：測量鐵礦粉溼容量及測算燒結混合料配水量的方法
技術領域：
本發明涉及一種測量鐵礦粉溼容量，以及根據各原料的溼容量來測算混合料適宜配水 量的新方法。
背景技術：
鋼鐵冶金領域中，將鐵礦粉、焦炭、熔劑等配水混合，通過圓筒混料機的造球作用， 獲得具有一定粒度分布的混合料小球，然後在臺車上通過抽風燒結最終獲得高爐煉鐵所需 的燒結礦。該過程中，配水量對混合料的造球的行為，以及最終混合料小球的粒度分布有 重要影響。適宜的配水量既能保證混合小球的強度和尺寸，又能最大程度上節約用水和減 少燒結所需的配碳。目前，我國絕大多數大型鋼鐵聯合企業生產所需的鐵礦石主要依靠進 口。隨著進口鐵礦石的價格不斷上漲，燒結所用的鐵礦石種類繁多、成分波動大，給燒結 工序帶來很大困難。當燒結原料穩定時，生產企業通過相應的實驗室及工業試驗可以找到 合適的混合配水量。但是，當原料複雜、種類及成分都在波動的時候，適宜配水量的確定 成為困難。尤其是從國際市場上選擇、購買過程中，更需要有一個簡單實用的方法對鐵礦 石的混合制粒行為進行測試分析。實際生產中，燒結料混合配水量往往是固定的，其改變 滯後於原料變化， 一旦燒結工序出現明顯的質量問題時，才會考慮制粒工序的工藝參數。 操作者對原料變化引起的混合制粒行為變化缺乏有效的評估。因此，發明一種簡單實用的測算混合料適宜配水量方法是十分必要的。 發明內容針對現有技術中，布鐵礦粉領域，不能對不同礦粉以及多種礦粉混合制粒過程適宜配 水量進行理論計算和預測的問題，本發明的目的在於提供一種通過實驗方法分析和測量鐵 礦粉溼容量以及通過溼容量來測算混合料適宜配水量的新方法，以對燒結用鐵礦粉的適宜 配水量進行評估。本發明的目的是這樣實現的測量鐵礦粉溼容量的方法，其特徵在於，具體步驟包括 1)礦物預處理首先，將待測鐵礦粉放入烘箱中，蒸發掉鐵礦粉中所含的水分；然後，待鐵礦粉冷卻4至室溫後，放入乾燥瓶中備用； 2)溼容量的測定採用如下測量裝置進行測定測量鐵礦粉溼容量的裝置，包括U形水槽、圓筒容器和 電子天平；U形水槽水平擱置，U形水槽的兩開口等高且上部分別設有儲水箱和圓筒容器， 圓筒容器的上方設有吊繩並使其在U形水槽的一開口內上下移動；U形水槽對應圓筒容器 開口端的側壁設有刻度標記；圓筒容器的吊繩與電子天平稱重盤相連；儲水箱向U形水槽 提供水源，使U形水槽開口的水位始終保持在最高處。圓筒容器採用透明的玻璃、塑料或樹脂製成，主要是為了方便觀察。進一步，所述電子天平還連接有計算機，用於將其稱量結果輸入並計算和顯示。溼容量的測定方法，包括如下步驟-A、 用濾紙平鋪在玻璃圓筒容器的底部，將玻璃圓筒容器浸泡入水中讓濾紙吸水完全 飽和；B、 稱取200g—300 g經預處理的待測鐵礦粉裝入第A步的圓筒容器內，使其自然堆 積；裝好後將圓筒容器掛在電子天平上稱量，待示數穩定後，將天平清零；C、 將該圓筒容器浸入到水下h，使圓筒所受浮力與水-圓筒界面的張力達到平衡，天 平重新回零；其中，圓筒容器浸入到水下的深度h與圓筒容器直徑D的有關-C為水的表面張力，S為水和玻璃的接觸角(與水和圓筒容器的材料有關，為常識數值，如水和玻璃的接觸角固定為30度)，/ 為103kg/m3;D、 隨著時間變化，鐵礦粉開始吸水，天平示數不斷增加，並將數據記錄；E、 當天平數據穩定時，天平最後的示數即為所測鐵礦粉的溼容量，記為歷。 測算燒結混合料配水量的方法，是根據所測得的鐵礦粉的溼容量歷進行測算，所測鐵礦粉的溼容量反映該礦物的吸水能力和由於毛細作用力而存在於顆粒間的水含量；燒結料 的適宜配水量與溼容量按如下關係式進行計算，艮P:式中，w為燒結料的適宜配水量，加為所測鐵礦粉的溼容量；A為比例係數，與圓筒 混料機的轉速、傾角、物料加入速率等參數有關，/7為修正常數；A和/3通過對實驗數據利用最小二乘法擬合得到。需要說明的是，對於相同的圓筒混料機，其々和/7的值是固定 的。相比現有技術，本發明具有如下優點I.本發明創造性地提出通過溼容量解決目前在鐵礦粉加水混合制粒領域，無法對不同礦粉以及多種礦粉混合制粒過程適宜配水量進行理論計算及定量預測的問題。II. 該方法考慮了容器所受浮力與水-容器界面張力的平衡，使測量數,據更加準確。III. 由於測量裝置採用u型水槽的設計保證了容器與水接觸的深度，最大限度的避免液面波動引起的測量誤差。IV. 該方法操作簡便，數據可靠；使用透明的玻璃容器，便於直接觀察實驗過程。V. 與計算機相連，通過相應計算機軟體，實現自動記錄實驗數據，無需人工測量， 並且減少了人為誤差的可能。
圖1是本發明方法溼容量測試裝置的結構示意圖；圖2是圓筒與水接觸角示意圖；圖3是一種鐵礦粉溼容量和最佳配水量的關係圖。
具體實施方式
如圖1所示，測量鐵礦粉溼容量的裝置，包括U形水槽1、圓筒容器2和電子天平3; U形水槽l水平擱置，U形水槽l的兩開口等高且上部分別設有儲水箱4和圓筒容器2，圓 筒容器2的上方設有吊繩並使其在U形水槽1的一開口內上下移動；U形水槽1對應圓筒 容器2開口端的側壁設有刻度標記5;圓筒容器2的吊繩與電子天平3稱重盤相連；儲水 箱向U形水槽提供水源，使U形水槽開口的水位始終保持在最高處。U形水槽的底部還設 有接水盤(圖中省略)，以防止溢出的水流出。圓筒容器2採用透明的玻璃、塑料或樹脂製成，主要是為了方便觀察。 測量鐵礦粉溼容量的方法，包括礦預處理、溼容量的測定步驟。具體步驟包括1、 礦預處理首先，取鐵礦粉原礦(如2公斤)放入烘箱中，注意儘量使粉礦平鋪，控制溫度在200 。C蒸發掉原礦中所含的水分，保溫4小時，每隔一小時將礦混勻再鋪平，保證原礦去除 原礦所有水分並避免發生結塊現象。待原礦冷卻至室溫後，放入乾燥瓶中儲存。2、 溼容量的測定1) 稱樣稱量200g的上述待測鐵礦粉；2) 準備玻璃圓筒容器用濾紙平鋪在玻璃圓筒容器2的底部，將玻璃圓筒容器2浸 泡入水中讓濾紙吸水完全飽和；3) 將稱量好的待測礦粉裝入步驟2)的玻璃圓筒容器2內，使其自然堆積，切勿擠壓；裝好後掛在電子天平3上稱量，待示數穩定後，將天平清零； ，4) 將玻璃圓筒容器2浸入到水下h (如當D為3cm時，計算可得平衡時圓筒的浸入深 度hl為0.86mm;當D為10cm時，hl為0. 25mm， D為玻璃圓筒容器的直徑)，使玻璃圓筒 容器2所受浮力與界面張力平衡，天平重新回零；5) 隨著時間變化，記錄天平示數；6) 當天平數據穩定時(連續兩次測量誤差不超過O. lg)，天平最後的示數即為所測礦 物的溼容量，記為y/ 。理論推導h的值假設玻璃圓筒容器的直徑為"，水和玻璃圓筒容器的接觸角為9，水的表面張力"。如圖2所示。當玻璃圓筒容器剛接觸到水中，試樣(待測礦粉)還沒有來得及吸水的時候，玻璃圓筒容器2在豎直方向上所受的力為水的表面張力的分力，艮P:f = JT - 2> .COS3 'ff (1)當玻璃圓筒容器深入到水下深度為力時，玻璃圓筒容器所受到的浮力為/ = p'5';rH/4 (2)當界面張力和浮力平衡時，可以求得玻璃圓筒容器的插入深度為h (3) 若已知水的。為72.75mN/m、水和玻璃的接觸角0為30° 、 P為i(Pkg/m3，計算可得 平衡時圓筒的浸入深度h與玻璃圓筒容器的直徑D關係。綜上，通過上述方法和裝置可以測得待測鐵礦粉的溼容量。 本發明更重要的是，根據該溼容量可以計算混合料適宜配水量，具體歩驟如下 燒結混料制粒過程就是將原料(鐵礦粉、焦炭和熔劑)配水後裝載到圓筒混料機中。 原料隨圓筒混料機旋轉運動，在不斷碰撞接觸過程中，顆粒依靠與水作用的毛細力粘接起 來。此外，原料自身由於其多孔特性也將會吸收水分。因此，本發明中所測溼容量反映了 礦物的吸水能力和由於毛細作用力而存在於顆粒間的水含量。燒結料的適宜配水量與溼容 量按如下關係式進行計算，艮口iv = fe.m+rj (4)式中，W為燒結料的適宜配水量，A為比例係數，切為所測鐵礦粉的溼容量，/7為修 正常數；其中，w為燒結料的適宜配水量，根據實際混合制粒實驗得到；A和/7通過對實驗數據利用最小二乘法擬合得到。溼容量的測試結果如表1所示:時間/min0. 501.00L502.002. 503. 003. 504.004. 505. 005. 506. 00含水量/%7.918. 699. 6510.2710. 7711. 1811. 4711. 5811.6111.6211.6311.63設計試驗研究加水量對燒結制粒效果的影響， 一般來說，在工業燒結過程中為保證燒結料層的透氣性和燒結礦的質量，要求混合料制粒後3—8mm的顆粒越多越好。制粒設備 選用工業圓筒混料裝置。在以下組試驗中，分別設定加水量分別為6%、 6.5%和7%。混合 時間固定為6分鐘。實驗結果如下表2不同配水量下的混合制粒效果配水量％>10咖10-8mm8-5咖5-3mra3-l纖l-O. 7mm0. 7-0. 2mm<0. 2鵬3-8咖64. 552. 9420.0429.0227. 464. 6911. 314. 5549. 066.59. 795. 3234. 9830. 8914. 272. 961. 799. 7965, 96712.885. 2635. 7526. 3614,612.472.6712.8862. 11通過試驗數據可以發現當配水量為6. 5的時候，混合料的制粒效果最好。同樣的方法研究其他礦種溼容量和最佳配水量的關係，所有試驗結果如圖3所示； 通過對實驗數據進行線性回歸得到最佳配水量和溼容量的關係》'- 0,47' ;v + 1.19 (5) 式中，,為溼容量，y為混和制粒過程的最佳配水量。這樣只要通過試驗得到了某種鐵礦粉的溼容量，即可以根據式(5)計算得到實際混 合料最佳的配水量。本發明中，圓筒容器2為透明的玻璃、塑料或樹脂製成，主要是為了方便觀察。 本發明保護範圍並不僅僅限於此具體實施方式
，其還可以在權利要求的保護範圍內做 出本領域技術人員公知的種種等同變形，其仍然屬於本發明保護的範圍。8
權利要求
1、測量鐵礦粉溼容量的方法，其特徵在於，包括如下步驟1)礦物預處理首先，將待測鐵礦粉放入烘箱中，蒸發掉鐵礦粉中所含的水分；然後，將待測鐵礦粉冷卻至室溫後，放入乾燥瓶中備用；2)溼容量的測定採用下述測量裝置進行測定；所述測量裝置，包括U形水槽(1)、圓筒容器(2)和電子天平(3)；U形水槽(1)水平擱置，U形水槽(1)的兩開口等高且上部分別設有儲水箱(4)和圓筒容器(2)，圓筒容器(2)的上方設有吊繩並使其在U形水槽(1)的一開口內上下移動；U形水槽(1)對應圓筒容器(2)開口端的側壁設有刻度標記；圓筒容器(2)的吊繩與電子天平(3)稱重盤相連；儲水箱向U形水槽提供水源，使U形水槽開口的水位始終保持在最高處；溼容量的測定步驟包括A、用濾紙平鋪在圓筒容器(2)的底部，將圓筒容器(2)浸泡入水中讓濾紙吸水完全飽和；B、稱取200g-300g的待測鐵礦粉裝入第A步的圓筒容器(2)內，使其自然堆積；裝好後將圓筒容器(2)掛在電子天平(3)上稱量，待示數穩定後，將天平清零；C、將該圓筒容器(2)浸入到水下h，使圓筒容器(2)所受浮力與水-圓筒界面的張力達到平衡，天平重新回零；其中，圓筒容器浸入到水下的深度h與圓筒容器直徑D有關σ為水的表面張力，θ為水和圓筒容器的接觸角，ρ為103kg/m3；D、隨著時間變化，鐵礦粉開始吸水，天平示數不斷增加，並將數據記錄；E、當天平數據穩定時，天平最後的示數即為所測鐵礦粉的溼容量，記為m。
2、 根據權利要求1所述測量鐵礦粉溼容量的方法，其特徵在於，所述電子天平(3) 還連接有計算機(6)。
3、 根據權利要求1所述測量鐵礦粉溼容量的方法，其特徵在於，所述圓筒容器(2) 為透明的玻璃、塑料或樹脂製成。
4、 測算燒結混合料配水量的方法，其特徵在於，根據權利要求1所測得的鐵礦粉的 溼容量歷進行測算，所測鐵礦粉的溼容量反映該礦物的吸水能力和由於毛細作用力而存在 於顆粒間的水含量；燒結料的適宜配水量與溼容量按如下關係式進行計算，艮卩 ' = &-m + n (1)式中，r為燒結料的適宜配水量，X:為比例係數，歷為所測鐵礦粉的溼容量，/7為修 正常數；其中，A和/7通過對實驗數據利用最小二乘法擬合得到。
全文摘要
本發明提供一種測量鐵礦粉溼容量以及根據溼容量預測燒結混合料配水量的方法，採用由U形水槽、電子天平，以及底部設有通孔的玻璃圓筒容器組成的測量裝置進行測定將該裝有鐵礦粉的圓筒容器浸入到水下h，使圓筒容器所受浮力與水-圓筒界面的張力達到平衡，通過天平數據測得鐵礦粉的溼容量m；溼容量和實驗混合料的適宜配水量按如下關係式確定w＝k·m+n，k為比例係數，n為修正常數，w為燒結料的適宜配水量。本發明考慮了容器所受浮力與水-容器界面張力的平衡，使測量數據更加準確。本發明解決了目前在鐵礦粉領域，沒有對不同礦粉以及多種礦粉混合制粒過程適宜配水量進行測量的問題。
文檔編號G01N5/00GK101608993SQ20091010435
公開日2009年12月23日 申請日期2009年7月16日 優先權日2009年7月16日
發明者呂學偉, 周傳強, 唐啟榮, 夏海英, 濤 王, 白晨光, 浩 謝, 邱貴寶 申請人:重慶大學;武鋼集團昆明鋼鐵股份有限公司