[发明专利]一种测量烧结过程温度场的实验方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁冶炼技术领域，特别涉及一种测量烧结过程温度场的实验方法。

背景技术

烧结过程的燃烧带主要是发生固体燃料的燃烧，引起料层温度的升高和液相的生成，此外，燃烧带内还发生碳酸盐和硫酸盐的分解、磁铁矿的氧化、赤铁矿的热分解以及固体燃料颗粒周围的高级氧化物的还原等反应。由于烧结过程中存在“自蓄热作用”，自蓄热来源于被上层热烧结矿预热了的空气以及上层带入的热废气的加热作用，燃烧带的温度随着烧结过程的进行而不断升高，对于烧结过程而言，烧结过程在高度方向上并非一个均质过程，不同料床高度的烧结反应温度不同，导致反应产物不同、产生液相量不同，烧结矿的质量也会有所不同。

对于烧结过程燃烧带的研究，主要集中有限元模拟和烧结杯实验两种方法。这些燃烧、传热数学模型的建立很好的模拟了均质烧结过程燃烧带的变化规律，然而由于烧结过程是非均质的，数学模型未能有效的考虑烧结物料的高温性质、烧结物理场的重力作用、烧结料层收缩等因素，因此数学模型与现实的烧结过程还存在较大的差异，不能够很好的描述实际的烧结过程。以往对于烧结火焰前锋的研究尚为少见，而且研究多用传统钢制烧结杯和热电偶进行实验研究，不能够直观的获取火焰前沿的特征信息，而且不能并实时测量燃烧带的厚度、料层的收缩。

蔡球、吴建国等人申请的发明专利“一种测量烧结炉内温度场的方法”是利用硬质合金测试块的矫顽磁力同烧结时的温度的对应关系，通过检测随炉烧结的测试块的矫顽磁力值的大小，来间接反应炉内各部位的温度分布，能够得到烧结炉内各部位的温度分布，但对烧结过程中料层的厚度和收缩没有直观的反应。彭辉、陈清等人申请的发明专利“回转窑窑内物料温度场测定方法”是采用红外测温方式获取某点物料的温度，红外测温仪被安装在回转窑窑头外的活动云台上、并由不锈钢保护箱防护，通过步进电机驱动活动云台使测温仪镜头以上下选装扫描的方式获得回转窑内部沿窑体轴向方向分布的若干点物料的温度数据。

发明内容

本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种测量烧结过程温度场的实验方法，可得到烧结饼烧结过程在高度方向上温度分布，实时测量燃烧带的厚度和料层收缩；通过本发明得到的温度场，可通过热力学软件计算出烧结过程的液相量、液相成分、固相量和固相成分等的变化，总结烧结过程燃烧带的迁移和料层收缩规律，为实现烧结矿物的可控制备、改善烧结矿的质量有着基础性的作用。

本发明的技术方案如下：

一种测量烧结过程温度场的实验方法，包括如下步骤：

步骤一、烧结矿配料：实验的配矿方案与烧结厂的配矿方案保持一致；其中各组分按质量分数分别为：Fe 55％～60％；SiO₂ 3％～6％；MgO 0.8％～1.2％；配好的烧结矿碱度保持在1～3，所述碱度为CaO/SiO₂的质量百分比；

步骤二、湿润：将各组分充分混合，加入适量水分达到所需要的湿润度，得到混合料；

步骤三、转鼓制粒：待所述混合料快速老化后，将所述混合料转移到转鼓中进行制粒；

步骤四、筛分：将粒度范围为10mm～12.5mm的烧结矿筛分出来，并取1～3千克经过筛分的烧结矿放入透明的石英烧结杯中作为原料；

步骤五、高温烧结：烧结实验采用高纯石英制成的石英烧结杯，通过透明烧结杯实验辅助红外温度计测量所述烧结矿烧结过程燃烧带的温度；实验温度由红外温度计测量，对实验的全过程进行高清视频录制。

进一步的，步骤一中的烧结矿碱度通过调整熔剂添加量来控制。

进一步的，步骤三中，所述转鼓长400mm～600mm，直径100mm～300mm；所述转鼓转速为16～18转/分钟，制粒的时间为1～5分钟。

进一步的，步骤四中，所述石英烧结杯的厚度为4mm～6mm，直径为130mm～150mm。

进一步的，步骤五中，所述红外温度计的测温范围为-50℃～2200℃，测量精度为0.1～1℃。

进一步的，步骤五中，对所述石英烧结杯中的烧结矿在1050℃±50℃的温度下点火1～3分钟，并且点火过程中保持5～7千帕的吸力，在烧结过程中则要保持9～11千帕的吸力。

进一步的，步骤五中，实时测量燃烧带的厚度、料层的收缩；通过固定刻度尺测量所述燃烧带的厚度和料层的收缩高度。

进一步的，步骤五中，利用相对坐标法确定烧结饼的成矿温度，即烧结饼烧结过程在高度方向上温度分布，将烧结饼在高度方向上分成若干个区域，利用积分中值法求出该区域的烧结温度，每份燃烧带的温度的计算公式如下所示：