一種鐵礦粉同化溫度的檢測方法與流程

2024-04-10 01:08:05 1

本發明涉及鐵礦粉燒結特性檢測領域，更具體的說，涉及一種鐵礦粉同化溫度的檢測方法。

背景技術：

現如今在我國鋼鐵生產流程中，鐵礦燒結是為高爐提供冶金性能優良的煉鐵原料的重要工序。隨著鋼鐵企業對於高爐產品質量與企業經濟效益的追求，鋼鐵企業需要擴大原料來源以降低生產成本，但是，不同來源鐵礦粉其性能有很大差別，需要合理搭配使用才能滿足高爐生產對燒結礦的要求。如果採用燒結杯模擬燒結生成過程，其工作量大，實驗周期長。通過鐵礦粉基礎性能研究來合理搭配使用不同鐵礦粉就顯示出其優越性，能夠大量節省人力物力資料，提高工作效率。

其中，鐵礦粉的同化性是鐵礦粉燒結基礎特性之一，即鐵礦粉與cao反應的能力，它表徵的是鐵礦粉在燒結過程生成液相的難易程度。根據熱力學理論可知，如果鐵礦粉的同化溫度越低，其在燒結時越容易反應形成液相，但是，對於非均質燒結礦而言，基於對燒結礦的固結和燒結料層透氣性的考慮，並不希望作為核礦石的粗粒礦石過分熔化，以避免起固結骨架作用的核礦石減少以及燒結料層透氣性惡化而影響燒結礦的質量和產量。因此，在優化配礦過程中，希望將同化性好的鐵礦粉與同化性差的鐵礦粉搭配使用，使混合礦的同化性處於適宜區間，從而提高燒結礦的產質量。但是，對於鐵礦粉同化溫度的檢測還沒有專門的檢測設備，亟需開發出一種專門應用於鐵礦粉同化溫度檢測的方法。

目前對於鐵礦粉最低同化溫度的測量，在文獻《鐵礦粉與cao同化能力的試驗研究》(吳勝利，劉宇，杜建新，等.北京科技大學學報，2002，24(3)：258-261)中提出同化性檢測方法是：將磨細的鐵礦粉和分析純cao試劑壓餅，將鐵礦粉小餅試樣放置於cao小餅試樣上，放進一種微型燒結裝置中按照一定升溫制度對試樣進行加熱，判斷鐵礦粉同化特性的方法是以鐵礦粉小餅與cao小餅接觸面上生成略大於鐵礦粉小餅一圈的化合物為同化特徵，以達到此同化特徵的溫度為鐵礦粉的最低同化溫度，並以此評價鐵礦粉同化特性的優劣。該實驗方法必須通過嘗試不同溫度的試驗後才能判斷其最低同化溫度，費時費力，人為操作因素對實驗結果產生不可避免的影響，且是通過肉眼判斷其最低同化溫度；不僅準確性較差，而且檢測過程中人為的主觀性較強。

經檢索，專利文獻：一種測量鐵礦粉與cao同化反應性能的方法(cn201510829051.x)，一種鐵礦粉同化特性的測量方法(cn201410603085.2)，一種可視化鐵礦粉高溫冶金性能的測定裝置(cn201210385867.4)等，上述技術方案是通過攝像裝置觀察實驗爐中試樣突變情況，以此來確定鐵礦粉與cao發生同化的最低溫度；但是通過觀察確定同化溫度的個人主觀性太大，使得同化溫度的檢測誤差較大，且檢測過程複雜。

在文獻《測定鐵礦粉同化特性新方法的探索》(吳鏗，王夢，趙勇，等.東北大學學報，2013，34(7)：961-965)中提出的測定鐵礦粉同化最低溫度的方法是：將磨細的鐵礦粉和分析純cao試劑壓餅，將鐵礦粉小餅試樣與cao小餅試樣上，並放入高溫爐中記性焙燒，同時升溫焙燒過程中進行攝像、記錄時間和溫度；再利用xrd圖譜確定同化反應開始時間與溫度；雖然該測定方法結合xrd技術輔助判斷鐵礦粉最低同化溫度，但是鐵礦粉與cao同化初始狀態依然需要人通過肉眼去對照xrd圖譜，結果存在誤差。

技術實現要素：

1.發明要解決的技術問題

本發明的目的在於克服目前鐵礦粉的同化溫度檢測主觀性較大的問題，提供一種鐵礦粉同化溫度的檢測方法，在檢測的過程中對試樣進行加熱，並檢測鐵礦粉在加熱過程中的位移突變，可以根據位移突變判斷鐵礦粉的同化溫度。

2.技術方案

為達到上述目的，本發明提供的技術方案為：

本發明的一種鐵礦粉同化溫度的檢測方法，在加熱的過程中測量杆向鐵礦粉試樣施加壓力，檢測升溫過程中鐵礦粉試樣的溫度及測量杆的位移突變，測量杆發生位移突變時的溫度即為鐵礦粉的同化溫度。

優選地，當鐵礦粉試樣溫度達到1000～1150℃時，施力機構向鐵礦粉試樣施加壓力。

優選地，測量杆施加的壓力為0.5-20n。

優選地，具體步驟為：

步驟一、製備試樣

將鐵礦粉乾燥後壓製成鐵礦粉試樣；

步驟二、檢測同化溫度

將鐵礦粉試樣放置於檢測裝置的cao壓片上；檢測裝置的加熱單元對鐵礦粉試樣進行加熱，當鐵礦粉試樣溫度達到1000～1150℃時，檢測裝置的測量杆向鐵礦粉試樣施加壓力；繼續升溫的過程中測量杆發生位移突變時的溫度即為鐵礦粉的同化溫度。

優選地，所述的檢測裝置包括加熱單元，該加熱單元內設置有試樣臺，加熱單元用於對試樣臺上的鐵礦粉試樣進行升溫加熱；檢測單元，該檢測單元包括測量杆、位移傳感器和施力機構；所述測量杆上設置有測溫熱電偶，該測溫熱電偶用於檢測試樣的溫度；施力機構用於驅動測量杆向鐵礦粉試樣施加壓力；位移傳感器用於檢測測量杆的位移。

優選地，測量杆與試樣臺對應設置，所述測溫熱電偶的測溫端設置於測量杆靠近試樣臺的一端，該測溫熱電偶用於檢測鐵礦粉試樣的溫度。

優選地，所述的測量杆的底部設置有試樣施壓部件，該試樣施壓部件的底面面積大於測量鐵礦粉試樣的橫截面積。

優選地，所述的測溫熱電偶的設置有熱電偶水平段，測溫端設置於熱電偶水平段的末端，該熱電偶水平段的末端延伸至鐵礦粉試樣的邊緣位置。

優選地，所述的試樣臺頂部設置有工作平面，cao壓片設置於工作平面上。

優選地，所述的步驟二、檢測同化溫度具體步驟為：將鐵礦粉試樣放置於加熱單元的cao壓片上；加熱單元對鐵礦粉試樣進行加熱，當鐵礦粉試樣溫度達到1000～1150℃時，施力機構驅動測量杆向鐵礦粉試樣施加壓力；繼續升溫過程中測溫熱電偶檢測鐵礦粉試樣的溫度、位移傳感器檢測測量杆的位移突變；測量杆發生位移突變時的溫度即為鐵礦粉的同化溫度。3.有益效果

採用本發明提供的技術方案，與現有技術相比，具有如下有益效果：

(1)本發明的一種鐵礦粉同化溫度的檢測方法，在加熱的過程中測量杆向鐵礦粉試樣施加壓力，檢測升溫過程中鐵礦粉試樣的溫度及測量杆的位移突變，測量杆發生位移突變時的溫度即為鐵礦粉的同化溫度，在檢測的過程中通過加熱單元對試樣進行加熱，檢測單元檢測鐵礦粉在加熱過程中的位移突變，測量杆發生位移突變時的溫度即為鐵礦粉的同化溫度，從而準確、客觀的檢測出鐵礦粉的同化溫度；相對於通過肉眼或圖像分析系統觀察鐵礦粉試樣與cao壓片之間出現潤溼角等形變來判斷鐵礦粉同化溫度方法，提高了同化溫度檢測的準確性、檢測效率，為燒結生產提供可靠的鐵礦粉燒結性能的數據；

(2)本發明的一種鐵礦粉同化溫度的檢測方法，測溫端位於試樣施壓部件的邊緣位置，即熱電偶水平段的末端延伸至鐵礦粉試樣的邊緣位置，測溫熱電偶的測溫端靠近鐵礦粉試樣的邊緣位置，提高了鐵礦粉試樣周圍溫度檢測的準確性，進而提高了鐵礦粉同化溫度檢測的準確性；

(3)本發明的一種鐵礦粉同化溫度的檢測方法，測溫端與輔助測溫杆相連，輔助測溫杆設置於試樣施壓部件的邊緣位置，且輔助測溫杆沿豎直方向設置，輔助測溫杆與鐵礦粉試樣邊緣平行設置，輔助測溫杆的底部與cao壓片表面接觸，使得輔助測溫杆可迅速的將鐵礦粉試樣在豎直維度的溫度傳遞至測溫熱電偶，提高了同化溫度檢測的準確性。

附圖說明

圖1為本發明的整體結構示意圖；

圖2為圖1的局部放大結構示意圖；

圖3為圖2的a的局部放大結構示意圖；

圖4為本發明的流程圖。

示意圖中的標號說明：

100、加熱單元；110、試樣臺；111、cao壓片；112、工作平面；113、爐內熱電偶；120、加熱爐；

200、檢測單元；210、測量杆；211、試樣施壓部件；220、位移傳感器；230、施力機構；240、測溫熱電偶；241、熱電偶水平段；242、輔助測溫杆；243、測溫端；

300、控制處理單元；

400、鐵礦粉試樣。

具體實施方式

下文對本發明的示例性實施例的詳細描述參考了附圖，該附圖形成描述的一部分，在該附圖中作為示例示出了本發明可實施的示例性實施例。儘管這些示例性實施例被充分詳細地描述以使得本領域技術人員能夠實施本發明，但應當理解可實現其他實施例且可在不脫離本發明的精神和範圍的情況下對本發明作各種改變。下文對本發明的實施例的更詳細的描述並不用於限制所要求的本發明的範圍，而僅僅為了進行舉例說明且不限制對本發明的特點和特徵的描述，以提出執行本發明的最佳方式，並足以使得本領域技術人員能夠實施本發明。因此，本發明的範圍僅由所附權利要求來限定。

下文對本發明的詳細描述和示例實施例可結合附圖來更好地理解，其中本發明的元件和特徵由附圖標記標識。

實施例1

結合圖1、圖2和圖3，本實施例的一種基於位移突變檢測鐵礦粉同化溫度的裝置，包括加熱單元100和檢測單元200；其中加熱單元100包括試樣臺110和加熱爐120，試樣臺110設置於加熱爐120內，加熱單元100用於對試樣臺110上的鐵礦粉試樣400進行升溫加熱；加熱爐120通過電加熱絲對試樣臺110上的鐵礦粉試樣400進行升溫加熱(如圖1所示)，當然加熱爐120也可以通過其他方式進行加熱，例如：紅外加熱等。

檢測單元200包括測量杆210、位移傳感器220和施力機構230；測量杆210的頂部與施力機構230相連，施力機構230用於驅動測量杆210向鐵礦粉試樣400施加壓力；測量杆210的底部設置有試樣施壓部件211，該試樣施壓部件211的底面面積大於測量試樣的橫截面積，所述測量試樣即為鐵礦粉試樣400，本實施例試樣施壓部件211的底面直徑為

測量杆210上設置有測溫熱電偶240，該測溫熱電偶240設置於測量杆210的內部，測溫熱電偶240的測溫端243設置於測量杆210靠近試樣臺110的一端，該測溫熱電偶240用於檢測鐵礦粉試樣400的溫度。位移傳感器220用於檢測測量杆210的位移突變，該位移傳感器220為高精度的光柵位移傳感器，進而準確的檢測出測量杆210的位移突變。並採集得到測量杆210發生位移突變時的溫度，該溫度即為鐵礦粉的同化溫度。

本實施例的測量杆210與試樣臺110對應設置，即測量杆210的軸心與試樣臺110的軸心在同一條直線上；試樣臺110頂部設置有工作平面112，cao壓片111設置於工作平面112上，cao壓片111設置於工作平面112的中央部位，該cao壓片111用於放置鐵礦粉試樣400，cao壓片111在高溫條件下與鐵礦粉發生同化反應，cao壓片111的加工方法為：用天平稱量2g純度為98.0％的cao粉末，在20mpa壓力下壓製成的cao壓片111。工作平面112平行於試樣施壓部件211的底面，使得鐵礦粉試樣400在工作平面112與試樣施壓部件211之間受力更均勻，提高位移突變檢測的準確性，進而提高同化溫度檢測的準確性。

如圖4所示，採用本發明的一種鐵礦粉同化溫度的檢測方法：為在加熱的過程中測量杆210向鐵礦粉試樣400施加壓力，檢測升溫過程中鐵礦粉試樣400的溫度及測量杆210的位移突變，測量杆210發生位移突變時的溫度即為鐵礦粉的同化溫度；具體步驟如下：

步驟一、製備試樣

本實施例的鐵礦粉為楊迪粉，將楊迪粉乾燥後壓製成鐵礦粉試樣400，將待測鐵礦粉磨成粒度<0.147μm的細粉狀，其中200目的通過率為80％，在105℃下乾燥4h，在10mpa壓力下壓製成的鐵礦粉試樣400(其中直徑為高度為5mm)；將鐵礦粉試樣400放置在cao壓片111上方正中央處，保證測量鐵礦粉試樣400放置的穩定性；

步驟二、檢測同化溫度

將楊迪粉的鐵礦粉試樣400放置於加熱單元100的cao壓片111上；加熱單元100的加熱爐120對鐵礦粉試樣400進行加熱，加熱爐120的升溫速率為10℃/min，當鐵礦粉試樣400溫度達到1000～1150℃時，本實施例優選1100℃，施力機構230驅動測量杆210向鐵礦粉試樣400施加壓力，試樣施壓部件211對鐵礦粉試樣400施加恆定壓力為0.5～20n，本實施例優選1n，並記錄此時的位移量為0；繼續升溫過程中，調整加熱爐120的升溫速率為2℃/min，升溫的過程中測溫熱電偶240檢測鐵礦粉試樣400的溫度、位移傳感器220檢測測量杆210的位移突變，在測量杆210發生位移突變時測溫熱電偶240檢測的溫度為1210℃，位移突變至0.5mm；測量杆210發生位移突變時的溫度即為鐵礦粉的同化溫度。而現有技術中通過觀察檢測的同化溫度為1223℃，本發明提高了檢測的準確性。

本發明的申請人通過長時間的研究探索，研究發現鐵礦粉在400-1000℃時會發生固相反應，並使得鐵礦粉試樣400在固相反應之後具有較好的機械強度，而在400℃之前由於鐵礦粉的強度較差，如果向鐵礦粉試樣400施加壓力，易造成鐵礦粉試樣400損壞或者發生位移變化而影響後續檢測；400-1000℃時由於鐵礦粉的發生固化反應的過程中會發生內部結構的固化或者晶體變形，如果在此處就施加壓力，易造成後續位移突變檢測同化溫度的不準確性；在1000～1150℃時施加的恆定力較小，在鐵礦粉在同化之前具有較好的機械強度，並不會發生形變或者變形，此時位移傳感器220基本沒有測量到位移變化，位移傳感器220的位置也基本固定下來；當達到同化溫度時，鐵礦粉試樣400和cao壓片111發生同化反應，鐵礦粉試樣400和cao壓片111界面開始生成液相，由於測量杆210恆定壓力的作用，測量杆210向下發生明顯位移突變(即測量杆210的位置具有較大的位移變化)，位移傳感器220檢測到位移突變，並以該時刻所對應的溫度作為被測鐵礦粉的同化溫度。

由於同化過程中的液相生成是始於cao與鐵礦粉的固相反應生成的低熔點化合物，在同化反應開始時，低熔點化合物生成量較少，而且由於低熔點化合物的流動性較差，鐵礦粉試樣400的變形程度很小；當同化過程剛剛開始時，很難通過觀察的方法確定鐵礦粉是否發生同化；當發生明顯的形變時，此時檢測得到的溫度已經超過了鐵礦粉實際最低的同化溫度，因此影響了鐵礦粉同化溫度檢測的準確性。本發明創造性提出的通過基於測量杆210發生位移突變檢測同化溫度的方法，在對試樣進行施壓的狀態下，檢測試樣的形狀變化，並基於試樣施壓狀態的形狀變化，判斷鐵礦粉的同化溫度，實現了鐵礦粉同化溫度的準確、客觀的檢測；相對於僅通過肉眼或圖像分析系統觀察鐵礦粉試樣400與cao壓片111之間出現潤溼角等形變來判斷鐵礦粉同化溫度方法，提高了同化溫度檢測的準確性、檢測效率高，為燒結生產提供可靠鐵礦粉燒結性能的數據。

實施例2

本實施例的基本內容同實施例1，不同之處在於：測溫熱電偶240的設置有熱電偶水平段241，測溫端243設置於熱電偶水平段241的末端(如圖2所示)，該熱電偶水平段241設置於試樣施壓部件211內，測溫端243位於試樣施壓部件211的邊緣位置，即熱電偶水平段241的末端延伸至鐵礦粉試樣400的邊緣位置，測溫熱電偶240的測溫端243靠近鐵礦粉試樣400的邊緣位置，從而提高了鐵礦粉試樣400周圍溫度檢測的準確性，進而提高了鐵礦粉同化溫度檢測的準確性，為燒結生產提供可靠鐵礦粉燒結性能的數據。

實施例3

本實施例的基本內容同實施例1，不同之處在於：測溫端243與輔助測溫杆242相連，輔助測溫杆242設置於試樣施壓部件211的邊緣位置，且輔助測溫杆242沿豎直方向設置；輔助測溫杆242與鐵礦粉試樣400邊緣的距離為l，則1mm<l<2mm，本實施例l＝1.5mm，該輔助測溫杆242的材料為碳化矽；輔助測溫杆242與鐵礦粉試樣400邊緣平行設置，輔助測溫杆242的底部與cao壓片111表面接觸。本實施例的輔助測溫杆242靠近鐵礦粉試樣400邊緣，使得輔助測溫杆242可迅速的將鐵礦粉試樣400在豎直維度的溫度傳遞至測溫熱電偶240，使得測溫熱電偶240直接檢測得到鐵礦粉試樣400所處區域的平均溫度，從而提高了同化溫度檢測的準確性。

此外，加熱單元100的加熱爐120內設置有試樣臺110，試樣臺110頂部設置有工作平面112，該工作平面112位於加熱爐120的中部區域，該中部區域為恆溫區域。從而保證鐵礦粉試樣400處於相對恆定的檢測溫度下，避免鐵礦粉試樣400在不同位置處的溫度差異，提高了同化溫度檢測的準確性和客觀性。

實施例4

本實施例的基本內容同實施例1，不同之處在於：還包括控制處理單元300，加熱單元100和檢測單元200與控制處理單元300相連，控制處理單元300包括溫度控制模塊、施力控制模塊和信息採集模塊，溫度控制模塊用於控制加熱單元100的升溫過程，溫度控制模塊可以調節加熱單元100的升溫速率；

控制處理單元300的施力控制模塊用於控制施力機構230，從而控制測量杆210向鐵礦粉試樣400施加恆定壓力；信息採集模塊用於採集和處理用於處理位移傳感器220的位移信號和施力機構230的壓力信號。從而實現了鐵礦粉同化溫度的自動化檢測，提高了檢測效率和檢測結果的準確性。

實施例5

本實施例的基本內容同實施例1，不同之處在於：試樣施壓部件211的底部也設置有一層cao壓片111，在檢測的過程中試樣施壓部件211底部的cao壓片111與鐵礦粉試樣400的頂部接觸，從而實現了鐵礦粉試樣400在加熱的過程中，同時與上部和下部的cao壓片111同時反應，在升溫的過程中向鐵礦粉試樣400施加壓力，當鐵礦粉發生同化時，突變效果更明顯，進而提高了檢測的準確性。

試樣臺110上設置有爐內熱電偶113(如圖3所示)，該爐內熱電偶113用於檢測鐵礦粉試樣400底部的溫度，從而用於與測溫熱電偶240的結果進行對應和修正，提高了溫度檢測的準確性。

在上文中結合具體的示例性實施例詳細描述了本發明。但是，應當理解，可在不脫離由所附權利要求限定的本發明的範圍的情況下進行各種修改和變型。詳細的描述和附圖應僅被認為是說明性的，而不是限制性的，如果存在任何這樣的修改和變型，那麼它們都將落入在此描述的本發明的範圍內。此外，背景技術旨在為了說明本技術的研發現狀和意義，並不旨在限制本發明或本申請和本發明的應用領域。

更具體地，儘管在此已經描述了本發明的示例性實施例，但是本發明並不局限於這些實施例，而是包括本領域技術人員根據前面的詳細描述可認識到的經過修改、省略、例如各個實施例之間的組合、適應性改變和/或替換的任何和全部實施例。權利要求中的限定可根據權利要求中使用的語言而進行廣泛的解釋，且不限於在前述詳細描述中或在實施該申請期間描述的示例，這些示例應被認為是非排他性的。例如，在本發明中，術語「優選地」不是排他性的，這裡它的意思是「優選地，但是並不限於」。在任何方法或過程權利要求中列舉的任何步驟可以以任何順序執行並且不限於權利要求中提出的順序。因此，本發明的範圍應當僅由所附權利要求及其合法等同物來確定，而不是由上文給出的說明和示例來確定。