專利名稱：一種獲取燒結過程中鐵礦粉高溫特性的方法
一種獲取燒結過程中鐵礦粉高溫特性的方法技術領域
本發明屬于燒結礦粉監測技術領域，特別是涉及一種獲取燒結過程中鐵礦粉高 溫特性的方法，可適時觀察燒結高溫過程中鐵礦粉與熔劑的反應，準確判斷鐵礦粉從初 始液相生成到液相固結終了的整個高溫過程。
背景技術：
作為高爐最主要的原料之一，燒結礦的性能對于高爐的各項技術經濟指標有重 要影響；而燒結礦的性能，在很大程度上有取決于其自身的原料——鐵礦粉的性能。由 于燒結礦的粘結效果和最終性能，在很大程度上取決于鐵礦粉與熔劑在高溫時進行的物 理化學反應，故鐵礦粉的高溫性能，被眾多研究者所關注。
近年來，通過研究鐵礦粉的高溫特性進行優化燒結配礦，已經得到了較大的進 展，出現了一系列判斷鐵礦粉高溫特性的指標，如同化性、液相流動性、熔融性等，對 于評價燒結過程中鐵礦粉的高溫特性具有很多意義。然而，現有的研究方法也存在不足 之處。
整體上看，目前對鐵礦粉高溫特性的研究方法可歸納為兩類，一類是通過觀察 燒結后的“終了態”來判斷和推測鐵礦粉在高溫過程中的變化，如礦相分析和SEM分 析，即是通過鐵礦粉燒成試樣中的礦物來判斷燒結過程中鐵礦粉與熔劑發生了哪些反 應、如何生成了礦物，至于何時發生反應生成該礦物，則只能從理論上推測；另一類是 通過從宏觀上比較“初始態”和“終了態”的形狀變化來判斷鐵礦粉的高溫特性，如北 京科技大學開發的液相流動性試驗，即為將鐵礦粉與CaO試劑混合后制成小餅，放入高 溫爐加熱，最后通過比較初始態小餅和燒后小餅的鋪展面積來度量流動性的大小，對于 何時發生反應、導致液相流動等難以判斷；還有東北大學開發的參考測定爐渣和煤灰熔 點方法來測定鐵礦粉的熔融性方法，也是通過比較燒結前后試樣在高度方向上的不同來 判斷鐵礦粉的熔融特性。
嚴格意義上講，這兩類方法由于無法直接觀察高溫狀態下鐵礦粉與熔劑的反 應，不僅難以準確判斷初始液相生成的溫度和液相固結終了的溫度等，而且對高溫變化 過程中鐵礦粉與熔劑反應的實時變化過程無法了解，對于初始液相生成后，液相如何發 展、液相如何固結等則更是難以掌握。隨著對鐵礦粉高溫性能進行深入了解的迫切性， 這些缺陷越發顯得巨大。發明內容
本發明的目的在于提供一種獲取燒結過程中鐵礦粉高溫特性的方法，克服了以 往僅通過觀察鐵礦粉燒后的“終了態”或者通過燒前與燒后試樣簡單的形狀變化來判斷 鐵礦粉高溫特性的缺陷，可適時觀察燒結高溫過程中鐵礦粉與熔劑的反應，準確判斷鐵 礦粉從初始液相生成到液相固結終了的整個高溫過程。并對整個高溫過程中發生的現象 進行實時觀察和分析。
本發明采用CaO試劑，通過制樣設備、混樣器、裝樣及高溫共焦顯微鏡獲取燒 結過程中鐵礦粉高溫特性。鐵礦粉和CaO試劑分別在制樣設備(3)中制成-100目的粉 末，然后按堿度為4進行配樣，并在混樣器中混合8-12分鐘混合均勻形成試樣，然后取 0.6-1.2g混合試樣放在鉬金片(3*3mm)上，并將鉬金片放入Al2O3坩堝的底部，然后將 Al2O3坩堝放入高溫共焦顯微鏡中。在模擬燒結溫度的溫度制度(從25°C到800°C，升 溫速率為2V /s ； 800°C下保溫60s ；然后從800°C以20°C /s的升溫速率升到1300°C ； 1300°C下保溫120s ；然后從1300°C以2V /s的降溫速率降至25°C )下進行升降溫，氣氛 為空氣；觀察鐵礦粉與CaO試劑的反應過程，根據觀察現象確定初始液相生成溫度和液 相固結終了溫度。
初始液相形成溫度是在升溫加熱過程中，試樣從靜止狀態到突然發生迅速移動 (以0.1-0.3mm/S的速度)，記錄試樣變化時的溫度，此即初始液相形成溫度。
液相固結終了溫度是在降溫冷卻過程中，試樣從熔化狀態到凝固的轉化過程 中，當液相表面被一層固相完全覆蓋時，記錄下該時刻溫度，此即液相固結終了溫度。
從液相開始生成，到液相固結終了，這一過程均可觀察到，并根據不同類型鐵 礦粉在不同溫度下表現出的這些特征，對不同鐵礦粉的高溫特性進行比較，進而為優化 燒結配礦提供理論指導。
本發明實現了如下創新一，對鐵礦粉在燒結過程中液相生成溫度和固結溫度 等的判斷更加直觀和準確；二，可對鐵礦粉在高溫過程中液相的生成、發展進行全面的 了解。
本發明的有益效果是，該發明通過適時觀察鐵礦粉與熔劑在高溫狀態下的反 應，可準確判斷出液相形成的溫度、液相發展的狀況以及液相固結終了的溫度，通過準 確評價鐵礦粉的高溫特性，為評價燒結礦的質量和性能提供重要的參考依據。
該發明采用原位觀察鐵礦粉高溫特性的方法，可準確獲取鐵礦粉在燒結過程中 從初始液相生成到液相固結終了的整個高溫過程，尤其可獲得初始液相形成溫度和液相 固結終了溫度兩個關鍵的溫度點。與現有單純靠“初始態”與“終了態”試樣形狀對 比來判斷鐵礦粉高溫特性的方法相比，該發明由于“可視化”而對各關鍵溫度點的判斷 更加準確，而且由于全程觀察，可使得判斷更加全面并減少了試驗次數。該發明對分析 不同鐵礦粉的高溫特性及實現科學地優化配礦有良好的幫助。
下面結合附圖和實施例對本發明專利進一步說明。
圖1為分析燒結過程中鐵礦粉高溫特性方法的示意圖。其中，鐵礦粉1、CaO 試劑2、制樣設備3、混樣器4、鉬金片5、Al2O3坩堝6、高溫共焦顯微鏡7。
圖2為模擬燒結過程溫度制度的示意圖。
圖3是表示本發明的判斷一種鐵礦粉的液相開始生成溫度方法的概念圖。A礦 粉左圖礦粉溫度為1082°C，右圖為1093°C。
圖4是表示本發明的觀察一種鐵礦粉在高溫過程中液相生成變化的示意圖。A 礦粉左圖礦粉溫度為1260°C，右圖為1300°C。
圖5是表示本發明的判斷一種鐵礦粉在高溫過程中液相固結終了的示意圖。A礦粉左上圖礦粉溫度為1180°C，右上圖為1160°C，左下圖礦粉溫度為1140°C，右下圖 為 1120°C。
圖6是表示本發明的判斷另一種鐵礦粉判的液相開始生成溫度方法的概念圖。B 礦粉左圖礦粉溫度為10 °C，右圖為1038°C。
圖7是表示本發明的觀察另一種鐵礦粉在高溫過程中液相生成變化的示意圖。B 礦粉左圖礦粉溫度為1299°C，右圖為1310°C。
圖8是表示本發明的判斷另一種鐵礦粉在高溫過程中液相固結終了的示意圖。B 礦粉左上圖礦粉溫度為1200°C，右上圖為1180°C，左下圖礦粉溫度為1160°C，右下圖 為 1140 0C ο具體實施方式
圖3-5所指的鐵礦粉為同一種鐵礦粉，圖6-8所指的鐵礦粉為另一種鐵礦粉。通 過對這兩種不同鐵礦粉在高溫過程中熔化和固結行為進行觀察、比較和分析，可掌握不 同鐵礦粉的高溫特性及發現它們的異同。
在圖1中，將鐵礦粉1和CaO試劑2分別通過制樣設備3，分別制成-100目， 然后在一定量鐵礦粉的條件下，按堿度為4進行配加CaO ；在混樣器4中混合10分鐘以 將二者充分混勻；將混合的試樣放在3*3mm的鉬金片5上，然后將鉬金片放到Al2O3坩 堝6的底部；將Al2O3坩堝放入高溫共焦顯微鏡7中進行觀察，試驗的溫度制度見圖2。
在升、降溫過程中，可通過高溫共焦顯微鏡觀察試樣初始形成液相的溫度和固 結終了溫度等，判斷液相開始出現的溫度和液相固結終了的溫度，從而獲得不同鐵礦粉 在高溫特性方面的異同。
除了能觀察到初始液相開始生成的溫度和液相固結終了的溫度，鐵礦粉在高溫 過程中的復雜變化也可觀察到。不同鐵礦粉在這個過程中所呈現的不同特征，可作為評 價不同鐵礦粉高溫特性的重要手段。從圖3-圖8即為兩種不同礦粉在熔化和固結行為方 面存在差異的示意圖。兩種礦粉分別為礦粉A和礦粉B，二者主要的化學成分列于表1。
表權利要求
1.一種獲取燒結過程中鐵礦粉高溫特性的方法，采用CaO試劑，通過制樣設備、混 樣器、裝樣及高溫共焦顯微鏡獲取燒結過程中鐵礦粉高溫特性；鐵礦粉(1)和CaO試劑 (2)分別在制樣設備(3)中制成-100目的粉末，然后在混樣器(4)中混合均勻形成試樣， 并將試樣置于鉬金片(5)上；鉬金片(5)放到Al2O3坩堝(6)的底部，然后將Al2O3坩堝 (6)置于高溫共焦顯微鏡(7)下進行觀察；在模擬燒結溫度的溫度制度下進行升降溫，從 25°C到800°C，升溫速率為2°C /s ； 800°C下保溫60s ；然后從800°C以20°C /s的升溫速 率升到1300°C ； 1300°C下保溫120s ；然后從1300°C以2°C /s的降溫速率降至25°C下進 行，氣氛為空氣；觀察鐵礦粉與CaO試劑的反應過程，根據觀察現象確定初始液相生成 溫度和液相固結終了溫度。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的溫度制度是指從25°C到 800°C,升溫速率為2°C /s ； 800°C下保溫60s ；然后從800°C以20°C /s的升溫速率升到 13000C ； 1300°C下保溫120s ；然后從1300°C以2°C /s的降溫速率降至25°C。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的初始液相形成溫度是在升溫加 熱過程中，試樣從靜止狀態到突然發生以0.1-0.3_Λ的速度移動，記錄試樣變化時的溫 度，此即初始液相形成溫度。
4.根據權利要求1所述的方法，所述的液相固結終了溫度是在降溫冷卻過程中，試樣 從熔化狀態到凝固的轉化過程中，當液相表面被一層固相完全覆蓋時，記錄下該時刻溫 度為液相固結終了溫度。
全文摘要
一種獲取燒結過程中鐵礦粉高溫特性的方法，屬于燒結礦粉監測技術領域。采用CaO試劑，通過制樣設備、混樣器、裝樣及高溫共焦顯微鏡獲取燒結過程中鐵礦粉高溫特性；鐵礦粉和CaO試劑分別在制樣設備中制成-100目的粉末，然后在混樣器中混合均勻形成試樣，并將試樣置于鉑金片上；鉑金片放到Al2O3坩堝的底部，然后將Al2O3坩堝置于高溫共焦顯微鏡下進行觀察；在模擬燒結溫度的溫度制度下進行升降溫，氣氛為空氣；觀察鐵礦粉與CaO試劑的反應過程，根據觀察現象確定初始液相生成溫度和液相固結終了溫度。優點在于，“可視化”對各關鍵溫度點的判斷更加準確，全程觀察，使得判斷更加全面并減少了試驗次數，對分析不同鐵礦粉的高溫特性及實現科學地優化配礦有良好的幫助。
文檔編號G01N25/02GK102023176SQ20101060241
公開日2011年4月20日 申請日期2010年12月13日 優先權日2010年12月13日
發明者張勇, 李國瑋, 潘文, 班麗麗, 秦岳義, 裴元東, 趙勇, 趙志星, 馬澤軍 申請人:首鋼總公司