專利名稱：鐵礦粉的預(yù)潤濕處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其針對混合造球過程中配水量難以精確控制影響造球效果的問題，提出一種鐵礦粉的預(yù)潤濕處理方法。
背景技術(shù)：
鋼鐵冶金領(lǐng)域中，需要先將鐵礦粉、焦炭、熔劑等燒結(jié)原料加入圓筒混料機中配水混合造球，獲得具有一定粒度的燒結(jié)混合料小球，然后再將燒結(jié)混合料小球通過燒結(jié)處理獲得高爐煉鐵所需的燒結(jié)礦。該混合造球過程中，配水量對混合料的造球行為，以及最終燒結(jié)混合料小球的粒度分布有重要影響。因此，燒結(jié)原料水分控制的重要性是不言而喻的，適宜的配水量既能保證燒結(jié)混合料小球達到適宜的強度和粒度大小，從而在最大程度上節(jié)約用水和減少燒結(jié)所需的配碳。隨著現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)的不斷發(fā)展，全球鐵礦石價格上漲，鋼鐵企業(yè)對鐵礦石資源的需求卻持續(xù)增長，因此鋼鐵企業(yè)通過擴大原料來源解決成本問題，將各種礦石和含鐵物料、粉塵廢料等都應(yīng)用了燒結(jié)過程中。因此，現(xiàn)在國內(nèi)多數(shù)鋼鐵企業(yè)的原料現(xiàn)狀是鐵礦石種類繁多、成分波動大。然而，由于多數(shù)鋼鐵企業(yè)的燒結(jié)生產(chǎn)線是固定的，混合造球過程中的配水量是固定不變的，而不同種類鐵礦粉的吸水性和吸水能力有很大差異，其造球適宜配水量各不相同，因此經(jīng)常出現(xiàn)燒結(jié)混合料配水不足、燒結(jié)混合料小球強度差的問題，給燒結(jié)過程帶來很大困難。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種鐵礦粉的預(yù)潤濕處理方法，用以彌補固定燒結(jié)生產(chǎn)線對不同種類鐵礦粉配水量不足的問題。燒結(jié)混合料水分自動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過測量燒結(jié)混合料的濕容量，根據(jù)濕容量來預(yù)測燒結(jié)混合料的適宜含水量，并依據(jù)適宜含水量預(yù)測值和在線檢測的實際含水量去調(diào)節(jié)和控制制粒過程中的加水量，使燒結(jié)混合料的含水量最終穩(wěn)定在適宜值。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)手段鐵礦粉的預(yù)潤濕處理方法，其特征在于，包括如下步驟
A)根據(jù)混合造球過程所設(shè)定的配水流量F1和配水時間T1,判斷鐵礦粉是否需要進行預(yù)潤濕處理；具體為
al)獲取鐵礦粉的濕容量Mc和造球適宜配水量Mw，計算鐵礦粉在混合造球過程的吸水度吣
Mt=Mc [1-exp (-k · A1 · P · T1 · B1Ai1)]；
其中，P表示水的密度,Hi1表示混合造球過程中鐵礦粉的質(zhì)量A1表示混合造球過程中鐵礦粉的等效吸水面積，A1MF1 · S1)/V1, V1表示混合造球過程中的配水出口流速，S1表示混合造球過程中鐵礦粉體積與混合造球過程所用圓筒混料機容積的比值；k表示鐵礦粉的吸水傳質(zhì)系數(shù)，B1為造球過程修正系數(shù)，取值范圍為((Γ5]；
a2)計算鐵礦粉的配水量差A(yù)M=Mw-Mt，若ΔM < 0，則鐵礦粉無需進行預(yù)潤濕處理；若Δ Μ>0,則鐵礦粉需要進行預(yù)潤濕處理，繼續(xù)執(zhí)行步驟B)；B)對鐵礦粉進行預(yù)潤濕處理；具體為
bl)設(shè)定預(yù)潤濕處理的配水流量F2,并根據(jù)配水流量F2確定預(yù)潤濕過程的配水時間T2 T2= [-m2 · ln(l-AM/Mc)]/(k · A2 · P · B2)；
其中，m2表示預(yù)潤濕過程中鐵礦粉的質(zhì)量-A表示預(yù)潤濕過程中鐵礦粉的等效吸水面積，A2=F2 · S2/v2, V2表示預(yù)潤濕過程的配水出口流速，S2表示預(yù)潤濕過程中鐵礦粉體積與預(yù)潤濕過程所用圓筒混料機容積的比值出2表示預(yù)潤濕過程修正系數(shù)，取值范圍為((Γ5]；
b2)在混合造球之前，將鐵礦粉加入預(yù)潤濕過程所用圓筒混料機中，按配水流量F2和配水時間T2配水混合，進行預(yù)潤濕處理。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果
1、通過本發(fā)明的預(yù)潤濕處理方法對不同種類的鐵礦粉進行預(yù)潤濕處理，可以彌補固定燒結(jié)生產(chǎn)線對不同種類鐵礦粉配水量不足的問題，使得不同種類的鐵礦粉經(jīng)過預(yù)潤濕處理后，用固定的燒結(jié)生產(chǎn)線進行混合造球處理所得到的燒結(jié)混合料小球能夠更好滿足適宜強度和粒度大小的要求。2、本發(fā)明方法中涉及的參數(shù)一經(jīng)獲取可以加以記錄而反復(fù)使用，一勞永逸，在后期的使用過程中非常方便。3、本發(fā)明的預(yù)潤濕處理方法完全可以利用計算機編程實現(xiàn)計算機自動計算、自動控制，從而作為的燒結(jié)礦料配水調(diào)節(jié)的一種自動化控制方案應(yīng)用到燒結(jié)處理中。


圖1為本發(fā)明鐵礦粉的預(yù)潤濕處理方法的流程框圖。
具體實施例方式針對一些鋼鐵企業(yè)采用固定的燒結(jié)生產(chǎn)線對不同種類鐵礦粉進行混合造球處理經(jīng)常出現(xiàn)燒結(jié)混合料配水不足、燒結(jié)混合料小球強度差的問題，可以采用本發(fā)明的預(yù)潤濕方案對在混合造球之前對鐵礦粉進行預(yù)潤濕處理，來彌補鐵礦粉在混合造球處理中的配水量不足，從而在不更換燒結(jié)生產(chǎn)線的情況下解決上述問題。為了方便預(yù)潤濕操作，本發(fā)明采用鋼鐵企業(yè)都具備的圓筒混料機作為預(yù)潤濕處理設(shè)備，并且從鐵礦粉的吸水過程分析著手，分析出鐵礦粉在混合造球過程中的缺水情況，從而制定出合理的預(yù)潤濕方案。當(dāng)?shù)V物與水接觸時，水會在毛細力作用下被吸入礦物顆粒之間甚至礦物空隙內(nèi)，直至吸水飽和。鐵礦粉吸水也是一個終態(tài)達到吸水飽和平衡的吸水過程，考慮到Lagergren方程適用于體系不含約束力且終態(tài)為平衡態(tài)的動力學(xué)過程，因此本發(fā)明中采用Lagergren —級速率方程的動力學(xué)模型來研究鐵礦粉的吸水過程。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，鐵礦粉吸水過程Lagergren —級速率方程的微分式如下d(M(t) ‘ m) /dt=k ‘ A ‘ P · (Mc-M (t))(1);
式(1)中，t表示時間，d/dt表示對時間t的微分；m表示鐵礦粉自身的質(zhì)量；M(t)表示吸水過程的時間t時刻鐵礦粉的吸水度，即時間t時刻鐵礦粉中所含水分與鐵礦粉自身的質(zhì)量百分比；A表示鐵礦粉的吸水面積；P表示水的密度；k表示鐵礦粉的吸水傳質(zhì)系數(shù)，即水分在鐵礦粉中的傳遞速度。由于鐵礦粉吸水達到飽和以后，鐵礦粉吸水度隨時間的變化率為0，即d(Mc ‘ m)/dt=0 ；(2)；
因此，由式(1)和式(2)可得d [ (Mc-M (t)) · m] /dt=d (Mc · m) /dt_d (Μ (t) · m) /dt=0-d(M(t) ‘ m) /dt=-d(M(t) ‘ m) /dt
=-k · A · P · (Mc-M(t))(3)；
記y=Me-M(t)，則式(3)可記為
dy/dt=-k · A · P · y/m ；(4)；
又因為鐵礦粉吸水過程的邊界條件為Yt=O=Mc-M (t=0) =Mc ； yt= ^ =Mc-M (t=⑴)=Mc-Mc=O ；因此由式(4)積分可得
M(t)=Mc[l-exp(-k · A · P · t/m)](5)；
式(5)即為鐵礦粉吸水過程中的吸水度M(t)與時間t的函數(shù)關(guān)系式，其中鐵礦粉的吸水傳質(zhì)系數(shù)k可以通過吸水實驗得到實驗數(shù)據(jù)后代入式(5)求得。而用圓筒混料機進行配水混合時，由于圓筒混料機的混料效果以及自身結(jié)構(gòu)等因素，圓筒混料機中鐵礦粉吸水過程的函數(shù)關(guān)系式需要作一定的修正
M(t)=Mc[l-exp(-k · A · P · t · B/m) ](6)；
式(6)中，B為修正系數(shù)，對于不同的圓筒混料機而言，其對應(yīng)的修正系統(tǒng)不盡相同，可以采用圓筒混料機進行配水混合實驗得到實驗參數(shù)后代入式(6)求得其對應(yīng)的修正系數(shù)B的值。通常情況下，修正系數(shù)B的取值在((Γ5]區(qū)間內(nèi)。而在用圓筒混料機進行配水混合時，鐵礦粉的吸水面積A并不能如同吸水實驗中那樣直接測量得到，因此只能取等效吸水面積，借由圓筒混料機配水混合過程中的配水流量F、配水出口流速ν以及鐵礦粉體積與圓筒混料機容積的比值S求得
A=F · S /v(7)；
由于式(7 )中，體積比S為鐵礦粉體積Vtt與圓筒混料機容積VwW比值，即有 S=V鐵/V筒；而V鐵=m/p鐵，P鐵表示鐵礦粉的密度，因此有S=m/(P鐵· V筒)，即A=F · m/(P 鐵· V 筒· ν)(8)；
將式(8)代入式(6)即可得
Mt=Mc [1-exp (-k · F · P · T · B1Ap 鐵· V筒· ν))] ； (9)；
因此，也可以用式(9)來表示鐵礦粉吸水過程中的吸水度M(t)與時間t的函數(shù)關(guān)系。基于上述對鐵礦粉吸水過程的分析可見，在混合造球過程所設(shè)定的配水流量和配水時間均為固定值的情況下，在混合造球之前，可以通過獲取鐵礦粉的造球適宜配水量而計算獲知混合造球過程中鐵礦粉的吸水度，預(yù)先判斷其是否能夠達到造球適宜配水量，并且在其不能達到球適宜配水量的情況下，先對鐵礦粉進行預(yù)潤濕處理，并且通過計算鐵礦粉的配水量差而確定預(yù)潤濕處理的配水控制參數(shù)，以彌補固定燒結(jié)生產(chǎn)線對不同種類鐵礦粉配水量不足的問題。本發(fā)明鐵礦粉的預(yù)潤濕處理方法的流程圖如圖1所示，具體操作步驟如下
步驟A)、根據(jù)混合造球過程所設(shè)定的配水流量F1和配水時間T1,判斷鐵礦粉是否需要進行預(yù)潤濕處理；具體為
al)獲取鐵礦粉的濕容量Mc和造球適宜配水量Mw，計算鐵礦粉在混合造球過程的吸水度吣
MT=Mc [1-exp (-k · A1 · P · T1 · B1Ai1)]；
該計算公式直接由式(6)得到；其中，P表示水的密度,Hl1表示混合造球過程中鐵礦粉的質(zhì)量^表示混合造球過程中鐵礦粉的等效吸水面積，A1= (F1 -S1)/V1, V1表示混合造球過程中的配水出口流速，S1表示混合造球過程中鐵礦粉體積與混合造球過程所用圓筒混料機容積的比值；k表示鐵礦粉的吸水傳質(zhì)系數(shù)，B1為造球過程修正系數(shù)，取值范圍為((Γ5]。鐵礦粉的濕容量Mc和造球適宜配水量Mw是確定其吸水度Mt的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。礦物的濕容量，就是指礦物自然吸水達到飽和時，礦物中所含水分與礦物自身(即礦物干燥狀態(tài)下)的質(zhì)量百分比。鐵礦粉的濕容量仏可以采用常規(guī)的吸水實驗來測取，也可以通過本申請人此前的發(fā)明專利《測量鐵礦粉濕容量及測算燒結(jié)混合料配水量的方法》(CN101608993B)中介紹的濕容量測量方法獲得。而在工業(yè)燒結(jié)過程中，為保證燒結(jié)料層的透氣性和燒結(jié)礦的質(zhì)量，一般來說要求粒度大小為3、mm的燒結(jié)混合料小球越多越好，而燒結(jié)混合料小球的粒度大小與鐵礦粉的配水量有密切的聯(lián)系；鐵礦粉的造球適宜配水量，就是指當(dāng)燒結(jié)混合料小球的粒度大小盡可能多的達到所要求的粒度大小范圍時，鐵礦粉中所含水分與鐵礦粉自身(即鐵礦粉干燥狀態(tài)下)的質(zhì)量百分比。鐵礦粉的造球適宜配水量Mw可以采用多次的混合造球?qū)嶒瀬頊y取，也可以利用發(fā)明專利《測量鐵礦粉濕容量及測算燒結(jié)混合料配水量的方法》(CN101608993B)中介紹的鐵礦粉的造球適宜配水量Mw與濕容量Me的關(guān)系式計算獲取。每一種鐵礦粉的濕容量M。和造球適宜配水量Mw—經(jīng)獲取后可以記錄下來，在后期對于同一種鐵礦粉的預(yù)潤濕處理過程中反復(fù)使用，就不需要再次通過實驗獲得了。a2)計算鐵礦粉的配水量差A(yù)M=MW-Mt，若ΔM< 0，則鐵礦粉無需進行預(yù)潤濕處理；若Δ Μ>0，則鐵礦粉需要進行預(yù)潤濕處理，繼續(xù)執(zhí)行步驟B)，對鐵礦粉進行預(yù)潤濕處理。步驟B)、對鐵礦粉進行預(yù)潤濕處理；具體為
bl)設(shè)定預(yù)潤濕處理的配水流量F2,并根據(jù)配水流量F2確定預(yù)潤濕過程的配水時間T2 T2= [-m2 · ln(l-AM/Mc)]/(k · A2 · P · B2)；
該計算公式根據(jù)式(6)推導(dǎo)得到；其中，m2表示預(yù)潤濕過程中鐵礦粉的質(zhì)量-A表示預(yù)潤濕過程中鐵礦粉的等效吸水面積，A2=F2 · S2/v2, V2表示預(yù)潤濕過程的配水出口流速，S2表示預(yù)潤濕過程中鐵礦粉體積與預(yù)潤濕過程所用圓筒混料機容積的比值出2表示預(yù)潤濕過程修正系數(shù)，取值范圍為((Γ5]。當(dāng)然，如果預(yù)潤濕過程與混合造球過程所用的圓筒混料機相同，則有K=B115b2)在混合造球之前，將鐵礦粉加入預(yù)潤濕過程所用圓筒混料機中，按配水流量F2和配水時間T2配水混合，進行預(yù)潤濕處理。
本發(fā)明方法中涉及的參數(shù)一經(jīng)獲取可以進行記錄后反復(fù)使用，一勞永逸，為后期的使用過程提供方便。下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的說明。實施例
本實施例針對四種不同種類的鐵礦粉(分別表示為鐵礦粉I、鐵礦粉II、鐵礦粉III、鐵礦粉IV)，采用參數(shù)固定的燒結(jié)生產(chǎn)線進行混合造球處理，并在混合造球處理前采用本發(fā)明方法進行預(yù)潤濕處理，在混合造球處理后再通過紅外水分測量儀測取四種鐵礦粉所對應(yīng)燒結(jié)混合料小球中的水分含量加以測量。紅外水分測量儀為現(xiàn)有產(chǎn)品，其原理是基于水分對特定波長的紅外線具有選擇特性和吸收特性而進行水分檢測，燒結(jié)混合料小球中所含的水會吸收部分紅外光的能量，含水量越多吸收的紅外光也越多，通過測量反射光的減少量，就能夠在線測量計算出燒結(jié)混合料小球的實際含水量。為便于計算，取相同體積的四種鐵礦粉，測得所取四種鐵礦粉質(zhì)量、體積、吸水傳質(zhì)系數(shù)以及造球適宜配水量的數(shù)據(jù)如表1所示
表權(quán)利要求
1.鐵礦粉的預(yù)潤濕處理方法，其特征在于，包括如下步驟A)根據(jù)混合造球過程所設(shè)定的配水流量F1和配水時間T1,判斷鐵礦粉是否需要進行預(yù)潤濕處理；具體為al)獲取鐵礦粉的濕容量Mc和造球適宜配水量Mw，計算鐵礦粉在混合造球過程的吸水度吣Mt=Mc [1-exp (-k · A1 · P · T1 · B1Ai1)]；其中，P表示水的密度,Hi1表示混合造球過程中鐵礦粉的質(zhì)量A1表示混合造球過程中鐵礦粉的等效吸水面積，A1MF1 · S1)/V1, V1表示混合造球過程中的配水出口流速，S1表示混合造球過程中鐵礦粉體積與混合造球過程所用圓筒混料機容積的比值；k表示鐵礦粉的吸水傳質(zhì)系數(shù)，B1為造球過程修正系數(shù)，取值范圍為((Γ5]；a2)計算鐵礦粉的配水量差A(yù)M=Mw-Mt，若ΔM < 0，則鐵礦粉無需進行預(yù)潤濕處理；若Δ Μ>0,則鐵礦粉需要進行預(yù)潤濕處理，繼續(xù)執(zhí)行步驟B)；B)對鐵礦粉進行預(yù)潤濕處理；具體為bl)設(shè)定預(yù)潤濕處理的配水流量F2,并根據(jù)配水流量F2確定預(yù)潤濕過程的配水時間T2 T2= [-m2 · ln(l-AM/Mc)]/(k · A2 · P · B2)；其中，m2表示預(yù)潤濕過程中鐵礦粉的質(zhì)量-A表示預(yù)潤濕過程中鐵礦粉的等效吸水面積，A2=F2 · S2/v2, V2表示預(yù)潤濕過程的配水出口流速，S2表示預(yù)潤濕過程中鐵礦粉體積與預(yù)潤濕過程所用圓筒混料機容積的比值出2表示預(yù)潤濕過程修正系數(shù)，取值范圍為((Γ5]；b2)在混合造球之前，將鐵礦粉加入預(yù)潤濕過程所用圓筒混料機中，按配水流量F2和配水時間T2配水混合，進行預(yù)潤濕處理。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種鐵礦粉的預(yù)潤濕處理方法，該方法通過獲取鐵礦粉的造球適宜配水量并計算混合造球過程中鐵礦粉的吸水度，求得鐵礦粉的配水量差，從而根據(jù)配水量差判斷當(dāng)前的鐵礦粉是否需要進行預(yù)潤濕處理，如果需要則根據(jù)配水量差以及預(yù)潤濕過程設(shè)定的配水流量而控制配水時間，在混合造球之前對鐵礦粉進行預(yù)潤濕處理，以彌補固定燒結(jié)生產(chǎn)線上的混合造球過程對不同種類鐵礦粉配水量不足的問題，使得不同種類的鐵礦粉在后續(xù)進行混合造球處理后的燒結(jié)混合料小球能夠更好滿足適宜強度和粒度大小的要求。該方法完全可以利用計算機編程實現(xiàn)計算機自動計算、自動控制，從而作為的燒結(jié)礦料配水調(diào)節(jié)的一種自動化控制方案應(yīng)用到燒結(jié)處理中。
文檔編號C22B1/24GK102392127SQ20111033978
公開日2012年3月28日 申請日期2011年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月1日
發(fā)明者呂學(xué)偉, 周茂軍, 張忍德, 黃小波 申請人:重慶大學(xué)