一种测定烧结矿粘结强度特征数的方法与流程

本发明属于高炉炼铁中的烧结技术领域，具体涉及一种测定烧结矿粘结强度特征数的方法。

背景技术：

随着我国钢铁企业产能过剩，钢铁企业普遍处于亏损状态，国内高炉炼铁为谋求生存，合理高效利用低品位铁矿粉来降低生产成本对企业摆脱困境很有必要。低质铁矿资源的特点是成分和性能波动较大，且某些烧结性能较差，但烧结中的使用量不大。通过不同种类铁矿粉的合理搭配，不但可在一定程度上改善铁矿石冶金性能，保证高炉生产的经济技术指标稳定，也能够达到降低生产成本的目的。不同铁矿粉的合理搭配，需通过烧结杯试验来获取一些基本参数，为了更准确地模拟烧结生产过程，烧结杯容积趋于大型化，使得其工作量增大，试验周期变长。通过铁矿粉烧结基础特性的研究，获得铁矿粉基础性能的信息和数据，既可减少烧结杯试验，降低工作量，提高工作效率，又可以应对在低质矿种的频繁变化时能够合理调整烧结配料。其中，烧结矿强度是评价烧结矿质量的重要指标之一。

近年来，高炉大型化的发展对烧结矿强度提出了更高的要求。在烧结矿倒运过程中，低强度烧结矿更易粉化，导致炉内料柱透气性变差，不利于高炉稳定顺行。因此对烧结矿的强度进行合理表征很有必要。文献《铁酸钙粘结相自身强度的研究》(李光森，窦力威，尚策，等.东北大学学报(自然科学版)，2009，30(2)：225)对粘结相强度作了相关研究。研究表明粘结相的抗折强度与抗压强度相比，抗折强度较小，且抗折试验的结果与烧结杯试验的烧结矿转鼓强度有较好的吻合。因此，粘结相所能承受的最大切应力与最大正应力相比，最大切应力较小。实验结果表明，与粘结相自身所能承受的最大切应力相比，粘结相与含铁矿物之间所能承受的最大切应力较小。因此，将含铁矿物与粘结相之间的所能承受的最大剪切力定义为粘结强度，并用其评价烧结矿的整体强度较为合理。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种测定烧结矿粘结强度特征数的方法，所述方法将粘结相与含铁矿物间所能承受的最大剪切力定义为粘结强度，同时采用粘结强度测试装置对粘结强度进行测定，将测定的粘结强度与能满足工厂生产要求标准的烧结矿粘结强度的比值定义为粘结强度特征数，并用其评价烧结矿的整体强度；

进一步地，所述方法包括：

s1：将铁矿粉和分析纯cao试剂研磨成粒度＜149μm的细粉状，干燥后待用；

s2：用电子天平分别称取0.60g二元碱度为3.0的铁矿粉和cao的混匀矿以及4.50g、2.25g铁矿粉，在压片机上分别压制成直径8mm×(5-6)mm的圆柱试样和直径20mm×4mm以及直径14mm×4mm的铁矿粉圆片试样；

s3：将铁矿粉与cao的混匀矿置于两个铁矿粉圆片之间，放入高温炉内按设定的升温制度进行焙烧；

s4：待试样冷却至室温后，将直径较大的圆片试样嵌入第一铁片的凹槽内，中间圆柱试样与第二铁片的凹槽相切接触，将第三铁片向内推动，与直径较小的圆片试样紧密接触，拧动螺栓，使之牢牢固定；

s5：通过万能压力试验机对直径较大的圆片试样施加向下的压力，直至直径较大的圆片试样与圆柱试样完全分离，同时，计算机将记录下测定过程中所施加的压力，其中，最大施加压力即为粘结强度；

s6：将测定的粘结强度与能满足工厂生产要求标准的烧结矿粘结强度的比值定义为粘结强度特征数，其量纲为1；

进一步地，所述s6中烧结矿粘结强度为800n；

进一步地，一种测定烧结矿粘结强度特征数的装置，所述装置包括固定底座、第一铁片、第二铁片和第三铁片，所述第一铁片、第二铁片和第三铁片依次设置在所述底座上；

进一步地，所述第一铁片上设有第一凹槽；

进一步地，所述第二铁片上设有第二凹槽；

本发明的有益效果如下：

1)实验结果表明，粘结相与含铁矿物间的剪切力是制约烧结矿强度的主要因素，因此，本发明将粘结相与含铁矿物间所能承受的最大剪切力定义为粘结强度，同时采用粘结强度测试装置对粘结强度进行测定。将测定的粘结强度与能满足工厂生产要求标准的烧结矿粘结强度(800n)的比值定义为粘结强度特征数，并用其评价烧结矿的整体强度，与其他评价烧结矿整体强度的方法相比，本发明中的评价方法更为合理；

2)本发明的工艺流程简单，工艺参数稳定；

3)本发明中粘结强度的测定可代替部分操作较为繁琐的烧结杯试验，有利于提高工作效率，更易于为生产技术人员接受和采纳.

附图说明

图1为本发明所述实验试样示意图；

图2为本发明所述粘结强度测试装置示意图；

图3为本发明中焙烧实验的升温曲线图；

图4为本发明中所述粘结相自身和粘结相与含铁矿物交界面的微观结构图；

图5为本发明中所述粘结相与含铁矿物交界面的微观结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。下面为本发明举出的最佳实施例：

如图1-图5所示，本发明提供一种测定烧结矿粘结强度特征数的方法，所述方法将粘结相与含铁矿物间所能承受的最大剪切力定义为粘结强度，同时采用粘结强度测试装置对粘结强度进行测定。将测定的粘结强度与能满足工厂生产要求标准的烧结矿粘结强度(800n)的比值定义为粘结强度特征数，并用其评价烧结矿的整体强度。

所述方法包括：

s1：将铁矿粉和分析纯cao试剂研磨成粒度＜149μm的细粉状，干燥后待用；

s2：用电子天平分别称取0.60g二元碱度为3.0的铁矿粉和cao的混匀矿以及4.50g、2.25g铁矿粉，在压片机上分别压制成直径8mm×(5-6)mm的圆柱试样和直径20mm×4mm以及直径14mm×4mm的铁矿粉圆片试样；

s3：将铁矿粉与cao的混匀矿置于两个铁矿粉圆片之间，放入高温炉内按设定的升温制度进行焙烧；

s4：待试样冷却至室温后，将直径较大的圆片试样嵌入第一铁片的凹槽内，中间圆柱试样与第二铁片的凹槽相切接触，将第三铁片向内推动，与直径较小的圆片试样紧密接触，拧动螺栓，使之牢牢固定；

s5：通过万能压力试验机对直径较大的圆片试样施加向下的压力，直至直径较大的圆片试样与圆柱试样完全分离，同时，计算机将记录下测定过程中所施加的压力，其中，最大施加压力即为粘结强度；

s6：将测定的粘结强度与能满足工厂生产要求标准的烧结矿粘结强度的比值定义为粘结强度特征数，其量纲为1，所述烧结矿粘结强度为800n。

一种测定烧结矿粘结强度特征数的装置，所述装置包括固定底座4、第一铁片1、第二铁片2和第三铁片3，所述第一铁片1、第二铁片2和第三铁片3依次设置在所述底座4上，所述第一铁片1上设有第一凹槽11，所述第二铁片2上设有第二凹槽22。

本发明方法具体包括以下步骤：

(1)将铁矿粉和分析纯cao试剂研磨成粒度＜149μm的细粉状，干燥后待用。

(2)用电子天平分别称取0.60g二元碱度为3.0的铁矿粉和cao的混匀矿以及4.50g、2.25g铁矿粉，在压片机上分别压制成直径8mm×(5-6)mm的圆柱试样和直径20mm×4mm以及直径14mm×4mm的铁矿粉圆片试样。

(3)将铁矿粉与cao的混匀矿置于两个铁矿粉圆片之间，放入高温炉内按设定的升温制度进行焙烧。待试样冷却后，利用粘结强度测试装置和万能压力试验机测定试样的粘结强度。

(4)待试样冷却至室温后，将直径较大的圆片试样嵌入第一铁片1的凹槽内，中间圆柱试样与第二铁片2的凹槽相切接触，将第三铁片3向内推动，与直径较小的圆片试样紧密接触，拧动螺栓，使之牢牢固定。然后，通过万能压力试验机对直径较大的圆片试样施加向下的压力，直至直径较大的圆片试样与圆柱试样完全分离。同时，计算机将记录下测定过程中所施加的压力，其中，最大施加压力即为粘结强度。

(5)将测定的粘结强度与能满足工厂生产要求的标准烧结矿粘结强度(800n)的比值定义为粘结强度特征数，其量纲为1。

烧结矿是由粘结相(熔化物)粘结未熔的含铁矿物固结而成。由烧结矿显微结构可知，烧结矿的强度主要取决于三部分：含铁矿物的强度、粘结相自身的强度和粘结相与含铁矿物之间的粘结强度。铁矿物本身具有较高的强度，因此对烧结矿强度起限制作用的主要是粘结相自身的强度与含铁矿物和粘结相之间的粘结强度。实验结果表明，与粘结相自身所能承受的最大剪切力相比，粘结相和含铁矿物之间的粘结强度较低，故在烧结工艺条件一定的情况下，粘结强度就成为制约烧结矿强度的主要因素。

粘结相自身的微观结构如图4(a)、(b)所示，粘结相与含铁矿物交界面的微观结构如图4(c)、(d)所示。粘结相自身的微观结构较为致密，而粘结相与含铁矿物交界面呈多孔疏松状。其可能原因如下。一方面，与粘结相的平均碱度相比，含铁矿物与粘结相交界面的局部碱度较小，不利于sfca的生成。另一方面，由于初生液相与未熔含铁矿物之间的进一步反应以及结晶水的分解，含铁矿物表面易形成较多孔隙，使得含铁矿物表面凹凸不平。二次液相在较高的温度下才能生成，在较短的时间内，不能在含铁矿物表面完全铺展，易形成较多大孔。

实验结果表明，粘结相与含铁矿物间的剪切力是制约烧结矿强度的主要因素。因此，本发明将粘结相与含铁矿物间所能承受的最大剪切力定义为粘结强度，将测定的粘结强度与能满足工厂生产要求标准的烧结矿粘结强度(800n)的比值定义为粘结强度特征数，用其评价烧结矿的整体强度并设计了测定粘结强度的设备。与其他评价烧结矿整体强度的方法相比，本发明中的评价方法更为直观、合理。

本发明的工艺流程简单，工艺参数稳定。本发明中粘结强度特征数的测定可代替部分操作较为繁琐的烧结杯试验，有利于提高工作效率，更易于为生产技术人员接受和采纳。

按照上述试验步骤，针对6种矿粉(a、b、c、d、e和f)开展粘结相粘结强度测定试验。其化学成分如表1所示。

表1铁矿粉的化学成分(质量分数，％)及粘结强度特征数

实验结果分析

粘结相与含铁矿物交界面的微观结构如图5所示。矿粉a、b的粘结强度特征数较小，其微观结构较为疏松，有较多尺寸较大的孔隙，如图5(a)、(b)所示。矿粉c、d的粘结强度特征数适中，其微观结构有少量尺寸较大的孔隙和一些冷却过程中由于液相收缩形成的微小细孔，如图5(c)、(d)所示。矿粉e、f的粘结强度特征数较大，其微观结构较为致密，仅有一些冷却过程中由于液相收缩形成的微小细孔，如图5(e)、(f)所示。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。