多孔堆积床层持水与透水特性的测定装置及其测定方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于对多孔填充床层物料作持水特性和透水特性测定与分析技术领域，具 体设及一种多孔堆积床层持水与透水特性的测定装置及其测定方法。
【背景技术】
[0002] 烧结混合料的制粒是向高炉提供优质烧结矿的关键环节之一，对铁矿烧结的能 耗、产量和质量有十分显著的影响。物料的持水与透水特性对铁矿粉制粒过程中制粒适宜 含水量、制粒准颗粒的强度等制粒性能有很大的影响。调控制粒加水量、优化制粒加水策略 成为优化烧结混合料制粒效果的重要措施。在钢铁企业烧结生产实践中，有经验的操作者 通过肉眼观察或者捏拿触摸的手感来判断工艺参数(特别是制粒含水量)是否合理、评价混 合料制粒结果的好坏。在复杂的原料条件下，依靠人工经验来实施对铁矿粉制粒的高水平 操控往往是十分困难的。由于铁矿粉烧结过程专家经验的稀缺与高成本，同时为了保障烧 结生产的稳定与高效，生产操作者和科研工作者对烧结混合料配料与制粒的智能化生产进 行了许多探究。在铁矿粉制粒过程中准颗粒含水量的智能化调控是强化制粒、优化烧结的 重要课题之一。
[0003] 有不少现有的专利探究了水与固体颗粒相互作用行为，例如：专利申请号为 201220035769.3的一种可W对抗渗性能较低的混凝±或有较强透水性的无砂混凝±进行 渗透系数测试的装置，运种测定混凝±抗渗性能的装置，其原理是将测试试件置入抗渗试 模中，W在一定压力下试件渗入水的高度来确定试件的相对渗透系数；专利申请号为 201210183001.5和201220266310.4提出一种可W直接测定各种多孔介质(包括砂、砂±、粉 ±)的毛细水上升高度与速率等参数的测试装置，运种装置考察的是多孔堆积床层毛细吸 水能力，可W获得堆积物料的吸水高度W及基于高度的吸水速率;在钢铁冶金领域，专利 申请号为200920128074.8W及201110396149.2开发了利用堆积床层物料的毛细吸水效应 来对物料的吸水性能进行测试的装置及方法，运套测试设备的显著特点是要保证物料在吸 水过程中测试圆筒容器所受的浮力与水-圆筒界面的张力达到动态平衡，W便使得电子天 平的读数变化能真正反映物料吸水的质量变化;专利申请号为201010525686.8W混合料中 粘附粉的含量(Xa)、粘附粉的饱和持水量(Waw)、核颗粒(颗粒粒径〉〇. 25~1 .Omm)的内孔持 水量(Wew)等作为重要参数来预测适宜制粒水分(W):W=(l-Xa)*Wew+〇.72Xa*Waw，运种确定混 合料制粒适宜水分的方法需要开展多项检测内容;专利申请号为201220100340.8提出一种 用于皮带运输机上烧结铁料的加水装置，可W对进入烧结配料环节之前的铁精矿粉进行加 水润湿，W便改善制粒效果、提高烧结生料层的透气性;专利申请号为201110339783.2通过 对部分铁矿粉提前润湿处理来改善混合料的制粒效果;专利申请号为201210349537. X旨在 通过加入改性液体来改善水分对物料颗粒的润湿性，进而改善物料的制粒性能。运些专利 几乎没考虑到烧结混合料在制粒过程中与水分相互作用时被喷淋润湿的实际特点。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了克服上述不足，提供一种多孔堆积床层持水与透水特性的测 定装置及其测定方法。
[0005] -种多孔堆积床层持水与透水特性的测定装置，包括外框架1，位于外框架1外的 计算机6、第二电子天平8和盛水箱10, W及位于外框架1内的烧杯4、第一电子天平5、悬挂件 7、悬挂筒2和试样筒3,其特征在于:所述第一电子天平5位于外框架1底部，所述烧杯4位于 第一电子天平5上，所述第二电子天平8位于外框架1顶部，所述悬挂件7的一端与第二电子 天平8相连，所述悬挂件7的另一端与悬挂筒2相连，所述试样筒3位于悬挂筒2内，所述试样 筒3的筒口设有喷淋器11，所述盛水箱10安装在外框架1顶部的外侧面，所述喷淋器11的进 水口通过管道与盛水箱10的出水口相连，所述管道上设有流量调节阀9,所述第二电子天 平8的信号输出端口和第一电子天平5的信号输出端口均与计算机6的信号输入端口相连。
[0006] 进一步，所述外框架1、悬挂筒2、盛水箱10和试样筒3的材料均为有机玻璃或树脂。
[0007] 进一步，所述悬挂筒2的底部为筛网。
[0008] 进一步，所述试样筒3底部为筛网，所述筛网上铺有滤纸。
[0009] 进一步，所述悬挂件7的两端均带挂钩。
[0010] 进一步，所述盛水箱10的杯体表面设有体积刻度。
[0011] -种如上述多孔堆积床层持水与透水特性的测定装置，其测定方法包括W下步 骤：
[0012] 步骤001.对铁矿粉进行预处理:将铁矿粉放入溫度为115±5°C烘箱内烘干掉所有 的自由水分，轻压W破碎掉烘干后结成块的铁矿粉，取一部分冷却至室溫的铁矿粉通过缩 分器制成一式四份的待检测试样，分别装入试样袋、作好试样标记后放入干燥箱内备用；
[0013] 步骤002.初始化检测装置的测试条件；
[0014] 步骤003.堆积床层试样的持水与透水过程测试；
[0015] 步骤004.堆积床层物料持水与透水特性参数的求解。
[0016] 其中步骤002包括W下步骤：
[0017] 步骤021，确保计算机6的数据采集程序能够实时动态地采集第一电子天平5和第 二电子天平8的读数变化；
[0018] 步骤022,对放置有空的烧杯4的第一电子天平5、悬挂有悬挂筒2和试样筒3的第二 电子天平8进行去皮操作；
[0019] 步骤023，将待加入的总水量装入盛水箱10内，保持流量调节阀9处于关闭状态；
[0020] 步骤024, W偏离垂直方向45度的倾斜度向带滤纸的试样筒3内装入指定质量(mo) 的干燥试样，随后通过晃动使得堆积床层上表面是平整的。
[0021] 其中步骤003包括W下步骤：
[0022] 步骤031，将装有试样的试样筒3放回悬挂筒2内，记录此时第一电子天平5的读数 m(c日,日)和第二电子天平8的读数m(c8,o);
[0023] 步骤032,迅速将流量调节阀9打开到最大开度，让盛水箱10内的水在指定时间内 通过喷淋器11喷洒到堆积床层的表面，堆积床层物料开始吸水与透水过程，第一电子天平5 和第二电子天平8的读数发生连续的变化；
[0024] 步骤033,当第一电子天平5和第二电子天平8的读数不再变化后，停止计算机6的 数据采集程序并保存采集的数据，此时第一电子天平5和第二电子天平8的稳态读数值分别 为m(c已,T)和m(c8'T);
[0025]步骤034,清除饱和吸水、稳态透水后的试样，清洁并干燥试样筒3,随后向试样筒3 内放入平铺的滤纸。
[00%] 其中步骤004包括W下步骤：
[0027]步骤041，根据步骤003的测试过程数据，绘制堆积床层物料持水与透水过程第一 电子天平5和第二电子天平8的读数变化曲线，该堆积床层内铁矿粉试样的饱和吸水量为： WsA(% ) = (m(c8,T)-m(c8,o))/m〇*100% ;记第二电子天平8的读数开始增大到开始降低的时间 段为堆积床层物料的持水时间to;
[002引矿粉试样的饱和滤水质量msD=(m(c日,T)-m(c日,日)），结合饱和滤水时间Td可知该试样 的平均透水速率UpR=msD/(咖*Td)(S-i);
[0029] 堆积床内矿粉试样的滤水质量m S D (t D )随滤水时间t D变化的关系曲线满足 Lag&rgren-级速率方程：
[0030] msD(tD)=msDX (l-exp(-kXtD))
[0031 ]当试样即将开始滤水过程时msD( tD) = 0，对应初始的滤水时间tD = Os;当滤水质量 达到饱和值时邮D (tD) = msD，对应的滤水时间tD = Td，其中Td为饱和滤水时间；滤水速率方程 中参数k反映了堆积床层试样的滤水速度，k越大则物料的滤水速度越快、滤水饱和时间Td 越短。
[0032] 本发明具有如下优点：
[0033] 1.本发明所提供的方法能够真实而合理地反映了烧结混合料在制粒生产中被水 喷淋润湿的行为，所测定的持水特性与透水特性参数更有利于实际制粒过程的加水调控。
[0034] 2.该测试方法无需对试样筒悬挂的高度进行校验与精确调控，具有可操作性强、 测试流程规范性好等特点。
[0035] 3.所用的外框架、悬挂筒、试样筒W及盛水箱是采用透明材料制成的，方便直接观 察实验过程并且所采用的材质保证了整套装置的轻量化和小型化。
[0036] 4.该方法能够获得准确度高、重现性好的测试结果，并且在测试过程中不需要人 工记录数据，减少了人为误差和劳动强度。
【附图说明】
[0037] 图1是本发明多孔堆积床层持水与透水特性的测定装置示意图。
[0038] 图2是测试实例中矿粉吸水与透水过程质量变化的曲线图。
【具体实施方式】
[0039] W下结合具体实施例对本发明作进一步的说明：
[0040] 本发明多孔堆积床层持水与透水特性的测定装置，包括外框架1，位于外框架1外 的计算机6、第二电子天平8和盛水箱10, W及位于外框架1内的烧杯4、第一电子天平5、悬挂 件7、悬挂筒2和试样筒3,所述第一电子天平5位于外框架1底部，所述烧杯4位于第一电子天 平5上，所述第二电子天平8位于外框架1顶部，所述悬挂件7的一端与第二电子天平8相连， 所述悬挂件7的另一端与悬挂筒2相连，所述试样筒3位于悬挂筒2内，所述试样筒3的筒口设 有喷淋器11，所述盛水箱10安装在外框架1顶部的外侧面，所述喷淋器11的进水口通过管道 与盛水箱10的出水口相连，所述管道上设有流量调节阀9,所述第二电子天平8的信号输出 端口和第一电子天平5的信号输出端口均与计算机6的信号输入端口相连。
[0041] 所述外框架1、悬挂筒2、盛水箱10和试样筒3的材料均为有机玻璃或树脂，运样便 于观察且有利于装置的轻量化和小型化。所述悬