专利名称：铁矿粉的预润湿处理方法
技术领域：
本发明属于冶金工程技术领域，尤其针对混合造球过程中配水量难以精确控制影响造球效果的问题，提出一种铁矿粉的预润湿处理方法。
背景技术：
钢铁冶金领域中，需要先将铁矿粉、焦炭、熔剂等烧结原料加入圆筒混料机中配水混合造球，获得具有一定粒度的烧结混合料小球，然后再将烧结混合料小球通过烧结处理获得高炉炼铁所需的烧结矿。该混合造球过程中，配水量对混合料的造球行为，以及最终烧结混合料小球的粒度分布有重要影响。因此，烧结原料水分控制的重要性是不言而喻的，适宜的配水量既能保证烧结混合料小球达到适宜的强度和粒度大小，从而在最大程度上节约用水和减少烧结所需的配碳。随着现代钢铁工业的不断发展，全球铁矿石价格上涨，钢铁企业对铁矿石资源的需求却持续增长，因此钢铁企业通过扩大原料来源解决成本问题，将各种矿石和含铁物料、粉尘废料等都应用了烧结过程中。因此，现在国内多数钢铁企业的原料现状是铁矿石种类繁多、成分波动大。然而，由于多数钢铁企业的烧结生产线是固定的，混合造球过程中的配水量是固定不变的，而不同种类铁矿粉的吸水性和吸水能力有很大差异，其造球适宜配水量各不相同，因此经常出现烧结混合料配水不足、烧结混合料小球强度差的问题，给烧结过程带来很大困难。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种铁矿粉的预润湿处理方法，用以弥补固定烧结生产线对不同种类铁矿粉配水量不足的问题。烧结混合料水分自动控制系统，该系统通过测量烧结混合料的湿容量，根据湿容量来预测烧结混合料的适宜含水量，并依据适宜含水量预测值和在线检测的实际含水量去调节和控制制粒过程中的加水量，使烧结混合料的含水量最终稳定在适宜值。为实现上述目的，本发明采用了如下的技术手段铁矿粉的预润湿处理方法，其特征在于，包括如下步骤
A)根据混合造球过程所设定的配水流量F1和配水时间T1,判断铁矿粉是否需要进行预润湿处理；具体为
al)获取铁矿粉的湿容量Mc和造球适宜配水量Mw，计算铁矿粉在混合造球过程的吸水度吣
Mt=Mc [1-exp (-k · A1 · P · T1 · B1Ai1)]；
其中，P表示水的密度,Hi1表示混合造球过程中铁矿粉的质量A1表示混合造球过程中铁矿粉的等效吸水面积，A1MF1 · S1)/V1, V1表示混合造球过程中的配水出口流速，S1表示混合造球过程中铁矿粉体积与混合造球过程所用圆筒混料机容积的比值；k表示铁矿粉的吸水传质系数，B1为造球过程修正系数，取值范围为((Γ5]；
a2)计算铁矿粉的配水量差AM=Mw-Mt，若ΔM < 0，则铁矿粉无需进行预润湿处理；若Δ Μ>0,则铁矿粉需要进行预润湿处理，继续执行步骤B)；B)对铁矿粉进行预润湿处理；具体为
bl)设定预润湿处理的配水流量F2,并根据配水流量F2确定预润湿过程的配水时间T2 T2= [-m2 · ln(l-AM/Mc)]/(k · A2 · P · B2)；
其中，m2表示预润湿过程中铁矿粉的质量-A表示预润湿过程中铁矿粉的等效吸水面积，A2=F2 · S2/v2, V2表示预润湿过程的配水出口流速，S2表示预润湿过程中铁矿粉体积与预润湿过程所用圆筒混料机容积的比值出2表示预润湿过程修正系数，取值范围为((Γ5]；
b2)在混合造球之前，将铁矿粉加入预润湿过程所用圆筒混料机中，按配水流量F2和配水时间T2配水混合，进行预润湿处理。相比于现有技术，本发明具有如下有益效果
1、通过本发明的预润湿处理方法对不同种类的铁矿粉进行预润湿处理，可以弥补固定烧结生产线对不同种类铁矿粉配水量不足的问题，使得不同种类的铁矿粉经过预润湿处理后，用固定的烧结生产线进行混合造球处理所得到的烧结混合料小球能够更好满足适宜强度和粒度大小的要求。2、本发明方法中涉及的参数一经获取可以加以记录而反复使用，一劳永逸，在后期的使用过程中非常方便。3、本发明的预润湿处理方法完全可以利用计算机编程实现计算机自动计算、自动控制，从而作为的烧结矿料配水调节的一种自动化控制方案应用到烧结处理中。
图1为本发明铁矿粉的预润湿处理方法的流程框图。
具体实施例方式针对一些钢铁企业采用固定的烧结生产线对不同种类铁矿粉进行混合造球处理经常出现烧结混合料配水不足、烧结混合料小球强度差的问题，可以采用本发明的预润湿方案对在混合造球之前对铁矿粉进行预润湿处理，来弥补铁矿粉在混合造球处理中的配水量不足，从而在不更换烧结生产线的情况下解决上述问题。为了方便预润湿操作，本发明采用钢铁企业都具备的圆筒混料机作为预润湿处理设备，并且从铁矿粉的吸水过程分析着手，分析出铁矿粉在混合造球过程中的缺水情况，从而制定出合理的预润湿方案。当矿物与水接触时，水会在毛细力作用下被吸入矿物颗粒之间甚至矿物空隙内，直至吸水饱和。铁矿粉吸水也是一个终态达到吸水饱和平衡的吸水过程，考虑到Lagergren方程适用于体系不含约束力且终态为平衡态的动力学过程，因此本发明中采用Lagergren —级速率方程的动力学模型来研究铁矿粉的吸水过程。根据质量守恒定律，铁矿粉吸水过程Lagergren —级速率方程的微分式如下d(M(t) ‘ m) /dt=k ‘ A ‘ P · (Mc-M (t))(1);
式(1)中，t表示时间，d/dt表示对时间t的微分；m表示铁矿粉自身的质量；M(t)表示吸水过程的时间t时刻铁矿粉的吸水度，即时间t时刻铁矿粉中所含水分与铁矿粉自身的质量百分比；A表示铁矿粉的吸水面积；P表示水的密度；k表示铁矿粉的吸水传质系数，即水分在铁矿粉中的传递速度。由于铁矿粉吸水达到饱和以后，铁矿粉吸水度随时间的变化率为0，即d(Mc ‘ m)/dt=0 ；(2)；
因此，由式(1)和式(2)可得d [ (Mc-M (t)) · m] /dt=d (Mc · m) /dt_d (Μ (t) · m) /dt=0-d(M(t) ‘ m) /dt=-d(M(t) ‘ m) /dt
=-k · A · P · (Mc-M(t))(3)；
记y=Me-M(t)，则式(3)可记为
dy/dt=-k · A · P · y/m ；(4)；
又因为铁矿粉吸水过程的边界条件为Yt=O=Mc-M (t=0) =Mc ； yt= ^ =Mc-M (t=⑴)=Mc-Mc=O ；因此由式(4)积分可得
M(t)=Mc[l-exp(-k · A · P · t/m)](5)；
式(5)即为铁矿粉吸水过程中的吸水度M(t)与时间t的函数关系式，其中铁矿粉的吸水传质系数k可以通过吸水实验得到实验数据后代入式(5)求得。而用圆筒混料机进行配水混合时，由于圆筒混料机的混料效果以及自身结构等因素，圆筒混料机中铁矿粉吸水过程的函数关系式需要作一定的修正
M(t)=Mc[l-exp(-k · A · P · t · B/m) ](6)；
式(6)中，B为修正系数，对于不同的圆筒混料机而言，其对应的修正系统不尽相同，可以采用圆筒混料机进行配水混合实验得到实验参数后代入式(6)求得其对应的修正系数B的值。通常情况下，修正系数B的取值在((Γ5]区间内。而在用圆筒混料机进行配水混合时，铁矿粉的吸水面积A并不能如同吸水实验中那样直接测量得到，因此只能取等效吸水面积，借由圆筒混料机配水混合过程中的配水流量F、配水出口流速ν以及铁矿粉体积与圆筒混料机容积的比值S求得
A=F · S /v(7)；
由于式(7 )中，体积比S为铁矿粉体积Vtt与圆筒混料机容积VwW比值，即有 S=V铁/V筒；而V铁=m/p铁，P铁表示铁矿粉的密度，因此有S=m/(P铁· V筒)，即A=F · m/(P 铁· V 筒· ν)(8)；
将式(8)代入式(6)即可得
Mt=Mc [1-exp (-k · F · P · T · B1Ap 铁· V筒· ν))] ； (9)；
因此，也可以用式(9)来表示铁矿粉吸水过程中的吸水度M(t)与时间t的函数关系。基于上述对铁矿粉吸水过程的分析可见，在混合造球过程所设定的配水流量和配水时间均为固定值的情况下，在混合造球之前，可以通过获取铁矿粉的造球适宜配水量而计算获知混合造球过程中铁矿粉的吸水度，预先判断其是否能够达到造球适宜配水量，并且在其不能达到球适宜配水量的情况下，先对铁矿粉进行预润湿处理，并且通过计算铁矿粉的配水量差而确定预润湿处理的配水控制参数，以弥补固定烧结生产线对不同种类铁矿粉配水量不足的问题。本发明铁矿粉的预润湿处理方法的流程图如图1所示，具体操作步骤如下
步骤A)、根据混合造球过程所设定的配水流量F1和配水时间T1,判断铁矿粉是否需要进行预润湿处理；具体为
al)获取铁矿粉的湿容量Mc和造球适宜配水量Mw，计算铁矿粉在混合造球过程的吸水度吣
MT=Mc [1-exp (-k · A1 · P · T1 · B1Ai1)]；
该计算公式直接由式(6)得到；其中，P表示水的密度,Hl1表示混合造球过程中铁矿粉的质量^表示混合造球过程中铁矿粉的等效吸水面积，A1= (F1 -S1)/V1, V1表示混合造球过程中的配水出口流速，S1表示混合造球过程中铁矿粉体积与混合造球过程所用圆筒混料机容积的比值；k表示铁矿粉的吸水传质系数，B1为造球过程修正系数，取值范围为((Γ5]。铁矿粉的湿容量Mc和造球适宜配水量Mw是确定其吸水度Mt的基础数据。矿物的湿容量，就是指矿物自然吸水达到饱和时，矿物中所含水分与矿物自身(即矿物干燥状态下)的质量百分比。铁矿粉的湿容量仏可以采用常规的吸水实验来测取，也可以通过本申请人此前的发明专利《测量铁矿粉湿容量及测算烧结混合料配水量的方法》(CN101608993B)中介绍的湿容量测量方法获得。而在工业烧结过程中，为保证烧结料层的透气性和烧结矿的质量，一般来说要求粒度大小为3、mm的烧结混合料小球越多越好，而烧结混合料小球的粒度大小与铁矿粉的配水量有密切的联系；铁矿粉的造球适宜配水量，就是指当烧结混合料小球的粒度大小尽可能多的达到所要求的粒度大小范围时，铁矿粉中所含水分与铁矿粉自身(即铁矿粉干燥状态下)的质量百分比。铁矿粉的造球适宜配水量Mw可以采用多次的混合造球实验来测取，也可以利用发明专利《测量铁矿粉湿容量及测算烧结混合料配水量的方法》(CN101608993B)中介绍的铁矿粉的造球适宜配水量Mw与湿容量Me的关系式计算获取。每一种铁矿粉的湿容量M。和造球适宜配水量Mw—经获取后可以记录下来，在后期对于同一种铁矿粉的预润湿处理过程中反复使用，就不需要再次通过实验获得了。a2)计算铁矿粉的配水量差AM=MW-Mt，若ΔM< 0，则铁矿粉无需进行预润湿处理；若Δ Μ>0，则铁矿粉需要进行预润湿处理，继续执行步骤B)，对铁矿粉进行预润湿处理。步骤B)、对铁矿粉进行预润湿处理；具体为
bl)设定预润湿处理的配水流量F2,并根据配水流量F2确定预润湿过程的配水时间T2 T2= [-m2 · ln(l-AM/Mc)]/(k · A2 · P · B2)；
该计算公式根据式(6)推导得到；其中，m2表示预润湿过程中铁矿粉的质量-A表示预润湿过程中铁矿粉的等效吸水面积，A2=F2 · S2/v2, V2表示预润湿过程的配水出口流速，S2表示预润湿过程中铁矿粉体积与预润湿过程所用圆筒混料机容积的比值出2表示预润湿过程修正系数，取值范围为((Γ5]。当然，如果预润湿过程与混合造球过程所用的圆筒混料机相同，则有K=B115b2)在混合造球之前，将铁矿粉加入预润湿过程所用圆筒混料机中，按配水流量F2和配水时间T2配水混合，进行预润湿处理。
本发明方法中涉及的参数一经获取可以进行记录后反复使用，一劳永逸，为后期的使用过程提供方便。下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。实施例
本实施例针对四种不同种类的铁矿粉(分别表示为铁矿粉I、铁矿粉II、铁矿粉III、铁矿粉IV)，采用参数固定的烧结生产线进行混合造球处理，并在混合造球处理前采用本发明方法进行预润湿处理，在混合造球处理后再通过红外水分测量仪测取四种铁矿粉所对应烧结混合料小球中的水分含量加以测量。红外水分测量仪为现有产品，其原理是基于水分对特定波长的红外线具有选择特性和吸收特性而进行水分检测，烧结混合料小球中所含的水会吸收部分红外光的能量，含水量越多吸收的红外光也越多，通过测量反射光的减少量，就能够在线测量计算出烧结混合料小球的实际含水量。为便于计算，取相同体积的四种铁矿粉，测得所取四种铁矿粉质量、体积、吸水传质系数以及造球适宜配水量的数据如表1所示
表权利要求
1.铁矿粉的预润湿处理方法，其特征在于，包括如下步骤A)根据混合造球过程所设定的配水流量F1和配水时间T1,判断铁矿粉是否需要进行预润湿处理；具体为al)获取铁矿粉的湿容量Mc和造球适宜配水量Mw，计算铁矿粉在混合造球过程的吸水度吣Mt=Mc [1-exp (-k · A1 · P · T1 · B1Ai1)]；其中，P表示水的密度,Hi1表示混合造球过程中铁矿粉的质量A1表示混合造球过程中铁矿粉的等效吸水面积，A1MF1 · S1)/V1, V1表示混合造球过程中的配水出口流速，S1表示混合造球过程中铁矿粉体积与混合造球过程所用圆筒混料机容积的比值；k表示铁矿粉的吸水传质系数，B1为造球过程修正系数，取值范围为((Γ5]；a2)计算铁矿粉的配水量差AM=Mw-Mt，若ΔM < 0，则铁矿粉无需进行预润湿处理；若Δ Μ>0,则铁矿粉需要进行预润湿处理，继续执行步骤B)；B)对铁矿粉进行预润湿处理；具体为bl)设定预润湿处理的配水流量F2,并根据配水流量F2确定预润湿过程的配水时间T2 T2= [-m2 · ln(l-AM/Mc)]/(k · A2 · P · B2)；其中，m2表示预润湿过程中铁矿粉的质量-A表示预润湿过程中铁矿粉的等效吸水面积，A2=F2 · S2/v2, V2表示预润湿过程的配水出口流速，S2表示预润湿过程中铁矿粉体积与预润湿过程所用圆筒混料机容积的比值出2表示预润湿过程修正系数，取值范围为((Γ5]；b2)在混合造球之前，将铁矿粉加入预润湿过程所用圆筒混料机中，按配水流量F2和配水时间T2配水混合，进行预润湿处理。
全文摘要
本发明提供了一种铁矿粉的预润湿处理方法，该方法通过获取铁矿粉的造球适宜配水量并计算混合造球过程中铁矿粉的吸水度，求得铁矿粉的配水量差，从而根据配水量差判断当前的铁矿粉是否需要进行预润湿处理，如果需要则根据配水量差以及预润湿过程设定的配水流量而控制配水时间，在混合造球之前对铁矿粉进行预润湿处理，以弥补固定烧结生产线上的混合造球过程对不同种类铁矿粉配水量不足的问题，使得不同种类的铁矿粉在后续进行混合造球处理后的烧结混合料小球能够更好满足适宜强度和粒度大小的要求。该方法完全可以利用计算机编程实现计算机自动计算、自动控制，从而作为的烧结矿料配水调节的一种自动化控制方案应用到烧结处理中。
文档编号C22B1/24GK102392127SQ20111033978
公开日2012年3月28日 申请日期2011年11月1日 优先权日2011年11月1日
发明者吕学伟, 周茂军, 张忍德, 黄小波 申请人:重庆大学