本发明属于炼铁领域，尤其涉及一种表征球团矿固结程度的方法。
背景技术：
钢铁不论是在基础设施建造还是在铁路、海洋平台乃至国防建设中，都是不可缺少的一种重要资源。对于钢铁的制造，基本有两个流程，其中一项重要的流程是生产生铁。
尽管世界各国研究开发了很多炼铁方法，但高炉炼铁工艺相对简单，产量大，劳动生产率高，能耗低，故仍是现代炼铁的主要方法，其产量占世界生铁总产量的95％以上。
球团矿是高炉炼铁领域重要的含铁原料，因其粒度均匀，能保证高炉炉料的良好透气性，孔隙度高，还原性好等优点而被广泛的应用于高炉炼铁生产过程。
球团矿生球需经过一定的固结过程制成最终的球团矿熟球，其固结程度直接影响球团矿的冷态强度、低温还原粉化率等诸多冶金性能指标，继而影响后续的冶金过程。
目前，我国并没有能够反映球团固结程度的指标及具体的测试方法。因此，开发一种表征球团矿固结程度的方法具有重要的理论和现实意义。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
针对现有存在的技术问题，本发明提供一种能够表征球团矿固结程度的方法。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
本发明提供了一种表征球团矿固结程度的方法，根据球团矿生球的孔隙度ε1和由所述球团矿生球转变成球团矿熟球后的孔隙度ε2，获得所述球团矿熟球与球团矿生球之间的孔隙度变化率η，通过所述孔隙度变化率η的大小表征球团矿的固结程度。
包括以下步骤：
制造球团矿生球，检测所述球团矿生球的孔隙度ε1；
对所述球团矿生球干燥、焙烧，制得球团矿熟球，检测所述球团矿熟球的孔隙度ε2；
通过以下公式(i)计算出球团矿的孔隙度变化率η，以表征球团矿的固结程度。
所述制造球团矿生球包括以下步骤：
将部分的包括磁铁矿和膨润土的原料装入圆盘造球机的球盘内，添加部分的水，进行一次造球，形成母球；
继续向圆盘造球机内同步添加剩余的包括磁铁矿和膨润土的原料和剩余的水，进行二次造球，所述母球长大、压实，形成球团矿生球。
优选地，所述一次造球后形成的母球粒度为2～4mm，所述一次造球和二次造球添加的水质量占所有添加物料总质量的7.5～8.5％。
优选地，所述二次造球的时间为10～50min，所述二次造球后形成的所述球团矿生球的直径为8.0～14.5mm。
在对所述球团矿生球干燥的过程中，干燥温度为100～150℃，干燥时间为2～4h。
在对所述球团矿生球焙烧的过程中，在氧化气氛下对所述球团矿生球进行焙烧，焙烧温度为1200～1300℃，焙烧时间为20～40min。
所述球团矿生球的孔隙度ε1和所述球团矿熟球的孔隙度ε2采用压汞仪或比表面积孔径分析仪检测获得。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：本发明根据球团矿生球的孔隙度ε1和由球团矿生球转变成球团矿熟球后的孔隙度ε2，获得球团矿熟球与球团矿生球之间的孔隙度变化率η，通过孔隙度变化率η的大小表征球团矿的固结程度。即，本发明通过测定球团矿生球焙烧至熟球过程孔隙情况的变化，表征球团矿的固结程度，孔隙度变化率η越大，代表球团矿焙烧固结程度越充分。本发明确立了一种评价球团矿质量的新指标，同时对提升冶金性能指标具有重要的理论和现实意义。
附图说明
图1为本发明实施例4中球团矿的固结指数η与抗压强度的关系图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
实施例1
实施例1提出一种表征球团矿固结程度的方法，在实施例1中，在相同的原料和工艺条件下，通过控制焙烧时间(40min、30min、20min)，制备不同固结程度的球团矿，测量生球的孔隙度ε1与熟球的孔隙度ε2，通过公式
计算出球团矿熟球与球团矿生球之间的孔隙度变化率η，可定义为固结指数η，球团矿的固结指数η与其对应的抗压强度值进行关联。各试样以受试样品1(焙烧40min)、受试样品2(焙烧30min)、受试样品3(焙烧20min)命名。
(1)生球制造与孔隙参数获取
造球原料来自某典型钢铁企业，包括磁铁矿、膨润土造球原料化学成分如表1所示，其中膨润土为造球常用的粘结剂。
表1原料化学成分(％)
生球制造
每次以6kg原料为基础，将磁铁矿、膨润土按比例内配，然后进行人工混匀、加水、再混匀等工序，添加的水质量占所有添加物料总质量的8.0±0.5％；之后，将混均的原料置于25℃的恒温条件内进行焖料30min。每次取500g经上述处理过的原料放入圆盘造球机中，加水造母球，待母球直径达到3mm，留下粒度均匀的母球，边喷水边撒原料，原料在20min内加完，至球团的直径达到8.0～14.5mm时，停止撒料，造球机继续转动5min后获得生球。
孔隙参数获取
利用压汞仪对上述试验所得生球进行孔隙分析，得到孔隙度与孔径分布数据，具体操作如下：具体操作如下：①将8g(约3颗球团)球团试样放入压汞仪的尺寸9ml膨胀剂中，用密封胶密封，称量密封后的球团与膨胀剂的总重，并录入系统中；②将封装好的试样放入低压舱中加压注汞，直至汞含量不再增加；③取出低压注汞试样进行称重并录入系统；④将低压注汞试样放入高压仓进行高压注汞；⑤数据处理与结果获得。
(2)生球干燥、焙烧与孔隙参数获取
生球干燥、焙烧
试验中，将生球置于150℃的烘箱内干燥2h；之后，待马弗炉炉温升至900℃时，将干燥后的生球放入炉内进行焙烧；同时吹入流量为1.2l/min的空气，经40min后炉温升至1250℃，三个受试样品分别恒温焙烧40min、30min、20min，然后出炉自然冷却，获得熟球。
孔隙参数获取
利用压汞仪对上述试验所得熟球进行孔隙分析，得到孔隙度与孔径分布数据，操作步骤与生球孔隙分析相同，只需用熟球替换生球即可。
(3)计算球团矿的固结指数η
上述球团矿生球的孔隙度ε1、熟球的孔隙度ε2、计算的固结指数η以及各组球团矿对应的抗压强度结果如表2所示。
表2生球与熟球孔隙参数与固结指数η
由表2可见：本实施例中，球团矿的固结指数η由62.11下降至43.65时，熟球所对应的抗压强度由3055n/pellet下降至2302n/pellet，这说明本发明中球团矿的固结指数η变化趋势与熟球抗压强度变化趋势相同。因而，该方法能够表征球团矿固结程度。
实施例2
实施例2采用与实施例1相同的原料条件与造球工艺，焙烧时间固定在40min，通过改变马弗炉的恒温焙烧温度，制备不同孔隙度的熟球，进而计算固结指数η。其中，马弗炉的恒温焙烧温度分别设为1300℃、1250℃和1200℃。
实施例3
实施例3采用与实施例1相同的原料条件与造球工艺，焙烧时间固定在30min，通过改变烘箱的干燥温度，制备不同孔隙度的熟球，进而计算固结指数η。其中，烘箱的干燥温度分别设为150℃、125℃和100℃。
实施例4
实施例4采用与实施例1相同的原料条件与造球工艺，但焙烧时间固定在20min，通过配加不同比例的菱镁石粉，菱镁石粉的比例分别为0％、1.0％、2.0％和3.0％，制备不同孔隙度的生球和熟球，进而计算固结指数η。研究中，安排四种球团矿生球与熟球试样，各试样以p[1]、p[2]、p[3]和p[4]命名。通过压汞法获得上述四组球团矿的生球、熟球的孔隙度，结果如下：p[1]的生球孔隙度为35.79％，熟球孔隙度为13.05％；p[2]的生球孔隙度为34.96％，熟球孔隙度为15.75％；p[3]的生球孔隙度为34.66％，熟球孔隙度为18.61％；p[4]的生球孔隙度为35.44％，熟球孔隙度为24.06％。
采用实施例1中的公式(i)可计算出各试样的固结指数η，计算所得各试样p[1]、p[2]、p[3]、p[4]的固结指数η分别为63.54％、54.95％、46.31％、32.11％。同时对各试样球团矿—p[i]进行抗压强度检测，分析本研究固结指数η与抗压强度的对应关系，其关系如图1所示。由图1可知：当球团矿的固结指数η越大，其所对应的强度值也越大。这再次证明本发明中固结指数η的定义能够准确的反应球团矿的固结程度，同时通过本方法还可获得球团矿的生球、熟球孔径分布。
上述4个实施例是为了对本发明进行有效的描述，但并不局限于上述实施例，除上述实施例外，本发明也经过其他大量试验验证，最终获得本发明的发明内容。
综上可知，本发明提供的表征球团矿固结程度的方法不但能够用以表征球团矿固结程度，还可通过各种孔隙参数测试仪器获得球团矿一些基础物性数据(如孔径、比表面积等)，从而确立了一种评价球团矿质量的新指标，同时对提升冶金性能指标具有重要的理论和现实意义。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。