專利名稱：用于分析含鐵的可還原性材料的測試樣品的方法
技術領域：
本發明涉及一種方法，用于分析可還原性測試材料的性能，該材料在制造生球(raw pellet)或球粒(pellet)期間含有生球或球粒類型的鐵，如權利要求1所述，用于優化制粒過程和后來的鐵提取過程。
背景技術：
通常情況下，通過在鼓風爐中還原氧化鐵或通過其在直接還原爐中直接還原而提取精煉鐵。將球形氧化鐵與一種還原氣體接觸，從而，氧化鐵被還原成鐵水形式的精煉鐵，或如所知的海綿鐵。在直接還原過程中，還原氣體的溫度大約是800-950℃。如果小球在還原過程中裂解，則氧化鐵與還原氣體的接觸就更加困難，導致操作不均和生產率降低。由于這個原因，希望得到勻質和高強度的小球。在這里，術語“球粒”用于表示由還原性材料組成的個體，該材料含有細碎物料附聚物形式的鐵。在小球的制造過程中，將已研磨成適當大小的化學純的鐵礦石富集物與一種添加劑混合，并隨后將混合物過濾以生成濕的纖維濾餅。纖維濾餅的濕度通常在重量比為8到9％的范圍內。將濕濾料與一種粘結劑混合并用已知方法軋制，例如，利用滾筒或滾盤以制成生球，通稱為生球團(green pellet)，具有約10-15mm的直徑。通過在升高的溫度下烘干對生球作進一步的處理，以隨后在高溫下燒結成硬球。
潮濕的生球不牢固，且通常具有大約10N/球的耐壓強度。強度低意味球粒易碎。在將生球供給到制粒機器前，通過篩分分離出碎裂的球粒，但是生球也可能在篩分后碎裂。在形成球的過程中，減少處于生球床(bedof raw pellets)中的氣體滲透能力的方法以及接下來的包括干燥過程和氧化過程的方法(如果鐵礦石富集物是磁鐵礦的話)不能以有效均質的方式進行。此外，生球是可塑性的，也就是說，它們可以通過加壓變形，并且這進一步減少了生球床的滲透力，這是因為變形的球粒將封閉在具有高強度的球之間形成的空間，并且氣體將通過該空間。
當干燥濕的生球時，粘結劑和其它任何溶解的或細碎的物料聚集在作為生球成分的顆粒之間的接觸點處。這產生新的聯結，從而，當使用粘結劑時，干燥的生球顯示強度增加，典型地在20-60N/球的范圍內。
如果鐵礦石富集物是磁鐵礦，則在成粒過程中生球被氧化成赤鐵礦。在作為生球成分的顆粒之間形成更多的接觸點，從而，耐壓強度典型地達到大約500-800N/球粒，盡管其它值也可能升高。
在燒結后，其通常在大約1300℃下進行，燒結球粒獲得超過2000N/球的耐壓強度。為獲得強度高并且均勻的球粒，有幾個重要的原因。除了在上述還原過程中的影響之外，在運輸過程中的處理強度也很重要。球粒最終的強度在很大程度上取決于在制粒過程開始時生球的強度。
不同的濕度、起始材料的細度、粘結劑的用量和混合過程中的條件是獲得不同強度的參數的實例。生球和球粒的強度較高意味著可以以較高的容量實施制粒過程。在運輸中產生少量粉礦，并且還原過程的生產率將更高。對于均勻高質量的球粒的需求增加，并且這意味著在球粒質量和生球性質之間的反饋甚至變得更加重要。為了確定在鐵提取過程中使用的最終球粒的強度，在球粒產品中進行隨機取樣。隨機取樣也用于其它不同類型的檢測。然而，對于非燒結球粒和對于濕的和干的生球的檢測方法并非可靠，并且由于該原因，需要一種高效可靠的檢測方法。
用于檢測測試樣品的硬度的裝置早已公知。檢測濕生球的一種常用方法就是將生球從一預定高度落下多次。生球從該高度落下并不碎裂的次數就是測試結果。這種方法的弊端是該結果依賴于進行該測試的人，即結果可能受實施該檢測的人的無意影響。
一種用于檢測濕的和干的生球和球粒的裝置可設計成這樣一種方式，就是通過活塞施加不斷增加的壓力直至生球或球粒碎裂而將生球或球粒壓碎。在碎裂時手工地在儀表上或者自動地讀數，作為球粒直徑已減少某百分比前的最大值。將讀出的壓力值記錄入表中。這樣做的弊端是沒有記錄在整個壓力施加過程中所使用的力，并且由于這個原因，只能獲得在整個加壓過程中的最大力信息。已經證明的情況是一旦在生球或球粒中開始出現裂紋信息時，最大力值可能會上升，并因此以這種方式產生有關強度的錯誤圖象。目視讀數不準確，并且依賴于執行人。這種裝置的另一弊端就是其以這樣一種方式設計成必須每次手工地插入不牢固的濕和干生球。
如果濕濾料可以給出一個最佳濕度，則證明在軋制過程中即在形成生球的過程中，有足夠快速的增長、所形成的生球的最大強度和足夠高的可塑性，從而使之能經受住處理，并且這對于接下來的制球過程具有主要意義。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種裝置和方法，用于分析含有鐵的可還原性材料的測試樣品的性質，其以生球和球粒的形式含有燒結和非燒結形式的鐵，并且提供一個后續報告。
這些目的通過一種方法實現，該方法具有在下述權利要求書中描述的性質和特征。
參照附圖，以下將描述選作為示例的具體實施方式
，其中，圖1顯示了根據本發明的壓力裝置，圖2顯示了圖1中的去除外殼的壓力裝置，和圖3-6顯示了由所收集的測量值繪制的曲線示例，圖3顯示了在生球檢測中力對時間的函數，圖4顯示了A等級碎裂的生球的力對時間的函數，圖5顯示了B等級碎裂的生球的力對時間的函數，圖6顯示了兩個C等級碎裂的濕生球的力對時間的函數，其中該圖還顯示了計算在10N(Def(10N))的力下的形變量和計算線性偏離(Dlin(最大))的示例。
具體實施例方式
在圖1中顯示的裝置包括壓力裝置1，用于可還原性材料的測試樣品A，其含有生球形式的鐵，也就是濕的或干的生球，或燒結過的球粒。壓力裝置1包括框架2，具有作為底部的基底3。外殼4設置成以一對彼此相隔一定距離基本垂直的壁5和后板6的形式罩在框架2外。外殼4設有開口7，用于將壓力裝置1與控制和記錄裝置連接，例如以計算機、PLC或類似物的形式(圖中未示出)。
如圖2中所示，在垂直壁5之間設置第一器件，具有以壓力器件8的形式出現的接觸面，在控制下，壓力器件8可以在第一縮回末端位置和第二延伸位置之間移動。該壓力器件例如包括活塞或沖壓機，其具有的壓力適合于本申請的領域。當檢測生球時，使用處于0-100N范圍內的壓力，然而，當檢測燒結球時，選擇檢測的區域，使最大力在100-3300N之間。在優選的實施例中，將壓力器件8的速度設置在2-50mm/min之間，并且將壓力器件8位移的距離設為100mm。所述的速度和距離通過一個電動的、液壓的或氣壓的發動機9進行調整，并且它們經過傳感器由所述的計算機控制。
接觸式傳感器11設置在壓力器件(pressure device)8的自由端，位于其接觸表面10上，并希望該接觸式傳感器記錄球粒A的表面與壓力器件8之間的接觸。為了使施壓所用的時間最短，可以在兩個或更多個不同的速度下依次驅動壓力器件。對壓力器件從其上末端在朝向測試樣品的方向快速向前進料。在接觸式傳感器與測試樣品接觸之前結束快速進料，于離預定的末端位置一定距離處。接觸式傳感器用于測量測試樣品的直徑，在接觸式傳感器與測試樣品進行接觸時讀出其直徑。外殼4還設有通向第二器件的開口12，第二器件設置在基底3上，具有例如平臺形、盤形元件的形式的接觸面13。這個元件能夠旋轉，優選在水平面內旋轉。
盤(disk)13在其面向壓力器件8的表面14上有多個凹陷或孔洞15，希望將測試樣品A以保持間隔的方式置于其中。凹陷15圍繞盤13的外緣對稱設置，彼此間隔相同的距離。在這個實施例中，凹陷15的數目是20，但是必須明白，凹陷的數目可以更多或更少。凹陷15具有的尺寸可以容納直徑在1-30mm范圍內優選在5-15mm范圍內的測試樣品。如果凹陷具有碗狀形式則是有利的，測試樣品可借此在展開期間以一種簡單的方式朝向凹陷中心移動。在另一個實施例中，將盤設計成具有圍繞凹陷的連續壁或凸緣。凸緣的任務是防止當測試樣品碎裂時灰塵和碎屑擴散到設備內部。在另一實施例中，凹陷僅局部被凸緣圍繞，以便有可能在壓制過程中進行測試樣品碎裂的光學研究。
盤13安裝有回轉機構16，如發動機，由傳動帶驅動的盤或由發動機驅動的齒輪，并且它可以拆卸下來，以允許清理盤13上的凹陷15，并允許將新的測試樣品放入凹陷中。回轉機構16具備角度傳感器，以便使盤的凹陷相對于壓力器件8的運動方向定位在準確的位置。
另外，將旋轉聯軸器17安裝在回轉機構16和盤13之間。旋轉聯軸器17被構造成具有一松散結構或具有間隙。松散或間隙的功能是當盤的凹陷15以正確的方式定位時使盤13從回轉機構16上釋放下來、并且以這種方式斷開盤13和回轉機構16之間的機械連結。這對于避免數據收集中的錯誤是必要的。盤13的旋轉以這樣一種方式與壓力器件8的運動耦合，即，該方式使得當壓力器件8遠離盤13移動時，該盤往前移動一步，以便將新的測試樣品A定位成與壓力器件8的移動方向成一直線。
在另一個實施例中，第二器件的接觸面13包括平臺形狀的延伸元件，用于接收大量測試樣品，并且在加壓操作中用于在其縱向向前移動一步。
必須明白，在另一個實施例中，兩個接觸面都可以在彼此相對或相背的方向移動，或者僅具有平臺形狀的接觸面可以在朝向第一接觸面的方向移動。
根據壓力器件8和盤13來設置至少一個測壓元件(loading cell)18，盤13可以沿壓力器件8的運動方向移動。相對于其操作領域，以與壓力器件同樣的方式選擇測壓元件。當測試濕的或干燥的生球時，使用測量范圍例如為0-100N的測壓元件，然而，當測量部分硬化的球粒時，選擇測量范圍在0-1000N之間。必須明白，選擇測壓元件的測量范圍，以便相應于可能上升的推定的負荷力。測壓元件18與壓力器件8和盤13的運動同步，從而將施加于測試樣品A的負荷值傳輸到計算機中。
盤13由分布在盤表面14上的三個點支撐，其背對壓力器件8，例如分布為三角形，其中的一個點包括測壓元件18，并且其它兩個點包括機械支撐物19。將測壓元件18設在與壓力器件8的運動方向為同一直線的位置處，于每次檢測前，在該位置放置盤13的凹陷15。在另一個實施例中，測壓元件18安裝在兩個或者所有這些支撐點上。如果將測壓元件安裝在每個支撐點上，就可避免數據收集過程中的出錯源，如果將測試樣品傾斜地置于凹陷中，也就是說，如果測試樣品沒有定位于凹陷中央，則可能出現該錯誤。
在另一個實施例中，測壓元件18安裝于壓力器件8中。在這樣一個實施例中，加壓過程可以如同以上所述的，但是必須明白，也可以將壓力器件8設置成固定設備，從而，接觸面13首先向前移動一步，以便將測試樣品A定位于正確的位置上，之后，將接觸面13沿朝向壓力器件8的方向移動，以壓縮測試樣品A。
如上所述，將測壓元件18、盤13和壓力器件8連接到計算機或類似的設備上。在檢測期間，將測試樣品放置在每一個凹陷內，之后，依次對所有的測試樣品實施檢測。計算機通過測壓元件和壓力器件的接觸式傳感器收集測量值，并且以一種早已公知的方法將這些數值存儲在存儲器形式如計算機硬盤的存儲介質中，之后，產生一個測量文件。收集的測量值有，例如，所檢測的測試樣品A的序號、從壓力器件開始接觸測試樣品到測試樣品裂解即直到壓力器件到達一特定的倒退位置時壓力器件8所施加的壓力的連續測量值、當壓力器件與測試樣品接觸時壓力器件8和盤13之間的距離、以及接觸式傳感器11兩端的電壓。必須明白，根據分析的特性和目的，也可以收集其它的值。在這個實施例中，數值收集的速率是1000/秒，但它可以是200,000/秒。
將收集的測量值整理成一數字報告和一圖形報告。當壓縮盤上的所有測試樣品后，自動生成數字報告和該報告的基礎信息。以表格形式顯示的數值例子有直徑、力、類別，該類別按其碎裂、變形和任何偏離線性的方式進行定義。
圖形報告說明了在加壓過程中的受力過程和每個測試樣品相對于壓力器件運動時的壓碎。
現在將顯示使用測量數值的例子。為清楚起見，在確定的情況下，術語“測試樣品”已用術語“生球”或“球粒”代替。
在借助于所收集的測量值分析生球或球粒的耐壓強度期間，研究所繪制的力和時間曲線，參見圖3。在繪制該圖時，沿Y軸是以牛頓(N)為單位的力，而沿X軸是以毫秒(ms)為單位的時間，以同樣的方式，不僅用于檢測濕的或干的生球而且用于檢測燒結或非燒結的球粒。壓力隨力的增加而增加，直到球粒第一次碎裂。接下來壓力開始再次增加，并且發生隨后的幾次碎裂。當球粒碎裂并且所施加壓力下降時，曲線在朝向X軸的方向向下折轉。破裂點或碎裂點S為首次出現預定義的下降前的最大壓力，該壓力下降例如可以是最大壓力的10％。在測試樣品中被定義為“破碎”的裂紋大小可以以這種方式定義。
利用相對于碎裂點時的最大壓力的壓力下降量將測試樣品分成不同的等級。這種分類反映了測試樣品的碎裂過程的模式。如果測試樣品碎裂成少量的大塊，那么壓力下降將會很大，例如大至80％或更大，將該球粒分類為“A等級”，參見圖4。如果碎裂發生在不同的階段，這可能取決于生球以這樣一種方式聚集起來使得許多外殼彼此連接。當檢測這樣一個生球時，外殼之間的連接更為脆弱，并且生球在幾個不同的階段碎裂。對于逐步的碎裂，壓力下降將較小，如處于最大壓力值的50％至80％之間，將該球粒分類成屬于“B等級”，參見圖5。碎裂也可能緩慢發生，使得壓力曲線在碎裂點顯示一個大的曲率。這種行為代表濕的生球，其具有高流體飽和度。壓力下降典型地處于最大壓力值的10％至50％之間，將該球粒分類為屬于“C等級”。對于粉狀碎裂，C等級也是典型的，其中，生球的濕度太低，但在這種情況下，壓力曲線中的壓力下降將更為清楚。圖6顯示出每種類型的碎裂的一個例子。壓力下降的其它值也可以用于測試樣品的分類。
濕的生球通過緩慢壓縮而變形，其結果是殘留變形。基于微粒開始互相滑動并保留其相互連接的事實，球粒的橫截面從圓形變為橢圓形。如早已描述的，這種性質對于接下來的制粒過程不利，這是因為變形的生球封閉住生球之間容許氣體通過的空間，導致壓力下降的增加和氧化難度的增加。當壓力達到碎裂點時，由于生球顯示不同強度和不同形狀的曲線圖，變形就不能直接從壓力曲線圖上讀出。在一些特定的情況下，壓力直線上升至碎裂點。在一些其它情況下，在碎裂點到達之前可能發生連接的斷裂，并且這導致曲線彎曲。當借助于已收集的測量值分析測試樣品的變形時，于兩個確定值之間以切線形式在曲線上繪制回歸線，在這種情況下位于3N和8N之間，如圖6所示。將極限值選擇成使位于這兩個值之間的壓力曲線顯示線性增長。隨緩慢施加的壓力上升至10N，可以通過讀取在Y軸上的10N的點相交于回歸線時該點對應的在X軸上的值而讀取生球的形變。將從該點沿X軸到回歸線與X軸相交的點之間的距離轉換成微米，由此可以確定檢測樣品的變形。如果生球的耐壓強度低于10N，為了讀出變形，將回歸線延伸超過10N。
在其它的影響因素中，形變量受生球的潮濕程度和多孔率的水平和原材料的結構細度及其顆粒形式的影響。根據圖6，其中，將壓力值(N)沿Y軸繪制，時間(ms)沿X軸繪制，在碎裂點的最大壓力值處測量壓力曲線的線性偏離(Dlin(最大))，并且這描述了曲線的形狀。在曲線是完全線性的情況下，線性偏離將等于零。如果壓力曲線在碎裂值前彎曲，則線性偏離為正值。如果計算的線性偏離為負值，就是切線錯繪的信號，并因此這樣所計算的變形值也是錯誤的。這樣，線性偏離可用于校驗該切線已正確繪制和已正確實施變形計算。如果線性偏離是負值，例如少于-1N，則可以通過將上面的點沿壓力刻度上移或下移而重新繪制切線，這取決于生球強度是否允許。與負線性偏離相關的變形值，例如小于-1N，可從平均值的計算中刪掉。
本發明不局限于以上所描述的和附圖中所示的內容在附屬的權利要求書所指定的創新概念的范圍內，它可以按許多不同的方式改變和修改。
權利要求
1.一種用于分析可還原性材料的測試樣品(A)的性能的方法，該材料含有在生球或者球粒的生產過程中以生球或者球粒形式出現的鐵，所述方法用于優化制粒過程和接下來的鐵提取過程，這通過利用了一種具有可以相對移動的第一器件和第二器件的裝置，所述器件分別具有相互面對的接觸面(8、13)，所述方法的特征在于如下步驟a)將測試樣品(A)安置于所述接觸面(8、13)之間；b)連續減少所述接觸面(8、13)之間的距離；c)當所述測試樣品與所述接觸面(8、13)接觸時，測量該測試樣品(A)的直徑；d)在壓縮所述測試樣品(A)期間，將所述接觸面(8、13)進一步向彼此的方向移動直至所述測試樣品碎裂；e)連續記錄和存儲施加于所述測試樣品(A)的力和時間；f)記錄所述測試樣品(A)在所有碎裂點的最大力；g)將所述接觸面(8、13)之間的距離增加；和h)移去所述測試樣品。
2.根據權利要求1的方法，其中，根據在所述碎裂點之后出現的壓力下降而對所述測試樣品進行分類。
3.根據前述的任意一項權利要求的方法，其中，所收集的測量值以表格形式用數字展示。
4.根據前述的任意一項權利要求的方法，其中，所收集的測量值用圖的方式表示在圖中。
5.根據前述的任意一項權利要求的方法，其中，所收集的測量值實時展示。
6.根據前述的任意一項權利要求的方法，其中，將數個測試樣品依次壓縮，并收集測量數據。
7.根據前述的任意一項權利要求的方法，其中，所述測量值用于產生一圖，在該圖的Y軸上的其值已經預定的兩點之間繪制回歸線，并且根據所述回歸線與X軸相交點的值來繪制在Y軸上的預定值與所述回歸線相交點在X軸上的值，從而將該差值用作在緩慢壓縮測試樣品至預定壓力值期間的形變量度。
8.根據權利要求7的方法，其中，所述壓力曲線的線性偏離通過沿Y方向在所述碎裂點和所述回歸線之間的差值而讀出。
全文摘要
分析可還原性材料測試樣品(A)性能的方法，該材料含有在生球或者球粒生產過程中以生球或者球粒形式出現的鐵，用于優化制粒過程和接下來的鐵提取過程，這通過利用了具有可相對移動的第一器件和第二器件的裝置，器件分別具有相互面對的接觸面(8、13)。方法包括步驟a)置測試樣品(A)于接觸面(8、13)間；b)連續減少接觸面(8、13)間距離；c)當測試樣品與接觸面(8、13)接觸，測測試樣品(A)直徑；d)在壓縮測試樣品(A)期間，將接觸面(8、13)進一步向彼此方向移動直至測試樣品碎裂；e)連續記錄和存儲加于測試樣品(A)的力和時間；f)記錄測試樣品(A)在所有碎裂點的最大力；g)增加接觸面(8、13)間距離；h)移去測試樣品。
文檔編號G01N1/34GK1896711SQ20061000249
公開日2007年1月17日 申請日期2006年1月4日 優先權日2005年1月4日
發明者安德斯·阿佩爾奎斯特, 克潔爾-奧弗·米克爾森, 塞加·福斯摩, 厄本·霍爾姆達爾 申請人:洛薩瓦拉-基魯納瓦拉公司
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