多孔堆積床層持水與透水特性的測(cè)定裝置及其測(cè)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于對(duì)多孔填充床層物料作持水特性和透水特性測(cè)定與分析技術(shù)領(lǐng)域，具 體設(shè)及一種多孔堆積床層持水與透水特性的測(cè)定裝置及其測(cè)定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 燒結(jié)混合料的制粒是向高爐提供優(yōu)質(zhì)燒結(jié)礦的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，對(duì)鐵礦燒結(jié)的能 耗、產(chǎn)量和質(zhì)量有十分顯著的影響。物料的持水與透水特性對(duì)鐵礦粉制粒過(guò)程中制粒適宜 含水量、制粒準(zhǔn)顆粒的強(qiáng)度等制粒性能有很大的影響。調(diào)控制粒加水量、優(yōu)化制粒加水策略 成為優(yōu)化燒結(jié)混合料制粒效果的重要措施。在鋼鐵企業(yè)燒結(jié)生產(chǎn)實(shí)踐中，有經(jīng)驗(yàn)的操作者 通過(guò)肉眼觀察或者捏拿觸摸的手感來(lái)判斷工藝參數(shù)(特別是制粒含水量)是否合理、評(píng)價(jià)混 合料制粒結(jié)果的好壞。在復(fù)雜的原料條件下，依靠人工經(jīng)驗(yàn)來(lái)實(shí)施對(duì)鐵礦粉制粒的高水平 操控往往是十分困難的。由于鐵礦粉燒結(jié)過(guò)程專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)的稀缺與高成本，同時(shí)為了保障燒 結(jié)生產(chǎn)的穩(wěn)定與高效，生產(chǎn)操作者和科研工作者對(duì)燒結(jié)混合料配料與制粒的智能化生產(chǎn)進(jìn) 行了許多探究。在鐵礦粉制粒過(guò)程中準(zhǔn)顆粒含水量的智能化調(diào)控是強(qiáng)化制粒、優(yōu)化燒結(jié)的 重要課題之一。
[0003] 有不少現(xiàn)有的專(zhuān)利探究了水與固體顆粒相互作用行為，例如：專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?201220035769.3的一種可W對(duì)抗?jié)B性能較低的混凝±或有較強(qiáng)透水性的無(wú)砂混凝±進(jìn)行 滲透系數(shù)測(cè)試的裝置，運(yùn)種測(cè)定混凝±抗?jié)B性能的裝置，其原理是將測(cè)試試件置入抗?jié)B試 模中，W在一定壓力下試件滲入水的高度來(lái)確定試件的相對(duì)滲透系數(shù)；專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?201210183001.5和201220266310.4提出一種可W直接測(cè)定各種多孔介質(zhì)(包括砂、砂±、粉 ±)的毛細(xì)水上升高度與速率等參數(shù)的測(cè)試裝置，運(yùn)種裝置考察的是多孔堆積床層毛細(xì)吸 水能力，可W獲得堆積物料的吸水高度W及基于高度的吸水速率;在鋼鐵冶金領(lǐng)域，專(zhuān)利 申請(qǐng)?zhí)枮?00920128074.8W及201110396149.2開(kāi)發(fā)了利用堆積床層物料的毛細(xì)吸水效應(yīng) 來(lái)對(duì)物料的吸水性能進(jìn)行測(cè)試的裝置及方法，運(yùn)套測(cè)試設(shè)備的顯著特點(diǎn)是要保證物料在吸 水過(guò)程中測(cè)試圓筒容器所受的浮力與水-圓筒界面的張力達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，W便使得電子天 平的讀數(shù)變化能真正反映物料吸水的質(zhì)量變化;專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?01010525686.8W混合料中 粘附粉的含量(Xa)、粘附粉的飽和持水量(Waw)、核顆粒(顆粒粒徑〉〇. 25~1 .Omm)的內(nèi)孔持 水量(Wew)等作為重要參數(shù)來(lái)預(yù)測(cè)適宜制粒水分(W):W=(l-Xa)*Wew+〇.72Xa*Waw，運(yùn)種確定混 合料制粒適宜水分的方法需要開(kāi)展多項(xiàng)檢測(cè)內(nèi)容;專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?01220100340.8提出一種 用于皮帶運(yùn)輸機(jī)上燒結(jié)鐵料的加水裝置，可W對(duì)進(jìn)入燒結(jié)配料環(huán)節(jié)之前的鐵精礦粉進(jìn)行加 水潤(rùn)濕，W便改善制粒效果、提高燒結(jié)生料層的透氣性;專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?01110339783.2通過(guò) 對(duì)部分鐵礦粉提前潤(rùn)濕處理來(lái)改善混合料的制粒效果;專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?01210349537. X旨在 通過(guò)加入改性液體來(lái)改善水分對(duì)物料顆粒的潤(rùn)濕性，進(jìn)而改善物料的制粒性能。運(yùn)些專(zhuān)利 幾乎沒(méi)考慮到燒結(jié)混合料在制粒過(guò)程中與水分相互作用時(shí)被噴淋潤(rùn)濕的實(shí)際特點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了克服上述不足，提供一種多孔堆積床層持水與透水特性的測(cè) 定裝置及其測(cè)定方法。
[0005] -種多孔堆積床層持水與透水特性的測(cè)定裝置，包括外框架1，位于外框架1外的 計(jì)算機(jī)6、第二電子天平8和盛水箱10, W及位于外框架1內(nèi)的燒杯4、第一電子天平5、懸掛件 7、懸掛筒2和試樣筒3,其特征在于:所述第一電子天平5位于外框架1底部，所述燒杯4位于 第一電子天平5上，所述第二電子天平8位于外框架1頂部，所述懸掛件7的一端與第二電子 天平8相連，所述懸掛件7的另一端與懸掛筒2相連，所述試樣筒3位于懸掛筒2內(nèi)，所述試樣 筒3的筒口設(shè)有噴淋器11，所述盛水箱10安裝在外框架1頂部的外側(cè)面，所述噴淋器11的進(jìn) 水口通過(guò)管道與盛水箱10的出水口相連，所述管道上設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥9,所述第二電子天 平8的信號(hào)輸出端口和第一電子天平5的信號(hào)輸出端口均與計(jì)算機(jī)6的信號(hào)輸入端口相連。
[0006] 進(jìn)一步，所述外框架1、懸掛筒2、盛水箱10和試樣筒3的材料均為有機(jī)玻璃或樹(shù)脂。
[0007] 進(jìn)一步，所述懸掛筒2的底部為篩網(wǎng)。
[0008] 進(jìn)一步，所述試樣筒3底部為篩網(wǎng)，所述篩網(wǎng)上鋪有濾紙。
[0009] 進(jìn)一步，所述懸掛件7的兩端均帶掛鉤。
[0010] 進(jìn)一步，所述盛水箱10的杯體表面設(shè)有體積刻度。
[0011] -種如上述多孔堆積床層持水與透水特性的測(cè)定裝置，其測(cè)定方法包括W下步 驟：
[0012] 步驟001.對(duì)鐵礦粉進(jìn)行預(yù)處理:將鐵礦粉放入溫度為115±5°C烘箱內(nèi)烘干掉所有 的自由水分，輕壓W破碎掉烘干后結(jié)成塊的鐵礦粉，取一部分冷卻至室溫的鐵礦粉通過(guò)縮 分器制成一式四份的待檢測(cè)試樣，分別裝入試樣袋、作好試樣標(biāo)記后放入干燥箱內(nèi)備用；
[0013] 步驟002.初始化檢測(cè)裝置的測(cè)試條件；
[0014] 步驟003.堆積床層試樣的持水與透水過(guò)程測(cè)試；
[0015] 步驟004.堆積床層物料持水與透水特性參數(shù)的求解。
[0016] 其中步驟002包括W下步驟：
[0017] 步驟021，確保計(jì)算機(jī)6的數(shù)據(jù)采集程序能夠?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)地采集第一電子天平5和第 二電子天平8的讀數(shù)變化；
[0018] 步驟022,對(duì)放置有空的燒杯4的第一電子天平5、懸掛有懸掛筒2和試樣筒3的第二 電子天平8進(jìn)行去皮操作；
[0019] 步驟023，將待加入的總水量裝入盛水箱10內(nèi)，保持流量調(diào)節(jié)閥9處于關(guān)閉狀態(tài)；
[0020] 步驟024, W偏離垂直方向45度的傾斜度向帶濾紙的試樣筒3內(nèi)裝入指定質(zhì)量(mo) 的干燥試樣，隨后通過(guò)晃動(dòng)使得堆積床層上表面是平整的。
[0021] 其中步驟003包括W下步驟：
[0022] 步驟031，將裝有試樣的試樣筒3放回懸掛筒2內(nèi)，記錄此時(shí)第一電子天平5的讀數(shù) m(c日,日)和第二電子天平8的讀數(shù)m(c8,o);
[0023] 步驟032,迅速將流量調(diào)節(jié)閥9打開(kāi)到最大開(kāi)度，讓盛水箱10內(nèi)的水在指定時(shí)間內(nèi) 通過(guò)噴淋器11噴灑到堆積床層的表面，堆積床層物料開(kāi)始吸水與透水過(guò)程，第一電子天平5 和第二電子天平8的讀數(shù)發(fā)生連續(xù)的變化；
[0024] 步驟033,當(dāng)?shù)谝浑娮犹炱?和第二電子天平8的讀數(shù)不再變化后，停止計(jì)算機(jī)6的 數(shù)據(jù)采集程序并保存采集的數(shù)據(jù)，此時(shí)第一電子天平5和第二電子天平8的穩(wěn)態(tài)讀數(shù)值分別 為m(c已,T)和m(c8'T);
[0025]步驟034,清除飽和吸水、穩(wěn)態(tài)透水后的試樣，清潔并干燥試樣筒3,隨后向試樣筒3 內(nèi)放入平鋪的濾紙。
[00%] 其中步驟004包括W下步驟：
[0027]步驟041，根據(jù)步驟003的測(cè)試過(guò)程數(shù)據(jù)，繪制堆積床層物料持水與透水過(guò)程第一 電子天平5和第二電子天平8的讀數(shù)變化曲線(xiàn)，該堆積床層內(nèi)鐵礦粉試樣的飽和吸水量為： WsA(% ) = (m(c8,T)-m(c8,o))/m〇*100% ;記第二電子天平8的讀數(shù)開(kāi)始增大到開(kāi)始降低的時(shí)間 段為堆積床層物料的持水時(shí)間to;
[002引礦粉試樣的飽和濾水質(zhì)量msD=(m(c日,T)-m(c日,日)），結(jié)合飽和濾水時(shí)間Td可知該試樣 的平均透水速率UpR=msD/(咖*Td)(S-i);
[0029] 堆積床內(nèi)礦粉試樣的濾水質(zhì)量m S D (t D )隨濾水時(shí)間t D變化的關(guān)系曲線(xiàn)滿(mǎn)足 Lag&rgren-級(jí)速率方程：
[0030] msD(tD)=msDX (l-exp(-kXtD))
[0031 ]當(dāng)試樣即將開(kāi)始濾水過(guò)程時(shí)msD( tD) = 0，對(duì)應(yīng)初始的濾水時(shí)間tD = Os;當(dāng)濾水質(zhì)量 達(dá)到飽和值時(shí)郵D (tD) = msD，對(duì)應(yīng)的濾水時(shí)間tD = Td，其中Td為飽和濾水時(shí)間；濾水速率方程 中參數(shù)k反映了堆積床層試樣的濾水速度，k越大則物料的濾水速度越快、濾水飽和時(shí)間Td 越短。
[0032] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0033] 1.本發(fā)明所提供的方法能夠真實(shí)而合理地反映了燒結(jié)混合料在制粒生產(chǎn)中被水 噴淋潤(rùn)濕的行為，所測(cè)定的持水特性與透水特性參數(shù)更有利于實(shí)際制粒過(guò)程的加水調(diào)控。
[0034] 2.該測(cè)試方法無(wú)需對(duì)試樣筒懸掛的高度進(jìn)行校驗(yàn)與精確調(diào)控，具有可操作性強(qiáng)、 測(cè)試流程規(guī)范性好等特點(diǎn)。
[0035] 3.所用的外框架、懸掛筒、試樣筒W及盛水箱是采用透明材料制成的，方便直接觀 察實(shí)驗(yàn)過(guò)程并且所采用的材質(zhì)保證了整套裝置的輕量化和小型化。
[0036] 4.該方法能夠獲得準(zhǔn)確度高、重現(xiàn)性好的測(cè)試結(jié)果，并且在測(cè)試過(guò)程中不需要人 工記錄數(shù)據(jù)，減少了人為誤差和勞動(dòng)強(qiáng)度。
【附圖說(shuō)明】
[0037] 圖1是本發(fā)明多孔堆積床層持水與透水特性的測(cè)定裝置示意圖。
[0038] 圖2是測(cè)試實(shí)例中礦粉吸水與透水過(guò)程質(zhì)量變化的曲線(xiàn)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039] W下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明：
[0040] 本發(fā)明多孔堆積床層持水與透水特性的測(cè)定裝置，包括外框架1，位于外框架1外 的計(jì)算機(jī)6、第二電子天平8和盛水箱10, W及位于外框架1內(nèi)的燒杯4、第一電子天平5、懸掛 件7、懸掛筒2和試樣筒3,所述第一電子天平5位于外框架1底部，所述燒杯4位于第一電子天 平5上，所述第二電子天平8位于外框架1頂部，所述懸掛件7的一端與第二電子天平8相連， 所述懸掛件7的另一端與懸掛筒2相連，所述試樣筒3位于懸掛筒2內(nèi)，所述試樣筒3的筒口設(shè) 有噴淋器11，所述盛水箱10安裝在外框架1頂部的外側(cè)面，所述噴淋器11的進(jìn)水口通過(guò)管道 與盛水箱10的出水口相連，所述管道上設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥9,所述第二電子天平8的信號(hào)輸出 端口和第一電子天平5的信號(hào)輸出端口均與計(jì)算機(jī)6的信號(hào)輸入端口相連。
[0041] 所述外框架1、懸掛筒2、盛水箱10和試樣筒3的材料均為有機(jī)玻璃或樹(shù)脂，運(yùn)樣便 于觀察且有利于裝置的輕量化和小型化。所述懸