[發(fā)明專利]一種測(cè)量燒結(jié)過程溫度場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711122634.4
• 申請(qǐng)日: 2017-11-14
• 公開（公告）號(hào): CN107941843A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉征建;張建良;郝云東;王耀祖;張亞鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N25/02
• 分類號(hào): G01N25/02;G01N25/20
• 代理公司: 北京金智普華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11401
• 代理人: 皋吉甫

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋼鐵冶煉技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種測(cè)量燒結(jié)過程溫度場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)方法。

背景技術(shù)

燒結(jié)過程的燃燒帶主要是發(fā)生固體燃料的燃燒，引起料層溫度的升高和液相的生成，此外，燃燒帶內(nèi)還發(fā)生碳酸鹽和硫酸鹽的分解、磁鐵礦的氧化、赤鐵礦的熱分解以及固體燃料顆粒周圍的高級(jí)氧化物的還原等反應(yīng)。由于燒結(jié)過程中存在“自蓄熱作用”，自蓄熱來源于被上層熱燒結(jié)礦預(yù)熱了的空氣以及上層帶入的熱廢氣的加熱作用，燃燒帶的溫度隨著燒結(jié)過程的進(jìn)行而不斷升高，對(duì)于燒結(jié)過程而言，燒結(jié)過程在高度方向上并非一個(gè)均質(zhì)過程，不同料床高度的燒結(jié)反應(yīng)溫度不同，導(dǎo)致反應(yīng)產(chǎn)物不同、產(chǎn)生液相量不同，燒結(jié)礦的質(zhì)量也會(huì)有所不同。

對(duì)于燒結(jié)過程燃燒帶的研究，主要集中有限元模擬和燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)兩種方法。這些燃燒、傳熱數(shù)學(xué)模型的建立很好的模擬了均質(zhì)燒結(jié)過程燃燒帶的變化規(guī)律，然而由于燒結(jié)過程是非均質(zhì)的，數(shù)學(xué)模型未能有效的考慮燒結(jié)物料的高溫性質(zhì)、燒結(jié)物理場(chǎng)的重力作用、燒結(jié)料層收縮等因素，因此數(shù)學(xué)模型與現(xiàn)實(shí)的燒結(jié)過程還存在較大的差異，不能夠很好的描述實(shí)際的燒結(jié)過程。以往對(duì)于燒結(jié)火焰前鋒的研究尚為少見，而且研究多用傳統(tǒng)鋼制燒結(jié)杯和熱電偶進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，不能夠直觀的獲取火焰前沿的特征信息，而且不能并實(shí)時(shí)測(cè)量燃燒帶的厚度、料層的收縮。

蔡球、吳建國(guó)等人申請(qǐng)的發(fā)明專利“一種測(cè)量燒結(jié)爐內(nèi)溫度場(chǎng)的方法”是利用硬質(zhì)合金測(cè)試塊的矯頑磁力同燒結(jié)時(shí)的溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過檢測(cè)隨爐燒結(jié)的測(cè)試塊的矯頑磁力值的大小，來間接反應(yīng)爐內(nèi)各部位的溫度分布，能夠得到燒結(jié)爐內(nèi)各部位的溫度分布，但對(duì)燒結(jié)過程中料層的厚度和收縮沒有直觀的反應(yīng)。彭輝、陳清等人申請(qǐng)的發(fā)明專利“回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)物料溫度場(chǎng)測(cè)定方法”是采用紅外測(cè)溫方式獲取某點(diǎn)物料的溫度，紅外測(cè)溫儀被安裝在回轉(zhuǎn)窯窯頭外的活動(dòng)云臺(tái)上、并由不銹鋼保護(hù)箱防護(hù)，通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)活動(dòng)云臺(tái)使測(cè)溫儀鏡頭以上下選裝掃描的方式獲得回轉(zhuǎn)窯內(nèi)部沿窯體軸向方向分布的若干點(diǎn)物料的溫度數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種測(cè)量燒結(jié)過程溫度場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)方法，可得到燒結(jié)餅燒結(jié)過程在高度方向上溫度分布，實(shí)時(shí)測(cè)量燃燒帶的厚度和料層收縮；通過本發(fā)明得到的溫度場(chǎng)，可通過熱力學(xué)軟件計(jì)算出燒結(jié)過程的液相量、液相成分、固相量和固相成分等的變化，總結(jié)燒結(jié)過程燃燒帶的遷移和料層收縮規(guī)律，為實(shí)現(xiàn)燒結(jié)礦物的可控制備、改善燒結(jié)礦的質(zhì)量有著基礎(chǔ)性的作用。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種測(cè)量燒結(jié)過程溫度場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)方法，包括如下步驟：

步驟一、燒結(jié)礦配料：實(shí)驗(yàn)的配礦方案與燒結(jié)廠的配礦方案保持一致；其中各組分按質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為：Fe 55％～60％；SiO₂ 3％～6％；MgO 0.8％～1.2％；配好的燒結(jié)礦堿度保持在1～3，所述堿度為CaO/SiO₂的質(zhì)量百分比；

步驟二、濕潤(rùn)：將各組分充分混合，加入適量水分達(dá)到所需要的濕潤(rùn)度，得到混合料；

步驟三、轉(zhuǎn)鼓制粒：待所述混合料快速老化后，將所述混合料轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)鼓中進(jìn)行制粒；

步驟四、篩分：將粒度范圍為10mm～12.5mm的燒結(jié)礦篩分出來，并取1～3千克經(jīng)過篩分的燒結(jié)礦放入透明的石英燒結(jié)杯中作為原料；

步驟五、高溫?zé)Y(jié)：燒結(jié)實(shí)驗(yàn)采用高純石英制成的石英燒結(jié)杯，通過透明燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)輔助紅外溫度計(jì)測(cè)量所述燒結(jié)礦燒結(jié)過程燃燒帶的溫度；實(shí)驗(yàn)溫度由紅外溫度計(jì)測(cè)量，對(duì)實(shí)驗(yàn)的全過程進(jìn)行高清視頻錄制。

進(jìn)一步的，步驟一中的燒結(jié)礦堿度通過調(diào)整熔劑添加量來控制。

進(jìn)一步的，步驟三中，所述轉(zhuǎn)鼓長(zhǎng)400mm～600mm，直徑100mm～300mm；所述轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為16～18轉(zhuǎn)/分鐘，制粒的時(shí)間為1～5分鐘。

進(jìn)一步的，步驟四中，所述石英燒結(jié)杯的厚度為4mm～6mm，直徑為130mm～150mm。

進(jìn)一步的，步驟五中，所述紅外溫度計(jì)的測(cè)溫范圍為-50℃～2200℃，測(cè)量精度為0.1～1℃。

進(jìn)一步的，步驟五中，對(duì)所述石英燒結(jié)杯中的燒結(jié)礦在1050℃±50℃的溫度下點(diǎn)火1～3分鐘，并且點(diǎn)火過程中保持5～7千帕的吸力，在燒結(jié)過程中則要保持9～11千帕的吸力。

進(jìn)一步的，步驟五中，實(shí)時(shí)測(cè)量燃燒帶的厚度、料層的收縮；通過固定刻度尺測(cè)量所述燃燒帶的厚度和料層的收縮高度。

進(jìn)一步的，步驟五中，利用相對(duì)坐標(biāo)法確定燒結(jié)餅的成礦溫度，即燒結(jié)餅燒結(jié)過程在高度方向上溫度分布，將燒結(jié)餅在高度方向上分成若干個(gè)區(qū)域，利用積分中值法求出該區(qū)域的燒結(jié)溫度，每份燃燒帶的溫度的計(jì)算公式如下所示：