專利名稱：：一種燒結鐵礦石液相生成特性的檢測方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種燒結鐵礦石液相生成特性的檢測方法，通過檢測鐵礦石在成礦過程中的液相生成特性指標，用來評價應用于燒結的鐵礦石質(zhì)量和性能。
背景技術：
：現(xiàn)有的鐵礦石評價方法，大部分都是根據(jù)鐵礦石的化學成分以及物理性能來衡量鐵礦石的質(zhì)量。但從燒結精料技術的角度，僅從化學成分、粒度組成、制粒性能等常溫特性來評價鐵礦石是遠遠不夠的，高溫下鐵礦石的成礦性能也是重要的衡量指標，因為成礦過程影響著燒結礦的結構和礦物組成，與燒結礦的質(zhì)量有極密切的聯(lián)系，因此燒結礦的產(chǎn)量、質(zhì)量和燒結能耗更大程度上取決于高溫狀態(tài)下鐵礦石的成礦性能。但目前人們對鐵礦石在燒結過程中的成礦行為認識不足，因而無法充分和正確把握鐵礦石種類與燒結效果之間的內(nèi)在聯(lián)系。導致現(xiàn)有的配礦方法基本上都是根據(jù)鐵礦石的化學成分以及物理性能來選擇鐵礦石，然后通過燒結杯試驗來進行配礦。由于對燒結成礦過程的認識缺乏深度，不利于燒結生產(chǎn)的高效化管理以及燒結礦質(zhì)量的正確預測，因而配礦具有盲目性，導致浪費了大量的人力和物力。如果鐵礦石在燒結過程中所反映出來的高溫物理化學特性能夠通過成礦性能指標反映出來，并建立其與燒結礦產(chǎn)質(zhì)量、能耗之間的關系，就能有目的地對各種鐵礦石進行合理的選擇和使用，實現(xiàn)真正意義上的優(yōu)化配礦。同時這些指標可為了解和掌握鐵礦石的基本性能、判斷其燒結性能、選擇工藝參數(shù)以及為鋼鐵企業(yè)采購鐵礦石、進行優(yōu)化配礦和指導燒結生產(chǎn)提供有力的理論根據(jù)。目前還沒有一個比較標準的、科學的體系來評價燒結含鐵原料的成礦性能，甚至沒有明確地提出燒結成礦性能的檢測內(nèi)容。從燒結機理出發(fā)，燒結成礦過程包括燒結過程中的固相反應、液相生成并粘結未熔礦石、以及冷凝結晶三個主要的過程。通過試驗研究，結果表明液相是燒結礦成型固結的基礎，是成礦性能中最重要的內(nèi)容。液相是燒結礦的粘結相，將未熔的固體顆粒粘結成塊，保證燒結礦具有一定的強度，因此液相的數(shù)量和性質(zhì)是燒結礦強度的重要影響因素。同時液相的數(shù)量與燒結過程透氣性密切相關，從而影響著燒結礦產(chǎn)率。而液相生成溫度、生成速度與燒結能耗具有強相關性，如果能夠在低溫下快速的形成燒結所需的液相，則能降低燒結溫度，從而降低燒結能耗。將上述燒結液相歸納成兩類特性，分別為液相生成特性和液相粘結特性。液相生成特性包括液相生成溫度、生成速度、生成數(shù)量，本發(fā)明涉及的是液相生成特性的檢測方法。液相生成特性檢測方法的現(xiàn)狀及存在的問題以往的檢測技術多以同化性能表征鐵礦石在燒結過程中生成液相的難易程度。同化性能是指鐵礦石在燒結過程中與CaO的反應能力。一般而言，鐵礦石同化性能越高，則在燒結過程中越易生成液相。對于同化性的研究有以下代表性的方法1.北京科技大學吳勝利等的檢測方法，是將鐵礦粉和分析純Ca0試劑制成細粉狀(100目)，在一定的壓力下分別壓制成直徑8mm的礦粉小餅和直徑25mm的Ca0小餅，然后將鐵礦粉小餅試樣置于CaO小餅試樣上，放人微型燒結實驗裝置中按一定的燒結制度進行焙燒。以礦粉小餅與CaO小餅接觸面上生成略大于鐵礦粉小餅一圈的反應物為同化特征，測定達到這一同化特征的溫度和時間，以此評價不同鐵礦粉與CaO的同化能力。該方法能檢測鐵礦石與CaO開始反應的溫度，但不能在連續(xù)的溫度下觀察鐵礦石的反應情況，只能在間斷的溫度點觀察其同化特征，導致試驗的工作量大；同時由于只能檢測開始反應的溫度，對燒結過程液相的生成特征指導性不強。2.另外一種普通的方法是將原料壓成團塊，在一定的溫度和氣氛下燒結，通過檢測燒結塊中的礦相組成來反映鐵礦石的同化性能，不同的研究者操作條件或使用的設備會有所不同，但基本的原理大同小異。日本的FumioMATSLJNO和TakeoHARA-DA是將各種原料粉碎至0.125mm以下，混合后把混合料壓制成O15mmX10mm的小餅，然后放到電爐中加熱到所需溫度，最后通過顯微鏡，X-衍射、EPMA觀察小餅中的礦相結構。臺灣的Li-Heng和Sheffield大學的J.A.Whiteman是將各種原料粉碎至O.125mm以下，混合后壓制成06mmX6mm的團塊，然后放到電爐中加熱到所需溫度，焙燒過程中通入N2、Air、C0、C02混合氣體來模擬燒結氣氛。BHP公司的C.E.Loo的研究方法，各種原料粉碎至O.125mm以下，混合后壓團，然后放到紅外加熱爐中加熱到所需溫度，焙燒過程中通入N2、Air、C0、C02混合氣體來模擬燒結氣氛，然后檢測燒結塊中鐵酸鈣的形成情況。這類方法需要將燒結團塊磨成光片觀察顯微結構，并統(tǒng)計燒結塊的礦物組成；或者將燒結塊磨碎，用X-衍射檢測燒結塊中的礦相，因此不能實現(xiàn)快速檢測。而且團塊在燒結后冷卻，液相在冷卻過程中不斷析出晶體，成分會不斷發(fā)生變化，因此檢測燒結塊的礦相并不能真實的反應燒結過程中液相的生成情況。述檢測方法所測的同化性都未能全面的體現(xiàn)燒結過程液相的生成行為，而且存在檢測過程復雜的問題，與燒結效果的對應關系也不甚明顯。因此，開發(fā)一種全面地、科學地衡量燒結過程液相生成特性的方法，并實現(xiàn)快速、準確的檢測，顯得尤為重要。本發(fā)明所要解決的技術問題是提供了一種燒結鐵礦石液相生成特性的檢測方法，該方法采用錐形燒結法檢測鐵礦石液相生成特性。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案為一種燒結鐵礦石液相生成特性的檢測方法，其特征在于，包括以下步驟1)配料選用鐵礦石和氧化鈣，氧化鈣占鐵礦石和氧化鈣總量的質(zhì)量比例為10%20%，使鐵礦石干燥而且粒度小于O.074mm;將氧化鈣消化后搗碎，添加到鐵礦石粉末中混合均勻；再加入水混合，水分質(zhì)量占7-10%;得混合料；2)燒結和檢測將混合料壓制成三角錐，將三角錐在空氣氣氛下焙燒，升溫速度為(10±2)°C/min;在升溫焙燒過程中根據(jù)三角錐的外形變化情況獲取鐵礦石液相生成特性參數(shù)，具體方法如下液相開始生成溫度TS為三角錐尖端開始變圓或彎曲時對應的溫度；液相完全生成溫度Te指三角錐錐體彎曲至錐尖觸及托板時或錐體收縮成冠球形時對應的溫度；液相自由流動溫度Tf是指三角錐融化成一體或展開成高度在l.5mm以下薄層時的溫度；液相生成平均速度為v^OOO/(Te-Ts);液相生成量n是以128(TC下三角錐的側(cè)面面積的收縮比例來表征；具體為11=(Siooo-S1280)/S1000X100%;其中S^8o為128(TC時攝像頭攝取的三角錐的一個側(cè)面的面積，Siooo為1000°C時攝像頭攝取的三角錐的一個的面積。當三角錐初高/終高為(123±3)。/。時的溫度為液相開始生成溫度Ts;當冠球體的寬/高為(145±5)。/。時的溫度為液相完全生成溫度Te;當三角錐融化成寬/高為(1100±20)%時的溫度為液相自由流動溫度Tf。通過CCD攝像頭實時監(jiān)測三角錐的形態(tài)特征變化。所述的三角錐的尺寸特征是底為邊長7mm的正三角形，三角錐高度為20mm，其中一條棱垂直于底面。本發(fā)明具有的有益效果是本發(fā)明根據(jù)物料變形與液相生成存在密切關系這一原理提出了采用錐形法檢測鐵礦石液相生成特性。液相生成特性包括液相形成的溫度、速度和數(shù)量，液相形成的特征溫度具體表現(xiàn)為液相開始生成溫度(Ts)、液相完全生成溫度(Te)和液相自由流動溫度(Tf)，特征溫度根據(jù)攝像頭拍下的錐形變化特征由圖像處理軟件自動識別獲得。液相生成平均速度用公式Fl000/(Te-Ts)計算得到；液相生成量是以128(TC下錐形面積相比100(rC下錐形面積的收縮比例來表征。該方法同時考慮了液相的生成溫度、速度和生成量三個特性，相比同化性的檢測更為全面，且能夠反映鐵礦石在整個燒結過程中液相生成的變化情況。該方法在同一設備、同一次試驗中就可檢測液相生成的三個特性，因此具有測量方法簡單、檢測速度快、檢測結果準確的特點。該方法檢測的液相生成特性能與燒結礦產(chǎn)質(zhì)量指標建立起對應的關系，因此具有科學性和實用性。因此，本方法為一種全面地、科學地衡量燒結過程液相生成特性的方法，并實現(xiàn)快速、準確的檢測。圖l為制作三角錐的模型和示意圖及安裝托板；其中a圖為制作三角錐的模具；b圖為三角錐示意圖，其中CB二BD《D二7mm，AD丄ABCD，AD=20mm;c圖為安裝三角錐的托板，可同時安裝5個三角錐，安裝方法是將側(cè)面AABC正對攝像頭。圖2為加熱爐示意圖；其中l(wèi)-熱電偶；2-硅碳管；3-三角錐；4-剛玉舟；5-爐殼；6-剛玉外套管；7-剛玉內(nèi)套管；8-泡沫氧化鋁保溫磚；9-電板片；10-觀察孔。圖3為錐形法測液相生成特性流程圖4為錐形法測液相生成特征溫度示意圖；其中從左至右的4組圖像分別表示未反應、液相開始生成、液相完全生成和液相自由流動時的三角錐形形態(tài)特征；圖5為三角錐收縮示意圖其中圖左右圖像分別為1000度和1280度時的三角錐形側(cè)面形狀。具體實施方式檢測內(nèi)容檢測燒結鐵礦石的生成特性，主要是獲得鐵礦石生成液相的溫度高低、形成液相的速度以及在燒結溫度下液相的生成量，通過這些特征的檢測反映鐵礦石生成液相的難易程度。因此，液相的生成特性包括液相開始生成溫度、液相完全生成溫度、液相自由流動溫度、液相生成平均速度、液相生成量。檢測方法(1)錐形法測量液相生成特性的原理。當物料在逐漸升溫的過程中，物料由于熔化而產(chǎn)生變形，變形的程度可反應物料的熔化程度。對于棱角分明的物料，更容易觀察其變形的現(xiàn)象，因此將物料做成三角錐形。通過測量三角錐在升溫過程中的變形程度，來檢測鐵礦石的液相生成特性。(2)錐形法模擬燒結的方法。1)模擬燒結配料。鐵礦石燒結過程發(fā)生復雜的物理化學反應，由于接觸條件的因素，鐵礦石首先與CaO發(fā)生固相反應，這些固相反應生成的低熔點物質(zhì)是液相生成的先導，且最終燒結礦中鐵酸鈣是最重要的粘結相體系。鐵礦石與CaO的反應最能反映燒結過程液相體系的生成，因此配料選擇鐵礦石和CaO兩種物料模擬燒結液相的生成過程。2)模擬燒結過程。主要包括溫度和氣氛的過程控制兩個方面。升溫速度為(10±2)°C/min，焙燒氣氛為氧化性氣氛，即在空氣的氣氛下加熱。檢測設備(1)錐形制作及安裝設備(見圖l)(2)加熱器件(見圖2)(3)圖像實時檢測設備及處理軟件采用CCD攝像頭實時記錄整個實驗過程中三角錐的變化情況，并利用先進的圖像識別技術判斷三角錐變化的特征，記錄特征溫度和三角錐形態(tài)，實現(xiàn)自動識別。并自動儲存實驗中的重要圖像，以便進一步檢驗和分析。采用測控軟件對高溫爐的升溫過程進行控制。操作過程錐形法的試驗流程見圖3。錐形法測液相特性的操作方法(1)原料準備。將待測的鐵礦石在烘干箱中干燥2h以上，使鐵礦充分脫水干燥；將鐵礦石細磨至粒度小于O.074mm。(2)配料。稱取50g鐵礦，生石灰添加量按照配比計算得到。將生石灰消化后充分搗碎，添加到礦中充分混勻。然后配加一定量的水，使混合料水分適宜壓制三角錐，一般水分為710%。(3)三角錐的制備及安裝在模型中壓制三角錐，并將其安裝在托板上。試驗現(xiàn)象及特征(1)液相形成特征溫度的試驗現(xiàn)象及其特征的判斷(示意圖見圖4):1)液相開始生成溫度(Ts):指三角錐尖端開始變圓或彎曲的溫度，判斷準則是三角錐初高/終高為(123±3)%;2)液相完全生成溫度(Te):指三角錐錐體彎曲至錐尖觸及托板時或錐體收縮成冠球形時的溫度，判斷準則是冠球形寬/高為(145±5)%;3)液相自由流動溫度(Tf):是當三角錐融化成一體或展開成高度在l.5mm以下薄層時的溫度，判斷準則是薄層寬/高為(1100±20)%。(2)液相生成量及液相生成平均速度的表征1)液相生成量的表征當物料中形成液相，物料會在毛細力、重力等力的作用下發(fā)生收縮現(xiàn)象，見圖5。液相產(chǎn)生的越多，收縮的比例越大。因此以三角錐在燒結溫度下(一般為128(TC)的收縮比例表征液相生成的數(shù)量。為排除礦中結晶水的脫出造成三角錐收縮，以100(TC下三角錐的面積為基準。收縮比例的計算公式如下n=(s1000—S1280)/S1000X100%;S^8o—128(TC的溫度下攝像頭攝取的錐形側(cè)面AABC(見圖l中b圖)的面積；Slooo--S，0為1OO(TC時攝像頭攝取的錐形側(cè)面AABC的面積。2)液相生成平均速度的表征液相從開始生成到完全生成耗時越長，說明形成速度越慢，定義液相生成平均速度為v=1000/(Te-Ts)%/min。實施例以下兩組實驗，一組為澳礦，一組為印度礦。每組試驗有兩種礦，來自相同的國家，而且它們的化學成分和粒度組成相近。研究液相生成特性對燒結礦產(chǎn)質(zhì)量指標的影響。(1)以兩種澳粉為例，由表l可以看出，澳粉-l和澳粉-2在化學成分以及粒度組成上大體相近的。兩種澳礦液相生成特性對燒結礦產(chǎn)量、質(zhì)量、能耗指標的影響見表2，可知，澳粉-2的液相開始生成溫度、液相完全生成溫度、液相自由流動溫度均比澳粉-l更低，且形成速度比澳粉快，而最佳焦粉配比澳粉-l高；澳粉-2在128(TC的溫度下液相形成量比澳粉-l更多，而燒結礦轉(zhuǎn)鼓強度、成品率比澳粉-l高。(2)以兩種印度粉為例，由表l可以看出，印度粉-l和印度粉-2在化學成分以及粒度組成上大體相近的。兩種印度礦液相生成特性對燒結礦產(chǎn)量、質(zhì)量、能耗指標的影響見表2，可知，印度粉-2的液相開始生成溫度、液相完全生成溫度、液相自由流動溫度均比印度粉-1更低，且形成速度比印度粉快，而最佳焦粉配比印度粉-l高；印度粉-2在128(TC的溫度下液相形成量比印度粉-l更多，而燒結礦轉(zhuǎn)鼓強度、成品率比印度粉-l高。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>權利要求1.一種燒結鐵礦石液相生成特性的檢測方法，其特征在于，包括以下步驟1)配料選用鐵礦石和氧化鈣，氧化鈣占鐵礦石和氧化鈣總量的質(zhì)量比例為10％～20％，使鐵礦石干燥而且粒度小于0.074mm；將氧化鈣消化后搗碎，添加到鐵礦石粉末中混合均勻；再加入水混合，水分質(zhì)量占7-10％；得混合料；2)燒結和檢測將混合料壓制成三角錐，將三角錐在空氣氣氛下焙燒，升溫速度為(10±2)℃/min；在升溫焙燒過程中根據(jù)三角錐的外形變化情況獲取鐵礦石液相生成特性參數(shù)，具體方法如下液相開始生成溫度Ts為三角錐尖端開始變圓或彎曲時對應的溫度；液相完全生成溫度Te指三角錐錐體彎曲至錐尖觸及托板時或錐體收縮成冠球形時對應的溫度；液相自由流動溫度Tf是指三角錐融化成一體或展開成高度在1.5mm以下薄層時的溫度；液相生成平均速度為v＝1000/(Te-Ts)；液相生成量η是以1280℃下三角錐的側(cè)面面積的收縮比例來表征；具體為η＝(S1000-S1280)/S1000×100％；其中S1280為1280℃時攝像頭攝取的三角錐的一個側(cè)面的面積，S1000為1000℃時攝像頭攝取的三角錐的一個的面積。2根據(jù)權利要求l所述的燒結鐵礦石液相生成特性的檢測方法，其特征在于，當三角錐初高/終高為(123±3)。/。時的溫度為液相開始生成溫度Ts;當冠球體的寬/高為(145±5)。/。時的溫度為液相完全生成溫度Te;當三角錐融化成寬/高為(1100±20)%時的溫度為液相自由流動溫度Tf。3根據(jù)權利要求l所述的燒結鐵礦石液相生成特性的檢測方法，其特征在于，通過CCD攝像頭實時監(jiān)測三角錐的形態(tài)特征變化。4根據(jù)權利要求l所述的燒結鐵礦石液相生成特性的檢測方法，其特征在于，所述的三角錐的尺寸特征是底為邊長7mm的正三角形，三角錐高度為20mm，其中一條棱垂直于底面。全文摘要本發(fā)明提供一種燒結鐵礦石液相生成特性的檢測方法，本發(fā)明根據(jù)物料變形與液相生成存在密切關系這一原理提出了采用錐形法檢測鐵礦石液相生成特性。液相生成特性包括液相形成的溫度、速度和數(shù)量，液相形成的特征溫度具體表現(xiàn)為液相開始生成溫度Ts、液相完全生成溫度Te和液相自由流動溫度Tf，特征溫度根據(jù)攝像頭拍下的錐形變化特征由圖像處理軟件自動識別獲得。液相生成平均速度用公式v＝1000/(Te-Ts)計算得到；液相生成量是以1280℃下錐形面積相比1000℃下錐形面積的收縮比例來表征。該法具有檢測速度快、測量方法簡單、檢測結果準確的特點，并能與燒結礦產(chǎn)質(zhì)量指標建立起對應的關系。文檔編號G01N25/02GK101666762SQ20091030777公開日2010年3月10日申請日期2009年9月25日優(yōu)先權日2009年9月25日發(fā)明者濤姜,張元波,騫李,李光輝,楊永斌,敏甘,白國華,林胡,范曉慧,袁禮順,斌許,郭宇峰,陳許玲,黃柱成申請人:中南大學