本發(fā)明涉及一種測定高爐死料柱空隙度的方法，屬于高爐煉鐵領(lǐng)域。
技術(shù)背景
爐缸作為高爐的發(fā)動機(jī)，是高爐冶煉過程中還原反應(yīng)所需要的熱量和煤氣的源頭，決定了煤氣流的初始分布。對爐缸界面的熱量分布和溫度分布，以及整個高爐沿高度方向上的氣流分布和溫度分布均其重要作用。同時，軟熔帶形成的初渣需要通過爐缸死料柱的空隙滴落進(jìn)入爐缸實現(xiàn)渣鐵分離。因此爐缸的工作狀態(tài)對高爐的順行具有關(guān)鍵作用。
爐缸活性主要受死料柱焦炭透氣透液性、渣鐵流動性和風(fēng)口回旋區(qū)位置及大小等三個因素影響，在渣鐵性能及回旋區(qū)大小基本一定的前提下，焦炭死料柱的透氣透液性對爐缸的活躍性具有重要影響。死料柱透氣透液性差易造成爐缸堆積，給高爐操作和高爐長壽帶來不良影響。生產(chǎn)實踐表明，高爐死料柱的透氣透液性不僅與焦炭的塊度有關(guān)，還與焦炭顆粒之間的空隙度關(guān)系密切，焦炭的空隙度較高時死料柱的透氣透液性良好。焦炭顆粒間的空隙度取決于死料柱焦炭粒度的均勻程度，這與入爐焦炭的粒度組成及焦炭在高爐內(nèi)經(jīng)歷的物理化學(xué)變化有關(guān)。關(guān)于焦炭的熱態(tài)性能，高爐工作者較多地關(guān)注焦炭與CO2的反應(yīng)性和反應(yīng)后強(qiáng)度，往往認(rèn)為反應(yīng)性低，反應(yīng)后強(qiáng)度高的焦炭與死料柱透氣透液性成正比，忽略了死料柱空隙度對死料柱透氣透液性的重要影響。研究不同粒度的入爐焦炭形成的高爐死料柱的空隙度有利于確定合理的入爐焦炭的粒度組成，同時死料柱空隙度的測定有利于了解爐缸活性，對指導(dǎo)高爐生產(chǎn)具有重要意義。但目前測定死料柱空隙度的方法僅限于高爐休風(fēng)時利用風(fēng)口取樣的方法測定死料柱的空隙度，但是受取樣槍插入深度的影響，空隙度測定的準(zhǔn)確性有待進(jìn)一步優(yōu)化。此外，風(fēng)口取樣測定死料柱的空隙度只有在高爐休風(fēng)時才能進(jìn)行，不利于對不同粒度組成的入爐焦炭形成的死料柱空隙度進(jìn)行實時測定。因此，有必要提出測定高爐死料柱焦炭空隙度的實驗方法。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了解決目前焦炭的熱態(tài)性能無法全面表征入爐焦炭到達(dá)爐缸死料柱區(qū)域后的透氣透液性，本發(fā)明提供了一種測定高爐死料柱空隙度的新方法，解決不同粒度組成的焦炭在高爐冶煉過程中經(jīng)一系列物理化學(xué)反應(yīng)得到的死料柱焦炭的空隙度測定問題，并給出評價空隙度大小的量化指標(biāo)，填補(bǔ)現(xiàn)有實驗室測試和評價死料柱焦炭空隙度所存在的空白。
本發(fā)明提供的檢測死料柱焦炭空隙度的方法包括以下步驟：
步驟一：按一定的粒度組成稱取500～1000g冶金焦炭備用；
步驟二：將稱取的焦炭放入干燥箱中，在105～150℃下干燥4～8小時；
步驟三：將該焦炭樣品置于高溫管式爐內(nèi)(見附圖1)，通入N2并程序升溫至1100～1200℃，恒溫，升溫速度為10～15℃/min，氮氣流量為1～2L/min；停止通氮氣，改通CO2，氣體流量控制為5～8L/min，反應(yīng)2～3h；停止通入CO2，改通N2，氣體流量為2～4L/min；
步驟四：高溫管式爐繼續(xù)升溫，以10～15℃/min的升溫速率升溫至1500～1550℃，恒溫1h；關(guān)閉高溫管式爐，繼續(xù)通入N2，使焦炭樣品緩慢冷卻至室溫；
步驟五：冷卻后的焦炭樣品全部裝入Ι型轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，以20r/min的速率轉(zhuǎn)30min，總共600r，取出焦炭篩分、稱量，計算各粒級焦炭的質(zhì)量并求出平均粒度(R)；
步驟六：將反應(yīng)后的焦炭在水中浸泡24h～36，使其充分吸水，并用濾紙吸收焦炭表面水分；
步驟七：將標(biāo)有刻度的2000～5000ml燒杯放在天平上，去皮，裝入全部處理后的焦炭，使其表面平整，并記錄此時天平示數(shù)(m1)；向燒杯中緩慢倒入蒸餾水至剛好浸沒焦炭樣品，記錄天平示數(shù)(m2)及此時焦炭和水的總體積(V)；
步驟八：由m2和m1的差值、水的密度和焦炭和水的總體積V可以計算出反應(yīng)后焦炭的空隙度k1；取同種焦炭，采用破碎篩分的方法制備質(zhì)量為m1，粒度均為R的焦炭樣品，重復(fù)步驟六和步驟七的操作，計算粒度均為R的焦炭的空隙度k2。
步驟九：k1/k2記為一定粒度組成的焦炭經(jīng)氣化反應(yīng)、熱處理和轉(zhuǎn)鼓后的焦炭的空隙度指數(shù)，其值越大說明該粒度組成的焦炭到達(dá)爐缸后空隙度越高，在爐渣性能一定的條件下有利于提高高爐死料柱的透液性。
與現(xiàn)有測定方法相比，本發(fā)明的有益成果是：
1)填補(bǔ)了實驗室測試和評價死料柱焦炭空隙度所存在的空白；
2)樣品為一定粒度組成的焦炭，根據(jù)空隙度指數(shù)計算結(jié)果可確定合理的入爐焦炭粒度組成，為高爐入爐焦炭粒度組成提供量化依據(jù)；
3)測定過程同時考慮到氣化反應(yīng)、爐缸內(nèi)高溫及焦炭下降過程中摩擦撞擊等對焦炭粒度降級的影響，得到的空隙度測定結(jié)果接近高爐死料柱的實際情況。
附圖說明
圖1為高溫管式爐裝置，其中1是高溫管式爐，2是反應(yīng)管，3是導(dǎo)氣管，4是氣體流量計，5是溫度控制儀，6是電偶。
剛玉高溫反應(yīng)管位于管式爐中心位置，耐高溫導(dǎo)氣管由反應(yīng)管底部通入反應(yīng)氣體，并與氣體流量計和氣瓶連接，便于控制通入的反應(yīng)氣體流量。同時，電偶由反應(yīng)管底部插入反應(yīng)管內(nèi)靠近料層下方，并與溫控儀連接，保證升溫制度的準(zhǔn)確。
具體實施方式
步驟一：按高爐入爐焦炭的粒度組成稱取500～1000g冶金焦炭備用；
步驟二：將稱取的焦炭放入干燥箱中，在105～150℃下干燥4～8小時；
步驟三：將該焦炭樣品置于高溫管式爐內(nèi)(見附圖1)，通入N2并程序升溫至1100～1200℃，恒溫，升溫速度為10～15℃/min，氮氣流量為1～2L/min；停止通氮氣，改通CO2，氣體流量控制為5～8L/min，反應(yīng)2～3h；停止通入CO2，改通N2，氣體流量為2～4L/min；
步驟四：高溫管式爐繼續(xù)升溫，以10～15℃/min的升溫速率升溫至1500～1550℃，恒溫1h；關(guān)閉高溫管式爐，繼續(xù)通入N2，使焦炭樣品緩慢冷卻至室溫；
步驟五：冷卻后的焦炭樣品全部裝入Ι型轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，以20r/min的速率轉(zhuǎn)30min，總共600r，取出焦炭篩分、稱量，計算各粒級焦炭的質(zhì)量并求出平均粒度(R)；
步驟六：將反應(yīng)后的焦炭在水中浸泡24h～36，使其充分吸水，并用濾紙吸收焦炭表面水分；
步驟七：將標(biāo)有刻度的2000～5000ml燒杯放在天平上，去皮，裝入全部處理后的焦炭，使其表面平整，并記錄此時天平示數(shù)(m1)；向燒杯中緩慢倒入蒸餾水至剛好浸沒焦炭樣品，記錄天平示數(shù)(m2)及此時焦炭和水的總體積(V)；
步驟八：由m2和m1的差值、水的密度和焦炭和水的總體積V可以計算出反應(yīng)后焦炭的空隙度k1；取同種焦炭，采用破碎篩分的方法制備質(zhì)量為m1，粒度均為R的焦炭樣品，重復(fù)步驟六和步驟七的操作，計算粒度均為R的焦炭的空隙度k2。
步驟九：k1/k2記為一定粒度組成的焦炭經(jīng)氣化反應(yīng)、熱處理和轉(zhuǎn)鼓后的焦炭的空隙度指數(shù)，其值越大說明該粒度組成的焦炭到達(dá)爐缸后空隙度越高，在爐渣性能一定的條件下有利于提高高爐死料柱的透液性。