一种含钛炉料中Ti元素分散度的评价方法与流程

本发明涉及炼铁技术领域，特别涉及一种含钛炉料中Ti元素分散度的评价方法。

背景技术：

近年来，随着高炉大型化发展趋势、冶炼强度的逐步提高，高炉炉缸发生烧穿、侧壁温度急剧升高等问题明显增多。在常规护炉措施例如提高冷却强度、控制冶炼强度等措施基础上，广大炼铁工作者越来越认可使用加钛护炉的方法维护高炉炉缸长寿。

然而面对种类繁多的含钛护炉资源，目前评价钛资源的方法仅从成分与价格角度考虑，例如其铁品位、钛含量或“Fe+Ti”品位等，此种评价方法较为片面，无法有效表达含钛炉料中Ti元素在炉内起到护炉作用的难易程度，因此仅靠品位来判断含钛炉料性能优劣有所偏颇。

含钛炉料护炉机理如下：

进入高炉的含钛炉料，在还原气氛下，随着温度升高，首先由复杂化合物转变为简单的TiO₂化合物，最后在软熔带中形成含有TiO₂的初渣，并且按照从高价到低价的规律逐级还原，即：

TiO₂→Ti₃O₅→Ti₂O₃→TiO→Ti→TiC(TiN)

根据热力学条件，温度越高形成的TiC(或TiN)越多。进入炉缸后，在一定温度下钛在铁水中的溶解度是有限的，且温度越高溶解度越高。当铁水中的钛低于其饱和溶解度时，大部分TiC(或TiN)将溶于铁水，而当含钛铁水在炉缸下部周围(如炉墙附近)的低温区时，铁水中的含钛量将高于钛的饱和溶解度，TiC(或TiN)将以固态结晶析出而沉积在炉墙上，当沉积量达到一定厚度后就能起到护炉效果，沉积越多，护炉效果越好。

然而，从动力学角度考虑，只有在含钛氧化物尽可能多的接触到外界还原气氛才能更加迅速被还原，而影响含钛氧化物还原的重要因素之一就是Ti元素在含钛炉料中的分散程度，分散程度越高与外界还原气氛接触面就越多。为此，需要提出一种能够定量评价Ti元素在含钛炉料中分散度的方法，用以辅助评价钛资源护炉效果。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种含钛炉料中Ti元素分散度的评价方法，能够定量评价Ti元素在含钛炉料中的分散度，从而有效评价含钛炉料中Ti元素的护炉效果，为Ti资源的选择提供判断依据。

为实现上述目的，本发明提供了一种含钛炉料中Ti元素分散度的评价方法，包括：

选取待评价的含钛矿石样本，并将所述含钛矿石样本随机N等分，N≥2，并从每份样本中随机选取一颗含钛矿石作为测试试样；

使用扫描电子显微镜对所述测试试样进行面扫描，获得Ti元素面扫描图；

对所述面扫描图进行网格化处理，获得面扫描网格图；

根据所述面扫描网格图中Ti元素所占的网格个数占总网格数的比例，获得Ti元素在炉料中的分散度。

进一步地，所述含钛矿石样本的粒度为5～20mm。

进一步地，所述网格化处理是在所述面扫描图中画出若干等面积的网格。

进一步地，所述总网格数≥64。

进一步地，所述根据所述面扫描网格图中Ti元素所占的网格个数占总网格数的比例，获得Ti元素在炉料中的分散度，具体为：在所述面扫描网格图中标出含Ti元素的网格，根据含Ti元素的网格数占总网格数的比例分别计算每个测试试样的Ti元素分散度，并根据测试试样数目计算测试试样的Ti元素分散度的平均值，将所述平均值作为Ti元素在炉料中的分散度。

进一步地，所述测试试样的Ti元素分散度具体根据下式计算：

式(1)中：D_i为测试试样的Ti元素分散度，％；A_Ti为测试试样的Ti元素网格数，个网格；A₀为测试试样的总网格数，个网格。

进一步地，所述Ti元素在炉料中的分散度具体根据下式计算：

式(2)中：D_{Ti in burden}为Ti元素在炉料中的分散度，％；D_i为测试试样的Ti元素分散度，％；N为测试试样数目，即含钛矿石样本的等分数。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明实施例中提供的含钛炉料中Ti元素分散度的评价方法，首先选取待评价的含钛矿石样本，并将所述含钛矿石样本随机N等分，N≥2，并从每份样本中随机选取一颗含钛矿石作为测试试样；然后使用扫描电子显微镜对所述测试试样进行面扫描，获得Ti元素面扫描图；再对所述面扫描图进行网格化处理，获得面扫描网格图；最后根据所述面扫描网格图中Ti元素所占的网格个数占总网格数的比例，获得Ti元素在炉料中的分散度。如此，对Ti元素在含钛炉料中的分散度进行定量评价，其分散度越大，表明Ti元素的分散程度越高，进而实现了从动力学角度有效评价含钛炉料中Ti元素的护炉效果，为Ti资源的选择提供判断依据。

附图说明

图1是本发明实施例提供的含钛炉料中Ti元素分散度的评价方法流程图；

图2是本发明实施例1获得的面扫描网格图；

图3是本发明实施例2获得的面扫描网格图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种含钛炉料中Ti元素分散度的评价方法，能够定量评价Ti元素在含钛炉料中的分散度，从而有效评价含钛炉料中Ti元素的护炉效果，为Ti资源的选择提供判断依据。

为实现上述目的，本发明实施例总体思路如下：

本发明提供了一种含钛炉料中Ti元素分散度的评价方法，包括：

选取待评价的含钛矿石样本，并将所述含钛矿石样本随机N等分，N≥2，并从每份样本中随机选取一颗含钛矿石作为测试试样；

使用扫描电子显微镜对所述测试试样进行面扫描，获得Ti元素面扫描图；

对所述面扫描图进行网格化处理，获得面扫描网格图；

根据所述面扫描网格图中Ti元素所占的网格个数占总网格数的比例，获得Ti元素在炉料中的分散度。

通过以上内容可以看出，本发明通过扫描电子显微镜对含钛矿石进行面扫描获得Ti元素面扫面图，根据Ti元素在面扫描图中所占的比例，实现定量计算Ti元素在含钛炉料中的分散度，其分散度越大，表明Ti元素的分散程度越高，进而实现了从动力学角度有效评价含钛炉料中Ti元素的护炉效果，为Ti资源的选择提供判断依据。

为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图和具体实施例对本发明技术方案做详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本发明技术方案的详细的说明，而不是对本发明技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互结合。

本发明实施例提供了一种含钛炉料中Ti元素分散度的评价方法，请参阅图1，包括：

步骤S110：选取待评价的含钛矿石样本，并将所述含钛矿石样本随机N等分，N≥2，并从每份样本中随机选取一颗含钛矿石作为测试试样；

在步骤S110中为了保证测试试样具有代表性，所以对所需评价的含钛矿石进行样本取样，并将样本随机N等分，从每份样本中随机取一颗含钛矿石作为测试试样。具体来说，等分的数目越多，即N值越大，得到的Ti元素在炉料中的分散度更趋近于真实值，评价的结果越准确。

在本实施例中，选取的含钛矿石样本的粒度为5～20mm，样本量≥1kg。

含钛矿石样本粒度选择5～20mm是因为该粒度范围内的含钛炉料具有较好的护炉效果，为了使测试结果具有代表性，选择该粒度范围的含钛矿石样本进行测试。样本量过小会影响等分数量，使测试结果的代表性变差。

步骤S120：使用扫描电子显微镜(SEM)对所述测试试样进行面扫描，获得Ti元素面扫描图；

在步骤S120中，对测试试样制样后进行面扫描来确定Ti元素在整个视野范围内的分散状态，避免漏扫对结果造成误差，使评价结果更加准确，并截取Ti元素面扫描图。其中，制样方法具体为：将测试试样由中间切割开，随后进行镶嵌、粗磨、细磨、抛光、干燥等工序，得到观察用试样。

步骤S130：对所述面扫描图进行网格化处理，获得面扫描网格图；

具体的，所述网格化处理是在所述面扫描图中画出若干等面积的网格。三角形、四边形、五边形等多边形网格均可，但为了便于绘制及计算网格个数，网格优选为四边形，更加优选为正方形。

在本实施例中，绘制的总网格数≥64。网格数太少，会使得到的Ti元素所占的网格个数误差增加，从而使Ti元素在炉料中的分散度误差增加，造成评价结果不准确。因此，限定总网格数≥64，网格数越多，得到的Ti元素在炉料中的分散度误差越小，评价的结果越准确。

步骤S140：根据所述面扫描网格图中Ti元素所占的网格个数占总网格数的比例，获得Ti元素在炉料中的分散度。

具体的，在所述面扫描网格图中标出含Ti元素的网格，根据含Ti元素的网格数占总网格数的比例分别计算每个测试试样的Ti元素分散度，并根据测试试样数目计算测试试样的Ti元素分散度的平均值，将所述平均值作为Ti元素在炉料中的分散度。

其中，所述测试试样的Ti元素分散度具体根据下式计算：

式(1)中：D_i为测试试样的Ti元素分散度，％；A_Ti为测试试样的Ti元素网格数，个网格；A₀为测试试样的总网格数，个网格。

具体来说，Ti元素在扫面电子显微镜下以亮点形式呈现，因此只需将总网格中含有Ti元素亮点的网格进行标记记录，就可得出测试试样的Ti元素网格数A_Ti。

其中，所述Ti元素在炉料中的分散度为各测试试样的Ti元素分散度的平均值，具体根据下式计算：

式(2)中：D_{Ti in burden}为Ti元素在炉料中的分散度，％；D_i为测试试样的Ti元素分散度，％；N为测试试样数目，即含钛矿石样本的等分数。

本实施例中，得到Ti元素在炉料中的分散度D_{Ti in burden}，其值越大，表明Ti元素分散程度越高，从动力学角度考虑含钛氧化物的还原越容易，此类钛矿石护炉效果越明显。

通过上述内容可以看出，本实施例通过扫描电子显微镜对含钛矿石进行面扫描获得Ti元素面扫面图，根据Ti元素在面扫描图中所占的比例，定量计算Ti元素在含钛炉料中的分散度，其分散度越大，表明Ti元素的分散程度越高，进而实现了从动力学角度有效评价含钛炉料用于护炉时Ti元素应用效率高低，从而为评价不同类型的钛资源提供除了成分、价格外的更加贴近实际应用的评价方法。

以下通过实施例对本发明作更详细的描述。这些实施例仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何的限制。

实施例1

随机选取≥3kg粒度在5～20mm的钛资源A，对其进行三等分后随机从每份中选取一颗钛矿作为测试试样，记为A₁、A₂、A₃；

先对A₁试样制样后进行扫描电镜分析，获取含Ti元素的面扫描图；

对A₁试样的面扫面图进行画网格处理，如图2所示，记总网格数为A₀＝96；对含Ti元素亮点的网格进行记录，网格数为A_Ti＝96；

按照公式(1)计算A₁试样的Ti元素分散度D_A1＝100％。

再按照相同方法对钛资源A另外两等分的A₂、A₃进行Ti元素分散度计算，得到D_A2＝97.92％、D_A3＝93.75％。则钛资源A的Ti元素在炉料中的分散度D_{A Ti in burden}＝(D_A1+D_A2+D_A3)/3＝97.22％。

实施例2

随机选取≥2kg粒度在5～20mm的钛资源B，对其进行三等分后随机从每份中选取一颗钛矿作为测试试样，记为B₁、B₂、B₃。

对B₁试样制样后进行扫描电镜分析，获取含Ti元素的面扫描图；

对B₁试样的面扫面图进行画网格处理，如图3所示，记总网格数为A₀＝96；对含Ti元素亮点的网格进行记录，网格数为A_Ti＝34；

按照公式(1)计算B₁试样的Ti元素分散度D_B1＝35.42％。

再按照相同方法对钛资源B另外两等分的B₂、B₃进行Ti元素分散度计算，得到D_B2＝31.25％、D_B3＝37.50％。则钛资源B的Ti元素在炉料中的分散度D_{B Ti in burden}＝(D_B1+D_B2+D_B3)/3＝34.72％。

按照本发明实施例方法计算的Ti元素在炉料中的分散度与该钛资源的护炉效果具有一致性，表明本发明实施例提供的含钛炉料中Ti元素分散度的评价方法能够准确定量评价Ti元素在炉料中的分散度，可用来评价含钛炉料中Ti元素的护炉效果，为Ti资源的选择提供判断依据。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明实施例中提供的含钛炉料中Ti元素分散度的评价方法，首先选取待评价的含钛矿石样本，并将所述含钛矿石样本随机N等分，N≥2，并从每份样本中随机选取一颗含钛矿石作为测试试样；然后使用扫描电子显微镜对所述测试试样进行面扫描，获得Ti元素面扫描图；再对所述面扫描图进行网格化处理，获得面扫描网格图；最后根据所述面扫描网格图中Ti元素所占的网格个数占总网格数的比例，获得Ti元素在炉料中的分散度。如此，对Ti元素在含钛炉料中的分散度进行定量评价，其分散度越大，表明Ti元素的分散程度越高，进而实现了从动力学角度有效评价含钛炉料中Ti元素的护炉效果，为Ti资源的选择提供判断依据。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。