一种检测块状铁氧化物还原粘结强度的方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于冶金工程技术领域，具体涉及一种检测块状铁氧化物还原粘结强度的方法及装置。
【背景技术】
[0002]在忽略氢气参与铁氧化物还原的前提下，那么在炼铁过程中，间接还原度的主要表征是一氧化碳还原浮氏体产生的金属铁量占全部被还原的金属铁量的比例。该过程以气固相间反应为主要形式，促进铁氧化物的间接还原反应会带来金属铁量的增多，继而发生固态下颗粒的粘结现象。高炉内中上部发生块状炉料还原粘结虽然对炉况整体顺行影响不大，但是粘结会造成局部气流的偏析分布，制约着间接还原度的进一步提高。而对于采用预还原竖炉为代表的各类非高炉炼铁工艺流程而言，通常将气基还原成分与液态熔分置于不同的高温容器中，一旦块状铁氧化物在固态下发生的还原粘结，势必严重影响整个工艺流程的顺行，造成巨大的资源浪费与能源消耗。
[0003]因此，研究块状铁氧化物在气固相界面的还原粘结机理，对于节能减排、降低二氧化碳排放量具有重要的指导意义。而研究块状氧化物的还原粘结机理的前提则是检测其还原粘结强度。但是目前检测粘结强度的方法和设备都很少，其中最主要的方法是转鼓实验，具体试验方法为:首先，将铁矿石在还原阶段下粉化试验转鼓30min后得到的炉料取出一半作为粘结试验的试样，充分混匀后放入还原炉中；而后，在N2保护下将试样升温至还原温度；接着，通入高还原势煤气进行恒温还原；当试样的金属化率达到85%后，改通N2进行保护，并继续恒温挤压120min;最后，切断热源并卸除荷重，使用N2将试样冷却到室温。对高温粘结试验后得到的试样进行冷态转鼓试验，分别获取试样在转鼓试验10、20、30min后的粒级分布，根据转鼓后大于16 mm(DI + 16 mm)粒级范围内的颗粒质量百分比来考察在竖炉内不同还原阶段发生还原粉化后试样的粘结特征。
[0004]这种方法主要存在以下两点不足:①所需样品量较大，不易操作且实验过程较为复杂。②该方法得到的结果是不同转鼓试验时间所得到的粒级分布，不能直观有效的表征块状铁氧化物的粘结强度。因此，有必要设计一种样品量小、操作简单、重现性好，且能直观的检测块状铁氧化物的还原粘结强度的方法。
【发明内容】
[0005]针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种过程简便，检测结果精确，能够有效直观的反映出块状铁氧化物的还原粘结强度的检测块状铁氧化物还原粘结强度的方法，并提供检测块状铁氧化物还原粘结强度的装置。
[0006]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
一种检测块状铁氧化物还原粘结强度的方法，包括以下步骤:
I)实验样品制备:先将含铁原料与熔剂研磨成粉末并置于100?150°C的烘箱中烘干2?4h，再置于模具中在下压成两个边长为3cm的正方体;将上述正方体进行烧结，得到两个烧结矿块作为实验样品。
[0007]2)高温荷重气基还原实验:将步骤I)得到的两块实验样品各取一个面贴合在一起拼成一个长方体，在该长方体两端施加压力使之固定;再进行气基还原，使两块实验样品的贴合处变为粘结带;气基还原后置于大气中降至室温，撤掉施加的压力，得到粘结在一起的实验样品。
[0008]3)还原粘结强度的测定:取步骤2)得到的粘结在一起的实验样品，将两块实验样品分别固定;在粘结带处施加扭力，该扭力从ON开始施加并以0.05-0.lN/min的速度增加，直至两块实验样品被分开;在施加扭力的过程中记录扭力的值，以其中的最大值表征块状铁氧化物还原粘结强度。其中，步骤I)中烧结的具体操作为:将上述正方体置于烧结装置内，以20°C/min的速率升温到1250?1350°C，保温30min;再置于大气中冷却至室温。
[0009]步骤2)中施加的压力为15N/cm2。也可以根据具体实验要求，调整为压力值。
[0010]步骤2)中所述的气基还原为等温还原，其具体操作为:通入保护气体，再以20°C/min的速率升温到1100°C;再通入还原气体并保温30min，以保证还原反应进行;所述的还原气体由40%的CO和60%的保护气体组成。
[0011 ]步骤2)中所述的气基还原也可以是非等温还原，其的具体操作为:通入还原气体，并以20°C/min的速率升温到1000°C;保温30min，以保证还原反应进行;所述的还原气体由40%的CO、10%的H2和50%的保护气体组成。
[0012]上述操作中使用的保护气体为Ar和N2中的至少一种。
[0013]为了使实验结果更加准确，步骤I)中制做的实验样品为若干对;通过步骤2)制做若干组粘结在一起的实验样品；还包括步骤4):重复步骤3)的操作2次以上，取各次扭力最大值的平均值表征块状铁氧化物还原粘结强度。
[0014]实验中，将试验样品均制成边长为3cm的正方体是为了在横向对比不同原料制成的烧结矿的还原粘结强度。经过大量对比实验发现，边长为3cm的正方体能够更好地体现不同原料制成的烧结矿的还原粘结强度之间差异。
[0015]本发明还提供一种检测块状铁氧化物还原粘结强度的装置，包括计算机和扭力实验系统，所述的计算机与扭力实验系统相连，用于控制施加扭力、记录扭力值以及绘制扭力曲线。所述的扭力实验系统包括底座和用于上下移动并施加扭力的螺旋升降杆，所述螺旋升降杆设置在底座的正上方，该螺旋升降杆上设置有控制传感器，该控制传感器与计算机相连，用于控制螺旋升降杆的上下移动、施加扭力以及传输扭力数据给计算机;所述底座的上端面固定有下试样固定器，所述的螺旋升降杆的下端面固定上试样固定器，所述的下试样固定器与上试样固定器的位置相对，用于分别固定两块粘结在一起的实验样品。
[0016]进一步，所述的下试样固定器与上试样固定器均为四爪卡盘。
[0017]进一步，所述的扭力实验系统设置在一个上端敞口的箱体内，该箱体的敞口处设置有密封盖，用于封闭箱体。
[0018]与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果:
1、本发明采用直接检测相互粘结的块状铁氧化物还原样品之间的扭力的变化，能够直观表征块状铁氧化物的粘结强度。
[0019]2、由于本发明直接检测相粘结的块状铁氧化物还原样品之间的扭力，只需要根据原料情况制备若干对试验所需要的样品即可，所需样品量小，实验容易操作。
[0020]3、本发明提供的实验装置可以精确的施加扭力，并时时记录扭力变化，避免了人为因素的影响，精确度高。
[0021]4、本发明提供的实验装置在检测过程中可以通过计算机进行自动化控制，操作过程简单，易于操作。
【附图说明】
[0022]
图1为本发明的检测块状铁氧化物还原粘结强度的装置的结构示意图；
图2为四爪卡盘的结构示意图。
[0023]附图中:1一计算机;2一密封盖;3一螺旋升降杆;4一上试样固定器;5一箱体;6一下试样固定器;7—实验样品;8—底座。
【具体实施方式】
[0024]下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0025]—、一种检测块状铁氧化物还原粘结强度的方法，包括以下步骤:
I)实验样品制备:先将含铁原料与熔剂研磨成粉末并置于100?150°C的烘箱中烘干2?4h，再置于模具中在下压成两个边长为3cm的正方体;将上述正方体进行烧结，得到两个烧结矿块作为实验样品。
[0026]2)高温荷重气基还原实验:将步骤I)得到的两块实验样品各取一个面贴合在一起拼成一个长方体，在该长方体两端施加压力使之固定;再进行气基还原，使两块实验样品的贴合处变为粘结带;气基还原后置于大气中降至室温，撤掉施加的压力，得到粘结在一起的实验样品。
[0027]3)还原粘结强度的测定:取步骤2)得到的粘结在一起的实验样品，将两块实验样品分别固定;在粘结带处施加扭力，该扭力从ON开始施加并以0.05-0.lN/min的速度增加，直至两块实验样品被分开;在施加扭力的过程中记录扭力的值，以其中的最大值表征块状铁氧化物还原粘结强度。其中，步骤I)中烧结的具体操作为:将上述正方体置于烧结装置内，以20°C/min的速率升温到1250?1350°C，保温30min;再置于大气中冷却至室温。
[0028]步骤2)中施加的压力为15N/cm2。也可以根据具体实验要求，调整为压力值。
[0029]步骤2)中所述的气基还原为等温还原，其具体操作为:通入保护气体，再以20°C/min的速率升温到1100°C;再通入还原气体并保温30min，以保证还原反应进行;所述的还原气体由40%的CO和60%的保护气体组成。
[0030]步骤2)中所述的气基还原也可以是非等温还原，其的具体操作为:通入还原气体，并以20°C/min的速率升温到1000°C;保温30min，以保证还原反应进行;所述的还原气体由40%的CO、10%的H2和50%的保护气体组成。
[0031]上述操作中使用的保护气体为Ar和N2中的至少一