[发明专利]测试和评价高炉内矿石还原对料柱透气性影响的方法

说明书

技术领域

本发明属于高炉炼铁技术领域，特别是涉及一种测试和评价高炉内矿石还原对料柱透气性影响的方法，模拟铁矿石入炉后在高炉块状带逐渐升温并被还原的过程，并对此过程中矿石粉化及料柱透气性变化进行实时监测和量化评价。

背景技术

高炉冶炼过程中铁矿石入炉后在炉身区域(块状带)被还原时，在矿石内部产生应力及裂纹，使矿石在高炉行程中破裂并粉化，进而引起料柱透气性下降，煤气流分布失调，严重时往往导致高炉悬料、崩料，炉况不顺，产量降低，焦比升高，而且对炉墙寿命及高炉热损失也造成影响。因此，对铁矿石在高炉炉身区域还原粉化和对料柱透气性影响的研究至关重要。目前已有的铁矿石低温还原粉化测试方法(国家传统GB/T13242-91)是将铁矿石破碎筛分至10-12.5mm，烘干后称取500±1g放入铁矿石还原炉，通入N₂保护加热到500℃后保持恒温，再改通由20％CO+20％CO₂+60％N₂组成的混合气体恒温还原60min，还原后改通N₂保护逐渐冷却至室温，再进行转鼓和人工筛分得到其粒度分布，将粒度大于3.15mm所占的比例RDI_+3.15称为还原粉化指数，以此来评价铁矿石的低温还原粉化性能，并推断其对高炉炉身区域料柱透气性和高炉冶炼的影响。

目前低温还原粉化指数已成为衡量铁矿石冶金性能好坏的指标之一，如果低温还原粉化指数过低则可能意味着需要相应的配矿成份调整及高炉操作变动。但是，传统低温还原粉化测试方法是否能够真正准确直观地反映矿石入炉后在块状带的粉化和对料柱透气性的影响，越来越受到高炉工作人员的质疑，质疑的原因如下：

(1)铁矿石入炉后在高炉块状带的实际下降过程中，其温度从常温逐渐升高至1100℃左右并在此过程被还原，但是传统还原粉化测试方法仅选择500℃作为固定温度反应1小时，这和矿石在高炉内的实际行程差别较大，也必然影响粉化结果的真实性；

(2)在高炉内部块状带区域，自上而下还原气体的成分组成是逐渐发生变化的，在块状带上部和下部气体中CO和CO₂的含量差别较大，而传统粉化测试方法中气体成分固定不变；

(3)在实际高炉中块状带下部存在一定区域的“热储备区”，如文献1(ISIJ International，2008，48(7)：918-924.)所述，在此区域矿石的升温速度明显低于块状带中上部，即矿石的升温速度在高炉块状带内是不同的，而传统粉化测试方法未考虑此实际情况；

(5)传统粉化试验最终得到的测试结果和评价指标是还原反应后矿石的粒度分布，难以直观有效地表征矿层透气性的恶化程度，而且无法对升温还原过程中的料柱透气性变化进行监测。

在国内外的高炉实际生产中也发现了传统还原粉化测试方法存在着问题，如文献2(烧结球团，1987，4：69-78.)指出在高炉冶炼中采取低RDI_+3.15的烧结矿得到的冶炼效果反而要远好于采取高RDI_+3.15的烧结矿，并通过将两种矿石在模拟高炉内试验得出和传统还原粉化测试方法相反的结果，验证了传统粉化测试方法存在的不足。国内某钢铁企业在采用还原粉化指数较低的烧结矿进行冶炼时，其高炉透气性并未出现恶化，高炉经济技术指标反而达到国内领先水平，也说明传统还原粉化测试方法在反映矿石入炉后的实际行为和对料层透气性的影响时存在一定的问题。

由于国内建设模拟高炉对铁矿石粉化性能进行检验需要耗费大量的人力物力，也不易实现其推广应用。因此，在实验室通过研究建立一种模拟铁矿石入炉后在高炉块状带逐渐升温并被还原的过程，并对此过程中矿石粉化及料柱透气性变化进行实时监测和量化评价的方法及装置至关重要。

发明内容

本发明的目带在于提供一种测试和评价高炉内矿石还原对料柱透气性影响的方法，克服了铁矿石传统还原粉化测试方法中存在的不足，通过对不同种铁矿石进行的多组试验研究，建立了能够模拟铁矿石入炉后在高炉块状带逐渐升温并被还原的过程，并对此过程中矿石粉化及料柱透气性变化进行实时监测和量化评价，具体的发明内容为：