高炉料熔炼性能匹配度的测试方法与流程

本发明涉及高炉原料的选择，属于高炉炼钢技术领域，具体地涉及一种高炉料熔炼性能匹配度的测试方法。

背景技术：

高炉布料在保证高炉顺利进行过程中起至关重要的作用，炼铁学基本理论和高炉生产实践均证明，优化高炉炼铁原燃料质量和冶金性能既是高炉实现高效化、大型化、长寿化、节能减排的前提条件，也是提高喷煤比、降低焦比和燃料比的基础条件。所谓优化炉料质量即是提高炉料质量：入炉矿品位高，渣量少和改善原燃料性能等。大高炉炉料做到入炉矿品位≥58％、炉料含低sio2、低al2o3、低mgo，高炉渣比在300kg/t铁以下，焦炭的反应性(cri)≤25％，反应后的强度在≥65％等，这是保证大高炉生产稳定顺行、高效、低耗和大喷煤的必要条件。

然而，高炉入炉铁原料和焦炭在高温下会发生还原反应，并随温度升高，铁原料会熔融软化，由于铁原料的软熔性能会受到其成分、结构和矿物组成的影响，因此，炉料还原性能、软熔温度差异较大时，高炉会受原料性能匹配度差的影响，使高炉的粉化区域和融滴区域变化，粉化区域变宽会使料柱透气性变差，影响高炉顺行，融滴区域变宽不仅会使高炉透气性变差，还会使炉壁粘接，这对设备和产能损害很大。因此，设计一种测试高炉料熔炼性匹配度的方法，可为高炉配料提供科学和有效的数据，是指导高炉配料的一项重要手段。

目前，关于铁矿软熔性能试样的制作和测试方法为：选取10～12.5mm的铁矿石和焦炭，按照一层焦和一层矿铺入坩埚，然后进行高温性能测试，这样的测试结果只能反映单种矿的熔炼性，由于每次试验的条件和原料的会有波动，因此，该试验不能同时反映不同铁矿原料的熔炼程度和软熔性能的匹配效果。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明公开了一种高炉料熔炼性能匹配度的测试方法。该测试方法通过对试样进行加工和组合，达到了在相同条件下同时进行焦炭、烧结矿和球团矿接触面之间两两相互反应的目的，只需在测试结束后切开试样，并测试内部焦炭-烧结矿、焦炭-球团矿及烧结矿-球团矿之间的反应程度和差异，即可分析不同铁矿原料熔炼性能的差异和匹配程度。

为实现上述目的，本发明公开了一种高炉料熔炼性能匹配度的测试方法，它包括如下步骤：

1)制备待测试样：所述待测试样为焦炭试样与铁矿试样的组合试样，所述焦炭试样为实心立方体结构，沿实心立方体的一侧开设凹槽，所述凹槽的内侧面均为波纹面；所述铁矿试样由形状相同、体积相同的烧结矿与球团矿组成，所述烧结矿与球团矿沿所述铁矿试样的中心轴线方向对称设置，所述烧结矿与球团矿组成所述铁矿试样的顶部与端部，所述铁矿试样的顶部插入焦炭试样的凹槽中；

2)熔炼待测试样：取所述步骤1)制备的待测试样置于带透气底板的石墨坩埚中，保证待测试样中铁矿试样的端部与透气底板相接触，在待测试样与石墨坩埚的四周空隙中填充焦炭粉，再在待测试样中焦炭试样的顶面放置一个带测温热电偶的增压杆，由石墨坩埚底部通入还原气体，所述还原气体由co、co2和n2组成；设置熔炼温度为900～1300℃，熔炼反应2～3h后降温、冷却，取出待测试样；

3)分析待测试样的熔炼性能匹配度：取所述步骤2)熔炼后的待测试样并沿纵向截面剖切，测量并计算焦炭-烧结矿接合面处焦炭减少的最大厚度，焦炭-球团矿接合面处焦炭减少的最大厚度，烧结矿-球团矿接合面处烧结矿一侧生成的海绵铁层最大厚度，球团矿一侧生成的海绵铁层最大厚度。

进一步地，所述步骤1)中，所述焦炭试样的高度为40～60mm，所述铁矿试样的高度为13～17mm。

再进一步地，所述步骤1)中，所述凹槽为开口朝外的v型凹槽，所述v型凹槽的深度为8～12mm。

更进一步地，所述步骤2)中，对待测试样进行加热，当待测试样的温度＞450℃，由石墨坩埚底部通入还原气体，在30～60min之间将待测试样的温度升至900℃，对待测试样进行加热，当待测试样的温度＞450℃，由石墨坩埚底部通入还原气体，在30～60min之间将待测试样的温度升至900℃，再经过1.0h后温度由900℃升至1300℃，该温度段为熔炼阶段，然后在1300℃保持5.0min，最后让试样自然冷却到常温。

更进一步地，所述步骤2)中，所述还原气体中co、co2和n2的体积比为20％:20％:60％。

更进一步地，所述步骤2)中，所述焦炭粉的粒度为2～5mm。

作为本发明的一种技术方案的优选，焦炭试样为正方体结构，沿正方体的一侧开设v型凹槽，v型凹槽的中心线与正方体的中心线在同一条直线，且v型凹槽的深度低于正方体的高度，v型凹槽的内侧面为波纹面，保证焦炭试样与铁矿试样进行表面接触时，表面之间留有可供气体穿过的空隙；本发明的铁矿试样为球团矿与烧结矿的组合，本发明优选球团矿与烧结矿均为相同形状、相同体积的直角梯形体，分别取一个球团矿和一个烧结矿进行对称组合，得到的铁矿试样的顶部为正三棱柱，正好完全插入v型凹槽中，且球团矿与烧结矿的接合面之间还留有空隙；铁矿试样的端部为立方体结构。

有益效果：

本发明制备的组合试样，在控制相同的实验条件下，能同时反映球团矿、烧结矿的熔炼性，进一步的反应不同铁矿原料与焦炭的熔炼程度及软熔性能的匹配效果，本发明的测定方法操作简单，测定结果准确，为高炉配料提供科学和有效的依据，有效的指导了高炉的顺利推行。

附图说明

图1为本发明待测试样与测试装置的位置关系示意图；

图2为图1的待测试样a-a向的剖视图；

上述图中各部件标号如下：

焦炭试样1、烧结矿试样2、球团矿试样3、矿-矿气隙4、焦-矿气隙5、焦炭粉6、石墨坩埚7、透气底板7.1、热电偶8、增压杆9；

具体实施方式

为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。

本发明公开了一种高炉料熔炼性能匹配度的测试方法，它包括如下步骤：

1)制备待测试样：所述待测试样为高度为40～60mm的焦炭试样1与高度为13～17mm的铁矿试样的组合试样，所述焦炭试样1为实心立方体结构，如图1所示，立方体结构优选为正方体结构，且正方体结构的高度优选为50mm，沿正方体的一侧开设凹槽，所述凹槽的内侧面均为波纹面，保证了焦炭试样1与铁矿试样进行表面接触时，面与面之间形成焦-矿气隙5；本发明实施例优选凹槽为开口朝外的v型凹槽，所述v型凹槽的两个相邻侧面之间的夹角为90°，所述v型凹槽的中心线与正方体的中心线在同一直线上，

所述v型凹槽的深度可设置为8～12mm之间，本实施例优选v型凹槽的深度为10mm；

再次如图1所示，所述铁矿试样由形状相同、体积相同的烧结矿试样2与球团矿试样3组成，所述烧结矿试样2与球团矿试样3沿所述铁矿试样的中心轴线方向对称设置，且在烧结矿试样2与球团矿试样3的接合面之间留有矿-矿气隙4，所述烧结矿试样与球团矿试样组成所述铁矿试样的顶部与端部，所述铁矿试样的顶部完全的插入焦炭试样的v型凹槽中，如图1所示，保证熔炼时，焦炭试样1的表面与烧结矿试样2的表面接触，焦炭试样1的表面与球团矿试样3的表面接触，烧结矿试样2的表面与球团矿试样3的表面接触；同时，所述铁矿试样的端部为立方体端部；

2)熔炼待测试样：取所述步骤1)制备的待测试样置于带透气底板7.1的石墨坩埚7中，保证待测试样中铁矿试样的端部与透气底板7.1相接触，在待测试样与石墨坩埚7的四周空隙中填充粒度为2～5mm的焦炭粉6，保证待测试样受热均匀，再在待测试样中焦炭试样1的顶面放置一个带测温热电偶8的增压杆9，所述增压杆9能够对待测试样施加1.5kg左右的压力；对待测试样进行加热，当待测试样的温度＞450℃，由石墨坩埚7底部通入还原气体，所述还原气体由co、co2和n2组成，本实施例优选还原气体中co、co2和n2的体积百分比分别为20％、20％和60％，在30～60min之间将待测试样的温度升至900℃，熔炼反应1.0h后再升温至1300℃，在焦炭试样1分别与烧结矿试样2、球团矿试样3熔炼的过程中，还原气体流经烧结矿试样2与球团矿试样3的接合面之间的矿-矿气隙4，再由两侧分别进入焦炭试样1与烧结矿试样2的接合面、焦炭试样1与球团矿试样3的接合面之间的焦-矿气隙5，保证了还原气体在组合试样的焦炭与铁矿之间进行充分的还原反应，还原后的气流沿焦炭粉6的间隙流出石墨坩埚5；在1300℃保持5.0min左右，最后让试样自然冷却到常温。

3)分析待测试样的熔炼性能匹配度：取所述步骤2)熔炼后的冷却试样沿图1所示的a-a向剖切，如图2所示，测量并计算焦炭-烧结矿接合面处焦炭减少的最大厚度，焦炭-球团矿接合面处焦炭减少的最大厚度，烧结矿-球团矿接合面处烧结矿一侧生成的海绵铁层最大厚度，球团矿一侧生成的海绵铁层最大厚度，得到了表1；

表1熔炼后待测试样各组成的反应情况列表

上述表1中的数据分别为在900℃、1000℃、1100℃，取待测试样冷却到常温后进行剖切测定得到的。

由上述表1可知，烧结矿的熔炼温度要低于球团矿的熔炼温度，且烧结矿的熔炼速度要高于球团矿的熔炼速度，因此，若将烧结矿与球团矿混合使用用于高炉炼铁，会造成高炉软融带变宽，引起高炉透气性差及炉壁粘接的问题，不利于高炉顺利推行，为保证高炉顺利推行，需改用其它的炉矿。

以上实施例仅为最佳举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。除上述实施例外，本发明还有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。